生物技术前沿一周纵览(2016年9月16日)

2016-09-18 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 籼稻的参考基因组公布

 
水稻是人类的主要作物,也是一种重要模式生物。亚洲栽培稻(Oryza sativa)包括两个亚种:粳稻和籼稻。籼稻占全世界水稻产量的70%,并且更加具有遗传多样性。籼稻品种珍汕97(ZS97)和明恢63(MH63)是籼稻的两个主要品种,包含了许多重要的农艺性状,是汕优63(SY63,在中国最广泛种植的杂交水稻)的父母本。ZS97、MH63、SY63杂交系统已被用作一种模型,为解析这一模型杂种优势的遗传学基础,研究人员从209个(MH63)的BAC克隆库,生成了超过108(ZS97)和174(MH63)Gb的原始序列数据,并用Illumina测序技术产生了~ 97(ZS97)和~ 74(MH63)Gb的末端配对全基因组鸟枪法(WGS)测序数据。研究人员成功地组装了两个白金标准的参考基因组,已被公开发布,这有助于发现水稻基因组结构、功能和进化的新见解。(Scientific Data
 
 
揭示玉米品质和产量调控机制
 
在作物育种中,营养品质和产量同等重要,然而这两个关键农艺性状常常相互对立。当产量提高时,品质容易下降;当品质提高时,产量受到影响。因此,科学家希望通过分子和遗传手段使这两个看似矛盾的性状统一起来。O2和PBF是玉米胚乳特异转录因子,研究人员发现O2粒重下降的原因是淀粉合成受到影响。在双突变PbfRNAi;O2中,粒重和淀粉合成下降更为显著。通过RNA-Seq分析,研究人员发现在单突变和双突变中主要是糖和蛋白代谢途径的基因表达受到显著影响。研究人员证明淀粉合成复合体中两个关键基因PPDKs和淀粉合成酶III(SSIII)直接受到O2和PBF调控,SSIIa和SBE1间接受到O2和PBF调控。由此推论这些基因下调的合力导致了淀粉合成的下降,进而影响粒重。该工作证明了O2和PBF同时调控玉米蛋白品质和粒重,提出将来培育优质蛋白玉米可用RNAi直接沉默醇溶蛋白基因,从而避免用O2突变体影响淀粉合成和粒重。(PNAS
 
 
发现调节植物气孔构型的转录因子
 
保卫细胞是植物表皮形成气孔的特殊细胞,它们是由转录因子SPEECHLESS (SPCH)调节的特殊的细胞分裂得到。以前的研究证明转录因子STOMATAL CARPENTER 1 (SCAP1)参与保卫细胞功能。最近的一项研究表明在任何保卫细胞分化发生之前都能观察到SCAP1的表达。分析携带proSCAP1:GUS-GFP转录融合基因的转基因植物表明SCAP1的表达高峰与气孔构型基因的表达高峰同时出现。Scap1缺失突变体表现出保卫细胞减少,同时过表达SCAP1株系的保卫细胞数量增加,其分布和空间构型也发生了改变。这些结果表明SCAP1在保卫细胞分化以及空间构型中发挥重要作用。(BMC Plant Biology
 
 
水稻中成功建立基因定点替换及定点插入体系
 
水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的三大粮食作物之一。防治杂草是水稻生产的主要问题之一。在转基因育种的生物安全问题备受关注的情况下,通过编辑水稻的内源基因获得抗草甘膦的水稻具有重要意义。研究人员通过在水稻5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶基因(OsEPSPS))的第一内含子和第二内含子中分别设计一个有活性的靶位点并将两个靶位点构建到一个敲除载体中,同时构建了含有碱基定点替换(C518-T、C529-T和A531-G )的片段作为供体载体,转化水稻愈伤组织,在水稻基因组中实现了基因的定点替换,基因定点替换的效率为2.0%;类似的,在水稻基因组中实现了基因的定点插入,基因定点插入的效率为2.2%。利用建立的基因定点替换和定点插入两种策略,在T0代获得了TIPS定点替换的杂合体,对草甘膦具有抗性。该研究利用修复途径中占主导地位的NHEJ修复方式,在植物中建立的基因定点替换及定点插入策略具有简单、高效以及广适性的优点,大大拓展了CRISPR/Cas9技术在植物中的应用,为植物基因功能的解析和农作物分子设计育种提供了一个全新的技术路线。(Nature Plants
 
 
发现增强细菌性枯萎病抗性的基因
 
为有效控制由青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的枯萎病,研究人员鉴定出一个来自花生的基因AhRRS5,在对R. Solanacearum具有抗性或易感性的花生中,该基因均出现上调。这一研究显示,用植物激素和非生物胁迫处理可以增加AhRRS5的表达水平。在烟草中过表达时,该基因可以介导烟草对R. Solanacearum的高灵敏相应并增强烟草对该菌的抗性。相比于野生型,在转AhRRS5基因的品系中,几个防御响应标记基因也出现上调。这一结果揭示了AhRRS5通过多条信号途径参与对R. solanacearum的防御响应。这有助于对加强植物的细菌性枯萎病抗性提供指导。(Plant Biotechnology Journal
 
 
研究揭示病毒蛋白通过调控生长素信号通路帮助病毒侵染的新机制
 
生长素通路在植物的生长发育中发挥重要的功能,然而生长素通路和病原菌侵染的关系并不清楚。水稻矮缩病毒(Rice dwarf phytoreovirus,RDV)是由叶蝉传播的能够引起大面积水稻感病并严重减产的一种病毒。RDV侵染后的水稻矮化,分蘖增多,冠根变短症状和生长素通路一些突变体表型很像。研究人员用生长素处理健康和RDV感染的水稻,发现RDV感染造成水稻的生长素响应受阻,对生长素的敏感度降低。RDV的外壳蛋白P2与水稻中生长素通路抑制子兼共受体Aux/IAA家族蛋白OsIAA10相互作用。P2通过和OsIAA10的Domain II相互作用,影响了OsIAA10和OsTIR1的结合,从而抑制OsIAA10通过26S酶体途径的降解,使得感病水稻中OsIAA10的蛋白积累量比健康水稻中的显著增高。研究表明P2和OsIAA10互作引起的OsIAA10蛋白的稳定和积累量增多而导致生长素通路响应的受阻,是RDV症状形成的诱因之一,而且有利于RDV的复制侵染。该研究揭示了一个病毒蛋白通过干扰OsIAA10的降解,破坏生长素信号通路来帮助病毒侵染和复制的新机制。(PLoS Pathogens
 
 
植物适应性进化研究进展
 
基因组中基因数目的频繁增加或减少,主要通过基因重复或丢失、片段性重复或丢失、全基因组加倍等途径来完成。然而,这些途径是对已存在基因的扩增或删除。因此,探讨能否从基因间隔区产生与现存基因完全没有序列相似性的全新基因(de novo gene),并研究其具体起源过程及机理,成为了生物学的一个根本问题。研究人员以拟南芥群体基因组数据来探讨这一科学问题。拟南芥是模式植物,已有实验提供了丰富的各种组学数据,特别是群体基因组学数据。该研究综合了比较基因组、转录组、小RNA组、甲基化组、组蛋白修饰组、传代数据、生物地理及群体遗传等多方面的研究证据,澄清了全新基因的起源过程。特别是该研究发现在全新基因起源过程中表观修饰起到关键作用,表观修饰通过降低全新基因的表达从而使其能够在居群中保存和扩散。该研究首次将一个具体生化机制与全新基因的起源联系起来,对于理解基因的起源这一根本性生物学问题具有重要意义。(Genome Biology and Evolution
 
 

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