生物技术前沿一周纵览（2017年3月17日

　　COP1 (CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1)是植物光信号转导通中的核心因子。模式植物拟南芥中，COP1与SPA (SUPPRESSOR ofphyA-105)蛋白形成十分紧密的复合体，作为E3泛素连接酶通过介导光信号的正调控因子泛素化降解来参与植物多个光控生长发育过程调控。研究发现除作为E3泛素连接酶发挥功能外，COP1/SPA复合体在持续培养的植幼苗中可通过非蛋白降解途径来光形态建成。研究结果显示，COP1/SPA复合体可通过对植物激素油菜素内酯信号通中重要负调控因子BIN2 (BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2)的活性，促进另一类光形态建成因子中的PIF3 (PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 3)蛋白稳定性来发挥功能。BIN2编码一个Glycogen synthase kinase 3类激酶，在条件下作用在COP1下游。研究发现BIN2是PIF3的一个激酶，条件下可直接介导其磷酸化与降解。研究了COP1光形态建成的新作用层面，拓展了人们对于植物光形态建成精细调控的新认识。(PNAS)

　　果实成熟受到内外因素的共同调控，会发生颜色、香气及硬度等变化。研究组对液泡加工酶(VPE，vacuolar processing enzyme，一种半胱氨酸蛋白酶)编码基因SlVPE3在番茄果实成熟中的功能进行了研究。通过RNAi技术沉默SlVPE3后，研究人员发现番茄果实成熟期明显推迟，且果实对病原菌更，说明SlVPE3在果实成熟和抗病反应中发挥双重作用。定量蛋白质组学研究显示，SlVPE3影响果实中314个蛋白质的丰度，包括多个参与果实成熟和抗病反应的蛋白质。研究分析了蛋白酶子KTI4与SlVPE3发生相互作用。SlVPE3能够直接加工KTI4，而KTI4沉默后果实抗病性显著降低，显示SlVPE3可能通过激活KTI4的方式调节果实抗病性。这一为解析果实成熟和抗病反应的后调控机制提供了依据。(Genome Biology)

　　DNA序列差异的鉴定是解析重要生物学性状的基础。研究人员对30份苹果种质资源进行了简化基因组测序，获得39,635个均匀分布在苹果染色体上的单碱基多态性位点(SNPs)。基于这些SNPs的遗传学研究结果表明：苹果野生种的遗传多样性显著高于栽培苹果，且栽培品种和野生种之间存在着双向的基因流；栽培苹果及其野生种连锁不平衡(LD)衰减均非常快，关联分析能实现苹果基因的精细定位；栽培苹果与苹果野生种连锁不平衡区域(LD block)分别不同，且栽培苹果多数LD block位于果实品质性状QTL区间内，了果实品质在苹果驯化过程中受到了选择。(Journal of Integrative Plant Biology)

　　水稻作为全世界最重要的粮食作物和模式植物之一，其基因组中含有大量的转座子(transposable element)，尤其是微小反向重复转座元件(miniature inverted-repeat transposable element，MITE)，这使水稻成为研究转座子起源、转座和功能的最佳模式植物。曾被认为是“垃圾DNA”的转座子是真核生物基因组中重要的组成成分，在基因组进化过程中发挥着巨大作用。转座子一般可分为反转座子和DNA转座子。研究人员发现存在于基因3′非翻译区(3′untranslated region)中的微小反向重复转座元件(MITE)可以被植物内源DCL蛋白识别并切割，从而形成不完整的mRNA。这种mRNA可能会进一步影响自身的翻译，而翻译产物的积累。人为切除该基因非翻译区的MITE，则会上调此基因的翻译产物。这些结果，DNA转座子具有mRNA翻译的功能。(Nature Communications)

　　科学界对于棉花纤维驯化的遗传学基础并不是十分清楚。为人工驯化对基因组的影响，研究者从全世界主要棉区收集了31份陆地棉野生种和321份驯化种进行基因组重测序研究。他们构建了陆地棉的首个综合变异图谱，并在全基因组范围内鉴定了93个驯化选择区间。这些区间包含大量功能基因，与陆地棉的一些主要农艺性状的形成有关，例如株高、抗病性和纤维品质等。同时，研究人员对纤维品质相关性状进行全基因组关联分析，一共鉴定了19个显著位点，其中有4个位点位于驯化选择区间中。进一步研究表明，陆地棉A亚基因组中一些受到驯化选择的基因与棉花纤维的长度相关；D亚基因组中一些与逆境响应相关基因，在驯化种中下调表达，可能促进纤维的伸长。此外，研究发现D亚基因组的类黄酮代谢关键基因受到驯化选择，在驯化种中下调表达，可能与白色纤维的发育相关。

　　植子生产的时空动态及潜在结实机制是决定种群动态及群落构建的重要生态过程。种子生产大小年(Mast seeding)即多年生植群的种子生产在年内同步且年际间高度变异的现象，这种生产格局在大量中都有出现。传粉效率增加和捕食者饱食被认为是有利于mast seeding进化的两个主要的选择性压力，而气候条件则是一个直接的作用因子。基于此，研究人员以603099）阔叶红松25公顷样地内，连续8年的野外种子收集数据为研究对象，检测了群落内20个木本植物八年间的种子生产的变异性和同步性，并且验证了传粉效率以及气象因子对种子生产的直接作用，即温带阔叶红松林群落水平的种子生产动态同时决定于进化中的选择压力(传粉效率)和气象因子的直接作用。而捕食者饱和在这八年的研究中仅仅表现出微弱的作用。(Journal of Vegetation Science)

　　异型胞是鱼腥藻属丝状蓝细菌(Anabaena7120)在氮源缺乏时为固氮而分化的特殊细胞，大约每隔10个营养细胞就会有一个异型胞，这种格式形成是生物界最简单的二维格式之一，对真核多细胞的分化有着作用，Anabaena7120也被当作研究细胞分化和格式形成的模式生物。研究新发现一种能水解细菌肽聚糖层的酰胺酶(AmiC3)对蓝细菌细胞之间的物质交流有重要作用。AmiC3定位在周质空间的细胞环上，AmiC3的缺失突变体(M40)导致Anabaena7120不能分化异型胞，通过小荧光的荧光淬灭恢复实验证明M40细胞质之间的物质交流受损，减氮条件下菌丝内异型胞分化信号HetR和PatS的表达均出现紊乱。电镜照片显示M40的nanopores的直径远小于野生型，说明AmiC3影响nanopores的扩张性，使得异型胞分化的信号不能通过channels流通扩散，导致格式分化紊乱。该解释了该领域先前电镜下得到的channels与nanopores直径结果相差甚远的矛盾，促进了对蓝细菌channels的形成机制的研究。(PNAS)

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