生物技术前沿一周纵览(2015年9月18日)

2015-09-18 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

加快植物育种进程的新方法
 
培育具有更高产量和更高抗病性的新植物品种,需要很长的时间。特别是,选择最有用的杂交后代,是一个劳动密集型、耗时而昂贵的过程。比利时根特大学(UGent)VIB植物科学研究所的科学家们,开发了一种新的方法,能够在植物还是一颗幼苗的时候,预测出的最终植株大小,由此将能够显著加快植物的育种进程。这种方法是基于RNA的,而不是基于DNA的。研究人员对玉米幼苗叶片的细胞分裂区域进行了转录组研究,确定了植物生长和植株大小的决定机制,将一组RNA分子与外部特征联系起来,在生长过程中这些特征直到生长过程后期才表达,如最终的叶大小和生物量的产生。(Genome Biology
 
 
水稻基因组变异图谱揭示水稻改良的育种印迹
 
水稻是世界上最重要的粮食作物之一。研究人员通过分析来自73个国家1479个水稻品种,包括一些地方品种和现代栽培种的低覆盖测序数据,鉴别出了两大主要的亚群indica I (IndI)和indica II (IndII),其对应独立育种工作生成的两个杂种优势类群。研究人员检测到了跨越7.8%水稻基因组,在IndI和IndII之间受到不同选择的200个区域,将它们称之为育种印迹。这些区域包括GWAS研究揭示的、与重要农艺性状相关的许多已知功能基因及基因位点。粮食产量与品种中育种印迹的数量呈正比,表明了一个品系中的育种印迹数量或许可用于预测水稻的农艺潜力,选出的基因位点或可为科学家们提供一些水稻改良的靶点。(PNAS
 
 
脆秆水稻机理研究取得进展
 
由于水稻秸秆数量多、体积大且降解速度慢,在短时间内难以及时处理,会影响后茬作物播种,而直接焚烧又会造成环境污染和资源浪费。为了破解秸秆还田的难题,科研人员通过离子束诱变技术创建水稻脆秆突变体,在保持优良农艺性状的同时,收获时秸秆更加容易破碎,有利于直接还田,变废为宝。水稻脆秆突变体CEF1的脆性特征表现为组织特异性,不同组织的机械抗折力差异显著,茎秆易于折断,而叶片表现正常。克隆的脆秆基因CEF1是编码水稻MYB家族的一个转录因子OsMYB103L。表达模式分析表明CEF1基因主要在抽穗期水稻节间和穗部表达,通过直接结合纤维素合成相关基因的启动子,调控次生细胞壁结构的形成。CEF1基因能够调控下游多个转录因子的表达,是次生细胞壁合成的重要控制因子。另外,功能研究也表明CEF1基因参与了GA介导的纤维素合成途径。这些研究结果从分子水平揭示了脆秆特性形成的机制,为分子设计培育新的脆秆水稻品种奠定理论基础。(Plant Molecular Biology
 
 
揭示桃果肉质调控基因
 
依据桃肉质地差异可分为溶质、不溶质、硬质桃三种类型。目前我国主栽桃品种多为溶质桃,成熟后果肉迅速软化,贮藏时间短,极易受到病原微生物侵染,会造成大量经济损失。研究人员通过对比溶质型桃、硬质型桃成熟过程中生长素代谢调控基因的表达模式,分析差异表达基因在硬质桃中的对外源植物激素生长素(NAA)处理的响应模式,结合基因功能分析,筛选出了一个生长素合成路径的限速酶基因——类黄素单加氧酶基因(PpYUC11)。通过对14个不同肉质类型桃品种的研究发现,成熟阶段果肉中PpYUC11表达与IAA(生长素)含量,以及果实乙烯释放量存在协同性变化。对该基因及其启动子区的多态性位点分析等发现,PpYUC11是调控硬质性状的候选基因。该研究拓展了人们对桃果成熟软化分子机理的认识,开发的硬质性状分子标记,在培育耐贮运桃新品种方面具有重要的应用价值。(Journal of Experimental Botany)
 
