植物科学文献每周速报 2020年3月2日

1. 综述：研究植物配体-受体相互作用的体外分析方法

每两篇论文就会有一个很好的关于信号级联放大的图表，图中包括一个受体及与其相互作用的配体。但是，有时这些图仅比推测或猜测好一点，通常很难证实这种相互作用。在这里， Sandoval和Santiago回顾（并很好地说明了）可用于在体外识别配体-受体相互作用的方法，包括最佳实例，局限性和注意事项。他们所描述的方法包括无标记检测方法：等温滴定量热法，光学生物传感技术，荧光各向异性（及更多）；配体标记分析：微量热泳动（MST），荧光共振能量转移（FRET），放射性配体结合分析，和化学发光受体配体结合分析；以及基于结构的配体结合检测：核磁共振（NMR），氢氘交换质谱（HDX-MS），广角X射线散射（WAXS）和小角X射线散射（SAXS）。对于希望验证相互作用的人，以及需要快速指南来帮助他们理解其他人研究工作的人来说，这是一个很好的指导说明。

（原文发表于Plant Physiol.10.1104/pp.19.01396； Mary Williams总结，Huyu Liu翻译）

2. 综述：植物激素应答通路的进化

植物激素的时空应答对于植物生长起着至关重要的作用。本篇综述中， Blázquez等学者讨论了不同植物激素调节通路中共有特征的进化。生长素、茉莉酸、赤霉素和独脚金内酯等调节途径都涉及到Skp1/Cullin/F-box (SCF)- type E3泛素连接酶（ubiquitin ligase complexes）相关的调控子蛋白酶降解。

这种调控子的降解可以使相关的转录因子启动激素响应基因的转录过程，这同时也是这些信号级联传导（signaling cascade)的另一共同策略。此外，这些通路还都涉及到辅阻遏物（co-repressor）的结合。

高通量测序和大规模数据，如Onekp，为了解这些信号传导组成在模式被子植物之外的进化提供了可能性。作者们在文章中讨论了这些调控子和它们进化上的趋同和趋异性（conserved role and divergence）。理解激素传导通路中不同成分之间的关系可以为我们理解不同信号通路以及他们在植物进化上的角色提供新的思路。

( 原文发表于Annu. Rev. Plant Biol. 10.1146/annurev-arplant-050718-100309, 本文由Suresh Damodaran总结，Jialu Wei翻译)

3. 综述：从根部离子吸收动力学提高植物生产力和养分利用效率

除了固定植物和吸收水分，根部的另一项最重要也是最复杂的功能之一就是向植物输送大量必须的营养物质。根部的构造影响其养分吸收，同时也收到养分吸收的作用，但是其吸收作用起到最终影响的是膜离子运输因子（ membrane-bound ion transporters). Griffiths和York在文章中对离子吸收过程从物理、数学及实验方面进行了综述，其中包括：放射性示踪剂研究（radioactive tracer studies），以浓度为基础的溶剂消耗测量。所涉及的实验中，一半是对玉米的根部进行研究，其次还有大麦和水稻。作者们发现，很少有研究针对同一物种中不同基因型对比 —— 这也许受到了现存研究方法的阻碍。高通量水培系统可以帮助我们测量植物养分吸收实时速率，建模及模拟研究可以与之结合，作为一个有力工具来研究动力学以及膜离子运输因子的丰度对植物生长的影响。通过培育强养分吸收能力的植株，我们可以从贫瘠的土壤中实现高产，同时也可以减少高耗能高污染的化肥所带来的的负面影响。

(原文发表于Plant Physiol. 10.1104/pp.19.01496, 本文由Mary Williams总结，Jialu Wei翻译)

4. 研究论文：拟南芥中COP1破坏DELLA蛋白的稳定性

赤霉酸信号通路的经典模型中包括了受体蛋白GID1对激素的识别以及蛋白酶对DELLA蛋白的进一步降解。本文中，Blanco-Tourian等人观察到拟南芥在高温和避光条件下DELLA蛋白REPRESSOR OF ga1-3 (RGA)的减少独立于GA/GID1介导的降解过程。他们发现，这种环境下RGA的降解是由E3泛素连接酶COP1介导的。另外，DELLA蛋白RGA和GAI1可以直接与COP1和SPA1相互作用并被泛素化。作者们同时分析了这种相互作用的生理学相关性，结果表明，在cop1突变体中，下胚轴生长的缺陷取决于DELLA蛋白，这种表型可以通过添加外源赤霉素被挽救。这项工作联结了DELLA蛋白和COP1/SPA1的关系，作为光和温度响应的中心调解因素。GA/GID1通路是在维管植物中出现的，而DELLA和COP1基因则存在于所有陆生植物系中。这种另类的对DELLA蛋白稳定性的调解机制可能代表了一种古老的机理，可以通过其来解释这些蛋白在其他植物系中的作用。

