生物技术前沿一周纵览(2015年1月9日)

2015-01-09 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示植物生长基因调控网络
 
植物芽和根的生长是一个复杂的过程。研究人员第一次描述了使得植物生长的部分遗传控制网络。克隆了拟南芥中与纤维素、半纤维素以及木质素生成相关的50个基因,筛查了它们与460多个转录因子,或是开启或关闭基因表达的其他一些基因的相互作用。借助计算机技术,构建出了一个显示不同的基因和转录因子如何彼此联系的网络。研究人员还研究了这一系统对于不同类型的环境变化所做出的反应。例如,夺去根细胞的铁离子可促进木质素生成,木质素可提高铁摄取。但将细胞暴露于盐中则可引起不同的反应,木质部细胞会发生增殖来增加水输送。了解影响木质素、纤维素和半纤维素含量的控制网络,最终有助于植物育种者们构建出最适合于实现生物燃料生产的品种。(Nature
 
 
植物细胞核内RNA调控模式被确定
 
在植物进行的一项新研究中,采用模式植物拟南芥,研究人员在细胞核中,通过PIP-seq技术研究RNA及RNA结合蛋白质(RBP)之间相互作用,同时获得关于核RNA分子结构的数据。结合这些数据集,全面分析了可能影响RNA调控过程的模式。通过集中研究与RBPs相结合的RNA部分,该研究小组发现,这些序列在进化史中已经变得保守,可能在基因调控机制中发挥重要的作用。RBP结合模式和二级结构之间存在强烈的反比关系。RBP结合位点和某些二级结构模式,在可变剪接和可变多聚腺苷酸化发生的部位更为常见。此外,研究人员提供了一个巨大的、公开可用的数据集,其他科学家可以用来解决关于他们感兴趣的基因及调控机制的问题,从而更好了解从DNA到蛋白质这一行程的动力学。(Molecular Cell
 
 
发现小分子RNA在固氮方面的作用
大豆根瘤共生固氮是一个非常重要的科学问题,也是一个关乎大豆产量和品质的重要农艺性状。最适的结瘤数量是决定最佳固氮效率的关键因子。已有结果发现结瘤因子诱导的信号转导途径和大豆超结瘤的自主调控途径(AON:Autoregulation)控制最适结瘤数量。但是两个途径互作的分子机制还不清楚。该项研究证明,在没有根瘤菌的情况下,大豆转录抑制子(GmNNC1)与结瘤调控因子ENOD40基因的启动子结合,抑制其表达;当根瘤菌侵染大豆根系时,诱导microRNA172c(miR172c)表达,miR172c进而通过剪切GmNNC1 mRNA减少GmNNC1的蛋白量,去除对ENOD40的抑制,使得EOND40进一步激活了结瘤因子诱导的信号转导途径,从而启动了根瘤的发生发育。同时证明了抑制大豆超结瘤的自主调控途径可通过Shoot-derived inhibitor如细胞分裂素来抑制miR172c的表达,从而避免大豆过度结瘤。该研究揭示了豆科植物根瘤发育及共生固氮的表观遗传学调控机制。(The Plant Cell
 
 
首次发现苹果中存在具有核酶活性的环状RNA
 
上世纪80年代,在研究苹果上一种危害严重的病害——苹果锈果病时,研究人员从苹果中分离到一种特殊环状RNA。采用高通量测序(NGS)技术结合生物信息学分析的策略获得该环状RNA的全序列:该环状RNA由434个核苷酸组成,是一种迄今为止从未见过报道的新的环状RNA。自中国报道后,美国、意大利等国研究人员的检测结果也为此提供了有力的佐证。重要的是,生化实验表明该环状RNA正、负链均具有核酶活性,能够进行自我剪切。这是世界上首次从苹果中发现具有核酶活性的环状RNA。该研究为今后从植物和动物中发现更多环状RNA提供了新的思路和技术手段。(PLoS Pathogens
 
