植物科学文献每周速报年6月29

易医养生智慧年12月18日节 http://www.dannanyandnyr.com/dnxrzz/12495.html
综述保卫细胞代谢机理和气孔作用气孔导度(gs)是植物最重要和高度调节的过程之一。Lawson和Matthew从保卫细胞（guardcell）的代谢、气孔的解剖学及形态和叶肉细胞信号的角度来回顾了这些是如何影响gs，并进而影响植物的生产力和用水效率。这是一篇广度极佳的综述；它涵盖了控制气孔导度的所有过程，包括水力容量和供应、单子叶植物气孔中副细胞（subsidiarycell）的贡献、淀粉和蔗糖代谢、离子运输以及中叶肉细胞和保卫细胞之间的协调。这篇文献值得加入教学清单！（原文发表于PlantBiol.10./annurev-arplant--；本文由MaryWilliams总结，JialuWei翻译）综述利用植物根系离子的吸收动力学来提高植物的生产力和养分利用效率为了养活不断增长的人口，需要不断进行农业生产，而化肥是维持当今高投入农业生产力的重要因素。化肥的使用增加了生产成本，有的是从有限的资源生产来的，有的则引起了环境方面的问题。此外，通过化肥施用的大部分营养素都未能被作物所利用。为了应对这种情况，通过改良作物品种以提高养分利用效率非常重要，而这需要了解养分吸收，运输和根系结构。在这方面，尚未研究清楚的是转运蛋白的数量，转运蛋白的类型，对转运蛋白的诱导，转运蛋白的结合和释放特性以及转运蛋白的能量成本的影响。Griffiths和York讨论并回顾了离子运动和吸收的理论，以及各种研究方法的优缺点，并介绍了与养分吸收动力学有关的表型以及相关基因/等位基因，指出了为提高养分利用效率从而实现可持续农业而进行预育种和进一步作物改良的前进方向。（原文发表于PlantPhysiol.10./pp.19.本文由HariGowthem总结，HuyuLiu翻译)综述扩展的植物根的表型：根际圈（它的的形成及其对植物健康的影响）根际圈是一个微生物可以定植的连续空间。它由根际的土壤、根表层(根表面)和根内层(根内皮层的质外体运输的空间)组成。根际圈存在独特的微生物种群，受植物基因型和周围土壤生物的影响，并且对植物的营养和健康有很大的影响，因此我们需要更好地了解它的形成及其与土壤和微生物的相互作用。大多数研究集中在微生物组对植物生长的影响，或土壤对植物-微生物相互作用的影响，但缺乏对土壤-微生物-植物三方面相互作用对根际圈性状的研究。在这篇综述中，Canto等人总结了人们目前对植物和土壤塑造根际圈的了解。他们讨论了植物根部如何影响土壤结构，植物如何改变根际圈的物理化学性质，以及在根际圈的微生物群落如何受到植物根的影响。作者还说明了根际圈中的物理化学组成和微生物种群是如何有利于植物从土壤中获取营养并适应生物和非生物胁迫条件。（原文发表于PlantJ.10./tpj.,本文由SunitaPathak总结，XiangLi翻译）利用正交调控系统控制植物基因表达很多成功的合成生物学的应用都需要对基因表达进行精准的控制。比如，植物的代谢工程需要确保编码酶的基因在特定的时间空间有特定的表达量从而保证正确的结果输出。最近，Belcher,Vuu和同事们设计了一个正交系统（不与其他细胞过程互作）去调控植物中的基因表达。他们研究了酵母中GAL4的转录模式并将其应用在植物中。他们将该系统概括为两个主要的层面：顺式元件，即启动子序列；反式元件，即转录因子激活和抑制域的变化。为了测定启动子的效率，作者们用了酵母中不同顺式元件以及植物中一些较小的启动子的组合。为了开发出一个基因得以在特定组织或条件下表达特定活性的系统，作者们用了组织特异性激活子At2S3，和环境响应激活子AtPht1.1，并且研究其他的转录因子比如MADS,HOMEOBOX,GATA,和bZIP。这些工作使得他们可以开发出一个复合型的启动子，该启动子可以与不同的转录因子结合，并精准的控制转录水平。这项研究为向植物中引入复杂遗传过程创造可能性，并且有助于新的合成生物学在基因表达调控中的应用。（原文发表于NatureChem.Biol.10./s---4；本文由HumbertoHerreraUbaldo总结，WeijiaSu翻译）两种磷酸酶在衣藻状态转换中的作用植物和绿藻可以迅速适应不断变化的光照条件。根据光的可用性或其他代谢需求，可以将捕光色素复合物（LHC）II从光系统II（PSII）重新分配到光系统I（PSI），反之亦然。