Engineering Sporopollenin and its Carbon Supply Dr. Matias Kirst 1 , Professor Co‐PI: Teagen Quilichini 2 1: University of Florida, Gainesville, FL, 32610 2: National Research Council Canada, Saskatoon, SK, S7N 0W9 Canada To significantly enhance the capture of carbon in soils, one of the first major challenges is to store it in a form that is stable so that it is not released back into the数百年或千年的气氛。第二个主要挑战是捕获足够大的数量碳,以显着减少大气二氧化碳的量。应对这些挑战的一种新颖方法是将碳直接捕获到植物产品中,这些植物产品几乎是从降解中“不可约束”的,在广泛种植的物种中。孢子囊(通常称为“植物钻石”)就是这样的产品。孢子环蛋白是花粉颗粒的外壳,是陆生植物的一种创新,可保护花粉免受环境压力的源泉。由于其在植物存活中的关键作用,孢子囊素是由在不同物种中高度保守的途径产生的。它也与最常被认为是碳捕获和储存的植物产品(Cutin,suberin和木质素),因为它对降解具有极大的耐药性 - 孢子环素在几个世纪以上与数十年或更低的时间内保持稳定。因此,在植物的根部引入孢子囊的产生可能是一个机会,可以在土壤中大规模,几乎永久捕获和储存碳。如果应用于广泛种植的生物能源或农作物作物,则该潜力可以进一步最大化。这项研究的目的是确定在植物根部产生孢子蛋白所需的基因并将其释放在土壤中。将使用两种替代方法和互补方法实现此目标。首先,将选择一组以前已知是发育中的植物花中孢子囊合成的主要调节剂,将在杨树的根部表达。将在杨树根中平行,以前未知的元素,这些元素改善了孢子蛋白在杨树根中的合成,运输和组装。要测试这些方法的有效性,即将应用杨树根的基因含量并评估根结构和组成中这些变化的后果。当杨树被选为这项研究的目标物种时,因为孢子囊的合成在植物物种中是高度保守的,但在这项研究中进行的发现可能适用于广泛的生物质和食物/饲料/饲料/饲料/生物燃料,例如玉米,sorghum和sugarcane。最后,提议的策略在大规模部署时,有可能从大气中清除大量碳。考虑到典型的杨树生物量产率(5-10吨/ha/yr)和该生物量在地下的分配(20-25%),工程生根以含有5%的孢子囊素的工程生根可永久永久存储32-80 kg/ha的土壤中的碳。此外,据估计,工程3600万公顷的美国玉米作物在根和臭味中占5%的孢子囊蛋白含量,可以使每年5400万公吨的二氧化碳二氧化碳。这是玉米农田中年度长期碳固存的当前最佳实践估计值的两到五倍,并将大大增加土壤碳的储备。这项研究是由生物和环境研究办公室选择的。_____________________________________________________________________________________
a)花粉颗粒由2个层次的壁,硬外部外部组成: - 由孢子囊素组成,孢子囊是已知的最具耐药性有机物之一。它可以承受高温和强酸/碱。没有酶可以降解它。因此,在化石内部的化石内部,花粉颗粒被充分保存:由纤维素和果胶菌毛孔制成:不存在小孢子蛋白的外部的孔。花粉管通过孔出来。质膜围绕花粉颗粒的细胞质。成熟的花粉由2个具有核(营养和生成剂)的细胞组成。营养细胞:较大,丰富的食物储备,负责花粉谷物的发展,会产生花粉管。生成细胞:它很小,漂浮在营养细胞的细胞质中。纺锤体形状,具有致密的细胞质和一个核,其分裂以产生两个雄配子。花粉粒可能在脱落时具有2个细胞(一个营养细胞和生成细胞)或3个细胞(一个营养细胞和2个雄配子)。花粉过敏:parthenium(胡萝卜草)的花粉会引起慢性呼吸系统疾病,例如哮喘,支气管炎(1M)
