生物技术前沿一周纵览(2016年10月14日)

2016-10-14 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

腺苷酸化在水稻基因调控中的作用

 
可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)是一种普遍存在于真核生物中的基因调控机制。APA事件的发生能使一个基因产生多种mRNA转录本,从而增加转录本的复杂度。APA作为调控基因表达的重要方式受到广泛重视。水稻是最重要的一种粮食作物,也是一种单子叶模式植物。研究人员使用Poly(A) Tag测序(PAT-Seq)法,系统地调查了14个不同水稻组织和发育阶段的全基因组APA景观图。结果表明,APA显著介入了发育和数量性状位点(QTL)基因表达。在所有表达的基因中,有大约48%的基因用APA来产生转录组和蛋白质组多样性。一些基因开关APA位点可让差异表达的基因利用交替3’UTR区。统计分析表明,QTL往往将APA用于许多农艺性状的基因表达调控,从而指出了APA在水稻生产中的一个潜在重要作用。这些结果为作物中APA的高级分析,提供了迄今为止最全面和高分辨率的资源,并揭示了APA与真核生物性状的形成是如何联系在一起的。(Genome Research
 
 
线粒体基因可能导致雄性不育
 
新基因的产生,是赋予表型变化和生物多样性的基因组创新的一个重要来源。在植物中,新的线粒体基因的产生,可能导致细胞质雄性不育(CMS),这可能可能促进异交结实和提高适合度。然而,线粒体基因在结构和功能上的起源和演化,仍不清楚。水稻野败型CMS是线粒体基因WA352c(原名WA352)赋予的,已经在杂交水稻育种中广泛利用。研究人员通过识别和分析野生和栽培水稻中与WA352c相关的11个线粒体基因组重组体结构,重建了WA352c的进化轨迹。研究人员推断,这些结构是通过野生稻线粒体基因组中保守的线粒体序列之间的多次重排,再加上亚化学计量的移位序列变异而产生的。研究人员确定了2个表达的、但无功能性的原基因(protogene),并表明它们可能通过序列变异性演变为功能性CMS基因,这可能缓解蛋白质自我抑制的潜力。这些序列的变化会使蛋白质能够与核编码的线粒体蛋白COX11相互作用,从而导致花药绒毡层中过早的细胞程序性死亡与雄性不育。(Cell Research
 
 
解析植物应答重金属胁迫的分子机理
 
环境胁迫导致作物减产,生物胁迫和非生物胁迫都会扰乱细胞代谢平衡,引起细胞内活性氧水平升高,进而导致细胞损伤和死亡。研究发现,拟南芥中OXS3蛋白很可能作为一个组蛋白修饰因子,从而响应重金属胁迫和氧化胁迫。表达水稻中OXS3基因家族成员,可以显著降低水稻谷粒中的镉含量。由于中国耕地污染问题,导致近年来出现了许多高镉稻米产品。土壤修复等手段不能在短期内有效解决这一问题,因此通过创制低镉累积水稻新种质为保障粮食安全提供了新的解决方案。(Molecular Plant
 
 
揭示水稻抗稻瘟病机制
 
由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是危害水稻最严重的真菌病害。在植物抗病机制研究过程中发现,多种植物激素在植物应对外界生物与非生物胁迫过程中发挥重要作用。其中,气体乙烯被认为是一类逆境激素而受到重视。最新研究发现,稻瘟菌侵染水稻后,会激活水稻体内的乙烯合成途径,并且抗病品种比感病品种积累了较高水平的乙烯。经乙烯处理后的水稻幼苗表现出对稻瘟菌的抗病性,乙烯信号传递的主调控因子OsEIN2突变后会导致水稻对稻瘟病更加敏感,而过表达OsEIN2及其下游转录因子OsEIL1的水稻则表现出较强的稻瘟病抗性。这些结果表明水稻的乙烯信号正调控了水稻对稻瘟病的抗病性该研究首次证明在稻瘟菌侵染后,乙烯信号通过激活活性氧的产生和植保素的合成从而调控水稻的抗病性。(The Plant Journal
 
