小RNA, 大本领: 22 nt siRNAs在植物适应逆境中的重要作用

RNA是传递生命遗传信息的重要介质。依据RNA是否编码蛋白质, 可分为编码RNA和非编码RNA。作为非编码RNA的核心种类之一, 小RNA在各种生命活动中均发挥重要调控作用, 其产生及功能发挥依赖于不同的DCL、RDR和AGO蛋白。目前, 植物中功能和调控方式较为明确的是以21 nt为主的miRNA和24 nt siRNA, 其它长度和类型的小RNA由于积累水平通常较低, 尚知之甚少。近日, 南方科技大学郭红卫团队发现, 拟南芥(Arabidopsis thaliana)在缺氮等逆境胁迫下可产生大量依赖于DCL2和RDR6的22 nt siRNA。22 nt siRNA与AGO1结合形成效应复合物, 抑制硝酸还原酶基因(NIA1和NIA2)等mRNA的翻译效率, 从而减少植物在营养缺失条件下的能量消耗。这意味着, 当植物遇到不利环境时, 虽然无法通过移动来逃避逆境, 但可通过诱导产生小RNA, 协调和平衡正常的生长发育与胁迫响应。     

向日葵AGO和DCL基因家族的鉴定和表达分析

为了解向日葵(Helianthus annuus)的Argonaute (AGO)和Dicer-like (DCL)的功能,利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AGO和DCL基因序列在向日葵基因组数据库中进行同源比对,对向日葵AGO和DCL家族成员进行生物信息学分析。结果表明,从向日葵中鉴定到15个Ha AGOs和5个HaDCLs家族成员;这2类基因在染色体上的分布均不均匀。系统发育分析表明,与拟南芥相似,HaAGO家族成员可分为3个分支,HaDCL可分为4个分支;所有的HaAGO都具有保守的N domain、DUF1785、PAZ和PIWI结构域,Ha DCL家族成员都含有PAZ和RIBOc结构域。表达分析表明,Ha DCL3a和Ha DCL3b在茎和花序中高度表达;亚细胞定位表明Ha AGO多定位于细胞核。这表明向日葵中可能存在典型的RNAi干扰机制,并可能参与了协调向日葵的生长发育过程。     

植物中phasiRNA研究进展

植物phasiRNA(phased,secondary,small interfering RNA)是一类内源性的、起调控作用的非编码小RNA(sRNA),它在植物的生长、发育、生殖以及抗病中发挥着重要作用。PhasiRNA初级转录本由Pol Ⅱ(RNA polymerase II)转录,随后miRNA(microRNA)引导AGO蛋白对phasi RNA初级转录本上的靶位点进行剪切,剪切后的phasiRNA前体片段(剪切位点的上游或下游片段)继而被RDR6(RNA-dependent RNA polymerases 6)复制成双链RNA,双链RNA被DCL4切割成一系列首尾相接,具有一定相位的21-nt或24-nt的小RNA,即phasiRNA。成熟的phasiRNA与AGO蛋白组装成沉默复合体,作用于靶基因,发挥转录后调控的功能。该文对植物phasiRNA的生物合成通路、生物学功能及其进化进行综述。     

小RNA,大本领:22 nt siRNAs在植物适应逆境中的重要作用

RNA是传递生命遗传信息的重要介质。依据RNA是否编码蛋白质,可分为编码RNA和非编码RNA。作为非编码RNA的核心种类之一,小RNA在各种生命活动中均发挥重要调控作用,其产生及功能发挥依赖于不同的DCL、RDR和AGO蛋白。目前,植物中功能和调控方式较为明确的是以21 nt为主的miRNA和24 nt siRNA,其它长度和类型的小RNA由于积累水平通常较低,尚知之甚少。近日,南方科技大学郭红卫团队发现,拟南芥(Arabidopsis thaliana)在缺氮等逆境胁迫下可产生大量依赖于DCL2和RDR6的22 nt siRNA。22 nt siRNA与AGO1结合形成效应复合物,抑制硝酸还原酶基因(NIA1和NIA2)等mRNA的翻译效率,从而减少植物在营养缺失条件下的能量消耗。这意味着,当植物遇到不利环境时,虽然无法通过移动来逃避逆境,但可通过诱导产生小RNA,协调和平衡正常的生长发育与胁迫响应。     

FHL家族功能研究进展

FHL是含有4个半LIM结构域的蛋白家族,体内现已发现5个成员,即FHL1、FHL2、FHL3、FHL4、FHL5/ACT,不同成员在组织中表达具有特异性。FHL家族通过LIM结构域与其他蛋白质相互作用,在各种肌细胞的生长与分化、肿瘤的发生发展以及基因的转录调节中发挥重要的作用。     

