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[前沿资讯 ] 新加坡国立大学揭示双特异性磷酸酶DUSP4调控抗病毒天然免疫机制 进入全文
病毒学界
近日，新加坡国立大学微生物与免疫学系Zhang Yongliang（章勇良）团队联合中山大学邓音乐团队等在Cell Death & Differentiation期刊上发表题为DUSP4 modulates RIG-I- and STING-mediated IRF3-type I IFN response的研究论文。该研究确认双特异性磷酸酶DUSP4可调控机体DNA及RNA核酸感受器信号转导，进而参与病毒感染进程中IRF3介导的I型干扰素固有免疫应答。DUSP4，又名MKP2，在寄生虫感染免疫过程中发挥着重要的病理作用，但其抗病毒角色尚缺乏有力证据。本研究首次揭示与健康受试者相比，轻度H1N1流感病毒感染患者外周血PBMCs内DUSP4显著上调，而重度H1N1流感患者DUSP4下调，提示DUSP4可能与病毒感染的严重程度密切相关。为揭示DUSP4参与病毒感染的病理机制，本研究通过5'-ppp dsDNA诱导和PR8 H1N1病毒感染等方式，发现与野生型（WT）巨噬细胞相比，DUSP4敲除（KO）可增强巨噬细胞ERK1/2、TBK1、IRF3信号蛋白磷酸化，进而显著上调IFNα、IFNβ、IL-6及TNFα表达水平，确证DUSP4可参与调控胞内RIG-I识别RNA元件及RNA病毒的免疫应答。类似地，作者同时发现DUSP4可介导胞内STING识别cGAMP或c-di-GMP DNA元件、单纯疱疹病毒HSV-1、及Plasmodium berghei疟原虫DNA等的天然免疫应答。为深入探究DUSP4调控TBK1-IRF3信号通路转导的作用机制，作者采用免疫共沉淀、结构域突变或点突变、荧光素酶报告基因系统、及体外去磷酸化酶促反应等技术手段，发现DUSP4可与TBK1、IRF3、ERK1/2蛋白相互作用，而TBK1可能发挥着与ERK1/2竞争性结合DUSP4的机制，参与蛋白复合体的形成，从而调控IFNβ的表达。同时研究确证TBK1可作为DUSP4酶促反应底物，DUSP4可通过其磷酸酶结构域直接导致TBK1去磷酸化，而降低下游IRF3蛋白磷酸化。进一步研究发现，DUSP4可抑制AP-1及IRF3/7介导的IFNβ启动子活性，此过程主要依赖于DUSP4的磷酸酶活性，并部分依赖于其与MAPK相互作用的结构域。值得一提的是，本研究首次确证除TBK1外，ERK1/2可直接作为IRF3 Ser396位点磷酸化的蛋白激酶，其中尤以ERK1作用较为显著；而ERK1/2抑制剂可一定程度降低病毒感染导致的IRF3磷酸化、IFNβ及炎症介质的表达。综上，研究揭示了DUSP4参与固有免疫应答的重要病理角色，明确TBK1、ERK1/2可作为DUSP4酶促反应底物，继而参与IRF3介导的I型干扰素抗病毒免疫反应。同时本研究首次确证ERK1可能作为IRF3另一上游激酶，ERK1磷酸化可直接活化IRF3，从而为深入了解IRF3介导的I型干扰素信号通路提供研究依据。
[前沿资讯 ] 香港中文大学揭示植物激素BR调控气孔发育的新机制 进入全文
PlantReports
近日，香港中文大学何军贤团队与河北师范大学汤文强团队在Plant Physiology在线发表了题为“Brassinosteroid regulates stomatal development in etiolated cotyledons via transcription factors BZR1 and BES1”的合作研究论文，报道了BR通过转录因子BZR1和BES1来调控气孔发育关键基因的转录，从而抑制黑暗条件下拟南芥子叶中气孔发育的新机制。该研究表明，BZR1或BES1的功能获得型突变体（bzr1-1D和bes1-D）的气孔指数（SI或SLI）明显减少，而功能缺失型突变体BES1-RNAi和bzr-h （BZR1家族基因的六突变体）的气孔指数,和其他BR缺失突变体一样，显著增加。另外，BZR1和BES1的功能获得型突变体bzr1-1D和bes1-D均能有效地抑制bri1-116和bin2-1的多气孔表型，表明BZR1/BES1在BR调控的气孔发育通路中，位于BRI1和BIN2的下游。BZR1/BES1是BR信号通路中的两个核心转录因子，控制着数千个BR响应基因的表达。为了获知它们是否直接调控气孔发育关键基因的转录，该研究从文献中挑选了24个与气孔发育有关的主要基因，利用RT-qPCR检测了这些基因的表达水平是否受BR信号的调节。结果表明，ERL1、MKK9、SPCH、FAMA和FLP的表达明显受BR调节。