文章信息
文章題目：Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice
期刊：Cell
發(fā)表時間：2024年11 月4日
主要內容：中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李家洋團隊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)了植物激素獨腳金內酯信號感知機制及其在氮素響應中的關鍵作用，闡明了植物如何通過調控獨腳金內酯信號感受途徑中的“油門”和“剎車”，“聰明靈活”地調控不同環(huán)境中獨腳金內酯信號感受的持續(xù)時間和信號強度，進而改變植物株型。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.009
使用TransGen產品：
Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
研究背景
獨腳金內酯是近年來發(fā)現(xiàn)的一種重要植物激素，在調控植物分枝（即分蘗）數(shù)目這種生長發(fā)育關鍵性狀中發(fā)揮關鍵作用。在獨腳金內酯信號轉導領域，植物細胞如何感受獨腳金內酯一直是該研究領域的前沿和難點，科學家對信號感知機制存在爭議。
文章概述
首先，該研究團隊系統(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，進而基于生化和遺傳數(shù)據(jù)，揭示了獨腳金內酯信號感受模型，即D3具有兩種拓撲構象。
在解析獨腳金內酯信號啟動機制的基礎上，研究人員進一步分析了獨腳金內酯信號感受的終止機制。通過實驗發(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端的無序結構域（N-terminal disordered domain, NTD）與26S蛋白酶體直接相互作用。
D3作為E3連接酶中識別底物的亞基，首先促使D53泛素化和降解來啟動信號轉導，隨后促使D14發(fā)生泛素化和降解來終止信號感受。這就構成了植物細胞中信號轉導的一對“油門”和“剎車”，能夠精確地調控獨腳金內酯信號感受的持續(xù)時間和信號強度。
更為有趣的是，D14的NTD結構域可以被磷酸化修飾，抑制D14的泛素化修飾和蛋白降解，進而調控水稻的分蘗發(fā)育。低氮環(huán)境增強了D14的磷酸化修飾進而抑制蛋白降解，增強獨腳金內酯信號感受。遺傳分析進一步證明了D14在N端的磷酸化是低氮信號調控水稻分蘗的重要機制。對D14的磷酸化位點進行精準改良，能夠顯著降低水稻分蘗對氮肥的依賴性，實現(xiàn)“減氮肥少減分蘗”甚至“減氮肥不減分蘗”。
結合已有研究結果，研究者提出低氮環(huán)境一方面通過誘導獨腳金內酯合成增強信號感知，另一方面通過促進D14的磷酸化抑制蛋白降解，進而降低獨腳金內酯信號感受的終止。兩種機制協(xié)同增強了獨腳金內酯途徑的功能，實現(xiàn)對分蘗數(shù)目的抑制。
水稻獨腳金內酯信號感受及其在低氮中的作用模型
（A）D14作為獨腳金內酯受體發(fā)揮作用，并與D3形成復合物，D3通過改變其CTH基序顯示出兩種拓撲構象。D14和Engaged CTH構象D3之間的相互作用觸發(fā)D53的泛素化和降解，以啟動SL信號轉導并抑制分蘗。具有dislodged CTH構象D3可能會使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復合物進一步泛素化，并以NTD依賴的方式降解，導致獨腳金內酯信號感受的終止。D14磷酸化主要發(fā)生NTD結構域，以抑制其自身的泛素化和降解。
（B）低氮增強D14磷酸化以穩(wěn)定D14，導致獨腳金內酯信號感受延遲終止。低氮也會提高獨腳金內酯生物合成以增強信號感受。這些機制協(xié)同確保了強烈的獨腳金內酯信號轉導并抑制分蘗發(fā)育，從而調節(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腳金內酯受體D14介導的信號感知的激活、調控和終止機制，解決了獨腳金內酯信號感知機制的爭議問題，發(fā)現(xiàn)了在泛素化修飾和蛋白降解之間新的調控機制，揭示了D14通過磷酸化調控自身穩(wěn)定性的新機制以及該機制在水稻分蘗響應低氮環(huán)境中的核心作用。通過改變D14的磷酸化狀態(tài)能夠實現(xiàn)降低氮肥投入而不減少分蘗，對作物株型的精準改良以及減肥增產水稻新品種的分子設計育種具有重要指導意義。
全式金生物產品支撐
優(yōu)質的試劑是科學研究的利器。全式金生物的克隆感受態(tài)細胞Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)和表達感受態(tài)細胞BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)助力本研究。
Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)
本產品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學轉化。使用pUC19質粒DNA檢測，轉化效率高達108 cfu/μg DNA以上，自上市以來多次榮登Cell、Nature等知名期刊，助力科學研究。
產品特點：
? 用于藍白斑篩選。
? recA1和endA1的突變有利于克隆DNA的穩(wěn)定和高純度質粒DNA的提取。
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
本產品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學轉化。使用pUC19質粒DNA檢測，轉化效率高達107 cfu/μg DNA。使用Control Plasmid I (Amp+ )用于檢測細胞是否具有表達功能，表達蛋白大小為25 kDa。自上市以來多次榮登Cell等知名期刊，助力科學研究。
產品特點：
? 該菌株用于T7 RNA 聚合酶為表達系統(tǒng)的高效外源基因的蛋白表達宿主，T7噬菌體RNA聚合酶基因的表達受控于λ噬菌體DE3區(qū)的lacUV5啟動子，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。
全式金生物產品再一次登上Cell期刊，證明了大家對全式金生物產品品質和實力的認可，也完美詮釋了全式金生物一直以來秉承的“品質高于一切，精品服務客戶”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，用更多更好的產品持續(xù)助力科研。
使用Trans5α Chemically Competent Cell (CD201)產品發(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.
