生物技术前沿一周纵览(2015年12月11日)

2015-12-20 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

侧分枝模式决定谷物的籽粒产量
 
禾本科植物在营养生长和生殖生长阶段会出现分蘖和稻穗分枝,分枝模式很大程度上决定了禾本科植物的多样性,同时也是许多谷物籽粒产量的重要决定因素。侧分枝模式(包括分蘖和花序分枝)决定着许多谷物的籽粒产量。研究人员在水稻中鉴定了一个由microRNA和转录因子组成的,控制营养(分蘖)和生殖(稻穗)分枝的调控网络。发现调控水稻分蘖和稻穗分枝的基因网络由miR156/ miR529/ SPL和miR172/ AP2通路组成。SPL基因对分蘖进行负控制,但正调控花序分生组织和小穗转变。SPL过少或过多都会减少稻穗分枝,但作用机制并不相同。这项研究为理解禾本科植物的分枝调控提供了重要启示,在水稻的遗传改良中有很大的应用前景。(PNAS
 
 
揭示花基本结构的可塑性及其分子机制
 
花器官的排列一般有轮状和螺旋状两种方式。在轮状排列时,花器官的数目在种内基本固定;但在螺旋状排列时,花器官的数目往往不固定,表现出种内甚至个体内的变异,说明花的基本结构具有可塑性。导致花器官数目和花基本结构不固定的原因和机制尚不清楚。研究人员发现,在大马士革黑种草的花中,花器官的总数在个体间和个体内均表现出很大差异;各类花器官的数目都不固定,其中雄蕊数目的变异最大,是决定花基本结构的主要因素。进一步研究发现,一朵花中花器官的总数主要由花原基的初始大小决定,而各类花器官的数目由相应花器官身份决定程序的功能范围决定。通过研究各类花器官身份基因的表达模式和功能,研究人员揭示了各类花器官的身份决定程序及其功能范围不固定的原因,以及各类花器官身份基因之间存在的复杂调控关系。该研究结果对于理解花基本结构的可塑性和进化的分子机制具有重要意义。(Nature Plants
 
 
解析水稻卷叶形成的分子机制
 
叶片是水稻主要的光合器官, 适度卷曲有利于保持植株叶片直立而不披垂, 增加中、下层叶片透光率, 从而改善群体光照条件, 是理想株型的重要组成, 对水稻高产育种具有重要意义。研究人员利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻恢复系缙恢10号获得了一个遗传稳定的水稻生育后期卷叶突变体lrl1, 经遗传分析和分子定位, 该叶片卷曲受一对隐性核基因控制, 位于第9染色体分子标记SWU-1和Ind6之间812 kb的区域,对与泡状细胞变化相关的6个卷叶基因研究发现,卷叶基因ROC5和RL14的表达明显上调, 而ACL1, SRL1以及NAL7被下调, 暗示了这些基因可能在同一通路上调控叶片的发育。该研究为高产育种奠定了良好基础。(科学通报
 
 
首次绘制小麦表观基因组图谱
 
表观遗传标记是一种化学标签,将自己附着在DNA上,并在不改变遗传密码的同时修改它的功能。DNA甲基化是一种这样的表观基因表达调控机制,可以传递给后代。研究人员利用该技术对小麦中调节基因活性的遗传性分子变化进行了首次全基因组范围的调查。研究发想,甲基化在所有三个六倍体小麦的基因组之间是高度保守的,而且发现了亚基因组特异性甲基化的证据。在小麦基因组中甲基化的稳定性也显示,一些甲基化模式保存了50万年以上。表观遗传标记正成为这个领域一种重要的新工具,可以有小麦遗传育种向更加精确有效发展。(Genome Biology
 
 
确定病毒侵染相关基因
 
病毒侵染会造成植株萎黄,生长迟缓,坏死或其他症状,与该症状相关基因尚未确定并验证。研究人员在水稻条纹病毒(RSV)侵染的本氏烟(Nicotiana benthamiana)上鉴定出一组差异表达的基因(DEGs)。通过烟草脆裂病毒(TRV)诱导基因沉默的方式逐一沉默基因,考察了75个表达下调基因对RSV症状产生的作用。结果发现,沉默75个下调基因中的11个会造成植株萎黄,其中9个基因是叶绿体相关基因ChRGs。沉默其中1个编码真核翻译起始因子4A(eIF4A)的基因会造成叶片扭曲和萎缩,发现病毒上存在一段小干扰RNA(vsiRNAs)可以靶向调控NbeIF4A mRNA。上述实验证据支持ChRGs与植株萎黄的相关性,并表明eIF4A参与RSV症状的发展,也第一次确证直接来自植物病毒的siRNA可以靶向调控宿主基因。 (New Phytologist)
 
