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植物生理群文獻分享（2016年1月 總第35期）
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植物生理群文獻分享（2016年1月 總第35期） 進入2016，祝大家新年快樂，同時預(yù)柱新春快樂！ 目前為了避免廣告的問題，植物生理群停止自由加入。目前主要由已有成員推薦加入。其他想加入的蟲友，請在加群時提供你的木蟲昵稱，所在院校及專業(yè)方向信息。 請各位分享了文獻的蟲友跟帖，以便我發(fā)放金幣獎勵。 Full crop protection from an insect pest by expression of long double-stranded RNAs in plastids Jiang Zhang, Sher Afzal Khan, Claudia Hasse, Stephanie Ruf, David G. Heckel, Ralph Bock Science 27 Feb 2015: Vol. 347, Issue 6225, pp. 991-994 之前的抗蟲技術(shù)手段之一的轉(zhuǎn)基因Bt毒蛋白植物可以減少農(nóng)藥的使用，但是并不是所有害蟲都受Bt毒蛋白的影響，并且持續(xù)使用必然導(dǎo)致抗Bt蟲的出現(xiàn)。這篇發(fā)表在2015年science上的文章來自于德國馬普研究所，他們報道了一種改良的技術(shù)手段來控制害蟲：在植物光合系統(tǒng)，即在葉綠體中表達致死RNA作為殺蟲劑。 之前已經(jīng)有人嘗試在植物系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因?qū)雂sRNA來控制害蟲，但是都沒有取得很好的效果。至少60bp長度的dsRNA對于靶標(biāo)昆蟲非常重要，但是植物體內(nèi)本身有產(chǎn)生small RNA從而阻止長雙鏈RNA（long double-stranded RNAs）在體內(nèi)過度積累的系統(tǒng)，導(dǎo)致dsRNA在植物體內(nèi)被切割形成20bp左右的siRNA，而siRNA喂食昆蟲時功效甚微或沒有效果。 植物葉綠體來源于之前能獨立生存的藍細菌，這是一種缺乏RNAi pathway的原核生物。于是作者猜想在葉綠體中表達這種長雙鏈RNA應(yīng)該會比在核中表達更穩(wěn)定。研究人員把馬鈴薯甲蟲生長必需的β-肌動蛋白基因作為目標(biāo)基因，將特異的雙鏈RNA轉(zhuǎn)入馬鈴薯的葉綠體，這種"轉(zhuǎn)葉綠體"的馬鈴薯有明顯的抗蟲效果。用這種馬鈴薯的葉片喂食甲蟲的幼蟲，5天之后所有的幼蟲全部死亡。研究人員還發(fā)現(xiàn)，如果用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因策略，將同樣的雙鏈RNA轉(zhuǎn)入馬鈴薯的核基因組，則完全不能使馬鈴薯有抗蟲效果。 通過這種改良的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，就可以充分利用RNAi技術(shù)，特異性的干擾不同害蟲的不同基因從而達到控制害蟲。（伊安分享） Light-Induced Indeterminacy Alters Shade-Avoiding Tomato Leaf Morphology Daniel H. Chitwood2, Ravi Kumar3, Aashish Ranjan4, Julie M. Pelletier, Brad T. Townsley, Yasunori Ichihashi5, Ciera C. Martinez, Kristina Zumstein, John J. Harada, Julin N. Maloof, and Neelima R. Sinha Plant Physiology September 17, 2015 pp.01229.2015 這篇文章主要探索shade-avoidance 對番茄葉片形狀的影響。該文是結(jié)合數(shù)據(jù)調(diào)查和實驗來進行的。