生物技术前沿一周纵览（2019年5月13日）
单细胞损伤引起的根系局部乙烯响应
植物损伤信号分子网络调控以及生理反应比较复杂，该过程涉及到植物损伤的感知和不同防御模式识别，以及所引起的植物生理以及免疫反应等过程。研究人员以拟南芥根系为研究对象，利用激光损伤根皮层的单个细胞，结合实时成像技术再现了单个细胞受损所产生的实际细胞反应。研究发现，微小生物线虫造成的单细胞损伤引发的局部电位改变以及乙烯响应类似于机械造成的单细胞损伤。而且，发现损伤引发的乙烯产生和响应极大可能是对损伤的一种保护，单细胞损伤诱发的局部乙烯响应可能参与对微小入侵者形成相应的根系免疫反应。综上，不论是生物还是非生物导致的单细胞损伤，与叶损伤信号以及其他组织部位多细胞损伤不同，单细胞损伤可以诱导局部乙烯的产生和响应过程。而且乙烯的产生是对损伤细胞的一种保护。该研究的发现进一步扩展了人们对植物激素乙烯所参与生物学作用的认识。（The EMBO Journal）
新进化的植物特异性代谢产物对根系微生物组的调控作用
植物产生超过20万种代谢物 (主要是指分子量小于1,000的化合物)，这些代谢物在植物的生活史中发挥着重要的生理功能。研究人员比较自然土中生长的野生型（Col-0）和不同的TPS25、TPS30突变体的根系微生物组，发现野生型和TPS25、TPS30突变体形成了显著不同的根系微生物组。tps25和tps30单突变体根系微生物组的变化具有比较大程度的交叉，暗示植物利用次生代谢物调控根系微生物组成可能存在构效关系，即结构类似的化合物具有类似的调控微生物组成功能。植物次生代谢物尽管结构繁多，但大体可以分为含氮有机物、萜类化合物和酚类化合物等几大类。（Science China Life Sciences）
番茄育种中抑制ej2W对于j2TE 的上位负面效应的遗传障碍
植物基因组在长期的进化中会积累大量的突变。研究者以花序分枝增加的j2TEej2W双突变体和花序分支未增加的j2TEej2W双突变体（Fla.8924）作为亲本，构建了定位群体。进一步结合基因组和转录组数据，研究者发现sb3中一段83kb包含ej2W的片段发生了串联重复。ej2W单突变使得正常EJ2转录本为野生型的30%，sb3中的串联重复使得正常EJ2转录本的含量提高了一倍，从而产生了足够的EJ2蛋白量使其发挥正常的功能。研究者利用CRISPR技术将Fla.8924中的EJ2完全敲除后，表现出花序分枝增加的表型。而将含有sb3品种中的J2敲除后，成功的将无果茎接缝性状引入了该品种，同时未产生因花序分枝增加而导致的产量降低。研究揭示了在番茄育种过程中长期未知的一些品种中抑制ej2W对于j2TE 的上位负面效应的遗传基础。（Nature Plants）
研究揭示水稻适应环境温度的调控新机制
高等植物拥有固着生长的特性，因此发展出多种适应环境温度生长的策略。研究人员通过大规模EMS诱变，筛选到一个株高、结实率、叶宽、分蘖数等多种重要农艺性状在上海与海南产生明显差异的突变体。该突变体在上海夏季高温环境下表现为矮秆、结实率低、窄叶、小穗，而在海南冬季温度较低的条件下却出现为与野生型“特青”类似的表型。该突变体被命名为adaptation to environmental temperature 1 (aet1)。通过正向遗传学定位并克隆了AET1基因。该基因编码一个tRNAHis鸟苷转移酶，对tRNA行使3’到5’RNA聚合酶活性，是前体tRNAHis成熟的关键步骤。多种遗传手段确认AET1的突变是造成aet1突变体在不同地区生长差异的原因。体外酶活实验表明，AET1具有tRNAHis鸟苷转移酶活性，对野生型和突变体进行tRNA测序发现，由于aet1中的突变形式AET1P382S蛋白丧失了酶活，使多种tRNA分布出现紊乱，进而导致水稻蛋白翻译过程出现障碍。进一步研究发现，AET1与两个核糖体相关蛋白RACK1A和eIF3h发生两两相互作用，形成分子调控模块，这三个蛋白均定位于细胞质，而且它们的表达均受高温诱导上调。此外，利用AET1抗体对野生型和突变体进行RNA免疫共沉淀实验发现，AET1可以与多种生长素响应因子OsARFmRNA结合。