生物技术前沿一周纵览（2020年11月1日)
ROP-ROS信号通路调控植物渗透胁迫响应的新机制
活性氧（ROS）积累是渗透胁迫引起的最早细胞响应之一，ROS可以通过调节下游细胞内吞作用、水分吸收、脯氨酸积累等生理过程响应渗透胁迫。近日，科学家研究揭示了ROP蛋白通过与质膜RBOH相互作用以调节ROS信号和渗透胁迫响应的机制。该研究首先对三种ROP功能缺失突变体（rop6.2、rop2.1和rop4.1）进行根系渗透胁迫处理，发现它们之间不存在功能冗余。进一步研究表明，ROP6这种特定的ROP亚型是渗透诱导的ROS积累及其他植物响应所必须的，ROP的蛋白活性是决定其功能的关键。此外，研究还表明ROP6蛋白的特异性，ROP6纳米结构域的形成是激活细胞中渗透信号所必需的。进一步研究发现，ROP6与RBOHs存在相互作用。该研究还表明生长素和渗透刺激可能引起了ROP6纳米簇的组成差异，从而特异性编码信号传导。综上，该研究表明ROP6在质膜形成响应渗透胁迫的特定纳米结构域，从而触发ROS积累和下游生理响应。该研究揭示了植物响应渗透胁迫的ROP-ROS信号通路，加深了我们对细胞响应渗透胁迫的早期应答机制的理解。（Current Biology）
HY5-DEWAX模块调控植物UV-B耐受性的机制
植物通过不同类型的光受体感知环境光信号变化并诱导植物的适应性响应。其中，UVR8（UVB-resistance 8）感知紫外线（UV-B）辐射并通过激活靶基因的转录提高植物的紫外线耐受能力。近日，科学家研究揭示了DEWAX与HY5协同调控植物对UV-B耐受性的机制。该研究表明，UV-B辐射会首先诱导顶端分生组织中表皮细胞和干细胞的迅速死亡，DEWAX负调控植物的UV-B耐受能力。该研究还发现除了参与角质层生物合成的基因外，DEWAX还会负调控花青素和类黄酮生物合成相关的基因。相反，HY5促进花青素合成相关基因的表达，提高植物对UV-B的耐受能力。HY5在体内与DEWAX的启动子直接结合，并且以剂量依赖性的方式负调控DEWAX的表达，从而促进花青素的生物合成。此外，通过基于细胞分选的表皮细胞层转录组研究，发现核心的UV-B胁迫信号转导途径基因是保守且上调的。总之，该研究表明HY5-DEWAX通过调控花青素的合成，从而介导植物对UV-B的耐受能力。该研究还强调了蜡质和花青素合成对植物非生物胁迫响应的关键作用。（Plant Physiology）
揭示小麦适应性进化关键机制
小麦是人类历史上最为成功的作物之一，在多种多样的环境下为人类提供大量的碳水化合物和蛋白质。近日，科学家对小麦属和粗山羊草属的25个小麦近缘亚种共414份材料进行全基因组测序，构建了小麦属全基因组遗传变异图谱（VMap 1.0）。该研究发现，来自小麦近缘种的复合基因渗入贡献了小麦基因组的4%~32%，极大地增加了小麦的遗传多样性，使其在世界范围内具有广泛的环境适应性。该研究在作物中首次实现了属内全基因组遗传变异挖掘，小麦属全基因组遗传变异图谱(VMap)将会对小麦遗传育种工作起到积极促进作用。研究结果一方面说明了增加作物遗传多样性对于应对气候变化威胁、保障粮食安全的重要意义；另一方面证明了进化限制对物种性状形成的重要影响，阐明了利用适应性进化基因进行跨物种遗传研究的巨大潜力，为加速小麦和其他作物的遗传改良提供了全新的思路。（Nature Genetics）
揭示生长素在植物侧生分生组织形成中的调控作用
侧生分生组织形成侧芽，使植物能够产生分枝。近日，科学家研究揭示了生长素在植物侧生分生组织形成中起到的多方面复杂调控作用。该研究发现生长素下游信号通路因子MONOPTEROS (MP, 又称 ARF5) 不仅在早期异位激活能够抑制侧生分生组织形成，还在侧生分生组织成熟的后期起促进作用。MP 需要生长素才能够激活下游基因表达。不需生长素即有活性的MPΔ植物侧生分生组织缺失。然而，功能减弱的mp-S319 突变体同样出现侧生分生组织部分缺失的表型。侧生分生组织的形成依赖叶腋干细胞谱系。MPΔ植物中干细胞谱系无法维持；而mp-S319 突变体中干细胞谱系仍可维持，但无法激活形成侧生分生组织。因此，生长素信号通路在侧生分生组织形成的早期起抑制作用，在后期起激活作用。（Journal of Genetics and Genomics）
