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六合宝典图库遗传发育所发现参与植物赤霉素代谢的新成员

发布日期:2019-11-02 15:38   来源:未知   阅读:

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  赤霉素(gibberellins,GAs)是一类非常重要的植物激素,参与许多植物生长发育等多个生物学过程。在开花植物中,13-羟化赤霉素(生理活性低,例如GA1)和13-氢赤霉素(生理活性高,例如GA4)经常是同时存在的。到目前为止,人们只是在水稻中鉴定到催化赤霉素13-羟化反应的P450酶(CYP714B1和CYP714B2),而且CYP714B1和CYP714B2只是催化GA12的13-羟化,形成GA53(即13-OH GA12)。然而,其它植物中,六合宝典图库,包括拟南芥,负责赤霉素13-羟化反应的酶(编码基因)还不清楚。

  最近,中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋研究组在十字花科和豆科植物中功能鉴定了负责赤霉素13-羟化反应的P450酶(属于CYP72A亚家族)。新鉴定的CYP72A酶,不同于水稻中的CYP714B,可以催化多种赤霉素(GA12, GA9和GA4)的13-羟基化,生成对应的13-OH赤霉素(GA53, GA20和GA1)。进一步的研究发现,拟南芥中的CYP72A9在种子中特异性高表达,cyp72a9突变体种子中内源GA1几乎检测不到,对应的GA4含量升高1-2倍。生理实验结果表明,CYP72A9通过调控低生理活性的GA1和高生理活性的GA4的比例,实现对种子初级休眠生理过程的调控:cyp72a9突变体种子比野生型表现出萌发更快,而且该生理功能在十字花科植物中保守。通过对各种转基因材料的内源赤霉素分析表明,水稻和拟南芥形成GA1的代谢途径不同:水稻中GA53通过多步氧化反应生成GA1,而在拟南芥中GA4在CYP72A9的作用下直接生成GA1。该项工作不仅是植物赤霉素代谢领域一个新的突破,而且也为基因工程改造(结合基因编辑技术)植物赤霉素代谢,进而调控植物(作物)的生长发育过程,提供了新的靶点。

  该研究成果于9月16日在线发表于Nature Plants(DOI:10.1038/s4-z)。王国栋研究组贺娟为该文章第一作者。项目实施过程中得到遗传发育所植物激素检测平台的大力支持。该项目获得国家自然科学基金委、科技部重大研发计划项目和植物基因组学国家重点实验室的资助。

  图: CYP72A 催化植物赤霉素的13-羟化反应(图A中红色箭头所示);(B)CYP72A参与调控拟南芥种子初级休眠过程。

  赤霉素(gibberellins,GAs)是一类非常重要的植物激素,参与许多植物生长发育等多个生物学过程。在开花植物中,13-羟化赤霉素(生理活性低,例如GA1)和13-氢赤霉素(生理活性高,例如GA4)经常是同时存在的。到目前为止,人们只是在水稻中鉴定到催化赤霉素13-羟化反应的P450酶(CYP714B1 和CYP714B2),而且CYP714B1和CYP714B2只是催化GA12的13-羟化,形成GA53(即13-OH GA12)。然而,其它植物中,包括拟南芥,负责赤霉素13-羟化反应的酶(编码基因)还不清楚。

  最近,中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋研究组在十字花科和豆科植物中功能鉴定了负责赤霉素13-羟化反应的P450酶(属于CYP72A亚家族)。新鉴定的CYP72A酶,不同于水稻中的CYP714B,可以催化多种赤霉素(GA12, GA9 和GA4)的13-羟基化,生成对应的13-OH 赤霉素(GA53, GA20 和GA1)。进一步的研究发现,拟南芥中的CYP72A9在种子中特异性高表达,cyp72a9突变体种子中内源GA1几乎检测不到,对应的GA4含量升高1-2倍。生理实验结果表明,CYP72A9通过调控低生理活性的GA1和高生理活性的GA4的比例,实现对种子初级休眠生理过程的调控:cyp72a9突变体种子比野生型表现出萌发更快,而且该生理功能在十字花科植物中保守。通过对各种转基因材料的内源赤霉素分析表明,水稻和拟南芥形成GA1的代谢途径不同:水稻中GA53通过多步氧化反应生成GA1,而在拟南芥中GA4在CYP72A9的作用下直接生成GA1。该项工作不仅是植物赤霉素代谢领域一个新的突破 ,而且也为基因工程改造(结合基因编辑技术)植物赤霉素代谢,进而调控植物(作物)的生长发育过程,提供了新的靶点。

  该研究成果于9月16日在线发表于Nature Plants(DOI:10.1038/s4-z)。王国栋研究组贺娟为该文章第一作者。项目实施过程中得到遗传发育所植物激素检测平台的大力支持。该项目获得国家自然科学基金委、科技部重大研发计划项目和植物基因组学国家重点实验室的资助。

  论文信息:Juan He, Qingwen Chen, Peiyong Xin, Jia Yuan, Yihua Ma, Xuemei Wang, Meimei Xu, Jinfang Chu, Reuben J Peters, and Guodong Wang. CYP72A Enzymes Catalyze 13-Hydrolyzation of Gibberellins. Nature Plants. DOI:10.1038/s4-z

  图: CYP72A 催化植物赤霉素的13-羟化反应(图A中红色箭头所示);(B)CYP72A参与调控拟南芥种子初级休眠过程。构建商票运营模式服务区域实体经济发展心水