生物技术前沿一周纵览(2015年8月28日)

2015-08-28 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

解析水稻芒长及产量相关基因功能
 
水稻是最重要的粮食作物之一。在水稻的驯化过程中亚洲栽培稻和野生稻之间有许多的性状发生了显著的改变。芒通常是作物重要的光合器官之一,水稻的芒与小麦芒的结构不同,只有一个维管束,可能不参与光合作用,因此现在大部分栽培稻是无芒或短芒品种。水稻芒的遗传学研究很早就受到科学家们的关注,然而目前为止大多数对控制水稻芒性状基因的研究局限于相关QTLs的初定位。研究人员新克隆出An-2基因,并证实它编码了一种叫做OsLOGL6的蛋白,OsLOGL6可催化了野生稻细胞分裂素合成的最后一步。包含野生型等位基因An-2的近等基因系显示An-2通过增加细胞分裂促进了芒延伸,但却通过减少每穗粒数及单株分蘖数降低谷物产量。An-2基因遗传变异可缩短芒长并提高栽培稻中的分蘖和粒数。(Molecular Plant)
 
 
发现提高水稻千粒重的基因
 
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究人员通过对一水稻大粒显性突变体(Big grain1, Bg1-D)的研究,发现BG1编码一个受生长素特异诱导的早期响应的未知功能蛋白,在水稻茎和穗的维管组织中特异表达。BG1过表达株系生长素极性运输能力显著增强,并导致水稻籽粒显著增大。田间试验表明,BG1过量表达株系与对照相比千粒重增加25%,产量增加21%。BG1过量表达植株生物量也显著提高。进化分析表明BG1在高等植物中具有高度保守性。过表达BG1同样使双子叶植物拟南芥种子增大及生物量增加,暗示BG1在单、双子叶植物生物量及作物产量改良中均具有极大的应用潜力(PANS)
 
 
植物耐热基因揭示
 
全球气候变化带来的频繁高温胁迫是植物面临的主要非生物胁迫之一,严重影响了植物的生长发育和作物产量,是持续农业所面临的紧迫问题。中科院上海生命科学研究院的研究人员证实,过表达类受体激酶ERECTA可以改善水稻和番茄的耐热性。ERECTA是从拟南芥中分离得到的一个富含亮氨酸重复序列的类受体激酶基因。它是被研究的最多的类受体激酶之一。在拟南芥、水稻和番茄中过表达拟南芥ERECTA可增强这些作物耐热性,拟南芥ERECTA突变株对热非常敏感。水稻ERECTA同系物发生功能丧失性突变,及减少番茄ERECTA等位基因表达均可降低这两个物种的耐热性。研究人员证实在多个季节及中国的多个地点,过表达拟南芥ERECTA的转基因番茄和水稻品系在室温及田地测试中均显示耐热力提高。此外,过表达ERECTA的转基因拟南芥、番茄和水稻的生物量均增加。(Nature Biotechnology
 
 
CRISPR实现大豆基因组编辑
 
大豆(Glycine max(L.)Merrill.)是一种古老的多倍体植物,是具有重要经济价值的豆科作物。大豆基因组非常复杂,很多基因高度重复。因此,研究大豆基因功能和基因组工程,就必需精确和简单的方法。最新的CRISPR/Cas9技术可克服了传统方法的不足,成功应用于大豆基因功能的研究。在本研究中,研究人员应用II型CRISPR/Cas9系统,在大豆中获得并评估了靶基因的基因组编辑。研究人员在大豆毛状根中检测到了靶基因突变。结果表明,这种自定义的CRISPR/Cas9系统,可以相同的效率,对大豆毛状根中的内源性和外源性基因进行编辑。研究人员还检测CRISPR/Cas9系统仅使用一个自定义sgRNA同时编辑两个大豆内源性基因的潜力。总的来说,产生和检测CRISPR/Cas9介导的大豆毛状根靶基因的基因组修饰,可以迅速评估每个靶位点的效率。具有较高效率的靶位点,可用于常规的大豆遗传转化。此外,该方法提供了一种强大的工具,用于大豆根特异性功能基因组学的研究。(PLoS One
 
