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starseacow

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[交流] 植物生理群文献分享（2016年5月总第38期）已有8人参与

植物生理群文献分享（2016年5月总第38期）

因为家里的事情，更新5月份文献分享的时间迟了一些。希望一切平安顺利吧。

GOLDEN 2-LIKE transcription factors for chloroplast development affect ozone tolerance through the regulation of stomatal movement
Yukari Nagatoshi, ... Masaru Ohme-Takagi
PNAS, 2016, 113(15): 4218-4223

PNAS上的一篇文章。
臭氧是一种光化学氧化剂，并且是对植物有毒害作用的气体污染物之一。臭氧在植物体内会引发ROS迸发，PCD等一系列反应，对生长造成影响。植物本身可以通过调节气孔运动，影响气体交换，避免臭氧损伤。在这篇文章中，作者使用嵌合抑制子基因沉默技术（CRES-T）发现GOLDEN 2-LIKE1 (GLK1) 与GLK2参与调节植物对臭氧的反应。CRES-T技术将一个转录因子与SRDX抑制蛋白结构域连起来，使该转录因子转变为一个强抑制子，从而可以类似形成基因功能丧失的植物表型。35S:GLK1/2-SRDX植株除了表现出对臭氧胁迫的耐受以外，还对另一种气体污染物二氧化硫有一定耐受，但同时该植株并未改变对甲基紫精的胁迫反应，提示GLK1/2通过调节气体交换，而非影响抗氧化系统来提高植物抗胁迫能力。进一步研究表明，35S:GLK1/2-SRDX植株中与气孔运动尤其是开放相关的一系列蛋白，如钾离子通道，BLUS1，FT转录水平下调，表明GLK1/2通过影响气孔运动相关蛋白水平调节气孔开闭。作者为了进一步证实GLK1/2功能对钾通道作用的影响，通过膜片钳电生理实验证实35S:GLK1/2-SRDX植株中内流钾通道受到抑制。而将GLK1/2-SRDX在气孔特异性启动子控制下表达，可以观察到气孔开放受到影响，植物表现出对臭氧胁迫的耐受能力，进一步证明了GLK1/2在气孔运动中的调节作用。
这篇文章中运用的CRES-T技术，通过抑制下游目标基因表达，从而研究转路子作用。作者在研究GLK1/2在气孔运动的作用时，在基因转录，表达后蛋白活性，以及特异性引物控制表达下表型等多个层面安排实验，可以获得全面而可信的结论，值得学习。（starseacow分享）

Ma, H., et al. (2015). "Multicolor CRISPR labeling of chromosomal loci in human cells." Proc Natl Acad Sci U S A 112(10): 3002-3007.

染色体上某些特定的位置在一个细胞周期中是如何变化的，对于研究基因的空间、时间上是如何调节非常的重要。最常见的方法来定位染色体的位置是用DNA FISH的方法（之前的文献分享也有关于利用CRISPR做FISH的CASFISH，2015，PNAS），但是FISH往往需要固定细胞（死的），没办法实时观察染色体的变化。
为了解决能在细胞内实时观察染色体变化，该文作者利用了CRISPR的系统，用没有酶切活性的Cas9（dCas9）与荧光蛋白结合，来标记染色体位置。同时又为了能标记多个染色体位置，他们利用了三个Cas9的变种（SpCas9， NmCas9， St Cas9）。因为这三个变种Cas9有完全不同的识别PAM序列，利用这个特性，就能在同一个细胞内表达三套CRISPR系统而不会相互干扰。作者将3个不同的Cas9蛋白分别与BFP，GFP和RFP相连，用它们来标记细胞内的三个不同的染色体位置，能够得到实时的三个染色体位置变化。并且这种方法能够将相距0.1Mbp的染色体位置很好的区分开来。
这是一个非常方便并且能够在细胞内实时观察染色体变化的方法。(Sun 分享)

Ma, H., et al. (2016). "Multiplexed labeling of genomic loci with dCas9 and engineered sgRNAs using CRISPRainbow." Nature Biotechnology.

紧跟着2015的PNAS文章，同一组的作者又利用荧光蛋白标记sgRNA来标记最多6个不同的染色体位置。他们在sgRNA的3’ 端连上三种特殊的发夹结构（MS2,PP7,和boxB），利用这些特殊的发夹结构，就能稳定的在sgRNA的3’端连上不同的荧光蛋白。利用不同的发夹结构和荧光蛋白的两两组合，或是三个一起，就能将三种颜色增加到7种颜色（蓝，绿，红，蓝+绿=青，绿+红=黄，红+蓝=紫色，绿+红+蓝=白），那么理论上就能同时定位7个位置（这些颜色是通过显微镜滤镜和软件计算最终得到的）。这篇文章最终做了6个不同位点的实时观测。
这篇文章提供了一个非常好的实时标记观测DNA变化的方法，而沿着该实验思路，如果加入其它不同的荧光蛋白，还能够增加不同位点的标记的数量（如果显微镜允许应该能点亮整个基因组~~）。（Sun分享）

Identification and characterization of maize salmon silks genes involved in insecticidal maysin biosynthesis
Advance Publication May 24, 2016, doi: http://dx.doi.org/10.1105/tpc.16.00003
The Plant Cell May 24, 2016 tpc.00003.2016

