生物技术前沿一周纵览(2016年7月22日)

2016-07-22 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 揭示水稻生长调控机制

 
植物在生长发育中需要应对环境条件的不断变化,当环境条件适宜时,进行快速生长,当遇到不利条件时,植物会减慢或停止生长来应对。植物激素油菜素内酯(BR)和脱落酸(ABA)在调控植物生长发育中发挥不同作用,油菜素内酯促进植物生长,而面临逆境条件时脱落酸使植物减慢或停止生长以抵御逆境胁迫。研究发现,水稻OsREM4.1基因受到ABA信号诱导高表达,产生OsREM4.1蛋白与接收BR信号的复合体OsSERK1蛋白结合,使BR信号不能输出,水稻减慢或停止生长以抵御逆境。当生长条件满足时,BR分子激活BR信号复合体,使OsREM4.1磷酸化并与OsSERK1分离,BR信号得以输出,进行正常生长。该发现揭示了植物如何协调其生长与抵御环境胁迫的新机制,对培育高产高抗作物品种具有重要的应用价值。(Developmental Cell
 
 
揭示油菜病害中miRNA的作用
 
核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一种重要的植物病原真菌,它寄主范围广,可寄生450种或亚种植物,由核盘菌引起的菌核病是油菜上最重要的病害之一,给油菜的产量和质量造成很大的损失。研究人员分别对正常甘蓝型油菜叶和经核盘菌侵染的甘蓝型油菜叶进行小RNA测序,结果鉴定出280种甘蓝型油菜的miRNA基因,对两种样本进行降解组测序进一步鉴定出15种新miRNA的靶基因和222个已知miRNA的靶基因。miRNA芯片分析显示,经核盘菌侵染的叶片和正常叶片之间有68种miRNAs的表达存在差异。其中一些miRNA的靶基因中的一组参与植物菌核病的防御,和/或其他病原体如富亮氨酸重复的核苷酸结合位点(NBS-LRR)R基因、NO和活性氧相关基因。此外,3个miRNA的靶基因AGO1和AGO2是转录后基因沉默(PTGS)的关键元件。几种病毒引起的PTGS抑制基因的表达降低了植物对菌核病的抵抗力。AGO1和AGO2突变的拟南芥表现出抵抗力降低,而AGO1过表达的转基因品种以水平依赖的方式对菌核病的抵抗力增加。此外,miRNA靶基因AGO1和AGO2的瞬时过表达降低油菜对菌核病的抵抗力。本研究结果表明,甘蓝型油菜和核盘菌的相互作用在miRNA水平具有严密的调控,且可能涉及PTGS。(Plant Molecular Biology)
 
 
发现光与赤霉素协同调控植物发育新机制
 
植物发育同时受到外源环境和内源激素的调控。光和赤霉素分别是极其重要的环境因子和植物激素,它们都调控了植物的多个发育过程。光抑制植物胚轴的伸长,赤霉素却促进其伸长,两者作用相反。研究发现,赤霉素信号通路中的核心抑制因子DELLA蛋白可通过与能促进胚轴延伸的光信号核心转录因子PIF3相互作用,抑制PIF3结合到下游靶基因的启动子上,从而抑制植物胚轴伸长。除了已有的调控模式,DELLA蛋白还可通过泛素蛋白酶体途径促进PIFs蛋白的降解。并且,DELLA调控的PIFs蛋白降解与拟南芥幼苗下胚轴伸长受抑制的程度呈现了很好的相关性。进一步研究表明,DELLA可同时通过结合和蛋白降解两个层次抑制PIFs的活性,两个层次的抑制程度相当。该双重调控机制使得植物可以快速对环境信号作出响应,在昼夜节律生长等过程中发挥重要作用。(Nature Communications
 
