生物技术前沿一周纵览(2016年3月25日)

2016-03-25 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 发现水稻开花调节因子

 
水稻是一种兼性短日植物,开花时间的调控途径在拟南芥和水稻中是保守的,但是可在功能上进行修饰。Hd1是拟南芥CONSTANS (CO)的一个同源基因,是在长日照条件下抑制开花的一个关键调节因子,但是可在短日照条件下,通过影响成花素基因Hd3a的表达,促进开花。另一个关键的调节因子Ehd1是一个进化上独特的基因,在拟南芥中没有同源基因,短日照和长日照条件下,可促进水稻成花素基因Hd3a和RFT1,是一个开花激活因子。研究人员在水稻中分离和鉴定了开花调节因子HDR1。hdr1突变体在北京稻田的自然长日照条件、以及在温室的长日照条件(而不是短日照)下,表现出早期开花的表型,从而表明HDR1可能通过光周期依赖性途径,功能性地调节开花时间。HDR1编码一个核蛋白,该蛋白在叶片和花器官中最为活跃,并表现出一种典型的昼夜表达模式。研究人员认为,HDR1是一种新的开花抑制因子,可上调Hd1,下调Ehd1,从而导致长日照条件下Hd3a和RFT1的下调。研究人员进一步确定了一个HDR1相互作用激酶——OsK4,在长日照条件下水稻开花的另一个抑制因子。OsK4的作用跟HDR1相同,在长日照条件下通过上调Hd1和下调Ehd1,抑制开花。这些结果指出,转录调节因子Hd1,可依赖于光日照长度,控制水稻的开花时间。(PloS Genetics
 
 
提升水稻抗病害能力研究取得进展
 
G蛋白是生物中一种常见的蛋白,但研究较少。研究人员研究了水稻中的G蛋白,发现G蛋白在水稻中有如一个“开关掣”,可提升水稻自身的抗病害能力,以及在高盐分土地生长的能力。一般情况下,G蛋白会与ATP或GTP结合。G蛋白与ATP结合就会减低水稻的抗病害能力,与GTP结合就会减低水稻耐盐生长能力。研究人员利用X晶体学研究技术,拆解了G蛋白的结构,再配合定点突变技术,定点测试ATP、GTP与G蛋白的化学反应,证实ATP、GTP明显影响水稻的抗病、对抗不良生长环境的能力。研究还发现植物特有的“OsGAP1”蛋白可以改变ATP、GTP结构,令ATP、GTP无法与G蛋白结合,G蛋白就可以启动,令水稻自行提升抗病害及对抗不良生长环境的能力。(PNAS
 
 
影响影响水稻糙米率基因发现
 
谷粒包含糙米(可食用)和颖壳(不可食用)两个部分。在超高产育种中,通过增加糙米率提高稻米实际产量和品质必将成为一种新型高效的育种手段。研究人员利用低糙米率品种TN1和高糙米率品种CJ06杂交的DH群体,通过QTL分析和高世代回交群体,在第10染色体上获得了一个主效糙米率QTL基因qBRR-10。进一步研究发现,来自CJ06的qBRR-10等位基因增加了谷粒的厚度和降低了颖壳的比重。通过深入挖掘qBRR-10的确切座位和分子标记辅助选择等手段,将为培育出糙率高和优质新品种提供新线索。(Rice
 
 
拓展水稻基因组编辑范围获重要进展
 
CRISPR/Cas9系统以其简便、高效的技术特点,已迅速成为植物中最为广泛使用的基因组编辑手段,为种质资源创制以及基因功能研究等工作提供了极大的便利。CRISPR/Cas9系统在基因组上的精准切割需要特异识别一段邻近核苷酸序列(PAM)。目前植物中最为广泛使用的SpCas9蛋白能够识别的PAM序列局限为经典的NGG序列,这严重限制了CRISPR/Cas9系统的可编辑范围。为突破这个限制,科学家们在动物及微生物中进行了不懈的尝试并获得了一定的进展,然而在植物中尚未有成功的案例报道。本研究中,研究人员通过定点突变的方法对水稻中广泛使用的SpCas9蛋白进行了改造,获得了两种Cas9 变体。通过一系列的转基因实验证明,两种Cas9变体在水稻中分别可以识别NGA以及NGCG两种PAM序列。生物信息学分析表明Cas9变体的创制将使得CRISPR/Cas9系统在水稻中可编辑范围拓展到现有的2倍以上。此外,两种变体也可以同时对多基因进行有效的编辑,表明其与野生型Cas9一样具备巨大的应用潜力。因此,该工作为在水稻中进行更广泛的基因组编辑提供了新的可选工具。(Molecular Plant
 