花:植物的生殖部分。雄蕊:花粉产生花的生殖器官。二声:花药中的每个叶中的两个theca。花粉囊:在其中产生花粉的微型孢子虫:最内向的微孢子虫滋养发育中的花粉晶粒。孢子组织:在微孢子囊中心的紧凑型均匀细胞,经历减数分裂(微孢子形成),形成小孢子的四四形小孢子:雄性配子 /花粉颗粒。孢子囊素:存在于花粉颗粒的最外层,高度抗性蛋白。胚芽孔:花粉谷物中的孔,促进气体和水的交换,有助于新出现的花粉管。自动木材:当授粉发生在同一植物的同一朵花之间时。鸡蛋设备:由协同和肌形设备组成,有助于将花粉管进入胚胎囊中。Synergid:存在于胚胎囊中,数量为两个。Filliform设备:存在于同性恋中,引导花粉管进入胚囊。Megaspore:MMC减数分裂划分后形成了四个Megaspore。单孢子的发展:四个中的巨型仓中有一个胚芽发展成胚囊。geitnogamy:将花粉颗粒从花药转移到同一植物的另一花朵的污名。异凝膜:将花粉颗粒从花药转移到不同植物的污名。三重融合:男配子与两个极性核形成三层核的融合。胚胎发育:胚胎的形成。子叶:含种子植物中的胚胎叶。Scutellum:单子叶植物的子叶。休眠:无效状态。parthenocarpy:没有受精的果实的发展。例如 - 香蕉,橙色。polyembryony:在种子中出现多个胚胎。例如 - 柠檬。
未经同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此预印本的版权所有者(此版本于 2020 年 4 月 8 日发布。;https://doi.org/10.1101/2020.04.07.029629 doi:bioRxiv preprint
真菌是高度多样的,并且在生态系统中执行许多关键任务,从有机物的分解到营养物质通过菌丝的易位以及土壤中遥远的壁cor的联系。但是,真菌不孤立地生活;取而代之的是,它们与植物和动物建立了密切的关联,作为其复杂的微生物群的一部分。真菌以其对大多数血管植物的基本菌根共生体的作用而闻名,以及与藻类或蓝细菌的地衣共生的作用;鲜为人知的是它们与细菌和RNA病毒的微生物共生关系[1,2]。在1970年通过显微镜观察到了真菌中的细菌性内膜[3],最近的发现表明,这些内共生细菌可以是某些真菌中突出的特征[1,4]。相比之下,大多数在1962年正式描述[5]最初对其宿主的影响(尽管有些可以减少真菌的生长和毒力)的大多数分枝病毒。根瘤菌是一个真菌的一个充分的例子,可以携带细菌和病毒内共生菌,被称为真菌霍洛比恩(图1)。根茎物种用于生产发酵食品,酶和代谢产物。仍然,它们也可能是农作物(包括草莓,地瓜和大米)的致病性,并在免疫验证的人类中引起致命感染。在其著名的特征中,有能力产生霉菌毒素,包括根茎毒素,根茎及其衍生物。另一个引人注目的分解是R的菌株。孢子形成仅随着真菌 - 细菌共生的重建而恢复[7]。有趣的是,关于根瘤菌毒素产生和非生产菌株的研究表明,参与根蛋白毒素产生的生物合成基因并不是真菌的起源。相反,所有产生根茎毒素的菌株均由细菌共生体定植,这些菌株含有能够产生根蛋白毒素的多酮化合物生物合成基因[6]。缺乏细菌共生体的微孢子不再无性繁殖并形成孢子囊和孢子囊孢子[7]。的确,细菌共生体是在孢子孢子中遗传的(图1),以确保它们向后代的传播[7]。r。Microsporus需要2个兼容伴侣(一种构成类型的阳性(MT+)和一种负型负菌株(MT-)菌株),并与Trisporic Acid(一种性激素)的协作产生,用于形成Zygospores的性激素(图1)。非常明显,
植物孢子组织在微孢子囊中心紧凑型细胞的繁殖部分,经历减数分裂(微孢子生成),在花粉谷物中形成四四孢子菌种类孔孔,在花粉和水的交换中,促进植物的相同植物,有助于散发粉状的植物,从而有助于散发粉状的植物。 synergids and filiform apparatus, help in the entry of pollen tube into the embryo sac Synergid Present in the embryo sac, two in number Filiform apparatus Present in synergids, guider pollen tube entry into the embryo sac Geitnogamy Transfer of pollen grains from the anther to the stigma of another flower of the same plant Xenogamy Transfer of pollen grains from the anther to the stigma of a different plant Triple fusion Male gamete fuses with two polar nuclei to form the triploid endosperm Embryogeny Formation of embryo Cotyledons the embryonic leaf in seed-bearing plants