生物评论周报第227期:《自然》THP9显著提高玉米种子蛋白含量和氮素利用效率

1、《自然》THP9显著提高玉米种子蛋白含量和氮素利用效率

2022年11月16日,来自中国科学院上海植物生理生态研究所Yongrui Wu和上海师范大学Wenqin Wang共同合作在《自然》杂志上发表了题为“THP9 enhances seed protein content and nitrogen-use efficiency in maize.”的研究论文,研究发现THP9能够提高玉米种子蛋白质含量和氮素利用效率。

据介绍,玉米(Zea mays subsp.mays)的野生祖先类玉米(teosinte),种子蛋白质含量是大多数现代近亲繁殖和杂交种的三倍,但导致这种特性的机制尚不清楚。

 

fig 1 :含有THP9-T的杂交种氮素含量有所提高

 

研究人员使用三重组合来创建teosinte(Zea mays subsp.parviglumis)的连续单倍型DNA序列,并通过基于图谱的克隆,在第9号染色体上鉴定出一个主要的高蛋白定量性状基因座TEOSINTE HIGH PROTEIN 9(THP9)。THP9编码一种天冬酰胺合成酶4,这种酶teosinte中高表达,但是在近交系B73中不表达,其中THP9-B73的第10个内含子的缺失导致THP9-B73转录物的错误剪接。在B73中转基因表达THP9-teosinte显著增加了种子蛋白质含量。THP9-teosinte渗入现代玉米自交系和杂交种,大大提高了游离氨基酸,尤其是天冬酰胺在整个植株中的积累,并在不影响产量的情况下增加了种子蛋白质含量。THP9-teosinte似乎提高了氮的利用效率,这对于在低氮条件下促进高产很重要。

 

(评论:体现出THP9-T 等位基因的杂种的可能价值,尽管还需要进行更大规模的田间试验,以充分确定THP9-T在提高玉米育种中种子蛋白质含量和NUE方面的潜力。这些杂交种在低氮环境中表现良好,当施氮量减少时也能保持正常产量。基于高质量的大刍草基因组序列对NUE进行的进一步研究,可能会产生改善现代杂交种的其他QTL。玉米亚种Zea mays subsp. Parviglumis,Ames 21814和B73也将有助于研究可能负责大刍草驯化过程中表型修饰的基因。

文章来源:

Huang, Yongcai, Wang et al, THP9 enhances seed protein content and nitrogen-use efficiency in maize.DOI: 10.1038/s41586-022-05441-2, Nature:最新IF:43.07

 

2、《科学》活跃的DNA去甲基化促进细胞命运特化和DNA损伤反应

2022年12月2日,来自美国国立卫生研究院André Nussenzweig等研究人员合作在学术期刊《科学》上发表了题为“Filopodia are a structural substrate for silent synapses in adult neocortex. ”得研究成果,发现活跃的DNA去甲基化促进细胞命运特化和DNA损伤反应。

据介绍,神经元拥有高水平的SSB,其靶标是神经元增强子,但这种内源性损伤的来源仍不清楚。

研究人员使用两种有丝分裂后的谱系特化系统(诱导多能干细胞衍生的神经元和转分化的巨噬细胞),表明胸苷DNA糖基化酶(TDG)驱动ten-eleven易位酶(TET)氧化的甲基胞嘧啶切除是单链DNA断裂(SSB)的一个来源。尽管巨噬细胞的分化倾向于用短片碱基切除修复来填补单核苷酸缺口,但神经元也经常使用长片亚途径。

使用抗肿瘤的胞嘧啶类似物破坏这种缺口填补过程,会引发DNA损伤反应和神经元细胞死亡,这取决于TDG。因此,TET介导的主动DNA去甲基化促进了内源性DNA损伤,这一过程通常能保障细胞的特性,但也能在抗癌治疗后引发神经毒性。

 

(评论:阐述了TDG 介导的DNA 主动去甲基化是有丝分裂后细胞如神经元、巨噬细胞增强子上DNA 单链断裂的来源,对细胞分化和功能成熟相关的增强子的激活有重要作用。同时,也为研究DNA损伤是如何促进神经退行性疾病和免疫系统中突变的产生、及化疗引起的神经损伤副作用提供了新的工具和观点。)

文章来源:

Active DNA demethylation promotes cell fate specification and the DNA damage response. Dongpeng Wang, Wei Wu, Elsa Callen et al, DOI: add9838 最新IF:41.037

 

3、《自然》丝状伪足是成人新皮层沉默突触的结构基底

文2022年11月30日,来自美国麻省理工学院麦戈文大脑研究所Mark T. Harnett团队在《自然》杂志上发表了题为“Filopodia are a structural substrate for silent synapses in adult neocortex.”的研究成果,发现丝状伪足是成人新皮层沉默突触的结构基底。

据介绍,哺乳动物皮层中新产生的兴奋性突触缺乏足够的AMPA型谷氨酸受体来介导神经传递,导致功能沉默的突触需要活性依赖的可塑性才能成熟。沉默突触在早期发育中大量存在,在这个过程中,它们介导回路的形成和完善,但在成年期它们被认为是稀缺的。然而,成年人仍具有神经可塑性和灵活学习的能力,这表明新连接的形成仍很普遍。

研究人员使用超分辨率蛋白质成像来可视化成年小鼠初级视觉皮层第5层锥体神经元2234个突触的突触蛋白质。出乎意料的是,大约25%的突触缺乏AMPA受体。这些假定的沉默突触位于被称为丝状伪足的细长树突状突起顶端,其数量比先前认为的要多一个数量级(占所有树突状突起约30%)。生理学实验表明,丝状伪足确实缺乏AMPA受体介导的传递,但它们表现出NMDA受体介导突触传递。

研究人员进一步表明,丝状伪足上功能沉默的突触可以通过Hebbian可塑性解除沉默,将新的活性连接招募到神经元的输入矩阵中。这些结果挑战了功能连接在成人皮层中基本固定的模型,并展示了一种灵活控制突触连接的新机制,该机制扩展了成熟大脑的学习能力。

 

(评论:更切实的证据可以确认,在成年哺乳动物的大脑中,记忆系统拥有既灵活又稳健的基础,不断获取新信息,也能保留已有的重要信息。)

文章来源:

Filopodia are a structural substrate for silent synapses in adult neocortex.Vardalaki, Dimitra et al, DOI: 10.1038/s41586-022-05483-6,

 

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