这种重新分配被称为状态转换，是通过由激酶和拮抗的磷酸酶介导的LHCII三聚体磷酸化进行的。Cariti等为了描述绿藻中状态转换的动力学，对拟南芥中两个拟南芥类囊体磷酸酶PPH1和PBCP的同源性进行了研究。每个磷酸酶的单个突变体的状态转换速度较慢，而双突变体无法进行转换，该研究表明了PPH1和PBCP在状态转换中的作用。在有利于状态转换的条件下，LHCII三聚体在pph1或pbcp单突变体和pph1：pbcp双突变体中均具有高水平的磷酸化。因此可以推断，PPH1和PBCP都具有不同但重叠的靶蛋白，因此在衣藻的状态转换中起着部分冗余的作用。（原文发表于PlantPhysiol.10./pp.20.；本文由AnanyaMukherjee总结，HuyuLiu翻译)CLEL肽的生物发生涉及在分泌途径连续隔室中的几个处理事件小信号肽通过蛋白酶的作用从前体蛋白上剪切下来，并且还需要进行其他翻译后修饰。枯草蛋白酶（SBT）主要是细胞外蛋白酶，但SBT6.1膜定位在高尔基体和质膜上。此外，已显示它可以裂解CLE样（CLEL）肽的前体，特别是CLEL6和9，它们以SBT6.1依赖的方式参与根向重力。这些蛋白水解活性在细胞中何时何地发生是未知的。在本文中，Stührwohldt等人通过细胞生物学和遗传实验表明，CLEL6和9在通过高尔基体，高尔基体后区和质外体时，从内质网退出后被SBT6.1和SBT3.8进行了蛋白水解处理。SBT6.1主要在高尔基体中起作用，并且将pro-CLEL6裂解为未成熟的CLEL6使其继续通过分泌途径前进是必要的。SBT3.8的后续活性也需要翻译后修饰，这主要是在高尔基体后区或质外体中产生的成熟肽。这项研究表明“翻译后前体成熟的复杂性使得可以严格控制肽的生物发生。”(原文发表于eLIFE10./eLife.；本文由VijayaBatthula总结，YaweiLi翻译)植物应对综合性非生物胁迫的系统调控在自然界中，植物会同时面对多种环境胁迫。植物对综合胁迫的反应往往不是对单个胁迫的反应的简单加和；在最先感知胁迫的组织（局部组织）中，植物可以整合不同的胁迫信号以引起独特的反应。植物还可以通过从局部组织向植物的远端部分发送信号，引发对胁迫适应很重要的特异性胁迫的系统反应。然而，迄今为止，植物是否能同时整合不同胁迫引发的系统性信号尚不清楚。Zandalinas等人通过对相同或不同的叶片施加高光和高热胁迫，并分析叶片的转录组反应来解决这一问题。作者发现，植物可以整合不同的系统信号，即对综合胁迫的系统反应与对单一胁迫的反应不同。当两种胁迫施加在不同的叶片上时，这种反应比施加在同一片叶片上时更为明显；只有前一种条件才会导致对光胁迫或热胁迫的适应。通过比较这些条件，作者表明，植物激素SA和JA的局部积累与系统性ROS信号有关，它可能介导了综合胁迫期间系统性叶片的转录重编程。该研究揭示了植物在整体水平上协调应对复杂多样环境胁迫的机制。（原文发表于PNAS10./pnas.；本文由TatsuyaNobori总结，JialuWei翻译）水稻中UDP-葡糖基转移酶通过调控代谢通量来控制相谷粒大小和非生物胁迫耐受性气候变暖严重影响植物生长，并危及水稻等基本种子作物的产量。但对非生物胁迫反应和重要农艺性状的协同调控机制仍知之甚少。Dong等克隆并鉴定了水稻的一个主要QTL，因其功能为控制谷粒大小（GrainSize）和非生物胁迫耐受性(Abioticstresstolerance)将其命名为GSA1。他们通过将一个非洲品种（CG14，O.glaberrima）与一个亚洲品种（WYJ，O.sativajaponica）杂交，获得了一系列染色体片段替换系（ChromosomesegmentsubstitutionlinesCSSLs），并鉴定GSA1为控制种子大小的一个新的遗传因素。高分辨率图谱定位的结果显示，该基因编码一种UDP-葡萄糖基转移酶，催化黄酮类和单木酚的葡萄糖基化。研究表明保守域中的单个氨基酸替换导致其对底物的亲和力减小，从而降低葡萄糖基转移酶的活性。近等基因系(NearIsogenicLine)NIL-GSA1CG14-携带非洲稻的弱等位基因，与NIL-GSA1WYJ对照相比，产生了更小的谷粒，并表现出对非生物胁迫的更高的敏感性。相比之下，过表达GSA1WYJ的植物不仅产生更大的谷物，而且还能更好地耐受盐分、干旱和高温。GSA通过对黄酮类生物合成的反馈调节，间接调节生长素信号通路，从而控制细胞的增多和膨大。