獲取以往發(fā)表的shade-avoidance對葉片形狀影響的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過meta-analyze 分析，證明shade-avoidance確實對葉片形狀發(fā)育產(chǎn)生了影響。Shade avoidance 對一系列組合性狀的影響比較明顯，氣孔相關(guān)形狀響應(yīng)較早，而大小性狀響應(yīng)較晚。然后，通過交替高低r:fr處理，分析葉原基基因表達，分析shade-avoidance對葉片形狀產(chǎn)生影響的原因，結(jié)果表明葉原基中，shade-avoidance并未通過傳統(tǒng)的描述的途徑（我個人理解是光敏素的紅光遠紅光響應(yīng)）影響葉片發(fā)育，而是通過KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX及一系列基因的表達來影響葉原基中葉片形狀發(fā)育的。該文還發(fā)現(xiàn)，遮蔭誘導(dǎo)的葉原基中基因表達的變化并未與后續(xù)未遮蔭條件下形成的葉原基基因表達重疊，這與以往認為幼葉遭受遮蔭會影響后續(xù)葉片形狀的假設(shè)不相符。 分享這篇文章主要是因為meta-analyze，該方法是對多個相同主題的不同獨立實驗結(jié)果進行分析時的方法。具體操作我也正在學(xué)習(xí)中。。。：） （wang20140530分享） Engineered silver nanoparticles are sensed at the plasma membrane and dramatically modify physiology of Arabidopsis thaliana plants Arifa Sosan,…, Vadim Demidchik Plant Journal DOI: 10.1111/tpj.13105 分享一篇來自Plant J的文章，主要關(guān)注銀納米粒處理對擬南芥的生理影響。 在工業(yè)領(lǐng)域，納米水平的銀單質(zhì)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，這就提示人們要注意從工業(yè)產(chǎn)品中釋放的納米銀對環(huán)境尤其是植物生長的影響。同時，在代謝領(lǐng)域，銀也被認為是誘導(dǎo)效應(yīng)最強的金屬誘導(dǎo)子，納米銀，也已經(jīng)被應(yīng)用于次生代謝誘導(dǎo)。在這篇文章中，作者在擬南芥上，研究了直接約50 nm的納米銀單質(zhì)處理對植物生理的影響。在植物個體水平，作者研究了對植物根和葉片生長的影響。在細胞水平，作者關(guān)注了ROS，鈣信號，光合作用，細胞膜通透性，離子通道調(diào)控等指標(biāo)。 作者的結(jié)果表明，300 mg/l以上的納米銀會抑制擬南芥根伸長和葉的生長，同時伴隨著光合作用水平下降以及植物組織中銀的積累。納米銀結(jié)合在細胞膜上，會提高膜通透性，提高細胞質(zhì)鈣水平，并造成NADPH氧化酶相關(guān)的ROS迸發(fā)。進一步對機制的研究發(fā)現(xiàn)，納米銀并不直接造成ROS的迸發(fā)，而是通過氧化植物內(nèi)抗壞血酸達到改變植物內(nèi)氧化還原態(tài)變化的目的。此外，作者利用膜片鉗技術(shù)，發(fā)現(xiàn)納米銀處理會激活釓敏感的鈣內(nèi)流電流。 我自己的感覺這篇文章新意有限，基本上沒有脫離施加一個外源誘導(dǎo)子看各種生理變化的水平。但由于作者搞得比較深入，從個體生理到細胞內(nèi)信號分子都有涉及，所以可以發(fā)表在PJ水平的文章上。最后在如果造成ROS迸發(fā)上，作者給出了氧化抗壞血酸這個理由，是個亮點，這就遠遠優(yōu)于單純測個ROS或抗氧化酶的水平。此外，在做納米銀誘導(dǎo)子的研究中，如何區(qū)分效應(yīng)是由于納米態(tài)銀造成，還是離子銀造成，是一個難點。作者采取了合理的對照組處理，即相同濃度的納米銀和大顆粒銀（Ag bulk）作比較，同時在必要的實驗中添加銀離子螯合劑，這就讓實驗結(jié)果更確切可信。