谷子MYB类转录因子SiMYB42提高转基因拟南芥低氮胁迫耐性

Myeloblastosis (MYB)类转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一,在植物发育及防御反应过程中发挥重要作用,还参与植物对干旱等非生物胁迫的响应。谷子(Setaria italica L.)起源于中国,具有抗旱、耐瘠薄的特性,是研究单子叶作物非生物胁迫抗性的理想材料。本研究对耐低氮胁迫谷子品种郑204经低氮处理后进行转录组分析,鉴定出一个在低氮胁迫条件下明显上调的MYB类转录因子SiMYB42。系统发育树结果表明,SiMYB42属于R2R3-MYB亚族,具有2个MYB保守域;表达模式分析显示,SiMYB42在低氮、高盐、干旱和ABA胁迫条件下表达量显著上调;亚细胞定位、quantitative real-time PCR及转录激活活性分析结果表明,SiMYB42蛋白定位于植物的细胞核和细胞膜中,主要在谷子的叶部或根部表达,具有转录激活活性;基因功能分析结果表明,在正常条件下,转SiMYB42基因拟南芥与野生型Columbia-0拟南芥(WT)无明显差异,但在低氮条件下,转SiMYB42基因拟南芥的主根长、根系表面积及鲜重均显著高于WT,结果证明SiMYB42基因可以提高转基因植物对低氮胁迫的耐性;下游基因表达分析结果显示,在转SiMYB42基因拟南芥中,参与植物氮素转运的硝酸盐转运基因NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5的表达水平均高于WT,启动子分析结果显示NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5基因启动子序列中均具有MYB结合位点。以上结果证明,SiMYB42可以通过调控下游硝酸盐转运体基因的表达提高植物在低氮条件下的耐性。本研究揭示了SiMYB42基因在低氮胁迫反应途径中的作用,为进一步了解谷子低氮胁迫响应的调控网络奠定了基础。     

谷子bZIP转录因子的全基因组鉴定及其在干旱和盐胁迫下的表达分析

bZIP蛋白是植物转录因子中最大和最保守的一类转录因子, 参与调控植物生长发育等多种生命活动。谷子(Setaria italica)是一种重要的C4杂粮作物, 其bZIP基因家族与功能报道较少。利用生物信息学工具, 从谷子全基因组中鉴定出73个SibZIP转录因子, 划分为A、B、C、D、E、G、H、I和X等亚家族。与已测序的禾谷类作物相比, 谷子SibZIP基因家族在进化中发生缩减。在谷子SibZIP蛋白中检测到25种不同的保守氨基酸基序。RNA-seq和定量PCR检测结果表明, 在干旱和盐胁迫条件下, 多数SibZIPs基因不同程度地被诱导表达, 预示着部分SibZIP成员在谷子干旱和盐胁迫响应中起重要作用。共表达关联性分析进一步揭示19个谷子SibZIP转录因子可通过与蛋白激酶或NPR1相关调节蛋白等互作介导谷子胁迫响应。研究结果为全面解析谷子SibZIPs基因结构与生物学功能、抗旱分子机制以及分子育种提供了新信息。     

参与细胞衰老的蛋白质结构域

  大多数正常体细胞有有限的复制周期,并最终进入生长停滞状态被称为复制性衰老.迄今比较公认的3条细胞衰老信号转导途径是：p16INK4a/Rb、p19ARF/p53/p21Waf1以及PTEN/p27.目前发现,在基因转录水平上,有些转录因子的结构域对调节p16INK4a、p53/p21Waf1以及p27等与细胞衰老相关基因的表达有重要作用,如E2DBD、环指域(RING finger)等;其次,各条通路要发挥作用,必然要借助其上下游蛋白质的相互作用,其中结构域发挥了纽带作用.本文对其中某些蛋白质相互作用的结构域进行了描述.最后,还总结了其他一些参与细胞衰老的结构域.     

