黄脂木

注册

 

发新话题 回复该主题

13篇高水平文章安徽农业大学赵剑组在大 [复制链接]

1#
大豆是能量聚集度高且可生物固氮的可持续农业生产的重要作物。大豆种子含有高达30-40%食用蛋白和20%左右的食用油脂。中国近几年进口大豆量从6千万吨到近一亿吨并且继续攀升。但古四倍体大豆的功能基因组学研究难度大,进展缓慢。赵剑团队在安徽农业大学一边开展茶树黄酮类等特征性次生代谢研究,也继续完成国家重点研发和自然科学基金项目,开展与大豆营养品质形成机理相关的大豆功能基因组学研究,近2年取得了系列成果,先后发表1篇BiotechnologyforBiofuels,1篇PlantBiotechnologyJournal,3篇PlantJournal和1篇JournalofExperimentalBotany。此外,赵剑团队也集数年积累在茶树次生代谢和关乎茶叶品质的茶叶加工过程的生化分子机理方面开始取得系列进展。1.年1月BiotechnologyforBiofuels发表了赵剑团队博士后张高阳为第一作者的研究转基因大豆磷脂酶D(PLDa1)突变体种子在高温高湿度环境中较野生型大豆种子展现更强的抗逆抗衰老变质的研究成果。温带起源的大豆在亚热带高温高湿度环境中生长成熟的种子极易变质衰败、种子活力下降或丧失。这是除了酸铝胁迫外另一个限制大豆在南方大面积种植的因素。种子特异地抑制大豆PLDa1基因表达使突变体大豆种子更加耐受高温高湿度环境对发育过程种子的胁迫及阻止成熟种子衰败变质(seeddeterioration)和活力丧失。PLDa1突变体种子脂肪酸更高,磷脂酸减少,种子活力更高。也显著延缓了长时间高温高湿保存导致的大豆种子衰老。这一研究为解决在高温高湿频发的长江中下游地区种植大豆面临的问题提供了新思路。TAG与磷脂代谢涉及PLDα1之间的代谢模式图2.年7月PlantBiotechnologyJournal在线发表了赵剑课题组博士生陈贝贝和张高阳为共同第一作者的GmWRI1基因调节大豆种子油脂合成和根瘤固氮的成果。GMWRI1调节根及根瘤脂质合成并影响根瘤生长素水平研究发现多拷贝的GmWRI1基因,包括GmWRI1a,1b及其剪切本都可直接调节糖酵解和脂肪酸合成途径基因。GmWRI1a,1b同时高表达于根系和根瘤,调节根瘤的磷脂和糖酯MGDG的合成,从而影响根瘤的发育。有意思的是,他们同时发现大豆根瘤发育和固氮同时可能存在与先前在豆科-内生丛枝菌互作和脂类物质作为主要碳源类似的现象,即单酯酰甘油(MAG)合成和转运可能提供给根瘤细胞和根瘤菌作为碳源,合成膜酯和糖酯。GmWRI1基因也调节生长素合成修饰,因而参与根瘤发育。文章揭示了GmWRI1基因的一因多效和对多种农艺性状的贡献。3.年9月PlantJournal在线发表了赵剑课题组博士后MuhammadZulfiqarAhmad为第一作者的独脚金内脂Strigolactones(SL)和丁烯羟酸内酯Karrikins(KARs)信号途径基因GmMAX2和D14或D14-like(D14L)基因参与大豆根瘤的成果。KARs与SLs在结构、信号传导通路等方面相似高,其受体蛋白D14和KAI均与F-box蛋白GmMAX2a互作,但D14L的多拷贝蛋白则与GmMAX2a的互作有差异。不但GmMAX2a突变体有结瘤表型,其互作蛋白KAI2和D14L的编码基因突变也导致结瘤表型,及结瘤基因表达改变。根瘤菌侵染KAI2和D14L基因及其下游抑制子D53或SMAX1的表达。MAX2同源基因的不同结瘤效应可解释有限根瘤和无限根瘤豆科品种的差异。推测的SL/KAR激素信号介导大豆结瘤的工作模式图4.年5月PlantJournal在线发表了课题组博士后张高阳为第一作者的揭示脂质代谢组、转录组和根瘤发育关系的研究成果。一些研究表明脂肪酸合成和脂质转运是根瘤发生发育过程中必需的生理过程,如二酰甘油MAG是豆科根系提供给内生丛枝菌的主要碳源,供丛枝菌发生发育,缺乏MAG合成的突变体根系没有丛枝菌的产生。但在根瘤菌和根系的互作中之前普遍认为植物根细胞提供的碳源形式是氨基酸、二碳羧酸等有机酸,但脂质如何参与根瘤发生发育的机制尚不清楚。通过对不同发育时期的根瘤和根的转录组、脂质代谢组、碳水化合物(糖和淀粉等)的分析,发现类似的高度活跃的糖酵解途径、脂肪酸合成、MAG和糖酯的合成。其中在RAML-WRI-FatM-GPAT-STRL途径中的MAG合成和转运基因在根瘤中被显著地高表达,MAG合成对根瘤可能也很关键。因而推测MAG可能被大量合成并提供给根瘤细胞和根瘤菌作为碳源。根瘤菌激活糖酵解和脂质代谢及其参与大豆根瘤发生发育的工作模式5.年11月JournalofExperimentalBotany在线发表了赵剑课题组博士后MuhammadZulfiqarAhmad为第一作者的研究成果,该研究鉴定一个在大豆根中和种子中均高表达的丙二酰辅酶A异黄酮酰基转移酶GmMaT2的功能。