鉴定到植物中首个调控支链氨基酸合成的转录因子

支链氨基酸（BCAA）是人体必需氨基酸，在植物生长发育中发挥重要作用。近日，科学家研究鉴定了植物中首个调控支链氨基酸合成的转录因子，揭示了水稻中支链氨基酸生物合成调控的机制。该研究分析了520份水稻核心种质材料叶片BCAA的含量，通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定了一个调控BCAA的转录因子OsbZIP18。进化树结果显示，OsbZIP18是拟南芥光信号调控因子AtHY5的一个同源基因。研究发现，水稻叶片BCAA水平与OsbZIP18转录的表达量正相关，且OsbZIP18可通过直接结合到BCAAs合成基因OsBCAT1（OsBCAT1）和OsBCAT2的启动子上，正调控支链氨基酸的合成。进一步研究发现，氮素缺乏诱导BCAAs的含量是依赖于OsbZIP18的。（New Phytologist）

揭示环核苷酸门控离子通道蛋白在介导水稻温敏中的作用

水稻属于温敏植物，对高温和低温胁迫极其敏感，温度胁迫给水稻的正常生产造成严重威胁。克隆水稻温敏调控基因，研究基因的调控机制，对于水稻培育耐高温和低温的品种具有重要意义。近日，研究人员建立了一条从温度胁迫信号识别到钙离子通道激活的植物温敏信号传导途径。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术我们产生了编码环核苷酸门控离子通道蛋白基因OsCNGC14和OsCNGC16的突变体。温度胁迫处理发现OsCNGC14和OsCNGC16对水稻的耐热性和耐冷性均具有正调控作用。OsCNGC14和OsCNGC16在温度胁迫诱导的细胞质钙离子内流调控方面发挥重要作用，OsCNGC14和OsCNGC16基因突变会显著降低或消除温度胁迫诱导的细胞质钙离子内流。该研究建立了一条从温度胁迫信号识别到钙离子通道激活的植物温敏信号传导途径，揭示了环核苷酸门控离子通道蛋白OsCNGC14和OsCNGC16在介导细胞质钙离子升高和水稻温敏中的作用，为水稻耐高温和低温育种提供了基因资源和理论基础。（Plant Physiology）

利用CRE/LOX系统分析植物根发育和根再生的细胞谱系

种子植物的根系包括胚胎来源的主根、起始于根的侧根以及起始于非根器官的不定根。近日，研究人员利用CRE/LOX系统对不同类型根的发育和再生过程进行了细胞谱系的追踪。CRE/LOX系统在动物发育研究中被广泛应用，近年来也引入到植物发育的研究中。该研究利用根原基和根尖干细胞龛特征基因WOX5 的启动子驱动CRE/LOX系统，并通过两个构建实现细胞谱系的追踪。第一个构建中，WOX5 启动子驱动CRE-GR融合基因的表达，CRE-GR蛋白在诱导剂DEX的作用下进入细胞核内。第二个构建由35S 启动子驱动LOX-GFP-ter-LOX-GUS-ter。入核的CRE-GR蛋白可以使LOX 序列发生重组，重组后细胞中的GUS基因即可持续表达，标记出曾经表达过WOX5 的细胞及其子代细胞。利用该系统，发现拟南芥离体叶片再生出的不定根和主根上起始的侧根都来源自表达过WOX5 的根原基细胞，而在主根的胚后发育过程中，WOX5 表达的干细胞龛补充了部分维管细胞和根冠细胞。CRE/LOX系统为解析植物根器官起始和再生中的细胞谱系问题提供了解决方法。（aBIOTECH）

揭示植物根伸长的细胞学机制

FERONIA（FER）属于长春花类受体激酶家族，是目前研究的热点受体激酶之一，其配体是多种RALFs短肽。近日，研究人员首次揭示了植物分泌肽RALF1通过其受体FER蛋白调控植物根伸长的细胞学机制。该研究首先运用荧光蛋白标记技术，对FER以及多种内涵体标记蛋白双色活体标记、单分子成像和单颗粒追踪，并结合蔗糖密度梯度离心法，对细胞膜上FER-GFP的时空动态、聚合状态以及分布进行了分析。研究发现，RALF1处理能促进FER-GFP在细胞膜筏内的积聚，并降低FER-GFP在细胞膜上的扩散范围和扩散系数，但不影响FER的同源寡聚化状态。研究人员发现RALF1处理显著提高FER与CLC的相关系数，并促进FER-GFP的胞吞。重要的是，RALF1-FER互作还能促进细胞膜蛋白PIN2和BRI1的胞吞。当Clathrin介导的胞吞途径受到抑制时，RALF1引起的根伸长抑制现象减弱，但并不影响RALF1引起的FER-GFP在细胞膜上的运动状态改变以及早期信号传递。由此，该研究揭示了RALF1-FER互作促进多种细胞膜蛋白的胞吞是RALF1抑制根伸长的重要细胞学机制。（Development）

