生物技术前沿一周纵览(2015年10月23日)

2015-10-23 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 芝麻全基因组关联分析完成

 
芝麻是重要的油料作物。芝麻为二倍体,基因组较小,是油脂相关性状研究的理想作物。研究人员在芝麻基因组测序的基础上,筛选来自世界29个国家的芝麻资源705份进行了全基因组测序,发掘500多万个核苷酸变异(SNP),构建了高密度芝麻单倍型图谱。对世界芝麻资源的遗传多样性和群体结构进行分析发现芝麻资源分化为南方和北方两个生态类型。对油脂和产量相关的56个重要农艺性状进行了全基因关联分析,获得关联位点549个,候选基因46个。对芝麻含油量的遗传分析表明芝麻含油量不仅受油脂代谢酶类调控,还受到其他基因调控,这一发现为油料作物含油量的遗传改良提供了新的思路。通过对芝麻种子脂肪酸成分的关联分析,初步解析了芝麻油脂代谢调控网络。研究还发现芝麻一系列产量相关基因,这些基因的优异等位基因的积累是芝麻育成品种产量较地方种高的重要因素。(Nature Communications
 
 
发现与植物的抗病性相关的调控因子
 
VQ蛋白家族是一类植物特有的蛋白,其名称源于它们都含有一段保守的VQ-motif。最近研究表明,拟南芥VQ12及VQ29基因受植物抗病相关激素茉莉酸(JA)及真菌型病原菌灰霉菌(Botrytis cinerea)的强烈诱导表达。VQ29单突变体及VQ12VQ29双突变体对该病原菌的抗性明显增强,而VQ12及VQ29的高表达导致转基因植物对该病原菌非常敏感,表明VQ12及VQ29负调控植物对该病原菌的抗性。进一步研究表明,VQ12和VQ29蛋白不仅能自身相互作用形成同源二聚体,同时还能与其它VQ蛋白家族成员相互作用形成异源蛋白复合物。上述研究表明,VQ12和VQ29是与植物抗病性相关的调控因子,协同负调控植物对B.cinerea的抗性。(Scientific Reports
 
 
揭示花粉管导向机制
 
植物在从海洋向大陆拓展和适应性进化过程中,生殖结构和生殖机制发生了巨大的变化。精子运动能力的逐步丧失,多细胞配子体、花结构和管粉受精的出现,使得被子植物在陆生植物中占据了绝对优势。植物花粉管导向机制对植物受精至关重要,也是构成物种间生殖隔离的关键机制环节。研究人员通过生化和分子遗传学等方法,找到了一个新的基因CBP1,编码一个在中央细胞特异表达的转录调控因子,其突变导致胚囊不能吸引花粉管,不能受精。研究证明,CBP1通过与转录因子AGL80和Mediator互作,介导RNA Pol II转录起始复合物的组装,进而调控中央细胞特异基因的表达。同时还发现,中央细胞可以调控助细胞中花粉管吸引信号的产生,提出了花粉管吸引信号产生的非自主调控假说。(Plant Cell
 
 
植物花粉壁发育的遗传和生化机制综述
 
花药是高等植物的雄性生殖器官,由产孢细胞周围的四个细胞层组成,随后它会形成成熟的花粉。花粉壁是花粉粒周围的一个多层特化细胞壁,不仅为雄配子体提供机械保护,还在植物生殖过程中起到了必不可少的作用。研究花粉壁生成的控制机制,是植物生物学领域的一个重要研究方向。拟南芥和水稻(Oryza sativa)分别是双子叶植物和单子叶植物的常用研究模型。研究人员回顾了目前人们对拟南芥和水稻花粉壁发育的了解,特别是涉及花粉壁组分生物合成、转运和装配的基因。他们在文章中指出,花粉壁发育既有一定的保守性,又表现出多样化的特征。与花粉壁发育有关的基因是协调调控的。在水稻中,花粉外壁和花药角质的合成可能共享同样的通路。除此之外,研究人员还探讨了花粉壁相关基因的保守性和调控机制,展望了花粉壁研究目前面临的挑战和未来的发展前景。(Trends in Plant Science
 
 
植物microRNA转录和加工复合体中的新组分
 
在真核生物中,20-30个核苷酸长度的小的非编码RNA(Small non-coding RNAs)是调控很多生物学过程的关键内部信号之一。研究人员对植物microRNA剪切小体(Dicing body)DCL1的作用机制进行了深入剖析,以DCL1中双链RNA结合域为诱饵,通过酵母双杂交筛选发现拟南芥DCL1与转录因子CDF2存在直接的相互作用。CDF2能够作为转录因子起始部分miRNA基因的转录过程,同时直接结合由它转录出来的pri-miRNA,影响这些pri-miRNA的剪切过程,从而调节植物的生长发育过程。该研究进一步解析了miRNA加工过程的调控机理,同时为揭示miRNA转录到剪切的偶联过程进一步奠定了基础。(PLoS Genetics)
 