水稻ECT基因家族的全基因组研究

真核生物mRNA转录后修饰可调控许多基因的遗传信息,植物m⁶A甲基化研究正成为关注的新热点。m⁶A结合蛋白 (m⁶A readers) 调节m⁶A修饰的特异性,通常具有YTH (YT521-B homology) 结构域,在拟南芥中被命名为ECT结构域 (evolutionarily conserved C-terminal region ECT domain) 。目前ECT基因已在拟南芥和水稻等植物中检测到,但该基因家族在水稻中的成员及生物学功能还缺乏研究。本研究通过水稻ECT基因家族的全基因组分析,鉴定出12个OsECT基因,具有1个保守的基序,多位于蛋白质氨基酸序列C-端。共线性分析表明,在水稻基因组内OsECT-c与OsECT-e发生了重复事件,在物种间ECT同源基因对可能是在双子叶和单子叶植物分化后形成。同源基因对OsECT的Ka/Ks < 1,表明OsECT基因家族在进化过程中可能经历了较强的纯化选择压力。表达模式分析显示,OsECT-b、OsECT-c、OsECT-e和OsECT-j在水稻生长初期各个组织均保持较高的表达水平,OsECT-g在干旱处理后表达量显著下调。因此,OsECT基因在水稻生长发育和逆境胁迫中可能发挥着重要作用。本研究为今后OsECT基因在水稻的节水抗旱机制研究和相关抗逆育种提供了重要的理论基础。     

青稞HvtAGO1基因的克隆及其在条纹病胁迫下的表达

AGO蛋白是RNA诱导沉默复合体的核心分子,在植物的生长、发育及胁迫响应中起重要作用。为探索青稞AGO基因在青稞抗条纹病病原菌过程中的作用机制,该研究以抗条纹病青稞品种‘昆仑14号’和感病品种‘Z1141’为材料,利用条纹病原菌侵染两品种,从感病前后的转录组测序结果中获得一个差异表达基因,克隆验证了该基因为HvtAGO1。结果表明:(1)HvtAGO1基因长3675 bp,其完整开放阅读框为3651 bp,编码1217个氨基酸;蛋白质序列分析表明,HvtAGO1为一个亲水性的不稳定碱性蛋白,具有高度保守的DUF1785、PAZ和PIWI结构域。(2)青稞HvtAGO1蛋白与山羊草、二穗短柄草、乌拉尔图小麦的AGO1蛋白序列相似性分别为96.64%、79.34%和80.07%,DUF1785、PAZ和PIWI结构域相似性分别为97.57%、98.44%和96.02%;系统进化树分析表明,青稞HvtAGO1蛋白与山羊草的亲缘关系最近,与玉米和粟的亲缘关系最远。(3)降解组测序结果表明,hvu-miR168-5p与HvtAGO1存在靶向关系。(4)qRT-PCR分析表明,条纹病胁迫下,与正常叶片相比,‘昆仑14号’与‘Z1141’感病叶片的hvu-miR168-5p和靶基因HvtAGO1表达量均极显著上调,且‘昆仑14号’表达量显著高于‘Z1141’。研究推测,hvu-miR168-5p和靶基因HvtAGO1在青稞抗条纹病的调控过程中发挥着重要作用。     

谷子和狗尾草核型分析

作者研究了我国谷子(Setaria italica Beauv.)和狗尾草的核型与Giemsa带,两者核型基本相同,均为2n=18=14m+2sm+2st(SAT)。带型亦相近,另外在谷子和狗尾草中都发现有四倍体。     

普通烟草CESA基因家族成员的鉴定、亚细胞定位及表达分析

纤维素合成酶蛋白(cellulose-synthase proteins, CESA)是一类质膜定位蛋白,以蛋白复合体的形式存在于质膜上合成纤维素,在细胞壁建成和植物生长发育过程中起着非常重要的作用。本研究利用CESA蛋白保守域序列PF03552检索普通烟草(Nicotiana tabacum L.)蛋白序列,并通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)10个CESA蛋白序列在普通烟草基因组数据库中利用TBLASTN程序进行比对,共获得21条NtCESA基因候选序列,对这些序列进行蛋白序列理化性质分析、系统进化树构建、基因结构分析、保守结构域及跨膜区分析和组织表达模式分析,并对NtCESA9和NtCESA14两个蛋白进行了亚细胞定位实验。结果表明：获得的21条NtCESA蛋白序列的理化性质相似;系统进化分析将21个NtCESA基因和10个AtCESA基因分成5个分支,每一个分支各成员之间的进化相对保守,基因结构类似,不同分支之间的基因结构差异也较小;NtCESA蛋白结构域相对保守,都含有CESA蛋白典型的N端锌指结构、C端跨膜区和DDD-QXXRW保守功能域;组织表达分析结果表明,大部分NtCESA基因在幼苗和成熟期烟草的根、叶、胚芽和愈伤组织中都有表达,同一个分支中的基因表达模式基本一致,并且NtCESA基因参与初/次生细胞壁纤维素的合成与该基因编码蛋白的跨膜区数目存在关联,表明NtCESA基因家族成员功能上的复杂性;亚细胞定位结果证实NtCESA9和NtCESA14为质膜定位蛋白。本研究为烟草CESA基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

