文章信息
文章題目：Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2024年11 月4日
主要內(nèi)容：中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團(tuán)隊(duì)青年研究員王冰等人，在Cell雜志上發(fā)表了文章Regulatory mechanisms of strigolactone perception in
rice，該研究發(fā)現(xiàn)了植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感知機(jī)制及其在氮素響應(yīng)中的關(guān)鍵作用，闡明了植物如何通過調(diào)控獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受途徑中的“油門”和“剎車”，“聰明靈活”地調(diào)控不同環(huán)境中獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受的持續(xù)時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)而改變植物株型。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.009
使用TransGen產(chǎn)品：
Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
研究背景
獨(dú)腳金內(nèi)酯是近年來發(fā)現(xiàn)的一種重要植物激素，在調(diào)控植物分枝（即分蘗）數(shù)目這種生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵性狀中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域，植物細(xì)胞如何感受獨(dú)腳金內(nèi)酯一直是該研究領(lǐng)域的前沿和難點(diǎn)，科學(xué)家對(duì)信號(hào)感知機(jī)制存在爭(zhēng)議。
文章概述
首先，該研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了在D14與D3、D53蛋白相互作用中發(fā)揮重要功能的氨基酸位點(diǎn)，進(jìn)而基于生化和遺傳數(shù)據(jù)，揭示了獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受模型，即D3具有兩種拓?fù)錁?gòu)象。
在解析獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)啟動(dòng)機(jī)制的基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步分析了獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受的終止機(jī)制。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)D14的泛素化和蛋白降解依賴于D14與D3的直接相互作用，并且需要D14蛋白通過N端的無序結(jié)構(gòu)域（N-terminal disordered domain, NTD）與26S蛋白酶體直接相互作用。
D3作為E3連接酶中識(shí)別底物的亞基，首先促使D53泛素化和降解來啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，隨后促使D14發(fā)生泛素化和降解來終止信號(hào)感受。這就構(gòu)成了植物細(xì)胞中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的一對(duì)“油門”和“剎車”，能夠精確地調(diào)控獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受的持續(xù)時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度。
更為有趣的是，D14的NTD結(jié)構(gòu)域可以被磷酸化修飾，抑制D14的泛素化修飾和蛋白降解，進(jìn)而調(diào)控水稻的分蘗發(fā)育。低氮環(huán)境增強(qiáng)了D14的磷酸化修飾進(jìn)而抑制蛋白降解，增強(qiáng)獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受。遺傳分析進(jìn)一步證明了D14在N端的磷酸化是低氮信號(hào)調(diào)控水稻分蘗的重要機(jī)制。對(duì)D14的磷酸化位點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)改良，能夠顯著降低水稻分蘗對(duì)氮肥的依賴性，實(shí)現(xiàn)“減氮肥少減分蘗”甚至“減氮肥不減分蘗”。
結(jié)合已有研究結(jié)果，研究者提出低氮環(huán)境一方面通過誘導(dǎo)獨(dú)腳金內(nèi)酯合成增強(qiáng)信號(hào)感知，另一方面通過促進(jìn)D14的磷酸化抑制蛋白降解，進(jìn)而降低獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受的終止。兩種機(jī)制協(xié)同增強(qiáng)了獨(dú)腳金內(nèi)酯途徑的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)分蘗數(shù)目的抑制。
水稻獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受及其在低氮中的作用模型
（A）D14作為獨(dú)腳金內(nèi)酯受體發(fā)揮作用，并與D3形成復(fù)合物，D3通過改變其CTH基序顯示出兩種拓?fù)錁?gòu)象。D14和Engaged CTH構(gòu)象D3之間的相互作用觸發(fā)D53的泛素化和降解，以啟動(dòng)SL信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并抑制分蘗。具有dislodged CTH構(gòu)象D3可能會(huì)使D14處于“遲鈍”狀態(tài)，以減弱SL感知并抑制D53降解。D53降解后，D14被SCFD3復(fù)合物進(jìn)一步泛素化，并以NTD依賴的方式降解，導(dǎo)致獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受的終止。D14磷酸化主要發(fā)生NTD結(jié)構(gòu)域，以抑制其自身的泛素化和降解。
（B）低氮增強(qiáng)D14磷酸化以穩(wěn)定D14，導(dǎo)致獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感受延遲終止。低氮也會(huì)提高獨(dú)腳金內(nèi)酯生物合成以增強(qiáng)信號(hào)感受。這些機(jī)制協(xié)同確保了強(qiáng)烈的獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并抑制分蘗發(fā)育，從而調(diào)節(jié)了低氮的發(fā)育可塑性。
綜上所述，該研究成果闡明了水稻中由獨(dú)腳金內(nèi)酯受體D14介導(dǎo)的信號(hào)感知的激活、調(diào)控和終止機(jī)制，解決了獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)感知機(jī)制的爭(zhēng)議問題，發(fā)現(xiàn)了在泛素化修飾和蛋白降解之間新的調(diào)控機(jī)制，揭示了D14通過磷酸化調(diào)控自身穩(wěn)定性的新機(jī)制以及該機(jī)制在水稻分蘗響應(yīng)低氮環(huán)境中的核心作用。通過改變D14的磷酸化狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)降低氮肥投入而不減少分蘗，對(duì)作物株型的精準(zhǔn)改良以及減肥增產(chǎn)水稻新品種的分子設(shè)計(jì)育種具有重要指導(dǎo)意義。
