生物技术前沿一周纵览（2018年11月16日）

揭示植物响应环境温度变化的分子机制

随着全球工业进程的加快和温室效应的加剧，全球气候变化越来越异常，气温也在逐年升高。研究人员发现 B-Box 家族中的 BBX18 和 BBX23 蛋白能响应环境温度升高的变化，高温下蛋白量明显增多。遗传分析发现，BBX18/BBX23 双突变体下胚轴长度在高温下较野生型明显变短，而 BBX18 的过表达材料下胚轴长度在高温下较野生型明显伸长，表明 BBX18 和 BBX23 是植物响应环境温度升高的新的正调控因子。进一步分析发现，BBX18 和 BBX23 的功能依赖于已知的热形态建成重要调控转录因子PIF4和蛋白泛素连接酶COP1。先前的研究表明，ELF3蛋白在高温下能抑制 PIF4的转录调控活性。在该项研究中，生化实验表明，BBX18 和 BBX23 分别与 ELF3 和COP1 存在蛋白-蛋白相互作用。BBX18/BBX23 双突变体中 ELF3 的蛋白量增加，而 BBX18 和 BBX23 可增强 COP1 对 ELF3 的降解。综上所述，该研究证明 B-Box 蛋白在环境温度升高后能作为接头蛋白帮助 COP1 等泛素 E3 连接酶降解 ELF3 蛋白，从而解除负调控因子 ELF3 对 PIF4 的抑制，促进 PIF4 调控的植物热形态建成。该研究为理解环境温度信号如何调控植物生长发育提供了新的思路。（Cell Reports）

植物缺磷条件下初生根发育的调控机制

缺磷（Pi）是一种常见的非生物胁迫并且已经成为农业生产中的最大限制因素之一。研究首先对 als3 的抑制因子进行了遗传筛选，发现在 STOP1，ALMT1或LPR1 基因突变后，缺 Pi 诱导的 PR 生长抑制不明显，而过表达这三种基因中的任何一种都会造成相反的症状，进一步证实了STOP1，ALMT1 和 LPR1 在缺Pi 条件下调节 PR 生长的作用。研究进一步通过遗传和分子手段剖析了这三个关键成分之间的遗传关系，发现：STOP1，ALMT1 和 LPR1 作用于 ALS3/ STAR1 下游控制缺 Pi 下的 PR 生长；ALS3/ STAR1 通过抑制细胞核中 STOP1 蛋白的积累来抑制 STOP1-ALMT1 通路；STOP1-ALMT1 和 LPR1 以相互依赖的方式控制缺 Pi 条件下的 PR 生长，并且可以促进根中苹果酸依赖性 Fe 的积累。研究明确了 ALS3 / STAR1，STOP1-ALMT1 和 LPR1 之间的遗传关系以及这些及其调节缺 Pi 条件下 PR 生长的机制，并提供了对调节缺 Pi 条件下根发育反应的分子机制的新见解。（Plant Physiology ）

UV-B介导植物开花的新机制

植物在长期的进化过程中，拥有了一套独特的抵御紫外线损伤的机制。研究人员通过额外使用 UV-B 处理并观察拟南芥的开花时间，结果发现只有在短日照以及 UV-B 存在的条件下，rup2 突变之后导致拟南芥开花提前（包括两个line以及互补实验），而 rup1 以及 uvr8 的突变并没有影响，在长日照条件下无论是否补加 UV-B 三个突变体则都不能显著影响植物的开花。短日照 +UV-B 下，rup2 的突变能够被 uvr8 的突变所回复，表明该早花的表型是依赖于 UVR8 的。遗传上，co 的突变回复了 rup2 的早花表型，co下游 FT 基因的突变也可以回复 rup2 的早花表型，且 FT 的表达水平在只在 rup2 中被显著上调表达。对于 RUP2 如何通过CO 调节 FT 的表达，作者检测了 CO 基因的 mRNA 以及蛋白的变化，发现都没有差异。通过 ChIP 实验则发现 rup2 突变后，CO 在 FT 启动子上的结合更强，表明 RUP2 能够抑制 CO 在 FT 启动子上的结合，从而抑制 FT 的表达，从而抑制开花。（Gene & Development）

科学家发现植物中一类全新的异染质蛋白

HP1（Heterochromatin Protein 1）是动物中介导异染色质形成和异染色质功能的重要蛋白，其含有一个chromo结构域识别H3K9me3修饰和一个chromoshadow结构域介导自身的二聚和同其他蛋白的相互作用。研究人员发现了一类全新的、植物特有的Agenet结构域蛋白ADCP1 （Agenet Domain Containing Protein 1）并发现其对于组蛋白识别的识别性质、结构基础、功能调控和相分离行为都与动物中的HP1有着高度的相似性。（Cell Research）