杨树重金属相关异戊二烯化植物蛋白(HIPPs)基因的鉴定及表达分析

金属伴侣在植物的生理活动中发挥关键作用，负责结合金属离子并将其转运至靶蛋白以维持细胞的金属离子稳态。目前关于HIPP （heavy metal-associated isoprenylated plant protein）金属伴侣蛋白的特性和功能分析多集中于模式植物拟南芥。本研究在毛果杨（Populus trichocarpa）中鉴定了14个PtHIPPs蛋白，均具有两个保守的金属离子结合基序MXCXXC，氨基末端可以形成βαββαβ二级结构，羧基末端具有保守的异戊二烯化基序；一些PtHIPPs还具有赖氨酸和/或甘氨酸富集区。根据基因结构、蛋白质的保守基序和进化树分析，PtHIPPs蛋白可分为3个亚组。PlantGenIE的组织特异性表达数据及荧光定量PCR鉴定结果显示，毛果杨PtHIPPs基因及小黑杨（Populus simonii×Populus nigra）PnHIPPs基因具有特定的组织表达特异性且存在差异。此外，利用缺铜及过量铜离子处理小黑杨植株不同时间后，不同组织部位中PnHIPPs基因的表达模式发生改变。本研究为鉴定木本模式植物杨树HIPPs蛋白在维持铜离子稳态过程中发挥的作用提供了参考依据。     

根系隔离条件下的谷子亲缘识别

在根系隔离情况下, 通过研究邻株身份(亲缘株、非亲缘株、陌生株)及其与种植密度(高、低)和土壤养分水平(高、低)交互作用对谷子(Setaria italica)形态学特征和生物量分配的影响, 探索谷子地上部分是否能够识别亲缘邻株, 以及谷子的这种亲缘识别能力对环境因子如何响应。结果显示: 1)亲缘组谷子叶生物量分配显著降低, 茎秆显著增粗, 暗示着亲缘组谷子植株间减少竞争, 并增强对当地多风气候的适应。而非亲缘组谷子叶生物量分配显著增加, 表明非亲缘组谷子植株间竞争较强。2)与非亲缘组相比, 陌生组谷子种子生物量分配显著增加, 株高显著减少, 表明陌生组谷子植株通过不对称竞争(与邻株糜(Panicum miliaceum)植株相比, 株高显著增加), 进一步限制邻株(糜)生长, 从而增强竞争能力, 同时, 将更多的生物量投资于繁殖, 增加适合度。3)在高密度种植条件下, 谷子茎生物量和叶生物量分配在各邻株身份处理间无显著差异, 而在低密度种植条件下, 与非亲缘组相比, 亲缘组谷子茎生物量显著增加, 叶生物量分配显著减小; 随着种植间距的增大(种植密度减小), 亲缘组谷子叶生物量分配显著减少, 而非亲缘组和陌生组叶生物量分配在高、低种植密度条件下无显著差异。4)在低土壤养分条件下, 亲缘组和非亲缘组谷子叶生物量分配无显著差异, 前者穗长显著小于后者, 而在高土壤养分条件下, 亲缘组谷子叶生物量分配显著小于非亲缘组, 前者穗长显著大于后者。结果表明, 在根系隔离的情况下,谷子能够识别亲缘邻株, 且谷子地上部分竞争信号在亲缘识别过程中扮演重要角色。较低种植密度和较高土壤养分水平有利于谷子亲缘识别能力的表达。     