 
利用CRISPR/Cas9技术对蝴蝶进行基因编辑
 
蝴蝶在从翼模式、行为、生物地理学到细胞生物学和生物化学等各方面都具有多样化特点,使得蝴蝶成为了一个探索遗传学、进化和形态多样化及物种形成的一个有前景的系统。由于包括蝴蝶在内的大多数野生昆虫都具有高度杂合性,基因组资源有限,且缺乏功能遗传学研究方法,大大限制了蝴蝶作为模式生物的应用。在本研究中,研究人员采用一种混合组装(hybrid assembly)方法,构建出了柑橘凤蝶(Papilio xuthus)和金凤蝶(Papilio machaon)的高质量参考基因组,这些高度杂合的物种在宿主植物相互关系、成体和幼虫颜色模式方面均有差异。为了研究这些基因的功能,研究人员开发出一种高效(效率高达92.5%)的CRISPR/Cas9基因组编辑方法,在柑橘凤蝶中诱导出了三个基因Abdominal-B、ebony和frizzled的形态突变体。新研究为蝴蝶提供了有价值的的基因组和技术资源,并挖掘了它们作为遗传模式系统的潜力。(Nature Communications)
 
 
刺参免疫通路基因筛选
 
灿烂弧菌(Vibrio splendidus)是刺参(Apostichopus japonicus)腐皮综合症的主要致病因素之一,严重危害刺参养殖产业的发展。研究人员对灿烂弧菌侵染的抗性型和敏感型刺参的相关转录组和基因表达谱进行了系统分析。使用转录组测序共获取3亿个以上读长,组装成186658个contigs并进行聚类分析和基因表达谱分析,共在细菌抗性组中鉴定出358个差异表达基因(DEGs),在细菌敏感组中鉴定出102个DGEs。最终确定出30个假定的细菌抗性基因和19个假定的细菌敏感基因。(International Journal of Molecular Sciences
 
 
揭示小RNA参与染色质修饰过程
 
小干扰RNA(siRNA)是一种广为人知的非编码RNA,能够调控细胞核中的基因表达。siRNA介导的染色质修饰已经在植物和酵母中被广泛研究,但科学家们对动物的这种染色质修饰还不够了解。研究人员发现,线虫的Nrde(nuclear RNAi defective)通路可以将siRNA从细胞质转运到细胞核、调控转录延伸、诱导H3K9三甲基化和介导RNAi的跨代遗传。结合NRDE的内源22G RNA和外源RNAi都能通过Nrde通路诱导序列特异性的H3K27三甲基化,而且这种H3K27me3状态可以遗传多代。结果说明,在线虫中dsRNA触发的染色质修饰,是一种涉及Nrde通路的序列特异性应答。(Current Biology)
 
 
无细胞表达系统比较研究
 
无细胞表达系统让研究人员能够快速生成蛋白质,大肠杆菌原核系统仍然是首选,不过,由于对人类和哺乳动物蛋白及其翻译后修饰的兴趣日益增加,真核系统也逐渐受到关注。在这项研究中,研究人员比较了市场上三种常用的真核无细胞表达系统:麦胚提取物(WGE,Promega)、兔网织红细胞裂解物(RRL,Promega)和HeLa细胞裂解物(HCL、赛默飞世尔)。对于每个系统,研究人员定量了环状质粒和线性DNA所产生的萤光素酶蛋白的量。研究人员发现,质粒DNA产生的蛋白大约是线性DNA的500倍;对于模板上的元件,5’ UTR上的序列偏好对表达量有明显的影响。相比而言,最有效的蛋白翻译系统是HeLa细胞裂解物,配合含有EMCV内部核糖体进入位点的质粒。线性模板效率不高,线性模板的环化可防止降解,并提高产量。(BioTechniques
 

来源:基因农业网

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