 
高温条件下番茄中miRNA及其靶基因的研究
 
miRNA是一类具有19~24个核苷酸的非编码RNA,其在植物非生物胁迫应激反应中发挥重要作用。由于高温对植物的生长发育有着负面影响,因而一直备受研究者们的关注,并已在一些植物中鉴定到一些热响应性miRNA。研究人员分别对三种不同温度(常温26/18℃、中度高温33/33℃及高温40/40℃)条件下生长8h的野生番茄叶片进行取样,并构建了3个小RNA文库及三个降解组文库。通过高通量测序,检测到662个保守miRNA,97个未知miRNA,其中469个保守miRNA及91个未知miRNA是三个文库中都有出现的。这些miRNA中,96个miRNA响应于中度高温,150个miRNA响应于高温。此外,降解组测序鉴定了138个保守miRNA所对应的349个靶基因,8个未知miRNA对应的13个靶基因。分析表明保守miRNA的靶基因参与许多生物学过程和分子功能,包括细胞凋亡过程、氧化还原过程中、蛋白质磷酸化、TCA循环、光合生物固碳、转录DNA依赖性调节及ATP结合等。本研究丰富了热响应性miRNA的数目,并为阐释番茄在高温条件下miRNA介导的调控机制奠定了基础。(Scientific Reports
 
 
发现DNA碱基编辑的新方法
 
单核苷酸的多样性是遗传多样性的主要来源,是分子进化的动力和很多疾病的直接诱因。由于哺乳动物基因组的高度稳定性,很难进行高效和高通量的单核苷酸诱导突变,现有的CRISPR技术对于体内构建单核苷酸突变仍处于低效阶段。靶向性AID介导的核苷酸突变(TAM)这种新的研究方法,有可能改变这一现状。有别于绝大多数体细胞基因组,适应性免疫系统在淋巴细胞发育过程中可以进行高效编辑,对抗原受体进行高效突变,产生近乎无限的抗原受体库,用以抵御可能的病原体入侵。研究发现,当把核酸酶缺陷的Cas9蛋白和诱导抗体高频突变的胞嘧啶脱氨酶AID融合后,在sgRNA靶向的基因组DNA上,胞嘧啶和鸟嘌呤可以随机地向其它3个碱基转变。这一新方法可以对细胞内的特定DNA序列进行多样化,完成遗传筛选,从而分析单核苷酸突变的功能。同时在一种多肽抑制剂的辅助下,dCas9-AID可以诱导特定的胞嘧啶向胸腺嘧啶转变,实现单碱基的精确编辑。该研究成果为分子进化、基因治疗和在单碱基水平上分析基因调控元件等领域提供新的方法。(Nature Methods
 
 
控制Cas9活性的新策略
 
使用人工合成的基因线路,对dCas9功能进行可编程的和精确的调控,以响应多个分子信号,将扩大CRISPR-Cas技术的应用范围。然而,由于现有病毒传递载体的包装限制,CRISPR-Cas治疗性基因回路的应用仍然是一种挑战。研究人员通过合理拆分Cas9/dCas9蛋白,利用多输入合成基因线路感知不同分子信号,实现了在不同类型细胞中对Cas9/dCas9活性的精确调控,为精确控制CRISPR/Cas9基因编辑工具提供了新的策略。研究人员首先验证了利用内含肽拆分Cas9/dCas9的可行性,并实现了基于拆分dCas9的三输入逻辑“与门”基因线路。此外,课题组还利用TALE互抑制基因线路,通过感应shRNA或细胞特异性microRNA信号,实现了拆分dCas9的结构域互换,控制单个或两个不同基因的表达。该研究发展的基于内含肽拆分dCas9的结构域整合、交换策略,不仅为拆分Cas9突破基因治疗载体装载容量限制提供了新的策略,也为特异性控制dCas9活性提供了新型工具。(Nature Communications
 
 

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