生物技术前沿一周纵览(2016年12月2日)

2016-12-02 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 生物技术前沿一周纵览(2016122日)

 5000年“棒子”揭示玉米驯化

 

玉米是世界上分布最广的作物之一,最重要的粮食作物之一。从北纬58度到南纬3540度的地区均有大量栽培,墨西哥类蜀黍是玉米的古老祖先,每一根棒子比你的小拇指还要短,并且仅有12个谷粒隐藏在坚硬的鞘中。研究人员在圣马科斯洞穴发现了几个具有5000年历史的新标本。他们使用鸟枪法测序了3根玉米棒子,并提取了DNA,随后将其分割为小的片段进行测序。计算机软件之后将这些DNA片段重新组装起来,最后重建了超过35%的古玉米基因组。研究团队发现有8个基因影响了玉米的关键特征,其携带了tb1(使植物更加容易收获)和bt2(有助于促进淀粉含量并提高谷粒甜味)的现代变体。PNAS)

 

 

玉米穗节间发育过程中响应激素信号的miRNA及其靶基因的鉴定

 

节间长度是影响植物高度(PH)和穗位高度(EH)的决定性因素之一,而这与玉米的抗倒伏性、生物量和谷物产量密切相关。为了确定miRNA及其靶基因在玉米穗节间发育过程中的作用,研究者利用两个节间长度不同的近交系“Xun928”和“Xun9058”的第7、第8和第9个节间构建了6miRNA2个降解组文库。测序结果显示,两个品系的玉米在第7、第8和第9个节间的相应比较组(两个品系中相同节间比较)中共有4554miRNA显示出明显差异。其中表达差异显著的31miRNA在两个品系的三个节间相应的比较组中相同。通过将“Xun9058”与'Xun928'的三个节间miRNA的表达进行比较,发现“Xun9058”品系的第7个节间上调和下调的miRNAs数目分别为1136,第8个节间的分别为945,第9个节间的分别为925。此外,与“Xun9058”的相应节间相比,包含45个成员的10miRNA家族至少在“Xun928”的两个节间表现出显著差异。基于测序数据,从 5个保守的miRNA家族中筛选出与激素信号传导相关的20miRNA,利用qRT-PCR对其进行表达谱分析。降解组测序分析表明,5个保守miRNA家族为zma-miR160zma-miR167zma-miR164zma-miR169zma-miR393,这些miRNA的靶基因分别为编码生长素响应因子,含N-乙酰半胱氨酸结构域的蛋白,核转录因子Y和生长素信号传导基因F-BOX2miRNA可通过调节他们的靶基因来响应激素信号,从而调节玉米节间伸长及穗位发育。本研究结果为理解玉米节间长度可能的调节机制提供了宝贵的参考。PLoS  ONE

 

 

研究发现甘薯耐瘠薄和铁吸收的新机制

 

甘薯是全球重要薯类作物,耐瘠薄,可在贫瘠的山坡地种植,对铁缺素耐受性强,深入了解其调控机制对提高薯类产量和矿质营养具有重要意义。研究人员发现,铁素缺乏条件下甘薯氢离子焦磷酸化酶IbVP1表达显著上调。IbVP1基因在六倍体甘薯基因组中只有一个拷贝,也受生长素诱导表达,可通过提高根际的酸化增强对铁的获取。进一步研究表明过表达bVP1基因可显著提高该酶及质膜H+-ATPase的活性,导致根际酸化加强。正常有铁缺素的条件下IbVP1过表达甘薯植株长势变强,根系增加,并通过上调铁吸收相关基因的表达提高对铁的吸收,铁含量增加。同时,碳水化合物的代谢加强,上调AGPaseSUT1的表达和下调β-amylase基因的表达,转基因甘薯抗氧化能力提高,抗逆性增强,产量提高。Plant Biotechnology Journal

 

 

研究揭示种子休眠与萌发的表观遗传调控机制

 

种子休眠与萌发是植物由生殖生长过渡到营养生长的重要发育转变进程,涉及大量基因的激活或者沉默。组蛋白修饰介导的表观遗传基因转录调控可能在其中发挥关键作用,但其分子机制尚不完全清楚。研究人员利用遗传和生理生化等手段,揭示了拟南芥SNL1SNL2调控种子休眠和萌发的分子机制。2013年,研究人员发现SNL1能够结合组蛋白去乙酰化酶HDA19,调控组蛋白H3K9K18的乙酰化水平,影响基因转录。SNL1/SNL2功能缺失影响脱落酸和乙烯相关基因的表达,增强了乙烯对脱落酸的拮抗作用,降低了种子休眠。研究人员近期研究工作表明,SNL1/SNL2功能缺失导致生长素相关基因特别是AUX1的表达升高,增强了生长素在胚根的水平和分布,进而激活下游CYCDs介导的细胞分裂,提高了突变体种子萌发速率。为利用分子辅助育种解决农业生产中存在的种子萌发不齐和穗萌发现象提供了理论基础。Plant Cell)(Nature Communications

 

 

研究人员阐释植物K+吸收机制

 