 
植物生态式物种形成研究
 
栽培稻近缘野生种Oryza rufipogon O. nivara是近期分化的姊妹种,在形态、生境和生殖等方面存在显著差异,因此是研究物种形成的理想体系。研究人员通过对2个野生种3个生殖相关组织的转录组进行测序,发现约8%的基因在种间发生了显著的表达分化,并随机分布在基因组上。其中,约62%差异表达基因的表达模式受方向性选择的影响;相对于编码区,差异表达基因上游区域比非差异表达基因进化速度更快,说明基因调控在物种分化中起到了关键作用。进一步功能注释分析发现,差异表达基因显著集中在与生殖和逆境响应相关的基因上,这与2个野生种在表型和生态上的分化相一致。该研究首次在全基因组水平上探讨了基因调控在植物物种形成中的作用,说明生态式物种形成伴随着广泛且具有适应性的表达分化,为进一步理解植物物种形成提供了重要证据。(Molecular Biology and Evolution
 
 
首个基因敲除狗模型建立
 
随着TALEN技术和CRISPR/CAS9技术等基因敲除技术的出现,牛、羊、猪、猴等大型哺乳动物都通过CRISPR/CAS9技术实现了基因敲除。由于狗生殖生理较为特殊,基因敲除狗的培育难度较大。研究人员选取肌肉生长抑制素基因作为第一个敲除目标基因,该基因对骨骼肌生长具有抑制作用,被敲除后,肌肉生长发育能力增强。所获得的基因敲除狗的肌肉在4月龄时就显得比普通狗更为发达,成年以后将具有更强的运动能力,研究组将两只狗分别命名为大力神和天狗。狗在营养代谢、生理解剖等方面与人类极其相似,因此狗是研究人体生理和疾病发生机理的理想实验动物。基因敲除狗的培育将为人类疾病治疗和药物研发提供新的实验动物模型,也将加速培育更多含优良遗传性状的新品系狗。(Journal of Molecular Cell Biology
 
 
CRISPR获取新间隔序列的分子机制
 
细菌和古菌等原核生物不断地遭受外界病毒的侵染以及水平核酸转移,成簇的且有规律间隔的短回文重复序列和它的辅助蛋白(Cas)构成了原核生物一个重要的免疫防御系统——CRISPR/Cas系统。研究人员通过深入的研究,解析了Cas1-Cas2与多种类型DNA的复合物的晶体结构,证明了被Cas1-Cas2所获取的外源核酸片段是以双叉的构象存在的,通过一种类似切割-拷贝的方式将获取的外源核酸片段插入到了自身的CRISPR位点。该研究发现了Cas1-Cas2识别外源入侵DNA分子机制,揭示了外源核酸片段的长度是如何确定的,同时也解释了该阶段中的核心蛋白Cas1和Cas2各自的功能。因此,该成果为揭示原核生物这一新的抵御病毒及遗传物质的入侵的机制奠定了重要的理论基础。(Cell)
 
 
无需DNACRISPR技术
 
植物科学家们正在广泛采用CRISPR/Cas9技术来开展实验,韩国科学家改进了这一技术,使得它能够在不引入外源DNA的情况下删除掉特定的植物基因,该过程完全避开了基因转化,通过在植物外组装Cas9酶和它的导向RNA序列,并利用溶液让生成的蛋白质复合物进入到植物中。这一技术能够有效发挥作用敲除烟草、水稻、莴苣和拟南芥中的所选基因。目前还不清楚监管部门对CRISPR编辑植物持何立场。(Nature
 
 
提高Cas9靶向范围和精度的突破性技术
 
由于易于使用且高效,CRISPR-Cas9基因组工程系统正在彻底地改变生物科学。一个美国研究小组开发了一项新技术通过融合可编程的DNA结合结构域(pDBD)和Cas9,可显著提高Cas9的精度及扩大它的靶向范围。研究人员证实通过整合进诸如Cys2-His2锌指蛋白(ZFPs)或转录激活子样效应因子(TALEs)一类的pDBD,可降低Cas9的固有DNA结合亲和力,生成的Cas9-pDBD嵌合体会大大提高Cas9的精度及增大靶向范围。由于可以轻易地调控这一平台的特异性和亲和力,Cas9-pDBDs为我们提供了一个灵活的可定制系统,在几乎所有的基因组位点来实现极其精确的基因组编辑。(Nature Methods
 
 
I型和IIICRISPR基因组编辑技术
 
CRISPR基因组编辑技术主要被分为3个主要类型:I型、II型和III型。在三种主要的CRISPR系统中,II型系统进行DNA干扰只需要一个称作为Cas9的蛋白,已被广泛用于许多不同的真核生物。现在研究人员开发出了一种利用I型和III型CRISPR进行基因组编辑的方法,实现了对冰岛硫化叶菌的遗传操控。这种方法是基于原核生物自身具有CRISPR系统。他们构建出了携带人工迷你CRISPR簇和包含非靶向序列供体DNA的一种新型基因组编辑质粒(pGE)。将pGE质粒转化到宿主细胞后,人工CRISPR簇提供的crRNA会与内源CRISPR系统提供的Cas蛋白形成核酸蛋白复合体crRNP,对靶标基因进行DNA干涉。利用这一策略,研究人员生成了不同类型的突变,包括删除、插入和点突变。研究人员表示,这种方法可简便适用于所有具有内源CRISPR-Cas系统的细菌和古细菌,同源重组的参与极大程度上避免了脱靶效应,增强了编辑特异性;更高的编辑效率,筛选阳性率高;流程简单,操作周期短,大大减轻了原核生物基因组编辑的工作量。(Nucleic Acids Research
 

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来源:基因农业网

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