生物技术前沿一周纵览（2017年9月22日）

　　大豆灰斑病是由真菌Cercospora sojinaHara引起的世界性病害，同时也是我国大豆主产区的一个主要病害。研究人员在田间分离了多个致病的生理小种，其中发现的1号生理小种具有很强的致病性。研究人员利用单分子实时测序技术(SMRT)对该菌进行了全基因组测序,结果显示其全基因组大小为40.8Mb，预测含11665个基因。进一步的生物信息学分析表明，该基因组中有大量的合成次生代谢产物、色素和真菌毒素的基因簇。LC-MS/MS分析也显示了这些次生代谢类物质在真菌侵染过程中产生，可能与其致病力有关。进一步分析发现，该病菌基因组编码的细胞壁降解酶的基因与其它真菌相比，数量相对较少。对该菌侵染大豆的过程分析可以看出，其侵染速度相对较慢，且主要通过气孔和细胞间隙侵入，没有明显的附着胞和附着枝等结构。因此，其含有的细胞壁降解酶的数量少可能是其侵染较慢的一个原因。此外，研究还发现该菌基因组编码了约233个效应蛋白。随机挑选的50个效应蛋白中，约1/3参与了对大豆的免疫抑制，说明这些效应蛋白对该菌的致病性有重要意义。(DNA Research)

　　科学家发现组蛋白密码“阅读者”调控植物耐逆分子机制

　　科研人员从大豆中鉴定出一个特殊的PHD锌指蛋白——GmPHD6。它属于PHD中的Alfin亚类，Alfin亚类普遍具有转录抑制能力，而GmPHD6例外。该研究发现GmPHD6必须与LHP1(类异染色质蛋白)相互作用，并依赖LHP1的转录激活能力，调控下游耐盐基因的表达。

　　PHD锌指蛋白又被称为组蛋白密码的“阅读者”，因为PHD结构域识别不同修饰的组蛋白H3。GmPHD6识别H3K4me0/1/2，但并不通过PHD结构域，而是通过其N端，这又是其与众不同之处。此外，GmPHD6的N端还能识别下游基因的启动子。而PHD结构域负责与LHP1的相互作用。基于以上发现，研究人员总结出GmPHD6的分子调控模型：H3K4me0/1/2可能与植物逆境调控关联，它们招募GmPHD6，而GmPHD6招募LHP1形成转录调控复合体。复合体通过GmPHD6靶定下游基因，通过LHP1激活下游基因表达，从而提高植物的耐逆能力。(Plant Physiology)

　　研究揭示赤霉素和细胞分裂素相互作用促进小桐子分枝生长分子机理

　　植物分枝或分蘖的特性决定其株型结构，也与其适应环境能力和种子产量密切相关。研究人员采用比较转录组方法，对赤霉素和细胞分裂素相互作用促进小桐子分枝生长的分子机理进行研究。通过对赤霉素(GA3)和(BA)处理的腋芽转录组比较分析，结果显示，有250个基因受到GA3和BA共同调控。其中，共同下调的基因中有一些NAC家族的转录因子，包括JcNAC1，JcNAC2，JcNAC3，JcNAC5，JcNAP，JcNAP-like以及JcNAC047；qPCR分析结果显示，这些NAC基因的表达受到独角金内酯(GR24)处理的上调，推测他们可能参与分枝生长的调控。此外，在GA3和BA处理后，细胞周期基因CDC6，CDC45和GRF5的表达上调，表明GA3和BA可以通过调节细胞周期机制促进腋芽的生长。更有趣的研究结果是，在腋芽中，BA处理显著上调GA生物合成基因JcGA20oxs和JcGA3ox1的表达，下调GA降解基因JcGA2oxs的表达，这说明细胞分裂素促进分枝，可能部分是通过提高GA的含量来实现的。该比较转录组学研究结果，为进一步阐明植物激素相互作用调控木本植物分枝生长发育的分子机理奠定了基础。(Scientific Reports)