Kin recognition in Setaria italica under the condition of root segregation

Aims Kin recognition may play an important part in the performance and productivity of crop plants. However, so far, little is known about whether crop plants can recognize their kin neighbors. The aim of this study was to explore kin recognition in Setaria italica, and its responses to changes in environmental and biological conditions.Methods A field experiment was conducted in the suburb of Shanghai. Setaria italica grew with different neighbors (kin, non-kin and strangers), under the condition of root segregation and different plant densities (high and low) and soil nutrient levels (high and low), respectively. We investigated how neighbor identity and its interactions with plant density and soil nutrient level affected the morphology and biomass allocation of S. italica.Important findings Under the condition of root segregation, 1) Leaf biomass allocation and stem diameter of plants in the kin groups significantly decreased and increased, respectively, suggesting that plants of S. italica in the kin groups reduced inter-individual competition, and adapted to the local windy climate. 2) Compared with the non-kin groups, plants in the stranger groups significantly increased the biomass allocation to seeds, while plant height decreased significantly, suggesting that the plants of S. italica in the stranger groups may reduce the growth of their neighbors due to asymmetric competition (S. italica significantly increased height compared with the neighboring plants, Panicum miliaceum). Therefore, the S. italic plants in the stranger groups allocated more biomass to reproduction and increased fitness than those in non-kin groups. 3) Under the condition of high plant density, no significant differences were found in stem biomass and leaf biomass allocation of plants among different neighbor identity treatments. While under the condition of low plant density, compared with the non-kin groups, biomass allocation to stem and leaf in the kin groups significantly increased and decreased, respectively. As the plant density decreased, plants in the kin groups decreased leaf biomass allocation significantly, while plants in the non-kin and stranger groups did not show such a response. 4) Under the condition of low soil nutrient level, no significant difference was found in leaf biomass allocation between the kin and non-kin groups, while the ear length of plants in the kin groups decreased significantly. Under the condition of high soil nutrient level, the biomass allocated to leaves in the kin groups decreased significantly, while ear length increased significantly compared with the non-kin groups. Therefore, under the condition of root segregation, plants of S. italica showed the ability to recognize their kin neighbors, and the aboveground competitive cues may play important roles in the course of kin recognition in S. italica. Lower plant density and higher soil nutrient level may facilitate the ability of kin recognition in S. italica.     

决明GRAS基因家族全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫条件下的表达分析

目的: 基于决明(Senna tora L.)全基因组数据,对GRAS家族成员、理化性质、基因结构、进化关系以及胁迫条件下的表达模式进行鉴定和分析。方法: 将决明基因组蛋白数据与拟南芥GRAS成员进行比对,分别利用TBtools、MEGA-X、CLUSTALW、MEME等生物信息学软件和工具,对决明GRAS基因家族成员进行分析。利用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)检测干旱和盐胁迫条件下决明根中GRAS基因的表达情况。结果: 50个StGRAS分为9个亚家族,不均等地分布在13条染色体上。结构分析表明,StGRAS34和StGRAS12分别与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)结瘤信号蛋白NSP1和NSP2高度同源。StGRAS的启动子区域多含有与胁迫响应、激素调节等相关的响应元件。qRT-PCR结果表明,在盐胁迫条件下,StGRAS表达具有明显差异;在干旱胁迫条件下,绝大多数检测基因能够快速响应,表达显著升高;两种胁迫条件下,StGRAS28和StGRAS29表达趋势互补,具有协同调控关系。结论: GRAS基因家族能够广泛参与胁迫响应,其中StGRAS28与StGRAS29可能共同参与介导决明根的盐与干旱胁迫应答,StGRAS34和StGRAS12分别作为决明共生结瘤的NSP1和NSP2,可能与增强结瘤因子信号诱导相关,这为进一步挖掘和研究GRAS基因在决明响应胁迫和共生固氮过程所发挥的作用提供了基础。     

Genotyping of Staphylococcus aureus isolated from humans, bovine subclinical mastitis and food samples in Argentina

The aim of the present study was to characterize genotypically 45 Staphylococcus aureus strains isolated from humans, bovine subclinical mastitis and food samples in Argentina by rep-PCR and PCR amplification of virulence genes. Resistances to various antibiotics could be observed for the human S. aureus, less pronounced for the bovine strains, but not for the eight S. aureus isolated from food samples. The strains could be classified genotypically by rep-PCR and by amplification of the genes encoding protein A, coagulase, clumping factor, the collagen adhesin domains A and B, capsular polysaccharide 5 and 8, the accessory gene regulator agr classes I to III, and the S. aureus gene regulator sae. rep-PCR analyses and the different gene patterns revealed that the strains could be divided into seven groups mostly matching with the origin of the isolates. The present study describes genotypic variations of S. aureus strains isolated from different origins in Argentina. The study provides a valuable insight into molecular specificities of this important pathogen.     

香蕉枯萎病菌Argonaute基因功能分析及其调控小RNA发生

尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f.sp.cubense是威胁香蕉生产的重要土传病原真菌,其中4号生理小种(Foc4)能感染几乎所有的栽培品系.Argonaute蛋白(AGO)介导的RISC复合体在RNAi干扰中起到重要作用.Foc4含有两个进化上高度保守的AGO蛋白,本研究利用同源重组技术获...