生物技术前沿一周纵览(2015年12月25日)

2015-12-25 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 发现调控植物分枝形成基因

 
植物分枝的多少是植物在形态上适应环境的一种非常重要的方式,还可以影响粮食产量。研究人员发现一个重要的调控植物分枝的基因,是一种“腋芽分生组织调控因子”(RAX)的MYB类转录因子,对干细胞形成起非常重要的作用。科学家通过正向遗传学方法鉴定了一个促进植物分枝增多的基因,命名为“过多分枝基因”(EXB1)。在突变体中,EXB1基因表达量升高,植物分枝增多,且有些叶腋处会长出更多初级分枝和更高级分枝,甚至在子叶的叶腋处也能长出分枝。这说明EXB1基因可促进腋芽干细胞的形成,甚至可以在正常情况下不能形成腋芽干细胞的部位也能形成腋芽干细胞。研究发现,EXB1基因编码一个植物中特有的转录因子。EXB1通过调控RAX基因的表达来促进分枝,而且体内和体外实验证明EXB1是直接结合到RAX基因的启动子区,从而调控RAX基因的表达。同时,植物激素生长素也在EXB1促进植物分枝形成的过程中起重要作用。(Plant Cell
 
 
通过塑造花序结构可提高水稻产量
 
水稻是世界上最重要的粮食作物之一,也是我国第一大粮食作物。当前,如何提高水稻单产已经成为了水稻遗传育种学家的重要课题。水稻花序是影响水稻产量的重要农艺性状之一,花序的发育过程涉及花序形态结构建成、顶端与腋生分生组织间的平衡与协调等复杂而有序的过程。了解水稻花序发育的调控机理对于开展水稻高产分子设计育种,从而实现水稻单产的新突破具有重要意义。研究人员证实,阻断miR396可通过直接诱导生长调控因子6 (OsGRF6)基因,调节枝梗和小穗的发育大大提高水稻产量。OsGRF6上调导致了几个直接下游生物学分支,包括植物生长素(IAA)生物合成、生长素反应因子,及枝梗和小穗发育相关转录因子协调激活。这项新研究揭示出了一个整合了花序发育、生长素生物合成及一些信号通路的保守miRNA依赖性调控模块,其有潜力应用于构建出遗传工程改造高产作物。(Nature Plants
 
 
解析控制谷粒大小的QTL
 
谷粒大小是粮食产量的决定因素之一,因此成为了遗传育种的主要目标。尽管在过去十年里鉴别出了一些与水稻谷粒大小相关的QTLs,对于它们功能的潜在机制仍不是很清楚。研究人员在水稻中鉴别出了一个负责谷粒大小和重量的新半显性QTL(GS2),其编码了转录因子OsGRF4,受到OsmiR396的调控。研究证实,GS2一个2 bp的碱基替换突变会破坏OsmiR396对GS2的调控,导致谷粒大且重,提高粮食产量。另一项研究则发现一个粒长相关QTL——GL2有潜力将粒重和子粒产量分别提高27.1%和16.6%。研究证实GL2是OsGRF4的等位基因,它的miR396靶向序列中包含了一些突变,使GL2表达水平略升高,由此激活油菜素内酯反应促进了谷粒发育。此外,研究人员还发现水稻油菜素内酯信号中心负调控因子GSK2直接与OsGRF4互作,抑制了它的转录激活活性,介导了激素对粒长的特异调控。上述研究确定了GS2、OsGIFs和OsmiR396对谷粒大小和重量的调控机制,证实了通过调节特异油菜素内酯反应来提高植物生产力的可行性。(Nature Plants1,2
 
 
解析生长素调控根系重力形态建成机制
 
根向重性对植物生长有非常重要的作用,根系在土壤中的分布直接影响植物对营养和水分的吸收与利用。植物激素生长素具有较强的流动性,运输载体蛋白PIN对调控生长素在植物体内的运输过程起到重要作用。研究人员最新研究结果发现,拟南芥转录因子FOUR LIPS(FLP)和MYB88协同作用,控制主根和侧根根尖感重细胞中PIN3和PIN7基因的时空特异表达;PIN3和PIN7通过调整生长素在根两侧的定向运输和分布,动态地改变根对重力响应角度,直接参与了根系重力形态建成。该研究成果首次证明生长素运输载体PIN蛋白所参与的重力响应受到多个转录因子精细的动态调控,为进一步了解植物在长期进化过程中为适应重力环境所建立的感重性及其信号调控网络提供了新的线索。(Nature Communications
 
 
肌醇转运蛋白调控拟南芥种子中的砷累积
 
地下水和土壤砷污染威胁着全球数以千万计人民的健康。了解作物吸收砷的途径极为重要。膜转运蛋白促成了根吸收砷,通过木质部向地上部转移。在包括水稻在内的许多植物中已确定了一些膜转运蛋白的特征。但目前尚未鉴别出负责将来自木质部的砷运载到韧皮部及种子中的转运蛋白。研究人员用AtINT2AtINT4转化酿酒酵母可导致砷累积增多,提高了对亚砷酸盐的敏感度;在非洲爪蟾胚胎中表达AtINT2也可以诱导砷输入。相比于野生型拟南芥,在通过根提供亚砷酸盐的植物中破坏AtINT2AtINT4可导致韧皮部、角果和种子砷浓度下降。当通过叶来提供亚砷酸盐时,这些植物也显示角果和种子砷浓度显著下降。由此,研究人员认为在拟南芥中,是肌醇转运蛋白负责将亚砷酸盐输入到了韧皮部和种子中。(Nature Plants
 
 
CRISPR系统实现多基因复用技术应用
 
CRISPR/Cas系统是一项新型高效定点编辑的新技术,具有突变效率高、制作简单、易操作及成本低的特点,迅速在动物、植物和微生物功能研究和遗传改造中获得广泛地应用。但第一代的系统通常只能一次靶向1个或2个基因位点。研究人员设计出一种新型的多路复用CRISPR/Cas9系统,采用三步克隆策略在拟南芥中实现1个双运载体内的6个sgRNA模块的共表达。在拟南芥中,ABA受体PYL家族共有14个成员。研究人员通过在一个转化实验中靶向6个PYL家族成员基因测试了这一多路复用系统的效率。自15个T1代植物中鉴别出了一个具有6种靶PYLs突变的株系,诱变频率为13%-93%。存在ABA的情况下,所有6个PYL基因突变的T2代转基因株系萌芽率最高,发芽幼苗中的一半至少包含4个靶基因纯合子突变, T3代中鉴别出了一些纯合子六基因突变体。据预计,应用这种多路复用CRISPR/Cas9平台将会强有力地推动对基因信号通路和家族的功能研究。(Plant Cell Reports
 
 

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来源:基因农业网

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