（starseacow分享） Engineering complex synthetic transcriptional programs with CRISPR RNA scaffolds. Zalatan JG, Lee ME, Almeida R, Gilbert LA, Whitehead EH, La Russa M, Tsai JC, Weissman JS, Dueber JE, Qi LS, Lim WA Cell. 2015 Jan 15;160(1-2):339-50 CRISPR-Cas9 是一個能夠定點剪切修改基因組序列的強大系統(tǒng)，現(xiàn)如今已經(jīng)被應(yīng)用于很多方面。其中之一就是利用dCas9(一個失去DNA酶切活性的Cas9蛋白,但是仍能夠結(jié)合gRNA來識別目標(biāo)DNA)來激活或是抑制目標(biāo)基因的表達。其原理（圖1.B左）是利用dCas9結(jié)合到基因的轉(zhuǎn)錄起始位點上，物理性的阻礙能激活該基因表達的轉(zhuǎn)錄因子進行工作，從而抑制基因表達，即為CRISPRi; 又或者是將一個轉(zhuǎn)錄激活因子與dCas9結(jié)合，這樣的話該轉(zhuǎn)錄激活因子就能被定點的拉至轉(zhuǎn)錄起始位點，從而激活基因基因表達。但是這種方法都只能單方面地調(diào)節(jié)基因表達，比如要么激活，要么抑制，而不能同時激活一個基因，又抑制另一個基因。 該文作者就改進了上面的方法，延長sgRNA序列，添加一個或多個發(fā)夾結(jié)構(gòu)RNA。這些特殊的發(fā)夾結(jié)構(gòu)（別如MS2,PP7,com）能夠被特殊的蛋白結(jié)構(gòu)（MCP，PCP和Com）識別，而同時這些蛋白結(jié)構(gòu)又被結(jié)合上一個轉(zhuǎn)錄因子，這樣一來就能對特定的基因進行表達調(diào)控。該方法的優(yōu)勢是能夠同時對多個基因進行表達調(diào)控，比如激活基因A的同時，抑制基因B和C，該方法對于研究同一個信號通路的基因非常有效（具體應(yīng)用例子可看圖4，圖5）。而且利用可誘導(dǎo)啟動子表達，還能定時調(diào)控基因表達。該方法提供了一個非常有效的調(diào)控基因表達的開關(guān)，把之前的單方向調(diào)控（類似于電路中的串聯(lián)），變?yōu)榱硕喾较�，并能控制的調(diào)控（類似于電路中的并聯(lián)），其應(yīng)用價值又廣闊了許多。（Sun分享） A light-inducible CRISPR-Cas9 system for control of endogenous gene activation. Lauren R Polstein1& Charles A Gersbach Nat Chem Biol. 2015 Mar;11(3):198-200. CRISPR-Cas9系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確定點的剪切目標(biāo)DNA序列，而dCas9作為一個失活的DNA結(jié)合蛋白，也廣泛被應(yīng)用于調(diào)控基因表達。利用將dCas9蛋白和一個激活或是抑制的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，只需根據(jù)目標(biāo)序列編輯gRNA序列，就能調(diào)控目標(biāo)基因表達。 該文章利用在植物中發(fā)現(xiàn)的光誘導(dǎo)蛋白聚合體CRY2和CIB1，用光來調(diào)控基因表達。他們將激活因子VP64和CRY2蛋白結(jié)合，將CIB1的一個蛋白片段CIBN于dCas9結(jié)合，將其共同表達于一個細胞中。這樣，利用藍光誘導(dǎo)，CIAN就能和CRY2相結(jié)合，從而將VP64拉至dCas9定位的DNA序列上，最終激活目標(biāo)基因。并且該調(diào)控是可控的，只有在藍光條件下，CIAN才能與CRY2相互作用，從而激活蛋白；而沒有藍光，就不會有激活。 類似的設(shè)想之前用ZFP或TALE蛋白也做過，但是由于編輯他們太過于費勁，遠遠沒有CRISPR簡單，所以還是提供了一個非常好的光控誘導(dǎo)體系。