Scutellum Cotyledons of monocotyledon plants Dormancy State of inactiveness Parthenocarpy Development of fruit without fertilization ex- banana, orange Polyembryony Occurrence of more than one embryo in seed例外植物孢子组织在微孢子囊中心紧凑型细胞的繁殖部分,经历减数分裂(微孢子生成),在花粉谷物中形成四四孢子菌种类孔孔,在花粉和水的交换中,促进植物的相同植物,有助于散发粉状的植物,从而有助于散发粉状的植物。 synergids and filiform apparatus, help in the entry of pollen tube into the embryo sac Synergid Present in the embryo sac, two in number Filiform apparatus Present in synergids, guider pollen tube entry into the embryo sac Geitnogamy Transfer of pollen grains from the anther to the stigma of another flower of the same plant Xenogamy Transfer of pollen grains from the anther to the stigma of a different plant Triple fusion Male gamete fuses with two polar nuclei to form the triploid endosperm Embryogeny Formation of embryo Cotyledons the embryonic leaf in seed-bearing plants Scutellum Cotyledons of monocotyledon plants Dormancy State of inactiveness Parthenocarpy Development of fruit without fertilization ex- banana, orange Polyembryony Occurrence of more than one embryo in seed例外
fi g u r e 1在疫霉菌中核酸内切酶的表达表达。(a)五个代表性菌株的免疫印迹,用编码编码绿色荧光蛋白(GFP)标记的核酸酶的催化型核酸酶,PSNLS-DCAS9-GFP的质粒转化,用抗GFP探测。nc1和nc2是阴性对照,即分别表达另一种蛋白质和未转化的1306的菌株。蛋白质的预期大小为194 kDa。(b)表达PSNLS-DCAS9-GFP的转化剂的荧光显微照片,显示蛋白质在菌丝内的核的定位。GFP,明亮的场和合并的通道被上下显示,比例尺等于10 µm。 (c)用抗Cas12a探测的质粒转化的菌株的免疫印迹。nc是未转化的祖细胞菌株。从图像中删除了T9和NC之间的一个空车道。蛋白质的预期大小为153 kDa。(d)表达PSNLS-CAS12A-GFP的转化剂的共聚焦图像,显示左侧的菌丝,右侧显示孢子囊。GFP,明亮的场和合并的通道被上下显示,比例尺等于10 µm
总结花粉壁外部为雄性配子体提供了一个保护层,并且主要由孢子囊素组成,其中包括脂肪酸衍生物和酚类。但是,外部外部的生化性质知之甚少。在这里,我们表明,在没有脊柱花粉(GHNSP)中突变的棉花1355a导致外部形成缺陷。通过基于地图的克隆鉴定了GHNSP基因座,并通过遗传分析(使用CRISPR/CAS9系统的共处测试和等位基因预测)确认。原位杂交表明,GHNSP在tapetum中高度表达。ghnsp编码与ATQRT3同源的多边形乳糖苷酶蛋白,该蛋白在花粉外外的形成中提出了聚半乳糖苷酶的功能。这些结果表明GHNSP在功能上与ATQRT3不同,后者具有微孢子分离的功能。生化分析表明,在发育阶段8的1355a花药中,去酯果胶的百分比显着增加。此外,使用对抗酯的抗体和酯化的均质均质乳糖醇(JIM5和JIM7)的抗体研究表明,GHNSP突变体在录音带中表现出丰富的脱骨含量同质性的,它具有磁带和外在的,具有特殊的远处,具有较为有效的效果。GHNSP的表征提供了对多边形乳糖醛酸酯酶和去酯的同型乳半乳糖醇在花粉外部形成中的作用的新理解。