揭示表观遗传状态转换的分子机制

春天万物复苏，百花盛开，这得益于花草树木在严寒冬季的春化作用。春化作用之所以能够发挥着如此重要的作用，这又得益于在低温条件下，植物基因的表观修饰在默默地发生着变化，从而调控相关基因的表达。目前关于表观调控与春化作用，研究比较深入的是对拟南芥明星基因FLC 的调控。近日，科学家研究报道了一个具有去甲基化活性的PRC2 的辅助蛋白，ICU11，并进一步揭示了组蛋白修饰活性的物理耦合，在促进相反染色质状态之间的表观遗传转换方面具有重要作用。该研究表明，在FLC中，冷诱导的从激活的H3K36me3状态到沉默的H3K27me3状态之间的表观遗传转换需要ICU11 的参与。研究通过对突变体icu11-3 的分析，发现ICU11 是一个去甲基化酶，并且主要参与影响活性组蛋白标记H3K36me3。ICU11是冷诱导条件下，FLC 相互排斥的两种染色质状态（激活的H3K36me3状态和沉默的H3K27me3状态）之间的表观遗传转换所必需的。这些结果进一步说明了，组蛋白修饰的物理耦合在促进相反染色质状态之间的表观遗传转换具有重要的意义。（PNAS）

发现调控水稻小穗发育的新基因

绿色革命期间，株高和分蘖的遗传改良使粮食产量显著提高，而改变花序或小穗形态是进一步提高产量的重要目标。近日，科学家研究克隆了一个新的调控水稻小穗基因MOF1 (MORE FLORET1)， 解析了水稻小穗内小花数目的调控机制，为“多花小穗”分子设计育种奠定了基础。研究人员通过EMS诱变分离得到了一个新水稻小穗突变体more floret 1 (mof1)。mof1突变体小穗趋向于形成两朵小花，揭示了MOF1参与小穗分生组织确定性的调控，其突变导致小穗内小花数目增加，获得形成多花/籽粒小穗的潜力。此外，mof1小穗的护颖有不同程度的伸长，发生向外稃同源转变。深入研究表明，MOF1基因编码MYB结构域蛋白与TPR蛋白互作抑制DL和OsMADS6的表达进而影响了小穗确定性及护颖发育。该研究提出了一条新的增加“每穗粒数”的方法和观点，为培育“多花小穗”水稻品种提高每穗粒数，进而提高产量奠定基础。这些发现为水稻高产分子设计育种提供了新思路和新的基因资源。（Plant Physiology）

揭示大豆根瘤中磷稳态调节机制

氮磷是植物生长必需的两大营养元素，生物固氮是农业系统中重要的氮素来源之一，根瘤是豆科植物生物固氮的主要场所，维持根瘤中的磷稳态是根瘤正常发育和固氮的关键。近日，研究人员发现了大豆通过组织特异性表达的PHR-PHT1模块维持根瘤中磷稳态的调节机制。该研究鉴定了一个大豆磷转运载体(GmPHT1;11)和四个磷胁迫响应因子(GmPHR1~GmPHR4)，它们在根瘤的不同组织中显示出特定的表达模式，先前报道的GmPHT1;1和GmPHT1;4 在根瘤中也有类似的组织特异性表达。通过研究证实在根瘤中磷胁迫响应因子与磷转运载体之间存在复杂的网络调控关系。该研究建立了大豆根瘤中磷转运载体和磷胁迫响应因子(GmPHR-GmPHT1)的调节模型，二者通过相互交叉的调控方式，在根瘤固氮区和非固氮区形成了多样的调控网络。这些相对独立又相互影响的GmPHR-GmPHT1调节模块共同维持根瘤中磷的动态平衡，从而调节根瘤的发生和发育。该研究结果拓宽了我们对大豆磷稳态调节机理的理解，为大豆的氮磷高效分子育种提供新的理论基础。（Plant Physiology）

（来源：基因农业网）