而这些基因中，只有气孔发育的抑制因子MKK9以及气孔分化成熟的正调节因子FAMA在bzr1-1D和bes1-D突变体中表现出与BR处理一致的变化：MKK9上调，FAMA下调。MKK9和FAMA的启动子均含有1个BRRE顺式元件，以及多个 E-box顺式元件。利用EMSA和ChIP-qPCR方法，作者发现BZR1/BES1能与MKK9和FAMA的启动子结合，且结合依赖于BRRE。基于原生质体瞬时表达体系的基因转录激活实验也证明了BZR1通过和MKK9及FAMA启动子上的BRRE结合，分别促进和抑制这两个基因的转录。利用在Col-0和bzr1-1D背景下创建的MKK9pro::GUS和FAMApro::GUS的转基因植物，该研究进一步证实BZR1/BES1能以BRRE依赖的形式，直接调节植物体内MKK9和FAMA的表达。综合上述结果以及其他的遗传、生化、分子和细胞学的证据，该研究揭示了BR通过BZR1和BES1调节气孔关键基因的表达、进而调控气孔发育的新机制，将BZR1和BES1整合到BR介导的气孔发育信号通路中，确定了MKK9和FAMA是BZR1和BES1控制气孔发育的直接靶标，从而更新了人们对BR调节气孔发育机理的认识。
[前沿资讯 ] 康奈尔大学揭示植物-真菌共生过程中脂质供应的动态控制 进入全文
Ad植物微生物
近日，美国康奈尔大学博伊斯-汤普森研究所（BTI）Maria J. Harrison团队发表在国际顶级学术期刊Science上的题为Receptor-associated kinases control the lipid provisioning program in plant–fungal symbiosis的最新研究深入探讨了植物与丛枝菌根（AM）真菌之间的共生关系，揭示了一些关键的见解，加深了我们对植物与AM真菌之间相互作用的理解，并可能推动可持续农业的发展。AM真菌生活在植物根细胞内，与其植物宿主形成一种独特的联合关系。这种关系不仅仅是简单的共存，它涉及复杂而关键的养分交换，这种交换对真菌的生存至关重要，对植物也非常有益。研究人员发现了两种蛋白质 CKL1 和 CKL2 的作用，它们只在含有 AM 真菌的根细胞中活跃。这两种蛋白质属于一个更大的蛋白质家族，被称为 CKLs，它们在植物体内的功能尚未完全清楚。与CKL家族最近缘的是被称为CDK的蛋白质，它们控制植物细胞周期，位于细胞核中。令人惊讶的是，CKL1 和 CKL2 蛋白的作用与 CDK 不同：它们不控制细胞周期。它们被拴在根细胞的膜上，包括包围真菌的膜。研究人员发现，这些 CKL 蛋白对真菌在植物根部的生存至关重要。它们在控制脂质（脂肪）从植物流向真菌的过程中发挥着关键作用，而这一过程对真菌的营养至关重要。如果没有这些蛋白质，管理这种脂质转移的关键基因就无法激活，真菌就会陷入饥饿。研究还发现了涉及几种受体激酶蛋白的复杂的相互作用网络。其中一种激酶因其允许AM真菌穿透根外层的作用而闻名。研究人员发现，同样的激酶在根的更深处发挥了新的作用，它与 CKL 蛋白结成伙伴，有可能启动脂质流向真菌。令人惊讶的是，虽然 CKL 蛋白对控制脂质流动至关重要，但它们并不管理整个共生脂质途径。相反，它们控制着负责这条途径起点和终点的基因。同时，在这一途径中间起作用的一个关键蛋白 RAM2 是由另一个调节因子 RAM1 激活的。要实现全面的脂质生产，CKL 和 RAM1 途径都必须处于活跃状态。脂质对植物来说成本很高，因此双重调控机制可以确保脂质供应得到严格控制，这或许是防止真菌病原体利用植物的一种保障。在农业方面，利用这种自然共生关系可以使作物更有效地吸收养分，更能抵御环境胁迫。这项研究不仅加深了我们对植物-AM 真菌共生背后的分子动力学的理解，而且还凸显了维系地球生命的错综复杂、往往不为人知的联系。它提醒我们大自然中令人难以置信的复杂性和相互依存性，其中很多就隐藏在我们的脚下。
[前沿资讯 ] 西北工业大学揭示植物激素脱落酸和赤霉素相互拮抗调控种子萌发的新机制 进入全文
PlantReports
近日，西北工业大学生态环境学院舒凯课题组在New Phytologist杂志在线发表了题为The ABI4-RGL2 module serves as a double agent to mediate the antagonistic crosstalk between ABA and GA signals的研究论文，揭示了植物激素ABA与GA通过DELLA-ABI4-ABI5的模块精细调控种子的萌发。舒凯课题组长期致力于ABA信号通路中的关键正调控因子ABI4的功能解析。ABI4属于AP2/ERF家族成员，ABI4在调控种子初级休眠、幼苗主根伸长、植物开花、激素信号转导以及植物响应逆境等过程中发挥重要作用。拟南芥的DELLA蛋白是GA信号抑制因子，包含5个成员——RGA、GAI、RGL1、RGL2和RGL3，其中RGL2是植物种子萌发过程起主效作用的DELLA蛋白。