（Sun分享） Blue Light Induces a Distinct Starch Degradation Pathway in Guard Cells for Stomatal Opening Daniel Horrer, Sabrina Flutsch, Diana Pazmino, ..., Nathalie Leonhardt, Tracy Lawson, Diana Santelia 2016, Current Biology 26, 1–9 去年10月，蘇黎世大學(xué)的Dr Diana Santelia曾經(jīng)來我們組做過學(xué)術(shù)報告，她的研究主要關(guān)注植物細胞內(nèi)初生淀粉體在植物生理活動中的作用，我曾經(jīng)介紹過她的報告內(nèi)容。在新一期的Current Biology中，Diana的一部分工作已經(jīng)得到發(fā)表。 淀粉粒是高等植物細胞中的一種質(zhì)粒體，主要功能為以淀粉的形式合成及儲存糖類，留待需要時使用。按照存在時間長短，植物細胞中存在兩類淀粉粒：植物中的次生淀粉體相對長期存在，住喲用于能量儲存，為一些長期生理活動如種子或塊莖萌發(fā)做準(zhǔn)備。而初生淀粉體則代謝比較迅速，主要參與一些短期生理活動。初生淀粉體主要在葉綠體中產(chǎn)生。在葉片中，初生淀粉體在夜間降解消失，而在保衛(wèi)細胞中，則相反。 植物具有藍光反應(yīng)，即在藍光光照下產(chǎn)生一系列生理活動，其中具有代表性的就是藍光光照下的氣孔張開。這篇文章發(fā)現(xiàn)，在30 min的藍光光照下，植物保衛(wèi)細胞內(nèi)的淀粉體會快速降解消失（1 h內(nèi)），1 h后淀粉體會緩慢積累再生。提示植物在白天開始積累糖類并儲存在淀粉體中，為黎明時氣孔及時快速開放做準(zhǔn)備。干擾淀粉體代謝，對于植物生長有一定影響。作者進一步研究發(fā)現(xiàn)，植物氣孔降解淀粉粒，依賴beta-淀粉酶BAM1，而在葉片細胞中為BAM3，提示植物中具有細胞特異性的淀粉體降解途徑。對藍光信號系統(tǒng)研究表明，向光素1-2（phot 1-2）感知藍光信號并激活H+-ATP泵泵出H+這一過程，參與藍光下淀粉粒的降解與氣孔開放。（starseacow分享） A symbiotic SNARE protein generated by alternative termination of transcription Huairong Pan, Onur Oztas, Xiaowei Zhang, Xiaoyi Wu, Christina Stonoha, Ertao Wang, Bin Wang & Dong Wang Nature Plants 2, Article number: 15197 (2016) 介紹一篇來自Nature Plants的文章。 在苜蓿中，SNARE蛋白SYP132由于轉(zhuǎn)錄過程中3‘端的選擇性多聚腺苷酸化（alternative polyadenylation , APA），形成了兩個不同的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，SYP132C 與SYP132A。前者在植物各組織細胞膜上表達，而后者主要出現(xiàn)在植物與微生物共生體膜上。作者利用RNAi分別或同時沉默這兩個SNARE蛋白，發(fā)現(xiàn)SYP132C執(zhí)行該家族蛋白的經(jīng)典功能，參與植物生長，沉默后植物生長緩慢，而SYP132A沉默后對植物生長有限，主要影響在于植物根部共生結(jié)瘤較小。對于侵染植物的固氮菌研究發(fā)現(xiàn)，在syp132a沉默株上固氮菌固氮水平較低。這些結(jié)果提示SYP132A在一般細胞膜上并不重要，其功能主要為向固氮菌與植物共生膜方向運輸，從而參與調(diào)節(jié)這種共生關(guān)系。接下來，作者進一步研究發(fā)現(xiàn)這種對于SYP132的可變轉(zhuǎn)錄，在被子植物中保守。然而在擬南芥等一些植物中，這種SYP132在進化中丟失了，擬南芥中被命名為SYP132的基因是另一個SNARE SYP131在進化中產(chǎn)生的重復(fù)。作者考慮到所研究植物的不同，指出這種可以形成A與C兩種產(chǎn)物的SYP132，其功能與叢枝菌根形成相關(guān)。 這篇文章的發(fā)現(xiàn)主要指出植物SNARE中存在的一種3‘端的選擇性多聚腺苷酸化現(xiàn)象，這個現(xiàn)象產(chǎn)生的不同產(chǎn)物在亞細胞定位和功能上有不同。（starseacow分享） |
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