　　糖苷水解酶底物特异性机制研究获得进展

　　木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一，其合成与降解是自然界碳素循环的中心环节。植物细胞壁在进化过程中形成了天然的“抗降解屏障”，特别是在半纤维素中，大多数多糖均含有侧链修饰，降解困难。研究人员致力于嗜热微生物降解木质纤维素的机制研究，阐明了极端嗜热微生物Caldicellulosiruptor阿拉伯呋喃的酶解机制及其与木聚糖酶协同降解效应，对于木质纤维素的生物降解有重要意义。(AEM)

　　研究揭示底物选择性机制

　　纤维素降解糖苷水解酶中，5家族为数众多，具有纤维素酶和地衣多糖酶等活性，但双功能纤维素酶/地衣多糖酶底物的选择性机制尚不清楚。研究人员解析了极端嗜热厌氧菌Caldicellulosiruptorsp. F32的糖苷水解酶F32EG5的蛋白及蛋白底物复合体结构，揭示了底物选择性机制。研究团队发现F32EG5能够切断β-1,3-1,4-葡聚糖底物的β-1,3-糖苷键或β-1,3-糖苷键前面的β-1,4-糖苷键，与传统的GH16家族地衣聚糖酶(切断β-1,3-糖苷键后面的β-1,4-糖苷键)截然不同，是一种新的β-葡聚糖糖苷键切断方式。F32EG5具有典型的GH5家族蛋白(β/α)8桶状结构，具有独特的底物结合位点，决定了底物特异性。复合体结构显示，F32EG5具有一个急剧弯曲的底物结合孔道，与同样具有弯曲构象的β-1,3-1,4-葡聚糖底物特异结合，决定了该蛋白的高地衣聚糖酶活性。分子动力学模拟及定点突变分析验证了上述设想。(Biochemical Journal)

　　科学家解析温带竹子分支系统发育关系

　　温带竹子分支(the temperate bamboo clade)包括23-32属，约546种，主要分布于东亚地区(特别是喜马拉雅)和东南亚地区。科研人员利用一种简化基因组测序的方法即RAD (restriction-site-associated DNA)测序方法，在全基因组水平开发大量的SNPs标记，对第五分支(Phyllostachys clade)及其相关支系(Shibataea, and Arundinaria clades)的系统发育关系进行了研究。基于RAD测序数据所获得的SNP矩阵，构建了目前为止竹亚科分辨率最高的一棵系统发育树，并得到8个主要的分支。结果表明，基于叶绿体片段所命名的第五分支(Phyllostachys clade)，第四(Shibataea clade)及第六分支(Arundinaria clade)均不为单系。与叶绿体片段所得到的结果不同的是，基于RAD数据的系统发育关系与按照形态性状的传统分类结果较一致。具有细型地下茎的物种形成了两个单系分支，一支为主要分布于东亚低海拔地区的Sino-Japanese clade，另一支为特有分布于横断山-喜马拉雅高海拔地区的alpine Bashania。(Scientific Reports)

　　研究揭示LysM蛋白介导的真菌—昆虫互作效应机制

　　真菌细胞壁成份中的几丁质是重要的病原模式分子，植物病原真菌通过分泌含有LysM结构的效应蛋白(effector)保护细胞壁、结合游离的几丁质寡糖或竞争性抑制寄主几丁质受体等方式，抑制由病原菌几丁质诱导的寄主免疫反应。研究人员通过分析表明，昆虫病原真菌球孢白僵菌基因组编码12个序列及结构不同的LysM蛋白(命名Blys1-Blys12)，不同蛋白基因在不同生长条件下的表达特征不同。其中6个基因在白僵菌侵染至昆虫血腔时高表达，定向敲除这6个基因的结果证明，Blys2和Blys5基因缺失显著影响白僵菌的杀虫毒力。生化分析表明，这两个蛋白均能结合几丁质，几丁质结合特异性受LysM结构域影响。GFP蛋白标记的实验表明，Blys2分泌后能够结合真菌细胞壁中的几丁质，Blys5能够保护细胞壁而免受几丁质酶的降解。同野生型菌株相比，缺失突变株于昆虫血腔中的发育速率下降、诱导昆虫免疫水平加强。有意思的是，使用植物病原真菌稻瘟病菌的LysM效应蛋白基因Slp1能够完成回补白僵菌Blys2和Blys5的缺失表型。研究结果证明，白僵菌LysM蛋白可作为效应分子介导真菌—昆虫的相互作用。(PLoS Pathogens)