揭示水稻弱顶端优势新机制
自然界中，禾本科作物通常存在两种分枝策略：单秆或少分蘖的强顶端优势，如玉米、高粱等；主茎与分蘖无显著差别的弱顶端优势，如小麦、水稻等。两种分枝类型都是决定作物产量的重要因素。近日，研究人员基于遗传学、生理学和转录组学等分析发现OsWUS拮抗生长素促进水稻分蘖芽生长，从而导致水稻弱顶端优势的表型。OsWUS，也称MOC3/TAB1/SRT1(MONOCULM3/TILLERS ABSENT1/STERILE AND REDUCED TILLERING1)，是拟南芥分生组织干细胞维持关键基因WUS(WUSCHEL)在水稻中的同源基因，在水稻分蘖芽的形成和生长过程中起重要作用 。该研究转录组分析发现，去顶会显著影响dc1突变体中分生组织关键因子OSH1 (ORYZA SATIVA HOMEOBOX1) 下游靶转录因子的表达，暗示OsWUS与OSH1转录调控网络存在未知的分子连接。综上所述，该研究揭示了OsWUS通过影响顶端优势促进分蘖芽生长的分子机制，提高了人们对水稻分蘖发育机理的认识。（The Plant Journal）
揭示玉米Metacaspase调控NLR蛋白介导的免疫反应新机制
在植物免疫系统中，NLR (nucleotide binding, leucine-rich repeat) 免疫受体是最大的一类抗病蛋白，能特异性识别病原菌分泌的效应子，从而触发超敏感防卫反应 (Hypersensitive response, HR)。近日，科学家研究揭示了玉米ZmMCs在调控NLR类免疫受体蛋白Rp1-D21介导防卫反应中的新机制。该研究在玉米中发现了 11 个ZmMCs 成员，其中 ZmMC 1-8属于 I型 MC，ZmMC 9-11属于 II型 MC。研究发现，I型ZmMC1 和ZmMC2能抑制NLR蛋白Rp1-D21及其N端信号功能域CCD21介导的HR，而II型ZmMC9则不能抑制。进一步研究发现，ZmMC1 和ZmMC2主要定位于细胞的点状结构中，并与细胞自噬Marker ATG8a有部分共定位，而ZmMC9主要定位于细胞质和细胞核。该研究通过烟草和玉米原生质体瞬时共表达分析发现，I型ZmMC1 和ZmMC2能够将Rp1-D21和CCD21转移到点状结构中，而II型ZmMC9则不改变Rp1-D21和CCD21 的定位。利用酵母双杂交、Co-IP和 BiFC实验发现ZmMC1 和ZmMC2可以与CCD21相互作用，而ZmMC9则不与其互作。综上，该研究阐明了I型ZmMC1和ZmMC2通过与NLR 蛋白Rp1-D21的CCD21结构域相互作用进而改变其亚细胞定位，从而抑制HR表型的新机制，为深入研究MC在植物免疫中的的功能提供了新思路。（The Plant Journal）
揭示乙烯抑制红梨花青苷合成的分子机制
花青苷很大程度上决定其色泽、营养、抗氧化性等品质，乙烯参与植物生长发育及应对外界胁迫等多种生物学过程。乙烯调控花青苷合成具有种属特异性：在苹果等植物中，乙烯能诱导果皮的花青苷合成；而科学家前期研究发现乙烯抑制红梨花青苷合成。近日，科学家研究揭示了乙烯抑制红梨花青苷合成的调控机制。该研究筛选并鉴定到一个受乙烯诱导的PpERF105基因，并发现PpERF105具有转录激活功能。该研究通过‘茄梨’愈伤转基因、梨果实瞬时表达和沉默等手段发现PpERF105能抑制果实的花青苷积累。进一步研究发现，PpERF105能激活PpMYB140的表达，而PpMYB140一方面能直接抑制花青苷合成相关结构基因启动子的活性；另一方面，PpMYB140与已知的促进花青苷合成的PpMYB10和PpMYB114转录因子竞争结合bHLH3转录因子，从而形成MBW抑制型复合体(MYB140/bHLH3/WD400)并影响激活型MBW复合体（MYB10/bHLH3/WD40; MYB114/bHLH3/WD40）的形成，最终抑制红梨果实的花青苷合成。（The Plant Journal）
