生物技术前沿一周纵览（2020年8月30日)
揭示一条连接细胞膜和叶绿体的信号传递途径
叶绿体作为为植物特有的进行光合作用的细胞器，在调节植物对刺激响应中起着核心作用。
近日，科学家研究研究揭示了一条连接细胞膜和叶绿体的重要信号传递途径，病原体可以劫持这种在植物细胞内部传递信息的途径，抑制植物防御反应的激活。该研究发现，当病原菌激活防御反应时，C4蛋白从细胞膜转移到叶绿体上，与类囊体跨膜蛋白CAS（ Calcium Sensing Receptor）结合，并抑制CAS相关的免疫反应。研究结果表明，植物中存在一条连接质膜和叶绿体并激活防御反应的途径，并且这条途径在宿主-病原体协同进化过程中被植物病原体所选择，通过抑制SA相关防御反应来促进病原体毒力。该研究有力证明了这条连接细胞膜和叶绿体的信号传递途径在植物与微生物相互作用中起着核心作用。（Cell）
揭示植物种子大小调控的新机制
植物种子大小是重要的发育生物学问题，同时也是影响农作物产量的主要因素之一。先前研究表明，胚乳细胞化对最终的种子大小有决定性影响。近日，科学家研究揭示了TERMINAL FLOWER1（TFL1）蛋白在模式植物拟南芥胚乳中转运调控种子大小的新机制。在这项最新的研究中，该研究组对拟南芥突变体tfl1继续进行深入研究，揭示了控制胚乳细胞化从而调控种子大小的新机制。进一步研究发现，TFL1 mRNA起始在合点胚乳处表达，但其蛋白转运至周边胚乳，影响脱落酸途径ABI5的稳定性，进而调控胚乳的细胞化进程。该研究表明通过RAN介导的TFL1蛋白转运是决定种子大小的关键因素之一。此项发现不仅揭示了控制种子发育大小的新分子机理，而且也部分阐述了生物大分子蛋白质在植物多核体中的转运机理，对作物育种遗传改良的实践和大分子蛋白转运机理研究提供了新的思路。（Nature Plants）
揭示生长素和水杨酸信号互作调控病原菌通过侧根入侵的新机制
植物病原体采用各种复杂的策略入侵宿主，并从宿主获取营养和水分以促进其生长。近日，科学家研究揭示了生长素和水杨酸信号互作调控侧根发育进而调控PtoDC3000通过侧根入侵的分子机制。侧根原基（LRP）对初生根的内皮层，皮层和表皮层的突破，恰恰为外界病原菌的入侵提供了空间和入口。通过GFP标记Pto DC3000，作者发现大量的Pto DC3000 聚集在侧根突破（LRE）处，这些结果暗示侧根是病原菌潜在的入侵位点。该研究还发现SA能明显抑制侧根的发生，并且这一过程部分依赖于ARF7。过表达SA响应基因PR1，PR2能部分抑制病原菌对于LRE的诱导。进一步的研究发现，ARF7能结合到PR1和PR2的启动子进而抑制PR1和PR2的转录。综上，该研究阐明了生长素信号和SA信号在侧根发生过程中的拮抗作用以及它们参与调控病原菌通过侧根入侵的分子机制。该研究结果对深入理解植物根系与根际微生物互作具有重要的参考价值。（Cell）
揭示植物能量感受器SnRK1促进气孔发育的分子机理
植物SnRK1 [sucrose non-fermenting-1 (SNF1)-related kinase 1] 蛋白激酶与酵母SNF1以及哺乳动物AMPK在结构具有较高的同源性，并且功能非常保守，作为能量感受器参与环境和细胞胁迫响应。近日，研究人员在模式植物拟南芥中揭示了植物能量感受器SnRK1复合体的催化亚基KIN10介导植物内源能量水平调控植物气孔发育的分子机制。该研究发现，拟南芥在弱光，短日照和液体培养等条件下，气孔发育被显著抑制，此时外源施加的糖类可以有效促进植物气孔发生。进一步研究表明，外源施加蔗糖可以促进KIN10蛋白质的翻译。同时，KIN10蛋白质具有在拟南芥表皮气孔发育进程细胞中特异的核定位现象，并且与气孔发育核心转录因子SPEECHLESS (SPCH)相互作用，磷酸化SPCH提高SPCH的蛋白稳定性，进而促进气孔发育。该工作的完成为解析油菜素内脂通过调控植物碳水化合物代谢调控气孔运动和发育来调控植物光合作用和环境适应性奠定了扎实的基础。（Nature Communications）
