生物技术前沿一周纵览(2014年9月12日)

2014-09-12 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

植物气孔发育的控制


大气二氧化碳水平的持续上升,在全球尺度上正在抑制植物叶子中气孔的发育。再加上农业用水日益缺乏,会显著影响植物碳吸收、热应激和水分利用效率。研究人员对二氧化碳控制气孔
(植物用来调控叶子中的气体交换)发育的基因和机制进行了研究,识别出一个机制框架:在二氧化碳水平高时,细胞外信号传导和碳酸酐酶调控一个被称为CRSP的新颖的蛋白酶和前肽EPF2,而这反过来又会抑制气孔发育。(Nature

 

解析花粉管生长模式转变机制


花粉管的极性管状生长对于显花植物双受精过程的顺利完成至关重要。番茄花粉受体激酶
LePRK1是一个花粉特异表达且定位于花粉管细胞膜上的类受体激酶(RLK)。该项研究发现,过表达番茄花粉受体激酶LePRK1或缺失胞外结构域的LePRK1 (LePRK1ΔECD)后,花粉管从管状生长模式转变为泡状生长模式,这一转变是通过LePRK1的下游激酶伴侣蛋白KPP及其互作因子PLIM2a调控花粉管肌动蛋白骨架来实现的。这项研究揭示了花粉管细胞的一种潜在的能力,即通过单独过表达一个膜定位的分子LePRK1LePRK1ΔECD,花粉管可以切换到另一种模式达到花粉管生长前缘(leading edge)的延展。这一模式类似于已经报道的盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)和果蝇干细胞的泡状生长模式。(Plant Cell

 

壳斗科植物的基因组大小进化


生态进化生物学科研人员以北半球广泛分布的壳斗科为研究对象,分析总结了
78种壳斗科植物的基因组大小数据,探讨木本植物中基因组大小与地理分布和系统进化的关系。结果表明壳斗科各类群间约有120%的基因组大小变化,但没有明显的多倍化现象,同时物种内部的基因组大小变化极小,符合木本植物多倍化现象较少、染色体结构较稳定的假说,推测普遍存在于热带树木中的杂婚群可在进化上带来与内源多倍化相似的好处。该研究是目前少有的针对木本植物基因组大小进化的研究,并将讨论范围扩大到属的水平以上,有助于从细胞学水平认识壳斗科在全球森林生态学中的地位及其与生物地理分布的关系,并对树木基因组学的研究有所启示。(Tree Genetics & Genomes

 

水稻条纹病毒抗性新机制

 
水稻条纹病毒(Rice stripe virus RSV)是纤细病毒属(Tenuivirus)代表种,其通过灰飞虱(SBPH)传播,引起的水稻条纹叶枯病是水稻重要病害之一。每年中国东部和韩国超过80%的稻区都受到这种疾病的影响,给水稻生产造成了严重损失。鉴于杀虫剂成本较高,且给人类、家畜和环境造成了危害。开发出抗病水稻品种被认为是控制这种病毒性疾病的一种最经济、最有效和最环保的措施。研究人员在新研究中克隆出了水稻抗性等位基因STV11,并证实STV11编码了一种磺基转移酶,可赋予对水稻条纹病毒的持久抗性。研究结果提供了有关植物病毒防御机制的一些新认识,并为我们指出了采用分子标记辅助选择或基因工程来培育RSV抗性作物的有效方法。(Nature Communications

 

RNAi介导抗病毒免疫的颠覆性发现

 
RNAi介导的抗病毒免疫普遍存在于动植物中,主要负责病毒特异性的防御。然而,科学在拟南芥中诱导了抗病毒RNAi,发现拟南芥中不仅出现了病毒siRNA,还生成了一种内源性的siRNA,即病毒激活siRNAvasiRNA)。这种vasiRNA能够广泛沉默宿主基因,激活广谱的抗病毒活性。在此之前人们普遍认为,在RNAi控制的抗病毒免疫中,宿主将入侵病毒的RNA切成小片段进而启动病毒特异性的RNAi。然而这项研究显示,拟南芥的抗病毒RNAi激活之后,还生成了一种特殊的内源siRNA,靶向一千多个宿主基因和rRNA的外显子区域。并且这些vasiRNA的长度多为21个核苷酸,正义链和反义链的比例相当。在被两种不同的RNA病毒感染之后,拟南芥中很快就能检测到vasiRNA的生产。该研究在RNAi介导的抗病毒免疫中,为人们揭示了一种新的内生siRNA。文章指出,这是植物对抗病毒感染的一种保守应答,能赋予宿主广谱的抗病毒活性。(PNAS

 

揭示稀土元素在植物细胞内行为及生活周期


作为全球高新技术领域广泛使用的稀土元素在给经济、社会带来丰厚回报的同时,也正以前所未有的速度与强度进入环境,其潜在的生态风险日益显现。对此,中外专家与政府部门均关注“稀土食品安全研究”并呼吁“科学标准的建立”,但迄今尚无生物体中限量的国际标准。其因同稀土影响生物体的一系列关键基础问题的无解不无关联。研究人员以出口经济作物辣根及模式植物拟南芥为研究对象,以稀土放射自显影示踪技术与细胞生物学、生物物理学及细胞无机化学等方法优化组合为研究手段,首次揭示轻稀土镧和重稀土铽为代表的稀土元素在植物细胞内的行为和生活周期。该研究不仅实现了稀土激活植物叶细胞内吞作用静态和动态过程的可视化,且发现内吞活化是植物细胞对稀土作用的首要响应,可视为稀土作用于植物的细胞学基础。
(PNAS)

 

咖啡基因组显示出的独特性


每天全世界要消耗超过
22.5亿杯咖啡,咖啡是许多热带国家主要的农产品。国际研究团队对咖啡树进行了最新的测序,揭示出一些帮助生成咖啡因的酶在咖啡树、茶树和可可树中独立进化。该研究团队构建出了中粒咖啡(Coffea canephora)的高质量基因组草图,检测了咖啡的遗传构成与其他物种的不同之处。相比于包括葡萄、番茄等,咖啡包含更大的与生物碱和黄酮类化合物生成相关的基因家族,它们导致了咖啡的一些特性如咖啡的香气和咖啡豆的苦味。研究结果还表明,随着进化时间的推移,咖啡基因组并没有和它的近亲番茄和红辣椒那样三倍化,反而保持了与葡萄相似的结构。就这一点而论,当基因组中所有的基因在复制之时,一些特殊基因家族的扩增更有可能驱动了咖啡基因组的进化多样性。咖啡属于被子植物中的第四大科茜草科植物,没有发生基因组倍增,这似乎打破了基因组倍增与高度多样性关联的模式。(Science

 

智能耕作提高现有土地粮食产量


预计到
2030年时中国的人口总数将从现在的13.5亿增长到14.7亿高峰,每年将需要超过6.5亿顿的大米、小麦和玉米,中国面临着加倍的困境。伴随着这一挑战而来的还有加速的气候变化、土地退化、城市间日益激烈的水及土地资源竞争,到2050年时对于粮食的总需求有可能增长一倍。研究人员报告了一项为期三年的实验成果:如何来提高现有土地的粮食产量。并认为,在未来的几十年里,智能耕作(Clever farming)技术将为中国提供足够多的粮食来养活不断增长的人口,同时减轻对于环境的压力。该研究实施4种农业技术方案进行比较。计算机模拟结果表明通过采用“土壤-作物综合管理体系”ISSM,大大减少了氮的过量使用以及温室气体的排放。(Nature

 

 

来源:基因农业网

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