(本文发表于bioRxiv 10.1101/2020.01.09.897157, 由Facundo Romani总结，Weijia Su 翻译)

5. 研究论文：玉米异源三聚体G蛋白β亚基控制芽分生组织的发育和免疫反应

异三聚体G蛋白在受体和下游因子之间转导信号。以前的遗传研究发现，基于功能丧失的多种表型，发现该蛋白的多种功能。例如，拟南芥Gα和Gβ亚基的突变均导致茎尖分生组织增大。 Wu等人使用CRISPR / Cas9基因敲除了玉米中编码Gβ亚基的基因，并发现了幼苗致命性的表型（与水稻中的发现类似）。有趣的是，这不是发育缺陷，而是由于超免疫反应引起的。当基因敲除进入抑制这种免疫的品系中时，植物存活并在茎尖分生组织中表现出发育缺陷，从而导致簇生（扁平化，带状分生组织的形成）。作者还确定了另一个簇生的突变体fea * 183，该突变体的Gβ编码基因发生了单个氨基酸的改变。作者总结说：“我们的研究表明ZmGB1在分生组织的发育和免疫方面均是至关重要的调节因子。因此，该基因具有优化防御——发展的权衡，以提高农艺产量的潜力。”

(原文发表于Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 10.1073/pnas.1912327117，由 Mary Williams总结，Yawei Li翻译)

6. 研究论文：不会向大气排放异戊二烯的高生产力杂种杨树人工林

许多树木在炎热的天气中会散发异戊二烯（C5H8，一种挥发性碳化合物），研究已证明异戊二烯可以帮助树木忍受短暂的高温爆发（热斑）。异戊二烯本身无害，但可以与其他气体反应，并导致在近地面大气层产生大量臭氧，这对人类和其他植物有害。 Monson等利用基因工程技术来阻止用于生产生物燃料和生物质的人工林中的杂种杨树产生异戊二烯。多年来，作者在俄勒冈州（温和）和亚利桑那州（高温）种植了未经修饰的树木，带有空载体的树木以及多种独立的有RNAi插入的树木。总体而言，他们发现异戊二烯产生减少的树的生物量与带有空载体的树木相比没有显著区别（未被转化的对照生长更快，尤其是在生长季节中最热的月份）。作者观察到许多生物量积累发生在温度最高的时期之前，而且异戊二烯生物合成的抑制也抑制了大部分苯丙烷途径，这可能使代谢向木质素生物合成倾斜。这项工作表明，减少异戊二烯的排放并不是与树木的高生产力不兼容的。

（原文发表于Proc. Natl. Acad. Sci. USA 10.1073/pnas.1912327117；Mary Williams总结，Huyu Liu翻译）

7. 研究论文：利用光片显微镜对拟南芥花器官中的生殖细胞进行成像

显微技术的进步极大地加深了我们对植物基本发育的了解，但是由于花器官中的生殖细胞非常细小且嵌入到其他组织中，因此难以成像。 Valuchova等人提出了一种使用光片荧光显微镜实现拟南芥花器官的生殖细胞活细胞成像（长达五天）的方法。这使他们能够使用荧光标记的组蛋白H2A对染色体进行成像，或者通过减数分裂染色体标记ASY1来追踪花药内的精细胞减数分裂。去除萼片，然后将花嵌入毛细管中的低熔点琼脂糖中来保证成像期间将其固定在适当的位置。成像的卵细胞减数分裂需要进一步解剖使胚珠暴露。本文包含一些振奋人心的延时视频–详情如例 https://elifesciences.org/articles/52546#fig3video1

(原文发表于eLIFE 10.7554/eLife.52546，由 Mary Williams总结，Yawei Li翻译)

8. 研究论文：利用CRISPR/Gas9编辑技术来阻断一种内生病毒对香蕉的影响

香蕉条斑病毒（BSV）是一种植物病原性的副反转录病毒，其通过整合在香蕉Musa spp的基因组中，从而减少作物产量。当BSV感染的香蕉受到胁迫，BSV再度活化去制造有感染性的病毒从而造成致死性的组织坏死。Tripathi等人利用CRISPR/GAS9技术使内生BSV失活从而避免植物在干旱条件下表现症状，否则植物将被感染。CRISPR定向处理三个BSV的开放阅读框，造成移码突变并保持低脱靶效应，并且，对三个阅读框的整体敲除对于BSV完全灭活很重要。这项研究是第一个针对在植物基因组整合的病毒DNA进行敲除，这表明CRISPR/CAS9产生的定向突变可以永久的使内生病毒失去活性。在其他香蕉品种中敲除BSV可以为育种提供大量之前未被研究的种质资源，同时可以避免作物被进一步破坏。

(本文发表于Commun. Biol. 10.1038/s42003-019-0288-7，由Katy Dunning总结，Weijia Su 翻译)

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