生物技术前沿一周纵览(2016年3月18日)

2016-03-18 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 揭示水稻穗茎发育调控机制

 
杂交水稻的发明和大规模应用不仅解决了中国人的吃饭问题,对世界减少饥饿也作出了卓越的贡献。杂交水稻的制种过程需要两个亲本材料——雄性不育系和恢复系,然而水稻不育系常常具有“包穗”(即抽穗期穗子被包裹在叶鞘内难以抽出)的特性,为杂交稻制种带来很大困难。研究表明最上部茎节内活性赤霉素水平的降低是导致不育系包穗的主要原因。研究人员通过对一个水稻显性包穗突变体ree1-D (regulator of EUI1) 的分析研究发现,HD-ZIP I类转录因子家族中的HOX12直接调控EUI1基因的表达,HOX12和EUI1基因在均在水稻幼穗尤其是花药中高表达。生化分析表明,HOX12作为转录激活因子,可以在体内与EUI1启动子区直接结合并促进其表达,进而控制植物內源GA4的代谢和穗茎伸长。在水稻中,GA4比GA1有更高的生物活性。在水稻生殖生长阶段,GA4在花药及稻穗中大量积累。而EUI1可降解GA4,维持植物正常生长。HOX12干涉株系中EUI1基因表达量下降,使GA4降解减缓,并从穗中向穗茎中流动,进而导致穗茎中GA4含量增加,穗茎节变长。这项研究成果为解决在水稻杂交制种中不育系的包穗问题提供了很好的解决方案。(Plant Cell
 
 
利用CRISPR/Cas9技术开发抗除草剂水稻
 
乙酰乳酸合成酶(Acetolactate synthase, ALS)是植物必须氨基酸生物合成途径中重要的酶,也是磺酰脲类、咪唑啉酮类、三唑嘧啶类等除草剂的靶点,研究发现定点修饰小麦和玉米等重要农作物的ALS基因可以使植株获得除草剂抗性。研究人员水稻ALS基因为研究对象,构建含有Cas9表达盒、两个sgRNA表达盒及定点修饰ALS基因的外源片段的植物表达载体,并利用基因枪方法将载体与外源片段同时导入水稻中,获得了ALS基因两个位点同时定点修饰、抗除草剂的水稻植株。CRISPR/Cas9技术目前在植物中应用主要是靶标基因的定点敲除,本技术在植物中实现了基因的定点修饰替换氨基酸和外源基因的定点整合。(Molecular Plant
 
 
植物减数分裂同源重组研究取得新进展
 
减数分裂是维持物种遗传稳定性的同时,丰富个体遗传多样性的基础。在减数分裂过程中,同源染色体之间发生了一系列复杂的事件,包括同源染色体配对、联会、重组及分离等,其中重组是减数分裂的核心事件,而配对和联会是为重组的完成提供保障的。已有研究表明同源重组过程具有高度的保守性,但调控该过程蛋白的功能并非十分保守。研究人员鉴定到两个保守的水稻DMC1基因:OsDMC1A和OsDMC1B。研究发现这两个基因功能冗余,任一单基因突变不影响水稻植株生长与发育。只有当它们同时突变后,才会导致减数分裂过程中大量单价体的形成。进一步研究表明,水稻DMC1功能缺失并不影响减数分裂同源重组早期蛋白的定位,但会使重组晚期蛋白OsHEI10在染色体上定位的大量减少。有趣的是,水稻DMC1基因突变并不影响减数分裂早期同源染色体的同源搜寻和配对,但会导致联会复合体的组装异常,这与酵母、小鼠、拟南芥等模式生物中的研究结果完全不同。相关研究结果为深入理解减数分裂同源重组调控的分子机制奠定了坚实基础。(Plant Physiology
 
 
茉莉酸调控植物次生代谢机理阐明
 
植物能够合成各种次生代谢物,包括生物碱、萜类、黄酮类、硫代葡萄糖苷等。这些次生代谢物在植物适应环境的过程中扮演着非常重要的角色,他们参与调控植物的品质、生长发育、生物和非生物胁迫等各种生理生化过程。茉莉酸(Jasmonates,JAs)是植物体内一种参与调控次生代谢生物合成的重要激素。JAs主要是通过F-box受体COI,促使关键抑制子JAZ蛋白泛素化,然后通过26S蛋白酶体降解,进一步使得受JAZ抑制的转录因子激活,从而调控次生代谢途径关键酶基因的表达,促使次生代谢物质的合成。受JAs调控的转录因子主要包括AP2/ERF、bHLH、MYB和WRKY类等,这些转录因子通常结合在关键酶基因的GCC-box、G-box、MBS和W-box等顺式作用元件来调控基因的表达。此外,转录因子通过与其它蛋白质的互作、自身的磷酸化以及泛素化等修饰来调节自身的活性进一步影响次生代谢物质的生物合成。科学家系统阐述了受JAs响应的转录因子调控植物次生代谢物质的生物合成分子机理,同时对今后该领域的研究发展方向提出了一些参考建议,特别是对棉花和牧草的次生代谢物质生物合成研究具有指导意义。(Biotechnology Advance)
 