 
揭示植物气孔开放途径
 
干旱胁迫可诱导气孔关闭,同时抑制气孔开放。然而,潜在的分子机制在很大程度上仍然是未知的。研究人员在拟南芥中发现,S型阴离子通道SLAC1和SLAH3主要通过蛋白质-蛋白质相互作用,抑制内部的钾离子(K+in)通道KAT1,从而阻止拟南芥的气孔开放。电压钳实验结果表明,SLAC1可显著抑制KAT1,但不抑制KAT2。此外,干旱胁迫可强烈上调拟南芥保卫细胞中SLAC1和SLAH3的表达,野生型和截短的SLAC1的过度表达,可显著破坏保卫细胞的K+in流,以及光诱导的气孔开放。该研究在拟南芥中发现了调节气孔运动的一种新机制,其中气孔关闭和开放的信号通路,是由SLAC1/SLAH3和KAT1之间的蛋白质相互作用直接耦合在一起的。(Plant Cell
 
 
科学家提出环境型鉴定概念
 
作物的产量、品质、抗逆性等重要性状的表现都是基因型和环境共同作用的结果。长期以来,影响作物生长发育和性状表达的众多环境因子通常被作为一个整体来进行研究,并由此将作物的表现型剖分为由基因型效应和基因型环境互作效应两大组分。实质上,一切基因型无法解释的表现型变异都可归结于基因型环境互作的结果。基因型变异可以通过精确测序、功能分析,但无法对表现型进行有效的预测,这已成为制约作物生产和品种改良的重要瓶颈。
在本文中,科学家提出环境型(envirotype) 和环境型鉴定的概念,把环境型定义为影响作物生长发育的所有环境因子的组成和变异,环境型鉴定定义为对所有环境因子的组成和变异的精确测定和评价。环境型鉴定的主要应用包括:环境特征分析、基因型环境互作分析、表现型预测、近等环境型构建、农艺组学(agronomic genomics)研究、精准农业、精准育种等。全方位环境型信息还将应用于发展包括基因型(G)、表现型(P)、环境型(E)和发育时间(T)构成的作物科学四维图像,为作物育种在内的作物科学提供了解码环境影响的参考技术和途径。(Theoretical Applied Genetics
 
 
小菜蛾蛋白质基因组研究获得突破
 
随着高通量测序技术的不断发展,上万种生物的全基因组DNA序列被测序完成。其基因组的注释主要基于预测软件和已知蛋白的同源搜索,不可避免地导致编码蛋白质基因的错误注释和丢失、假基因广泛存在。另外,由于缺少肽段等信息,大量基因被注释为未知功能或假设的蛋白质。蛋白质基因组(Proteogenomics)是一种利用蛋白质组学的相关数据对基因组进行注释校正的新方法,由于其结合了大量生物体蛋白质氨基酸信息,从而有力地弥补基因组上基因寻找和注释的不足。小菜蛾是一种世界性重要农业害虫,每年因小菜蛾造成的损失高达40亿–50亿美元。小菜蛾几乎对所有的杀虫剂均产生了不同程度的抗药性,包括微生物杀虫剂Bt。本研究中,研究人员利用鸟枪法结合高效液相色谱-电喷雾-质谱/质谱(shotgun HPLC-ESI-MS/MS)对小菜蛾幼虫中肠蛋白质进行测定,结合其基因组数据,完成了首个小菜蛾中肠蛋白质基因组分析。利用获得的小菜蛾BBMV蛋白质谱图,鉴定到了大量与小菜蛾杀虫剂抗性相关的蛋白质,同时,还纠正了小菜蛾的基因注释,鉴定了大量新基因以及新的基因剪切形式。为阐明小菜蛾对Bt杀虫剂抗性调控网络提供了重要的遗传信息。(Molecular & Cellular Proteomics
 
 
一种全新宏基因组研究方法建立
 
基于高通量测序的宏基因组学技术,已成为研究微生物群落组成、结构及功能最主要的技术手段。宏基因组研究通常采用16S rRNA测序以获得物种谱信息,或采用全基因组随机测序WGS以得到功能基因谱信息,或两种策略同时采用。受测序技术和实验方法本身的限制(即短序列和小片段文库),这些研究会割裂物种谱和功能谱之间的联系。这给环境微生物物种多样性(尤其是种下多态性)和功能多样性的研究带来严重障碍。研究人员在现有宏基因组学技术的基础上,提出一种全新的宏基因组研究策略,即16S rRNA-侧翼序列环化测序及计算技术(RiboFR-Seq,ribosomal RNA gene flanking region sequencing)。通过该技术,可以同时获得16S rRNA V4/6高变区及16S rRNA上游的蛋白编码基因序列。基于此数据,能够建立起16S rRNA与宏基因组拼接序列的物理关联,校正或补充彼此注释的结果,实现准确无偏的宏基因组数据解析,进而快速、准确和全面地解析环境样品中微生物的组成和功能。本技术首次建立了宏基因组中物种谱和功能基因谱的有效关联,为宏基因组学研究尤其是未知环境条件下微生物组的研究,提供了全新的思路和方法。(Nucleic Acids Research)
 
 

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来源:基因农业网

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