全式金生物產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金生物的克隆感受態(tài)細(xì)胞Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)和表達(dá)感受態(tài)細(xì)胞BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)助力本研究。
Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)
本產(chǎn)品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉(zhuǎn)化。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測(cè)，轉(zhuǎn)化效率高達(dá)108 cfu/μg DNA以上，自上市以來多次榮登Cell、Nature等知名期刊，助力科學(xué)研究。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 用于藍(lán)白斑篩選。
? recA1和endA1的突變有利于克隆DNA的穩(wěn)定和高純度質(zhì)粒DNA的提取。
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
本產(chǎn)品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉(zhuǎn)化。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測(cè)，轉(zhuǎn)化效率高達(dá)107 cfu/μg DNA。使用Control Plasmid I (Amp+ )用于檢測(cè)細(xì)胞是否具有表達(dá)功能，表達(dá)蛋白大小為25 kDa。自上市以來多次榮登Cell等知名期刊，助力科學(xué)研究。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 該菌株用于T7 RNA 聚合酶為表達(dá)系統(tǒng)的高效外源基因的蛋白表達(dá)宿主，T7噬菌體RNA聚合酶基因的表達(dá)受控于λ噬菌體DE3區(qū)的lacUV5啟動(dòng)子，該區(qū)整合于BL21的染色體上。該菌株適合于非毒性蛋白的表達(dá)。
全式金生物產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對(duì)全式金生物產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金生物一直以來秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金生物始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Hu Q L, Liu H H, He Y J, et al. Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice [J]. Cell, 2024.
? Shang P, Rong N, Jiang J J, et al. Structural and signaling mechanisms of TAAR1 enabled preferential agonist design[J]. Cell, 2023.
? Zhong S, Ding W, Sun L, et al. Decoding the development of the human hippocampus[J]. Nature, 2020.
? Jiang L, Xie X, Su N, et al. Large Stokes shift fluorescent RNAs for dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging in live cells[J]. Nature Methods, 2023.
? Li X, Zhang Y, Xu L, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease[J]. Cell Metabolism, 2023.
? Han W, Gao B Q, Zhu J, et al. Design and application of the transformer base editor in mammalian cells and mice[J]. Nature Protocols, 2023.
? Liu R, Yao J, Zhou S, et al. Spatiotemporal control of RNA metabolism and CRISPR–Cas functions using engineered photoswitchable RNA-binding proteins[J]. Nature Protocols, 2023.
使用BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Hu Q L, Liu H H, He Y J, et al. Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice [J]. Cell, 2024.
? Li H, Zhang Y, Rao G, et al. Rift Valley fever virus coordinates the assembly of a programmable E3 ligase to promote viral replication[J]. Cell, 2024.
? Lu P, Cheng Y, Xue L, et al. Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders[J]. Cell, 2024.
? Lan Z, Song Z, Wang Z, et al. Antagonistic RALF peptides control an intergeneric hybridization barrier on Brassicaceae stigmas[J]. Cell, 2023.
? Medina-Puche L, Tan H, Dogra V, et al. A defense pathway linking plasma membrane and chloroplasts and co-opted by pathogens[J]. Cell, 2020.
? Wang X, Xuan Y, Han Y, et al. Regulation of HIV-1 Gag-Pol expression by shiftless, an inhibitor of programmed-1 ribosomal frameshifting[J]. Cell, 2019.
? Zhu G, Wang S, Huang Z, et al. Rewiring of the fruit metabolome in tomato breeding[J]. Cell, 2018.
? Li X, Zhang Y, Xu L, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease[J]. Cell Metabolism, 2023.