 
总结植物生长调控网络
 
植物能够对来自内部和环境中各种各样的信号做出响应,这种能力对于它们的生存和适应至关重要。植物需借助高度结构化的细胞内网络来整合这些信号以确保协调的细胞反应,此外激素和肽类在时空上发挥作用协调了局部的细胞分裂并远距离调控了生长和生理。此外,信号互作和信号输出也会随发育而发生显著的变化。在最新综述文章中,科学家揭示了细胞间的通讯对多细胞生物生存的重要性,生长和发育都需要在细胞间协调细胞的增殖和分化。生物体要生存还必须正确地响应广泛的环境信号,这样的适应性反应要求细胞内的信号传导及信息从接收信号的细胞流向机体其他的部位。植物主要依赖于激素和分泌的小分子肽进行通讯。此外,植物是无法移动的,必须通过改变生长、发育和代谢来适应环境。因此,植物进化出了强大的细胞内信息加工系统和复杂的细胞间信号传导网络。文章概述了将多个信号整合成细胞决定的一些细胞内回路,以及局部和整体编程发育的一些细胞间信号回路,还论及一些植物激素和肽信号,以及它们与调控茎与根生长的环境信号之间的互作。­­­(Cell
 
 
鲤鱼基因组的修饰和遗传育种研究
 
普通鲤鱼(Cyprinus carpio)作为一种杂食的滤食性鱼,在世界范围广泛养殖。鲤鱼也是生态学、进化、环境毒理学、生理学、营养学、免疫学、发育学、育种和转基因研究的一种模式生物。由于其成熟期较长,急需开发基因组编辑工具。研究人员证明TALEN和CRISPR-Cas9都是修改普通鲤鱼基因组的高度有效的工具,为促进鲤鱼遗传学研究和育种,开辟了新的途径。(Scientific Reports
 
 
真菌聚酮化合物组合生物合成领域取得新进展
 
聚酮化合物是天然产物中的一大家族,化学结构和生物活性多样,在农业和临床上具有重要价值,如杀虫剂阿维菌素和降血脂药洛伐他汀等。天然聚酮化合物一般要经过结构改造才能提高药效,但天然聚酮含有较多立体异构和取代基等复杂的化学结构,利用化学合成和修饰非常困难,因此,在阐明其生物合成途径的基础上,利用微生物代谢途径的多样性,通过不同合成模块的重新组合是实现复杂手性化合物结构改进和药效提高的有效措施。研究人员在真菌聚酮程序化生物合成机制和合成模块相互作用规律的基础上,通过重新组合具有抗癌、消炎、杀虫、提高植物耐热等生物活性的苯二酚内酯生物合成模块,在酿酒酵母中实现了活性提高的系列新型真菌聚酮化合物的一步合成。本研究继续拓宽真菌聚酮化合物组合生物合成的范围,通过苯二酚内酯合成模块与具有抗真菌生物活性的嗜氮酮合成模块的组合,生物合成了新型聚酮化合物。研究成果不仅为揭示天然聚酮类化合物的程序化生物合成机制奠定了重要理论基础,而且也为大规模实现新型真菌聚酮类抗生素的工程化生物合成提供了创新方法。(Organic Letters
 
 
揭示食线虫真菌和宿主间相互作用的分子机制
 
据了解,全世界每年由于植物寄生线虫造成的农业损失高达1570亿美元。杀线虫化学农药对环境造成巨大伤害,而利用真菌控制植物寄生线虫低毒环保,是实现绿色防控的有效手段。真菌掘氏梅里菌(Drechmeriaconiospora)是一种专性食线虫真菌,可以寄生并杀死多种农作物病害线虫,如番茄根结线虫等,具有极强的宿主专一性和依赖性,在感染线虫时还能合成具有杀线虫活性的次级代谢产物梅里霉素,在作物寄生线虫的绿色防控中具有广泛的应用前景。研究人员通过结合二代和三代测序技术以及转录组数据,利用基因组测序和转录组分析,成功组装了包括重复序列集中的着色粒和大部分端粒序列的全染色体序列,基因组完整度达到了国际顶尖水平。系统解析了掘氏梅里菌专性侵染秀丽隐杆线虫的分子基础,筛选出一系列与杀线虫相关的功能基因。该研究加深了对真菌寄生过程的认识,为进一步研究食线虫真菌和宿主间相互作用的机理打下了坚实的基础。研究结果也有助于利用异源生物合成系统,高效生物合成梅里霉素,用于植物寄生线虫的绿色防控。(Scientifc Reports
 
 

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来源:基因农业网

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