钾(K+)在植物生长发育中起着至关重要的作用。在自然环境中,土壤中钾的有效性相对较低且波动性较大。研究人员发现在拟南芥中,转录因子ARF2Auxin Response Factor 2)调节着K+转运基因HAK5High Affinity K+ transporter 5)的表达。在低钾含量的培养基上,ARF2突变体植株表现出类似于HAK5过表达品系的抗性表型,其主根长度比野生型植株的长。在这些植物中,高亲和力的K+吸收显著增加。ARF2过表达品系和Hak5突变体,都对低钾胁迫非常的敏感。在arf2突变体中的Hak5中断,可消除arf2的低钾抗性表型。作为一个转录抑制因子,ARF2可直接结合到HAK5启动子,并在K+充分的条件下抑制Hak5表达。在低钾处理后,ARF2可被磷酸化,这会消除其与HAK5启动子的DNA结合活性,并解除对HAK5转录的抑制。因此,在K+缺乏的条件下,HAK5转录本可以被诱导,HAK5介导的高亲和力K+吸收得以增强。结果表明,ARF2在拟南芥响应外部钾供应中发挥重要的作用,并相应地调节HAK5转录。Plant Cell

 

 

科学家揭示瓜蔬好吃的秘密

 

消费者常抱怨有的蔬菜和水果不好吃,缺少了其应有的味道。而味道的获得与丢失和植物中次生代谢产物的分布和积累情况密切相关。科学家将基因组等大数据与代谢研究相结合,尝试将大数据研究应用到植物次生代谢研究中。在阐明了黄瓜苦味物质生物合成、调控及驯化的机制之后,又迅速研究葫芦科植物如西瓜、甜瓜等是否存在类似的分子机制。终于揭示了葫芦科植物苦味性状趋同驯化与差异进化的分子机制。利用这一趋同驯化的特点,育种家可实现对西瓜、甜瓜根和果实中苦味合成分别进行精确调节,一方面确保果实中不积累苦味物质,保证商品品质,另一方面提高根中的苦味含量用于抵御土壤中的病菌、害虫的侵害。此外,该研究首次利用比较基因组学阐明了不同苦味物质间结构细微差异产生的原因,为研究结构异常丰富的植物次生代谢产物多样性提供了重要借鉴。Nature

 

 

TALE蛋白功能与应用研究获突破

 

科研人员在利用TALEN技术对模式植物拟南芥靶基因进行敲除的过程中发现,部分转基因植株虽然表现出靶基因突变后的表型,但其靶基因序列却未发生任何变化。进一步的研究表明,这些植株中靶基因的转录水平出现不同程度的下调,说明TALEN蛋白对植物中靶基因位点的特异性结合,可以引起靶基因的转录抑制,并且这种抑制作用可以不依赖于TALE所连接的功能结构域。研究采用模块组装法对TALE载体进行构建,建立了过表达和诱导表达2套系统,通过瞬时和稳定表达针对靶基因序列设计的TALEs,表明TALE可对拟南芥中的靶基因转录产生不同程度的抑制作用。据了解,TALE最早被发现于黄单胞菌中,能够在病原菌感染宿主植物的过程中精确靶向作用于植物防御的相关基因,影响靶基因的表达,从而干预植物的防御反应。而TALEN技术就是利用TALE蛋白对DNA碱基特异性识别及结合能力而产生的一项基因编辑技术。Molecular Plant

 

 

编码基因重建新方法

 

近年来,高性能计算技术和高通量测序技术的快速发展促进了大量基因组测序计划的实施完成,从而获得了海量的生物组学数据。研究人员针对转录组数据分析中的编码基因识别问题,开发了一种基于密码子de Bruijn图的新算法inGAP-CDG。该方法不依赖于参考基因组,直接从未拼接的转录组测序数据中进行基因识别。通过使用模拟数据集和公共数据库的真实转录组测序数据,他们对预测基因的长度、灵敏度、冗余度、错误率和杂合度进行了系统性的评估。与其它方法相比,inGAP-CDG构建出的编码基因序列具有长度更长、冗余度更低和特异度更高的优势。该研究为基因识别提供了新的思路和方法,进而对此后的系统发育和功能基因组学研究具有重要的应用价值。inGAP-CDG已公开发布在免费的开源网站SourceForge上。Genome Biology

 

 

研究揭示类黄酮糖基化分子机制

 

类黄酮化合物是对植物、动物和人类健康都具有益处的一大类植物次生代谢产物,主要以糖基化的形式广泛存在于植物不同部位。研究人员在基因组水平上,从茶叶和百脉根中分别鉴定了178188UGT基因,通过对这些基因进行的系统进化、组织表达谱和分子对接分析,从中筛选了30多个UGT主要候选基因。通过体外酶活检测,研究人员最终发现了参与合成茶叶涩味类黄酮糖苷以及百脉根主要成分黄酮醇糖苷的关键UGT基因,并分析比较了这些糖基转移酶的酶动力学参数和体内外功能。类黄酮的糖基化是由UGT基因编码的糖基转移酶所催化的。UGT家族基因在植物进化的过程中不断扩增、分化和特化,形成了具有不同底物特异性和区域特异性的UGT基因家族,进而合成了不同植物中成分和功能多样的类黄酮糖苷。Journal of Experimental Botany

 

 

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