玉米面球蛋白（maysin）是一种 C 端糖基化的黄酮类物质，对玉米穗虫（Helicoverpa zea）具有天然抗性。TPC 最新文章揭示了 maysin的生物合成通路，有利于抗虫玉米等作物的基因工程改造。sm2基因编码一种鼠李糖基转移酶（UGT91L1），能催化异荭草甙（isoorientin）和尿苷二磷酸鼠李糖（UDP-rhamnose）底物生成鼠李糖基异荭草甙；sm1基因编码一种多功能域（multidomain）的 UDP-鼠李糖合成酶（RHS1），能催化 UDP-葡萄糖底物生成 UDP-L-鼠李糖。其中，RHS1表现出了非预期的底物适应性（substrate plasticity），能催化鼠李糖基异荭草甙中的葡萄糖基团生成4-酮基-6-脱氧葡萄糖，从而导致了maysin的生成。sm1和 sm2均由果皮色泽1（P1，一种 R2R3-MYB 转录因子）调控。（反应链分享）

Broadening Our Portfolio in the Genetic Improvement of Maize Chemical Composition
Weiwei Wen, Yariv Brotman, Lothar Willmitzer, Jianbing Yan, Alisdair R. Fernie
Publication stage: In Press Corrected Proof
Trends in Genetics DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tig.2016.05.003

生物强化（biofortification），即开发含有更高营养成分的主要粮食作物的新品种。这是是2004年兴起的一个育种理念，最有代表性的就是黄金大米（Golden Rice)。最近，美国科学院和英国皇家学会连续发表了关于转基因食品安全性的评估报告，这预示着转基因作物仍旧是未来的一大发展趋势。 Trends in Genetics (IF9.918, 2014)的最新 Review，总结了玉米的重要氨基酸、维生素以及有益抗氧化次生代谢物等代谢性状（metabolic traits）的遗传结构信息，并指出了代谢组学的方法（metabolomics approaches）在以成分品质为导向的育种（compositional quality oriented breeding）中的应用价值.（反应链分享）

Stimulation of artemisinin production in Artemisia annua hairy roots by As-SiQ2 core-shell nanoparticles
Ben Zhang, Ting Zou, Yan Hua Lu and Jian Wen Wang
Curr. Nanosci. 9 (2013) 363–370.

Multi-walled carbon nanotubes stimulate callus induction, secondary metabolites biosynthesis and antioxidant capacity in medicinal plant Satureja khuzestanica grown in vitro
Mansour Ghorbanpour, Javad Hadian
CARBON 94 (2015) 749–759

Enhancing the Mobilization of Native Phosphorus in the Mung Bean Rhizosphere Using ZnO Nanoparticles Synthesized by Soil Fungi
Ramesh Raliya, Jagadish Chandra Tarafdar, and Pratim Biswas
J. Agric. Food Chem. 2016, 64, 3111−3118

纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。在植物学领域，纳米技术已经被用于生产新型农药，以达到提高生物利用度，提高靶向性，控制释放农药等作用。在这里，我介绍近年来几篇文章，它们利用纳米技术制备诱导子处理植物，并研究了其对植物生理活动及次生代谢的影响。
第一篇文章制备了银-二氧化硅核-壳型纳米粒，并进行了表征，该纳米粒平均粒径约100 nm，在液体培养基中，可以缓慢释放银离子。将该纳米粒添加于黄花蒿发根培养基，可以造成发根ROS迸发，诱导青蒿素生物合成。同时，与直接添加银离子相比，纳米粒处理发根酚类物质积累较少，发根活力及生长较好。在优化条件下，发根青蒿素含量可以达到无处理对照的2.05倍。这一文章表明通过核壳型纳米粒控制重金属离子释放，可以在达到诱导植物次生代谢同时，减少对植物的直接毒害，在代谢诱导和生物量积累中达到平衡。
第二篇文章使用的诱导子是市售的碳纳米管，作者首先对该诱导子进行表征，结果显示该碳纳米管大小为5-15 nm X 50 um。将该纳米管加入B5培养基中，处理伊朗特有的药用植物Satureja khuzestanica Jamzad的根，茎，与叶，并进行愈伤组织诱导。作者发现适量碳纳米管可以提高愈伤组织诱导效率及生物量，同时伴随着总酚的积累以及ROS迸发，一些重要的次生代谢产物如迷迭香酸与咖啡酸含量也有显著提高。这篇文章展示了碳纳米管这一独特的纳米材料在次生代谢诱导中的作用。
第三篇文章使用的诱导子是微生物生物合成的氧化锌纳米粒（关于生物合成纳米粒是另一个有趣的话题，在这篇分享中不多做探讨）。该纳米粒粒径约22纳米。由于锌是很多重要的含磷酶的组成因子，而磷参与形成这些酶有助于提高磷在植物中的可移动性及生物利用度，因此，作者将氧化锌纳米粒喷施于绿豆（mung bean）叶片已进行处理。作者发现相较于直接锌处理，纳米粒处理可以通过影响植物-微生物在根系的共生，同时，含磷酶含量上升，绿豆积累了更多地磷，这些有效地促进了绿豆的生长。这篇文章表明，合适的纳米粒诱导子可以作为一种新的工具，用于研究植物的营养吸收。（starseacow分享）

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