 
植物激素调控基因研究获进展
 
植物中复杂的分子网络调控着关键的生物功能,如生长发育和应激反应。这些分子网络被大量的“开关”调控,如果被错误地开或关,基因表达也会被错误地开启或关闭,并导致疾病的发生。研究人员在植物中发现了一个与人体中特定信号机制非常相似的重要的分子机制,该机制与人类早期胚胎发育和癌症等疾病有着密切联系。这个命名为‘Topless’的重要蛋白在植物生长发育过程中是不可或缺的一个因子,与关键抑制因子相互作用,共同构成植物中的基因沉默。因此,它参与调控植物所有激素基因的表达。这项研究不仅对植物激素调控生长发育的研究产生深远的影响,更加有助于确定其整个信号通路的分子结构及其开发应用研究。(Science Advance
 
 
CRISPR/Cas9技术应用于猪基因组工程研究
 
CRISPR/Cas9用一个单导向RNA(sgRNA),来产生位点特异性的DNA断裂,随着这项技术的出现,大大增强了家畜的遗传工程。然而,sgRNA活性的巨大差异所带来的不确定性,妨碍了这一系统制备转基因猪的效用。来自中科院动物研究所等单位的研究人员开发出一种单胚泡基因分型系统,可提供一种简单而快速的方案,来评估和比较sgRNA在一个给定基因位点诱导插入突变的效率。评估sgRNA的诱变效率,可以在从sgRNA设计的10天内完成。这个系统所选择的最有效的sgRNA,可通过同源指导修复,以超过13%的频率,成功用来诱导位点特异性插入。此外,研究人员在猪成纤维细胞(可作为体细胞核移植的供体细胞)中证实,通过选择的sgRNA可高效的进行基因删除。该研究进一步表明,Cas9 mRNA的直接细胞质注射,以及有利的sgRNA注入受精卵,可以高达100%的效率,产生双等位基因敲除猪。因此,这种方法大大降低了不确定性,并扩展了基因组工程在家畜中的实际可能性。(Scientific Reports)
 
 
控制基因表达的新方法
 
活细胞有多种机制来控制和调节基因表达过程,合成生物学研究人员一直试图设计某种细菌,以实现一系列重要的医疗和工业功能,从制造药物,到解毒污染物,以及增加生物燃料的产量。由美国科学家开发出一种控制基因表达的新方法。这种方法的关键是一个可调的开关,由一个小非编码RNA分子制成,被称为riboregulator。riboregulators由顺式抑制物(crRNA)和反式激活物RNA(taRNA)构成。crRNA自然地折叠成一种结构,可隔绝核糖体结合序列,防止下游基因的翻译;从而阻断了基因的表达。taRNA被独立转录,并且这两个调控RNA元件之间的结合和随后的结构转型决定转录的mRNA是否将被翻译成蛋白质产品。该系统已模块化,包括一个向导序列,能够独立地靶定特异基因,从而使这些riboregulators能够独立地调控多个基因。(ACS Synthetic Biology
 
 
大规模基因组分析研究绘制真核基因进化史
 
著名古生物学家Stephen Jay Gould曾提出“间断平衡(punctuated equilibrium)”的进化理论,即尽管进化通常是一个缓慢的过程,有时候会在相对较短的时间空间里发生大步飞跃。基于该理论,一个国际研究小组通过一次有史以来最大规模的基因组分析研究绘制出真核基因的进化史,并提供了有关最早期生命形式进化机制的一些新见解。传统的模型表明,原核生物中会发生横向基因转移(LGT),由此可以解释原核生物相比真核生物所具有的巨大多样性。研究发现,真核生物并没有像原核生物那样进行持续的基因交换,但一旦发生基因交换,则是非常重要的事件,如早期进化过程中细胞器的起源。细胞器是科学家们用来区分真核细胞和原核细胞的细胞元件。真核生物具有线粒体和叶绿体一类的结构,这些小型工厂在细胞中发挥作用为生物提供能量。研究表明,线粒体和叶绿体都是由两个细胞结合在一起共享基因及形成“杂种”生物体进化而来。研究证实,这次进化大飞跃可能发生在原核生物与真核生物在一次内共生事件中混合它们的基因之时。这些证据强有力地支持了间断式进化理论,并可以解释地球上复制生命的起源。(Nature
 
    

来源:基因农业网

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