该研究从拟南芥ga1不能萌发的强烈表型出发，探究ABA与GA精细调控种子萌发的分子机制。GA1是催化GA生物合成途径的第一步，GA1的缺失能够导致植物种子缺乏GA而不能萌发。研究人员发现，ABI3、ABI4、ABI5、RGL2的缺失能够挽救ga1突变体不能萌发的表型。进一步的互作实验发现，RGL2能够与ABI4特异性互作。ABI4和RGL2能够在蛋白水平上稳定彼此，这个过程会受到ABA的促进以及GA的抑制。此外，ABI4-RGL2转录复合物通过促进其下游靶基因ABI5和RGL2的表达抑制种子萌发，ABI4-RGL2转录复合物的转录活性受到ABA的促进以及GA的抑制。这些结果表明，ABI4-RGL2-ABI5模块通过在ABA和GA信号通路中不同的作用介导ABA/GA拮抗，精细调控ABA/GA信号影响种子适时萌发。
[前沿资讯 ] 瑞士等研究解释了叶片气体交换中叶片光合作用与气孔导度解偶联的现象 进入全文
iPlants
近日，New Phytologist杂志在线发表了来自瑞士联邦森林、雪地和景观研究所（WSL）等单位题为"Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques"的研究文章，该研究利用新型高分辨率气体交换和同位素测量方法，解释了最近观察到的叶片气体交换中叶片光合作用与气孔导度解偶联的现象。他们的研究表明，解偶联发生在持续低水气压状态的光合作用最适温度之上。光合作用在最适温度以上的下降不需要减少二氧化碳的供应，也不是由叶肉膜传导性降低引起的。这项研究有助于更好地理解热胁迫下叶片气体交换行为的生理机制。自然界中温度和蒸气压力差的强烈变化限制了我们在温度对叶片气体交换直接影响的研究。二氧化碳和水蒸气中的稳定同位素为我们提供了叶片气体交换过程中生理和生化过程的机理认识。该研究在 5-40°C 的叶温范围内对四种常见欧洲树种进行了叶片气体交换和在线同位素鉴别的综合测量，同时在没有土壤水分限制的情况下保持恒定的叶片-空气蒸气压力差（0.8 kPa）。在可控环境下，当温度超过光合作用的最适温度（30°C）时，所有受测物种的气孔导度（gs）和净光合作用速率（An）都会解偶联，即 gs 增加，An 减少。在解偶联过程中，不同物种的叶肉传导率（细胞壁、质膜和叶绿体膜传导率）持续显著下降；然而，这种下降并没有导致叶绿体表面和基质中的二氧化碳浓度降低。作者对二氧化碳扩散限制导致高温下光合作用下降的传统认识提出了质疑。他们认为，气孔和叶肉膜可以战略性地促进蒸腾降温和二氧化碳供应，尽管降低了水分利用效率，但是减轻了高温对叶片光合作用的压力。
[前沿资讯 ] 美国明尼苏达大学开发了高效的植物体内基因编辑方法 进入全文
可研Plus
近日，美国明尼苏达大学Daniel F Voytas团队在Plant Physiology（IF:7.4）在线发表了发表题为:”Heritable， multinucleotide deletions in plants using viral delivery of a repair exonuclease and guide RNAs”该文章开发了一种高效的植物体内基因编辑方法—VirTREX2-HLDel， 该方法可以获得基因组大片段缺失。并且可以提高低效位点的遗传编辑频率，并获得多点缺失突变株。利用该病毒递送方法减少了组织培养需求，将加速对基因组调控网络的理解。在这篇文章中构建了两种系统：VirTREX2-HLDel-1和VirTREX2-HLDel-2，用此载体递送TREX2和靶向NbPDS的esgRNA（Fig1）。TREX2是一个外切酶，可以切除双链DNA断裂端的碱基，形成突出的单链，tRNAIleu是编码异亮氨酸的转运RNA，可以提高esgRNA在细胞间的系统移动性。作者将这些载体和对照载体(仅含esgRNA)通过烟草花叶病毒(TRV)系统感染Cas9转基因烟草。结果表明，VirTREX2-HLDel-1和VirTREX2-HLDel-2均产生显著高于对照的多核苷酸缺失，获得了PDS基因位点的高频率遗传性缺失突变株。并且VirTREX2-HLDel-1/2产生11-20bp和21-40bp缺失的突变株频率明显高于对照（Fig2A-C）。因此，使用递送TREX2和esgRNA的病毒可以产生高频率的遗传性多核苷酸缺失。并且仅递送TREX2和esgRNA即可实现基因组的多核苷酸缺失，无需将TREX2与靶位点结合。VirTREX2-HLDel显著提高了ATML1-1启动子的多点编辑频率。VirTREX2-HLDel可获得两位点同时存在大于10bp缺失的多点编辑株。对照载体很难获得此类双位点大片段缺失的多点编辑株。VirTREX2-HLDel也显著提高了ATML1-2启动子的编辑频率。