体外RNA-EMSA实验意外发现AET1能够非选择性与多种mRNA区域结合，而RACK1A和eIF3h则不能结合。核糖体蔗糖密度梯度离心实验结果表明，相较于野生型，aet1突变体的核糖体蛋白翻译状态没有发生明显改变，但是OsARF19和OsARF23等蛋白翻译效率下降、在高温条件下降低更明显，这可能与aet1突变体中多种tRNA分布出现紊乱有关。RACK1A和eIF3h敲除植株与aet1突变体类似，也表现出多种生长劣势的表型。Western结果表明OsARF23表达量在三个突变体中比野生型均明显下降。生长素处理发现，aet1突变体也表现出生长素不敏感表型。本研究发现AET1除了具有鸟苷转移酶活性外，还具有与核糖体相关蛋白一起调控蛋白翻译过程的新功能。（Molecular Plant）
研究人员开发活体内蛋白质瞬时原位激活新技术
在复杂的生命体系中原位研究蛋白质功能具有重要的科学意义，但目前适用此类研究的技术十分有限。研究人员发展了一种基于可遗传编码非天然氨基酸的“邻近脱笼”策略（computationally aided and genetically encoded proximal decaging, CAGE-prox），结合计算机辅助设计与筛选，在一系列不同种类的蛋白质上实现了高时间分辨的原位激活，为在活体环境下研究蛋白质动态功能变化提供了一种通用和便捷的化学生物学技术。利用CAGE-prox，他们在活细胞或活体动物内建立了“激酶正交激活和信号转导系统”、 实现了“具有时间分辨率的凋亡蛋白酶特异激活和底物鉴定”，发展了“基于金属蛋白酶激活的抗肿瘤蛋白前药”。这些应用展示了CAGE-prox在活体环境内开展蛋白质动态功能研究与调控的普适性。（Nature）
研究发现褪黑素降低蔬菜农残新功能，为降低作物农残提供了新的途径
设施蔬菜由于生产环境相对密闭、复种指数高等原因，病、虫害发生严重，导致生产者使用农药普遍过多而常使产品农药残留超标。研究通过外源褪黑素处理可显著降低喷施农药后番茄、生菜、小白菜、菠菜、芹菜、黄瓜和甜瓜等蔬菜作物的农药残留量。过表达褪黑素合成关键基因咖啡酸-O-甲基转移酶基因（caffeic acid O-methyltransferase, COMT1）可显著提高番茄内源褪黑素含量，降低番茄的农药残留量。进一步研究发现，褪黑素增强番茄农药代谢的主要调控机制一方面是增强了植物内源谷胱甘肽的合成和循环利用；另一方面褪黑素可促使更多的谷胱甘肽用于谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione S-transferases, GST）介导的异源毒性物质降解。这说明褪黑素在调控谷胱甘肽用于植物适应“毒性物质诱导的活性氧解毒”和“有毒物质降解”之间的竞争平衡上具有重要作用。该研究结果为靶向激活植物GST解毒代谢相关通路，提高农作物对农药和其它污染物解毒能力提供了新的调控途径。（Environmental Pollution）
钙离子通道CNGC19调控植物防御反应
斜纹夜蛾（Spodoptera litura）是一种极具破坏性的农业害虫。植物受到昆虫啃食后，会通过改变激素、次级代谢物、和挥发性化合物等进行防御。研究发现，斜纹夜蛾分泌物（S. litura oral secretion）会显著上调拟南芥CNGC19基因的表达，而CNGC19突变体（cngc19）导管中Ca2+通量降低并且对斜纹夜蛾的防御能力下降。进一步研究发现，CNGC19是一种定位于质膜并参与DAMP感知的重要Ca2+通道，其在昆虫攻击早期受PEPR（Pep receptor）调节。该研究还表明，JA-Ile处理可以诱导CNGC19 的瞬时表达，而cngc19-2突变体在受到取食诱导后JA-Ile生物合成和JA应答基因的表达减少，这说明CNGC19的功能丧失会影响拟南芥中茉莉素的积累，从而降低植物防御能力。研究表明CNGC19通过调节Ca2+通量并将其与下游防御信号传导相结合以在识别昆虫取食和防御信号激活方面的关键作用。该研究发现了激活防御反应的一种新的离子通道。（The Plant Cell）