 
植物多倍化与DNA甲基化关系的表观遗传学研究
 
多倍化又称全基因组重复,在植物、动物和真菌中都经常发生。多倍化事件在植物进化中起到的关键作用。多倍化会给基因组造成强烈的冲击和长期深远的影响,基因组对多倍化事件的应答可区分为短期效应和长期效应,无论短期还是长期,表观遗传修饰都会对基因组的变化产生影响。研究人员采用人工合成第 48 世代的同源四倍体水稻(Oryza sativa ssp. indica, 2n=48)及其对应世代的亲本二倍体籼稻矮脚南特为材料,在全基因组水平上开展了多倍化事件发生后 DNA 甲基化变异与基因组短期效应关系的研究。结果表明,二、四倍体水稻的大部分基因表达水平没有差异,四倍体水稻没有因为基因拷贝数目的倍增而表现出剂量效应。转座子 DNA 甲基化水平在基因组范围内表现出广泛的差异。多倍化对基因组造成的冲击带来了转座子 DNA 甲基化水平的变异。该研究成果首次为多倍化事件发生后植物基因组进化受表观遗传修饰影响的研究提供了重要的理论基础。(PNAS
 
 
蔷薇物种复合群的研究
 
蔷薇属是一个极其复杂的类群,大约有150-200种,广泛分布于北半球的温带和亚热带地区,个别种类分布到热带。该属中众多物种作为观赏植物长期以来受到大家的喜爱。其中绢毛蔷薇复合群(Rosa sericea complex)在中国植物志中为蔷薇属蔷薇亚属芹叶组的四数花系,种间形态特征变异大,相互钩连难以区分。研究人员利用三个叶绿体DNA基因(trnL-trnF, ndhF-rpl32和ndhJ-trnF)以及核DNA基因的微卫星(nSSR)的8个突变位点对绢毛蔷薇复合群7个物种共62个居群763个个体进行了序列测定,分析了该类群在更新世晚期的分布扩张和可能的迁移路线。指出该复合体对冰期的适应和耐受能力使其在冰期得以保存和扩张,并在间冰期退缩到高海拔区域的种群历史。该研究揭示了具有冷适应能力类群在应对气候变化时的策略与大部分温带植物不同。(Scientific Reports
 
 
转基因生物安全研究新方法
 
生物技术的发展带来了对该技术应用安全性的担忧,最近,研究人员提出两种新的方法,将一个“生死开关”连入一种转基因微生物中,以防止可能带来的安全隐患。它们被命名为“Deadman'”和“Passcode”。Deadman的解决方案是要求必须一直存在某种化学物质,不然改良的微生物会死亡;Passcode则更为复杂的,必须依据2个不同分子的情况才能存活,如必须一种分子而缺乏另一种分子。该技术面临的主要障碍就是,能够证明他们修改的微生物,将不会以克服生死开关的形式、单独或与天然微生物相互作用,而发生演化。(Nature Chemical Biology
 
 
原核生物染色体DNA自组装模式和机理
 
为了从根本上理解生命运作本质,生物学家们几十年以来一直以原核生物最具代表性的大肠杆菌等为研究模型,建立了一整套成熟高效的基因蛋白操纵手段,然后力求把原核细胞中的发现借鉴到真核生物及最终目标人类细胞之中,但是迄今为止,原核生物细菌染色体DNA组装方式仍是未解之谜。研究人员通过构建基因原位可激发荧光蛋白标记的HNS-mEos2大肠杆菌株,利用PALM超高分辨率荧光显微成像技术,对不断分裂大肠杆菌HNS-mEos2荧光蛋白簇的演化进行了实时动态观测,提出了大肠杆菌染色体DNA在活体内一个复制周期中各个阶段的盘绕状态以及支配其自组装的理论模型。该模型可以很好地解释此研究领域中绝大部分以往观测到的实验结果,并且统一了明显矛盾的实验现象。该研究在国际上首次提出原核生物大肠杆菌染色体DNA具体三维的组装盘绕模式,以新的理论和视角分析了染色体DNA在细胞内狭小空间内高度有序自组装的潜在机理,深入了人们对生物体最基本的染色体DNA自组装现象的理解。(Scientific Reports
 
    

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