 
甘蓝WRKY基因家族研究中取得新进展
 
甘蓝(Brassica oleracea)是十字花科芸苔属植物,种内形态差异巨大,有着众多的品种或变种。然而,甘蓝抗病抗虫能力不强,极易受到病菌的感染或昆虫蚕食,制约着甘蓝绿色栽培的产业化发展。大量研究表明, WRKY 基因家族的许多成员参与调控植物的生长发育、形态建成与抗病虫等。因此,在全基因组水平上研究甘蓝的 WRKY 基因家族具有重要的生物学意义对结球甘蓝 WRKY 基因家族进行了研究。通过对其基因组与转录组的比较分析,鉴定出了148个 WRKY 基因,其中包括37个新 WRKY 基因;并进行了系统发育和共线性分析、表达谱数据分析。结果说明,WRKY 基因家族在甘蓝中偏好性地保留并分化出了新的功能,增加了WRKY 基因家族的多样化,扩张后的 WRKY 基因家族有助于甘蓝形成丰富的多样性与生态适应。(GENE
 
 
探索植物春化现象的分子调控机制
 
生长在低纬度地区的拟南芥不需要经过春化阶段就可以正常开花繁殖,此类称为夏性拟南芥(summer annual);而生长在高纬度的拟南芥必需要经过春化阶段才能促进开花,称为冬性拟南芥(winter annual)。已有的研究结果表明:夏性拟南芥因为在长期进化过程中,控制春化作用的一个重要蛋白 FRIGIDA(FRI)部分序列发生丢失导致 FRI 蛋白失活,从而不能有效促进 FLC(MADS-box 家族基因,开花负调控因子)的表达导致早花。该研究表明,在春化过程中,持续低温诱导 WRKY34 基因上调表达,并启动 CUL3A 的表达,同时 LRB1/2 蛋白作为桥梁招募 CUL3A 与 FRI 形成蛋白复合物,驱动 FRI 的泛素化降解,从而解除了 FRI 蛋白对 FLC 的上调作用以及 FLC 对植物开花的抑制作用,最终导致植物早花。(Plant Cell
 
 
壳斗科顽坳性种子的脱水耐受性及超低温保存研究
 
面对生物多样性保护的严峻形势,各国纷纷建立种质库以达到异地保存野生植物的目的。然而,该举措仅可能保存生产常性种子的植物,大约有7%~25%的种子植物因生产不耐受脱水和低温的顽坳性种子而无法在常规的种质库中长期保存。在这些生产顽坳性种子的种类中,许多是森林中的建群种、优势种或者是重要的经济植物;还有些种类是需要立即保护的濒危物种。超低温保存(cryopreservation)是在液氮温度下(-196℃)保存生物材料的方法,也是顽坳性种子能够实现长期保存的唯一途径。研究人员对4种来自中国和美国的栎属(Quercus)植物种子的脱水和低温(包括超低温)生理反应进行了深入研究。该项研究阐释了种子水分状态、种子脱水耐受性与种子对低温反应关系,并实现了几种栎属种子的超低温保存。(Annals of Botany
 
 
一种旧的植物遗传学工具仍未落伍
 
随着更新的方法不断发展,植物遗传学研究的科学工具不断消失。然而,最近研究人员发现,一种较旧的方法——片段化叶绿体DNA序列,仍然岿然屹立在现代技术中。叶绿体简单重复序列或微卫星(cpSSRs)是短的DNA重复片段,标记植物基因组中的特定位置。CpSSR标记用于植物进化研究,例如农业作物的育种和杂交、考虑保护的植物的遗传多样性。对于区分植物类群和解决它们的进化关系,这种技术特别有用。利用cpSSRs的植物学研究正呈上升趋势。在过去的十年中,利用cpSSRs的植物学研究翻了一番。自1995年以来,cpSSRs已被用于研究来自85个不同科的野生和栽培植物。对于未来的研究,建议研究人员使用为特定植物物种开发的cpSSRs。这种方法可以帮助避免大小异源同型问题。(Applications in Plant Sciences
 
 

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