另一方面，GSA1在重新调节苯丙醇途径（phenylpropanoidpathway）各分支之间的代谢通量（metabolicflux）方面发挥着至关重要的作用，导致抗氧化剂的积累，从而保护植物免受氧化损伤。GSA1将成为水稻育种计划的一个有价值的基因，旨在提高作物的生产力以及对环境限制的耐受性。（原文发表于NatureComms.10./s---5,本文由MichelaOsnato总结；XiangLi翻译）依赖SMAX1的种子萌发在拟南芥和独脚金中可绕过GA信号传导通路独脚金内脂(SL)是寄生植物的发芽信号：它们的种子在感受到寄主植物散发的SL之前不会发芽。与之相反，赤霉素(GA)是非寄生植物中占主导地位的发芽激素：GA介导的DELLA抑制因子的降解导致发芽。已观察到SL和GA信号逻辑之间的相似性，表明这两种途径之间可能存在交联（crosstalk），但具体的机理至今仍不清晰。Bunsick等人通过异位表达来自赫蒙思独脚金（Strigahermonthica）的SL受体ShHTL47，证明拟南芥能够在合成SL的情况下绕过GA的要求而发芽。拟南芥有一种HTL受体，它能在烟雾产生的karrikin（一类存在于植物燃烧形成的烟雾中的信号分子）作用下促进发芽，但通常在发芽中作用不大。HTL通过F-box蛋白MAX2起作用，使SMAX1抑制蛋白失活，促进发芽。有趣的是，在ShHTL47系植株的MAX2功能丧失突变中，SL激活的拟南芥种子的萌发功能丧失，这表明ShHTL受体在拟南芥中需要MAX2进行信号传递。此外，SMAX1功能的丧失使得在DELLA抑制因子存在的情况下也能发芽。正如作者总结的那样："我们的数据表明，在独脚金和拟南芥中，配体依赖性的SMAX1失活可以绕过这些物种中GA依赖性的发芽。”（原文发表于NaturePlants10./s---z；本文由ToluwaseOlukayode总结，ZihaoZheng翻译）白杨性别决定动态进化的关键基因雌雄异株植物在被子植物中多次独立进化，而其背后的遗传学基础尚不清楚。在这里Müller等人揭示了一个白杨性别决定的关键基因。一个细胞分裂素的调控基因，是白杨中拟南芥ARR17的同源基因。该基因表达时，植物发育为雌性，反之发育成雄性。在Y染色体中，部分ARR基因的重复出现在已知的性别关键基因旁边。该重复是反向重复的，这表明在转录中可能有双链RNA的形成，且产生过小RNA并且激活RNA介导的DNA甲基化，从而使得雄性特异性的对ARR17表达沉默。CRISPR–Cas9突变体进步一确定了ARR17在雌性中的作用，雌性arr17植物没有心皮，但有功能完整的雄蕊，而雄性arr17在表型上没有变化。为了研究ARR17的系统是否是保守的，作者们测序了白杨，白杨的性染色体是ZW模式而非XY模式。一个自然arr17敲除在Z染色体上被发现，这说明雄性缺少ARR17，这也可能帮助了白杨进化出ZW模式。对白杨树性别决定进化的研究发现两个独立的ARR17重复起源，其中一个可能早于白杨属的物种形成。未来其他谱系的相关发现将带来很多有趣的关于这个基因的对比。这也可能解释性别决定和物种进化之间的关系。（原文发表于NaturePlants10./s---9；本文由CarolineDowling总结，WeijiaSu翻译）安第斯山脉中热带高寒群落的植物传播的策略由于传播对于植物群落的集合至关重要，因此需要更好地了解其与气候的关系，以预测植物群落对环境变化的反应。但是，这种联系在最容易受到气候变化影响的生态系统之一的热带高山生态系统中仍然不存在，。在本文中，Tovar等人评估了安第斯山脉上49个具有气候变量的山顶的扩散策略（即种子传播模式和生长形式的组合）之间的相关性。他们还评估了扩散策略与物种系统发育的关系。作者发现，最低气温与传播策略的相对丰度的联系比系统发育更强。例如，较冷的山顶具有相对较高的自主传播的草本植物，而动物传播的灌木和树木在较温暖的地方是最主要的。鉴于此，作者认为，气候变暖可能会使动物传播和木本物种比其他传播策略的物种有竞争力，表明某些高安第斯物种面临气候变化的特殊风险。但是，作者发现需要结合更多的传播和生殖性状（例如种子大小和植物克隆性）以做出更可靠的推断。（原文发表于J.Ecol.10./-.，本文由CarlosA.Ordó?ez-Parra总结，YaweiLi翻译)长按扫描下方

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