生物技术前沿一周纵览(2016年9月30日)

2016-09-30 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 揭示两系杂交稻产量杂种优势基因

 
杂交水稻的推广为我国和世界的粮食安全做出了巨大贡献。但直到目前,杂种优势的分子机制仍然悬而未决。为了探究水稻杂种优势的遗传机制,研究人员选用两系超级杂交稻两优培九(LYP9,培矮64s×93-11)为模式组合,对水稻杂种优势的表型及分子基础进行了综合分析。研究发现,每穗小花数和有效穗数是造成两系杂交稻产量优势的主要原因;前者有超亲优势,后者只有超父本优势。通过构建高分辨率的遗传连锁图,并进行产量相关性状的遗传定位,研究鉴定了一系列产量及其他优势相关性状的QTL位点,确定了多个与杂种优势相关候选基因。这项研究对推动杂交稻的分子设计育种实践有重要的意义,利用该研究成果,有望能进一步优化杂交稻亲本材料的选育和配组,选育出更加高产、优质的杂交稻。(PNAS
 
 
水稻产量性状基因的定点编辑
 
在作物遗传改良中,产量是最重要也是最为复杂的性状之一,其受到大量数量性状基因(quantitative trait locus,QTL)的控制。目前已经有很多产量性状QTL被克隆研究,但是目前尚不清楚这些QTL在不同的遗传背景下是否都可以显著提高作物的产量。研究人员利用CRISPR/Cas9系统在5个广泛种植的水稻栽培品种中对产量性状QTL基因GS3和Gn1a 进行定点编辑,研究相同QTL在不同遗传背景下对产量的影响。通过QTL编辑在5个品种中一共创制出10个水稻新株系,表型研究发现,在不同品种中敲除GS3基因都可以增加籽粒大小,敲除Gn1a基因都可以增加主穗粒数,但最终单株产量却表现出相反的变化趋势:在10个新株系材料中,其中有3个表现为单株产量增加,7个表现为单株产量降低。进一步统计分析表明,QTL编辑导致了单株有效大分蘖数目的变化,而单株有效大分蘖数目的变化直接决定了最终单株产量的变化。由于单株产量不必然对应于群体产量,研究团队目前正对10个材料配套以不同的栽培措施,如适度密植控制有效小分蘖数量,筛选显著提高群体产量的株系。(Journal of Integrative Plant Biology
 
 
CRISPR-CAS9技术开发的ARGOS8变异株可提高玉米产量
 
玉米ARGOS8基因负调控乙烯反应。研究发现,过表达ARGOS8的转基因植物在干旱胁迫条件下,表现出对乙烯的敏感性减弱,产量提高。杜邦先锋公司的研究团队评估了400个玉米自交系ARGOS8 mRNA的表达,旨在将ARGOS8应用在抗旱育种中。并应用CRISPR-Cas9育种技术开发出了新的ARGOS8基因变异株。研究人员将当地玉米GOS2启动子引入到天然ARGOS8基因的非翻译区,或替换ARGOS8自身的启动子。在产生的ARGOS8变异株所有进行测试的组织中都检测到ARGOS8转录本水平升高。进一步研究表明,ARGOS8变异株在开花胁迫条件下的产量提高,在良好灌溉条件下产量没有下降。这些结果表明CRISPR-Cas9技术在植物育种中可以帮助开发新的等位基因变异株。(Plant Biotechnology Journal
 
 
发现miRNAs参与的抗棉花黄萎病新途径
 
棉花是关乎国计民生的重要战略物资。棉花黄萎病是棉花最严重的病害,由于没有有效的防治措施,是目前棉花产业可持续发展的重大限制因素。研究人员最新发现大丽轮枝菌侵染棉花会诱导积累一类植物内源小RNA(miRNAs),这些miRNAs能够转运到病菌细胞中,降解病菌的致病基因。该项研究在国际上首次证明了植物-真菌跨界小RNA诱导病原靶基因沉默的抗病新途径。这一自然抗病新途径的发现,为HIGS技术在棉花抗黄萎病的有效应用提供了重要的理论支持,也将引领宿主-病原菌互作领域的研究进入新的层面,该成果对于土传病害的防控也具有重要的借鉴价值。(Nature Plants
 
 
我国学者提出“虫菌共生入侵学说”
 
随着全球贸易化进程的加快,外来种入侵带来的环境、经济、生物安全等问题日益突出。生物入侵已被公认为是导致生物多样性丧失最主要原因之一。红脂大小蠹是一种源自美国的重大林业外来入侵害虫。自1999年在我国山西省发生后,又陆续在河北、河南、陕西等省暴发成灾,致死健康松树700余万株。我国学者在不断研究中从生态和进化两个方面解析了虫菌共生入侵机制;提出了虫菌共生入侵学说的理论框架,建立了虫菌共生入侵学说,从昆虫-共生微生物、昆虫-寄主植物-共生微生物和昆虫-寄主植物-共生微生物三个层次论证了虫菌共生入侵的潜在机制。虫菌共生入侵学说为入侵种的风险评估和预测预报、入侵种的检验检疫和传播途径以及入侵种的综合防治提供新的思路,为后续研发关键控制技术奠定了坚实的理论基础。(Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics
 
 
植物激素在种子萌发调控过程中的作用机制
 
种子萌发是植物发育的一个重要阶段,决定着植物何时何地开启生长阶段,是自然界种子植物维持代际延续的关键,同时也是农业生产中重要的农艺性状之一。众多研究表明,种子萌发主要通过植物内源激素GA和ABA的相互制衡方式来调节,然而这两种激素之间发生拮抗的具体分子机制迄今尚未阐释清楚,研究人员发现Nuclear Factor Y-C(NF-YC)家族基因在调控植物种子萌发中发挥重要作用。拟南芥NF-YC负调控GA介导种子萌发过程,在GA合成抑制剂(PAC)处理下,NF-YC同源基因多突变体的种子萌发率相比野生型显著提高,表现为PAC不敏感,而过表达NF-YC株系的种子对PAC超敏感。研究发现,NF-YC的互作因子为GA介导种子萌发关键抑制子DELLA蛋白RGL2,NF-YC和RGL2在转录调控上具有相互依赖关系,二者共同结合到ABA信号关键因子ABI5基因启动子的CCAAT元件上促进其转录,以此来协同GA和ABA信号来介导种子萌发的调控。该发现阐明了NF-YC-RGL2-ABI5分子模块在种子萌发中的关键作用,促进了对GA和ABA激素互作如何调控植物发育的理论认知。(Nature Communications
 
 
用转基因玉米生产虾青素
 
虾青素是一种酮基类胡萝卜素,通常存在于甲壳类动物中,可作为人类的膳食补充剂。研究人员正在开发一种转基因玉米,在其籽粒中生产这种高附加值的类胡萝卜素。研究人员将一种β-胡萝卜素羟化酶和β-胡萝卜素酮醇酶引入一种白玉米中来延长类胡萝卜素路径,使虾青素成为最终产品。转基因植株过表达了八氢番茄红素合成酶,该酶是控制胡萝卜素合成的主要酶,来提高类胡萝卜素的产量。另一方面,研究人员敲弱番茄红素ε-环化酶来使前体直接进入延长的类胡萝卜素路径。研究人员将开发的虾青素转基因株系与高油基因型玉米进行杂交。这样做是为了开发一个可以生产虾青素,并且虾青素贮存能力更强的转基因玉米株系。(Transgenic Research
 
 

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