大豆种子、叶片、根系中合成并积累大量异黄酮类代谢物,起到保护植物免受非生物和生物损害及参与和根瘤菌和丛枝菌的互作等功能。而丙二酰化的异黄酮类如6-O-丙二酰基大豆苷、染料木苷、黄豆黄苷等占大豆异黄酮总量的50-70%之多,但主要合成酶及其特定生理功能尚不清楚。在之前课题组鉴定2个异黄酮酰基转移酶GmIMaT1和GmIMaT3(FrontiersinPlantScience,,8基础上,又鉴定了一个可被根瘤菌诱导的,且在大豆种子子叶和根系根瘤中均有较高表达量的异黄酮乙酰基转移酶GmMaT2。体外酶活测定及发根转基因分析均展示该基因编码的酶可以异黄酮糖苷为底物,丙二酰辅酶A为乙酰基供体,形成相应的丙二酰基异黄酮苷。尽管活力和底物特异性低于GmIMaT3和GmIMaT1,但进一步研究发现,具有转基因发根的嵌合转基因大豆苗的结瘤能力发生改变,过表达GmMaT2发根促进根瘤形成,而抑制GmMaT2则减少根瘤形成。这个和合成丙二酰基异黄酮苷的多少直接相关。这些丙二酰基异黄酮苷也可诱导Nod基因表达,促进大豆根系结瘤。加上其与一些ABCG转运体共表达,因而推测,根瘤菌诱导的GmMaT2表达应与根瘤菌-根毛互作,丙二酰基异黄酮苷的合成和被转运出细胞,并被细胞壁结合的异黄酮糖苷水解酶水解成大豆苷、染料木苷、黄豆黄苷等苷元。GmMaT4则没有这些效应。该研究阐述了一个参与异黄酮类代谢物修饰的酶功能及其参与的具体生理过程。大豆根黄酮及异黄酮类代谢物及修饰酶GmMaT参与激活根瘤菌和根瘤诱导的模式图6.年12月29日PlantJournal在线发表了赵剑课题组博士后张高阳为第一作者的揭示磷脂酶D及其酶产物磷脂酸PA参与大豆根瘤发育的研究成果。磷脂酶D已经被大量报道参与植物非生物逆境胁迫响应及植物-微生物互作。尽管之前的研究均表明不同PLD同源基因参与植物与病原微生物-细菌或真菌-的互作、以及共生的有益内生菌互作,也报道PA在其中的重要作用,但详细机理仍不清楚。除了磷脂酶C来源,PLD是PA的重要来源。GmPLDa1在根中表达远高于发育初期的根瘤。在根瘤菌接种后的持续分析表明,主要的PLD基因GmPLDa1的表达、酶活、及PA的含量在长时间内在一定范围波动。根瘤菌侵染后PA迅速产生形成一波动峰,然后下降,在几小时后又上升。GmPLDa1过表达(GmPLDa1-OE)显著抑制根瘤形成,减少根瘤数目,而GmPLDa1敲除突变体发根(GmPLDa1-KD)则促进根瘤发生。但令人不解的是,用PLD产生PA的特异抑制剂n-butanol处理显著抑制根瘤菌诱导的PA合成同时也抑制了结瘤。这些都预示了在大豆根毛和根瘤菌互作过程中,PA是被多种酶合成机制控制在适当范围内的,过多的PA激活ABA信号的形成及H2O2的合成,而只有适度量的PA是对根瘤菌互作和信号有促进的。进一步研究发现,PA也可与大豆中的戴帽蛋白cappingprotein(GmCP1)和微管结合蛋白microtubuleassociationprotein(GmMAP1)结合,而这些蛋白可以影响细胞骨架的动态变化。同时根瘤菌侵染催发了根细胞内显著的细胞骨架动态变化,即首先解聚合,然后迅速再聚合。而GmPLDa1-KD或OE突变体发根呈现了与对照GUS发根不同的细胞骨架解聚合和再聚合的动态变化特征。同时这些突变体发根内有与GUS相比不同的激素水平变化,如IAA\JA\SA和ABA等。综合这些表型变化,文章推测PLD-PA模块可能从多方面调节大豆根瘤菌与根毛的互作。推测的PLD-PA模块调节大豆根瘤菌与根毛互作的工作模式这些大豆研究进展都是在国家重点研发专项和自然科学基金项目,及安徽农业大学人才引进经费的支持下取得的。此外,赵剑团队也集数年积累在茶树次生代谢和关乎茶叶品质的茶叶加工过程的生化分子机理方面开始取得系列进展。继年参与茶树小叶种舒茶早的基因组草图在PNAS发表后,年茶树生物学国家重点实验室又将该基因组在染色体水平上的高精度组装序列发表在MolecularPlant上。对茶树几种主要的次生代谢途径及其品质性状形成的可能性做了深入考察后,赵剑教授提出了茶树代谢基因组学的研究目标和目前存在的基础性问题。该综述发表在年CriticalReviewinBiotechnology。赵剑课题组在SCPL酰基转移酶催化茶树酯型儿茶素类合成;茶树内源的过氧化物酶多酚氧化酶POD/PPO基因在红茶加工过程中参与茶黄素的合成;茶毫对茶叶的滋味和风味物质的贡献以及皂苷和咖啡碱等特征性次生代谢物的合成降解等方面也开展了研究,取得初步成果。5篇研究论文发表在JournalofAgricultureandFoodChemistry,FrontiersinPlantScience,JournalofFoodScienceandNutrition,FoodResearchInternational等杂志。这些茶学研究进展是在国家重点研发专项和安徽省重点研发项目,及安徽农业大学人才引进经费的支持下取得的。
分享 转发
TOP
发新话题 回复该主题