生物技术前沿一周纵览(2016年3月4日)

2016-03-04 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

高产优质超级杂交水稻设计育种新模型提出
 
水稻的驯化和选育改良是农业文明中的标志性事件之一。水稻的遗传育种通过半矮化、野败细胞质雄性不育系等方式实现了两次产量飞跃。最近,我国研究人员提出了理想株型与杂种优势相结合的未来超级杂交稻分子设计模型。根据这一模型,未来超级杂交水稻育种将基于籼-粳杂交,通过精准分子设计与全基因组分子标记辅助选育,组合亚种间已知以及待发现的优良等位基因,培育具有籼-粳杂种优势与理想株型的高产、优质、耐逆、抗病的新品种。研究人员根据现有优良基因资源设计了一个超级理想型籼-粳杂交稻组合。在该组合中,粳稻背景的雄性不育系母本含有DEP1、Ghd7、GS3等调控穗型、粒型、光周期、氮高效等性状的优良等位基因,而籼稻背景的父本恢复系中则携带IPA1、Gn1a、Ghd8、Hd1、Dro1等调控理想株型、穗型、粒型、光周期、耐逆等性状的优良等位基因。携带上述优良等位基因的超级理想型籼-粳F1杂种将具有理想株型、根系发达、高光效、源库分配优化、氮高效、耐逆等高产特征,同时具有优良食用品质。该模型阐述了基于籼粳亚种间杂种优势利用的分子育种学理论并奠定了未来超级杂交稻设计的理论基础,为水稻生产的第三次产量飞跃提供了指导性思路。(National Science Review
 
 
发现水稻抗旱新基因
 
干旱是限制农作物产量和品质的重要环境因子之一,但是植物对干旱耐受性的潜在分子机制却仍不清楚。近年来,大量研究证明WRKY基因家族成员在植物对干旱胁迫的反应及其信号转导途径的建立过程中起着极其重要的调控作用。研究人员发现,在水稻中高表达拟南芥WRKY57基因能显著提高水稻对干旱、高盐和PEG的耐受性。进一步研究表明,高表达拟南芥WRKY57基因后除了能增强水稻对ROS的清除能力,还促进了胁迫相关基因(OsP5CS, OsDREB1A, OsDREB2A, OsRAB21 and OsRab16D)的表达,从而提高了水稻在干旱、高盐和PEG胁迫条件下的耐受能力。(Frontiers in Plant Science
 
 
解析植物花粉管生长方向调控机理
 
植物的花粉管生长方向受到来自胚珠的引导信号的精细调控,确保花粉管准确找到胚珠珠孔,并进入胚珠,从而使两个精子细胞被送入胚珠,完成双受精。其中,花粉管顶端质膜Ca2+通道被认为是控制花粉管生长方向的核心功能蛋白,通过介导和精细调控胞外Ca2+内流,调控花粉管顶端Ca2+浓度梯度,从而进一步调控花粉管的生长方向。因此,花粉管顶端质膜Ca2+通道就成为从胚珠引导信号到花粉管本身对胚珠引导信号的感知和应答系统这一完整信号链的关键环节。但该Ca2+通道的遗传身份几十年来一直是未知的,其通过介导和调控胞外Ca2+内流,从而调控花粉管生长方向的假说也一直缺乏遗传学证据的支持。该研究发现CNGC18是控制拟南芥花粉管生长方向最主要的一个质膜Ca2+通道,并用遗传学证据证实了其通过调控花粉管顶端Ca2+浓度梯度的动态变化,从而调控花粉管生长方向的假说。该研究很好地解决了这一植物生殖生物学领域的重要科学问题,为进一步解析整个花粉管生长方向的信号调控网络打开了一个突破口。 (PNAS)
 
 
解析真核生物基因表达调控新机制
 
mRNA前体的转录起始在表观遗传学水平上受到多种转录因子以及染色质修饰与重塑的调控。新合成的5’帽子结构被CBC蛋白复合体(由CBP20和CBP80构成)识别和保护,同时CBC还有助于mRNA加工过程的进行。不过,迄今为止,CBC对转录的调控仍不清楚。染色质修饰与mRNA间是否存在互作关系,也鲜有报道。研究人员以模式植物拟南芥为研究对象,发现CBC蛋白复合体与COMPASS蛋白复合体以及EFS之间存在直接的相互作用,形成超级蛋白复合体。在复合体中,CBC与这些促进转录的染色质修饰因子相互依存,协同调控基因的转录以及共转录加工过程,从而高效调控mRNA的水平。此项研究揭示了染色质修饰因子与RNA加工相关蛋白互作以协同调控基因表达的机制,不仅拓宽了对染色质修饰与RNA加工因子功能的认知,也为真核生物基因表达调控研究提供了新的视角和思路。(Nature Plant
 
 
真核细胞演化与线粒体的关系
 
真核细胞比细菌和古菌细胞大得多,也复杂得多,以至于难以重建其演化步骤。当前的一种观点是,真核细胞的演化是当一个古菌样的细胞容纳了细菌、后者继而变成线粒体时被触发的。另一种观点是,真核细胞在它们获得了随后变成线粒体的细菌之前就早已处在向其现代形式的演化过程中。这第二种观点得到由Alexandros Pittis 和 Toni Gabaldón所做的一项研究的支持。该研究显示,线粒体基因与人们所提出的跟其相关的细菌基因的相似程度要大于很多其他真核细胞基因与人们所推断出的跟它们对应的真核细胞基因的相似程度。这一结果(可能是有争议的)表明,线粒体是已经在演化中的真核细胞后来获得的装饰品,而不是真核细胞生成过程的触发因素。(Nature
 
 
追踪植物细胞的膜蛋白
 
荧光显微成像技术已经成为现代细胞生物学研究过程中必不可少的工具,随着各种新型荧光探针和成像理论的出现,单分子检测技术(single molecule detection, SMD)打破了光学衍射极限,将分辨率提高到了几十个纳米的水平。为了打破植物学研究中细胞壁的限制,研究人员自主搭建适合植物细胞膜蛋白动态分析的单分子检测平台,克服了细胞壁对蛋白动态分析的干扰,建立了全内反射荧光显微术(TIRFM),实现了对单个分泌囊泡运动的实时成像。进一步发展了一套适合植物膜蛋白共定位分析的单颗粒连续追踪分析方法,实现了不同时间序列蛋白互作的定量分析。(Nature Protocols
 
 
最新单细胞多重组学测序技术
 
生物体内的同一种组织甚至同一种细胞类型的各个细胞之间,也往往存在着很大的差异。而传统的基于混合大量细胞的组学研究不仅无法观察到细胞之间的差别,并且会导致一部分重要细胞的独特特征被掩盖。因此单细胞组学分析技术对系统、深入研究特异种类的细胞特征以及细胞之间的差异起着重要作用。研究人员最新开发的scTrio-seq技术首次实现了单细胞三重组学的高通量测序分析,可同时检测哺乳动物同一个单细胞内的基因组、DNA甲基化组和转录组信息。该项研究发现,在单个细胞内,基因区域DNA甲基化程度与基因表达有着很强的正相关性,且甲基化发生在不同的基因区域上会对基因的表达有不同的调控作用。接着,研究者们还发现基因组DNA的拷贝数与该区域上的基因表达亦有很强的正相关性,即DNA拷贝数较多的区域,其上的基因表达量也随之增高,反之亦然,从而在单细胞水平上证明了基因表达的剂量效应。然而DNA拷贝数的变化并不会影响其上DNA甲基化水平的变化。(Cell Research
    

null

来源:基因农业网

相关文章