赤霉素介导的胚乳细胞扩增对种子萌发的作用机制

细胞的生长需要细胞分裂和扩增之间的精确协调，但是植物细胞壁的存在和能动性的缺少很大程度影响了细胞生长。研究通过共聚焦成像和 3D 几何重建测量了胚乳细胞表面积的变化，发现所有胚乳细胞在发芽前均以不同的速率膨胀以适应胚胎生长。该研究还表明，覆盖胚根和下胚轴区域的膨胀率最大，突出了胚乳不同区域的不同作用。该研究还发现该过程受到细胞扩增基因 EXPA2（EXPANSIN 2）的控制。该研究进一步鉴定出控制 EXPA2 基因表达和在发芽前调节胚乳扩增的上游调节因子——两个 NAC 转录因子 NAC25 和 NAC1L，并且发现它们都与 EXPA2 启动子内的保守顺式元件结合并激活转录。GA 是种子萌发过程中胚乳功能的关键正调节因子，而 DELLA 调节因子会抑制 GA 反应。DELLA 蛋白 RGL2 在体内与 NAC25 相互作用并抑制 EXPA2 启动子的活化。该研究还提出了 EXPA2 转录调节的简单机制：在低 GA 情况下（例如休眠种子），RGL2 将隔离  NAC25从而抑制  EXPA2 转录；而在高 GA 情况下（例如发芽），GA 介导的 RGL2 的破坏将导致 NAC25 与EXPA2 启动子相互作用，从而增强 EXPA2 表达。研究发现，NAC25 结合元件 NACb 在 CWRE 启动子中显着富集。表明 RGL2-NAC25-NACbs 基因表达模块可以有效调节 CWRE 群组的表达，从而导致仅在高 GA 情况下扩增胚乳，有利于随后的种子萌发。当去除 NAC25 和 NAC1L 活性时，WT 种子中胚乳细胞的扩增被阻断，进一步证明了它们在控制细胞扩增中的重要性。（Molecular Plant ）

调控植物高尔基体TGN形成的分子机制

高尔基体不仅是细胞内膜系统膜泡运输的核心，而且也是细胞壁和胞外基质多糖、质膜糖脂合成、以及蛋白糖基化修饰的位点。研究人员鉴定了一个影响高尔基体TGN形成的蛋白LOT（Loss of TGN）。研究人员发现，在 lot 突变体中，花粉管在柱头上的生长被抑制，植物表现出严重的不育表型，进一步的研究发现，突变体中高尔基体膜囊过度堆积，且源于高尔基体的分泌小泡以及 TGN 的数目显著减少；利用特异标记 TGN 的荧光蛋白也证实在花粉管中 TGN 的形成被阻碍。此外，突变体花粉管中细胞壁组分果胶质(pectin)、细胞膜上受体样激酶（RLKs）、以及磷脂酰肌醇的形成均受到抑制，细胞内吞作用也被显著的阻碍，从而影响了花粉管的生长。综上所述，该研究揭示了植物细胞 TGN 形成的分子机制，并增进了人们对植物细胞内膜运输调控机制的认识。（PNAS）

叶绿体中氧化还原稳态的调控机制

氧化还原的稳态对植物生长至关重要，并且与谷胱甘肽及蛋白质硫醇的氧化还原状态密切相关。该研究表明，在Trx存在的条件下，2-CysPrx 可以诱导还原活化的果糖-1,6-二磷酸酶（fructose-1,6-bisphosphatase）和 NADPH 依赖性苹果酸脱氢酶（MDH，malate dehydrogenase）的快速失活。进一步研究发现，与野生型相比，2cysprxAB 突变体植物中，光/暗转变导致的 PRK （phosphoribulokinase）和 MDH 的失活受到抑制。而对 2cysprxAB突变体补充 2-CysPrxA 后，PRK 和 MDH 的失活完全恢复。此外，该研究还发现，在2cysprxAB 突变体植物中，黑暗导致的铁氧还蛋白的再氧化动力学（reoxidation kinetics）的半衰期降低了3.5倍，证明了 2-CysPrx 在调节光合作用中的决定性作用。总之，该研究表明 2-CysPrx 在硫醇网络中起到电子吸收作用并且对活化蛋白的氧化调节十分重要。该研究支持了 2-CysPrx 在体内作为 Trx- 氧化酶起作用并介导 Trx 依赖性靶蛋白失活的结论。（ Elife）