钙离子通道OSCA1.3调控气孔免疫的机制
病原菌入侵或非生物胁迫通常会导致气孔关闭，该过程与钙离子（Ca2+）通道介导的Ca2+内流密切相关，但是目前对气孔关闭调节所对应的确切Ca2+通道尚不明确。近日，科学家研究揭示了钙离子渗透通道OSCA1.3在免疫过程中控制气孔关闭的功能及其作用机制。该研究通过生化和定量磷酸化蛋白质组学分析结果发现，BIK1与OSCA1.3的N末端胞质环（cytosolic loop）相互作用并发生磷酸化作用，并且这种磷酸化依赖于BIK1激酶活性。研究表明PAMPs的处理不会影响二者之间的相互作用，OSCA1.3是免疫信号传导过程中BIK1的作用底物。该研究还表明OSCA1.3/1.7的缺失不会影响保卫细胞的生理特性，而是在免疫过程中的气孔关闭中起着特殊作用。总之，该研究表明OSCA1.3是调节拟南芥气孔免疫的关键Ca2+通道，并且它的激活和功能都依赖于BIK1介导的磷酸化。该研究明确了一个长期受关注的Ca2+通道及其在免疫信号传导过程中激活气孔关闭的机制，并揭示了Ca2+内流机制在不同胁迫下的特异性。（Nature）
解析植物纤维素合酶复合体结构，揭示细胞壁的形成机制
植物如何形成细胞壁是SCIENCE公布的125个最具挑战性的科学问题之一。近日，研究人员通过解析纤维素合酶复合体的结构，揭示了植物利用纤维素分子合成微纤丝的分子基础。研究人员利用冷冻电镜解析了杨树纤维素合成酶CesA同三聚体的结构（homo-oligomeric PttCesA8 complex），该结构与细胞壁次生壁形成有关，处于纤维素生物合成过程中的中间状态，分辨率为3.5Å。研究发现，该PttCesA8复合体可以产生三条纤维素链，同时可以将纤维素聚合物通过横穿细胞边界的通道运输到细胞表面，先形成“原纤维”（protofibrils），再进一步组装成微纤丝。植物通过源源不断的形成微纤丝支持细胞和植物的生长。这些研究结果表明，杨树玫瑰花环结构的纤维素合酶复合体每个亚基是三聚体CesA，每个亚基可合成3条葡聚糖链，形成18条链的微纤丝。研究结果为进一步的理解纤维素的合成机制以及细胞壁的形成奠定了基础。（Science）
揭示水稻光周期开花复合物的转录调控机制
开花是被子植物由营养生长向生殖生长转换的中间过程，是植物一生中最重要的过程之一。近日，研究人员利用遗传学、细胞生物学和结构生物学技术阐明了CCT 家族蛋白与NF-YB、NF-YC形成三元复合物是一种普遍存在的现象，并且揭示了形成的CCT/NF-YB/YC三元复合物识别DNA的分子机制。研究人员首先筛选了GHD8的互作蛋白，发现其可以与OsNF-YC2形成异源二聚体，接着通过荧光素酶互补技术、pull down技术以及凝胶阻滞技术确定了分别来自三个CCT亚家族的GHD7、GHD7.1、HD1均可以与GHD8/OsNF-YC2形成三元复合物，并且这种互作主要是通过CCT结构域来完成的，通过EMSA和ITC分析证实了GHD7、GHD7.1、HD1与NF-YB/YC形成三元复合物后对DNA的结合能力显著增强。研究人员还通过EMSA和ITC分析等生化实验鉴定出了CCT结构域上多个关键氨基酸功能位点，解释了不同物种中CCT基因突变体的功能失活机制，也为利用分子育种手段改良CCT基因来培育高产和广泛地域适应性的作物品种提供了重要参考意义。（The Plant Cell）