 
揭示植物分枝的遗传机理
 
植物分枝是决定植物株型和作物产量的重要因素。叶片基部叶腋处能够形成侧生分生组织,并产生侧芽。侧芽可以进而发育成为侧枝。研究人员利用离体培养叶原基系统和活体成像技术发现在叶腋侧生分生组织的前体细胞持续表达STM基因,发现侧生分生组织的形成也依赖于STM的表达。进一步研究发现,随着叶原基的成熟,STM存在表达丰度由强变弱再变强的变化。早期的低丰度STM表达依赖于叶腋低生长素环境来维持这种低表达。随后,体内外实验证实HD-Zip III转录因子家族的REVOLUTA(REV)能直接结合STM,上调STM的表达,从而促进侧生分生组织起始。研究还发现REV对STM的调控存在组织特异性,STM位点在不同组织中的组蛋白甲基化修饰差异影响REV对STM的表达调控。基于此,科学家提出了侧芽起始的“两步调控”模型。(PLoS Genetics
 
 
阐明干旱抑制树木生长及死亡的生理机制
 
许多研究发现全球气候变暖所诱导的干旱是抑制树木生长及导致死亡率增加的主要因素,然而水分与非结构碳在调节树干形成层细胞分裂及木质部形成过程中的作用及机制至今仍不清楚。研究人员在不同温度和水分下,观察了黑云杉幼苗树干形成层每周细胞分裂和木质部形成,并测量了形成层和木质部中的非结构碳组分的含量。他们用混合模型定量了非结构碳,水分和温度与形成层和木质部细胞数量的关系,发现表征分生组织活动的木质部细胞总数是水分、蔗糖和D-松醇的函数,其中水分为主要限制因子(贡献率73%),碳次之(18%);发现形成层在干旱状态下会停止细胞分裂。而碳则是活细胞总数的最大解释因子(59%),水则次之(15%),这表明木质部发育过程中对能量的功能性需求。(Plant Physiology
 
 
土壤有机体改变植物生长类型
 
在荷兰开展的一项田间试验发现,在退化土地上添加一薄层来自健康生态系统的土壤,会极大加快修复速度。而且这种移入能决定该生态系统向哪个方向发展。研究人员将一薄层不到1厘米厚的土壤连同生活在里面的所有生物覆盖到此前的农田上。他们还向每块土地中分别添加了来自草地或灌木丛的土壤。研究发现,移入物的来源决定了哪种植物将茁壮生长。例如,在一块被移入了草地土壤的农田中,6年后,只有不到5%的土地被来自灌木丛的物种覆盖。相反,在被移入了灌木丛土壤的农田中,超过15%的土地被灌木丛物种覆盖。由于添加的土壤非常少,该团队将这种效应归结于土壤生物的变化。他们发现,这种移入同时改变了生活在土壤中的细菌、真菌和蠕虫的丰度及类型,使其更像“捐赠”的生态系统。(Nature Plant
 
 
CRISPR制备基因敲除兔和山羊
 
CRISPR/Cas9是一种易于处理、非常特异性的、有效的和多路复用的真核基因组工程方法,已被广泛和有效地用于动物制备。肌生成抑制蛋白(Mstn)是哺乳动物骨骼肌质量的一个保守的负调节因子。在家畜中是否能够实现Mstn的精确敲除,能否被安全地用来提高产肉性能,尚未得到证实。研究人员成功利用CRISPR/Cas9制备了Mstn基因敲除家兔和山羊,并分析了它们的表型变化。研究人员用两个sgRNAs靶向兔Mstn胚胎注射后,从32只新生兔中有效地制备出了24只Mstn KO兔,并发现Mstn KO兔表现出体重增加,四头肌和二头肌与整个身体的重量比显著增加。Msth KO也造成了高概率的舌头肿大现象和严重的健康问题,如死胎和早期死亡。使用相同的方法,研究人员制备了Mstn位点编辑的四只山羊。这只山羊的早期生长率超过了对照组山羊。但在适用于动物繁殖过程之前,还需进一步探讨安全问题。(Scientific Reports
 
 

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来源:基因农业网

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