生物技术前沿一周纵览(2016年12月23日)

2016-12-23 | 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(20161223日)

OsXCL基因协同调控水稻粒形、粒重和非生物耐逆性

 

水稻是重要的粮食作物,水稻育种的首要目标是提高产量。科研团队采用Affymetrix基因芯片系统与含51279 个转录本的水稻表达芯片,并结合qRealtime-PCR分析验证筛选得到目标基因OsSGL(STRESS_tolerance and GRAIN_LENGTH)OsSGL是一个一因多效的关键基因,定位于细胞核,具有转录自激活活性,在5个籼稻、粳稻品种中过量表达该基因,能明显增加粒长(増24.8%)、粒重(増16.3%),改良水稻穗形、株形,同时提高米质。细胞学观察发现,颖花细胞数目的增加,细胞体积纵向增大是粒长增加的主要原因。研究推测OsXCL基因可能位于细胞分裂素(Cytokinin, CK)信号传导途径上游,通过细胞分裂素A类应答调节子OsRRs作用于下游响应基因,促进顶端分生组织细胞有丝分裂以增加细胞数目,增加细胞体积,同时调节细胞的轴向性生长,最终增加水稻籽粒大小和产量,调控水稻生长发育。进一步研究发现,OsSGL基因能同时正向调控水稻的耐非生物逆境,如旱性、高盐、低温等能力。(Scientific Reports

 

 

解析植物鞘脂合成调控机制

 

鞘脂是一类含有鞘氨醇骨架的两性脂,是仅次于磷脂的第二大类膜脂。尽管近年来的研究发现,鞘脂作为信号分子在植物生长和胁迫过程中扮演着重要的角色,但是关于植物鞘脂的生物合成是如何被调控的,目前还不是很明确。研究人员通过拟南芥试验,发现ORM蛋白可以通过结合SPT酶的小亚基ssSPT,来抑制SPT复合物的活性,负调控鞘脂的从头合成;而这类蛋白的缺失会促进鞘脂的从头合成,造成体内鞘脂的大量积累,内质网(ER)胁迫相关基因的高表达,可引起植物的早衰。此外,敲除ORM基因,改变了植物对生物和非生物胁迫的抗性。这项研究揭示了ORM蛋白调控植物鞘脂生物合成的分子机制,以及其在抗逆应答中的重要生物学功能。(Plant Cell

 

 

科学家解析siRNA合成调控

 

RNARNA沉默的核心因子,但它们的细胞质区室化和可能对它们活动的影响,还没有在基因组规模上得以研究。研究人员对小RNAsmRNAs的亚细胞分布的研究发现,miRNAssiRNAs在它们的细胞膜-细胞质分区上存在显著差异,所有miRNAs(包括22-nt miRNAs)与膜结合的多核糖体(MBPs)有关。在某种程度上,植物miRNA效应物AGO1以一种独立于RNA的方式与膜相关,招募miRNAs到膜上,并对MBPs行使其核酸内切酶活性。在ago1突变体中降低的22-nt miRNAs膜相关性,可导致phasiRNAs的水平降低或缺失。该研究还发现,TAS转录本,本来被认为是非编码的,实际上以一种支持phasiRNA生产的方式与MBPs结合。这些结果将MBPs确立为植物miRNAs的作用位点,并揭示了核糖体和ERsiRNA生物合成中的作用,从而扩展了粗内质网的已知功能。(eLife)

 

 

拟南芥DNA主动去甲基化调控新机制被揭示

 

DNA甲基化是植物和哺乳动物中最主要的表观遗传修饰之一,它广泛参与转录抑制、转座子沉默、细胞发育与分化调节等过程,对维持物种的基因组稳定性、调控基因表达具有重要作用。DNA的甲基化过程和与之拮抗的去甲基化过程共同决定了基因组甲基化总水平及其分布模式。在植物中,DNA主动去甲基化过程是通过ROS1家族介导的碱基切除修复机制来实现的。研究发现一对Harbinger转座子衍生蛋白(HDP蛋白)-HDP1HDP2IDM复合体的新成员。HDP1在细胞核中与HDP2相互作用,并且对于IDM1组蛋白乙酰转移酶活性是必需的。此外,HDP2MBD7靶向的基因组位点大部分重叠。该研究表明,HDP1-HDP作为IDM组蛋白乙酰转移酶复合物的新组分与其他蛋白共同决定了该复合物的靶向特异性,从而在DNA主动去甲基化及防止表观遗传沉默途径中发挥重要作用。(Cell Research

 

 

植物中实现基因高效率单碱基定点替换

 

CRISPR/Cas9系统已应用于农作物遗传改良,研究人员改造了CRISPR/Cas9系统,通过利用胞嘧啶脱氨酶、Cas9D10A)和尿嘧啶糖基化酶抑制剂 (UGI)的融合基因(BE3),构建植物表达载体,以水稻OsPDSOsSBEIIb为靶标基因进行单个碱基定点替换研究。结果表明,在所选的3个靶点中,均获得预期定点突变植株,即在靶点序列的4-8位置由胞嘧啶C突变成胸腺嘧啶T(或鸟嘌呤G突变成腺嘌呤A),效率最高可达20%左右。该系统在植物中的成功利用,表明其可作为一种可行、有效的单个碱基定点替换方法用于农作物遗传改良。重要农作物CRISPR/Cas9介导的基因组定点修饰体系的建立,可望大大加快农作物育种进程,具有重要理论价值和应用前景。(Molecular Plant

 

 

Crispr/Cas系统研究获进展

 

CRISPR-Cas系统由成簇且有规律间隔的短回文重复序列和它的相关蛋白(Cas)构成,它是原核生物中的由RNA介导的获得性免疫系统,其主要功能是抵御外来入侵的遗传物质。研究人员解析了结合有sgRNAC2c1晶体结构。C2c1由两个区域构成,分别是具有识别sgRNA功能的REC区域和具有核酸酶功能的NUC区域。sgRNA是由crRNAtracrRNA人工嵌合而成,其中,crRNA结合在C2c1的中心孔道内,tracrRNA则被安置在C2c1外表面的凹槽中。进一步观察发现C2c1对应的sgRNA呈现出一种与Cas9对应的sgRNA或最近报道过的Cpf1所对应的crRNA显著不同的结构。受到这个新结构的提示,研究人员一方面分析了其他物种的C2c1所对应的sgRNA结构,另一方面缩短了该sgRNA的长度,并进行活性实验,两方面的结果都初步验证了这种独特结构的真实性和有效性。此外,该研究还发现目的序列的单个碱基突变可以显著降低C2c1剪切活性,这表明C2c1对靶定的目的序列有极其严格的要求,这一研究结果有助于开发新的基因组编辑工具,降低基因编辑过程中的脱靶现象。(Molecular Cell

 

研究人员发现最早的银杏植物木材化石

 

现生银杏Ginkgo是广为人知的活化石,目前只有一属一种(Ginkgo biloba),该银杏属确凿的营养叶和繁殖器官化石记录可以追溯到侏罗纪早中期(距今1.7亿年)。但是现生银杏属的木材化石在白垩纪之前报道很少。中法科学家研究小组在辽宁西部北票地区侏罗纪地层中发现了一种新的银杏木材化石,被命名为“辽宁银杏木”(新种)(Ginkgoxylon liaoningense sp. nov.)。该银杏产自中、晚侏罗世之交的髫髻山组地层,距今有约1.6亿年历史,化石结构构造保存完好,具有银杏属Ginkgo的典型木材解剖特征。其生长轮清晰,不具树脂道,具有膨大的垂向薄壁细胞束,具异细胞,排列有序的柏木型交叉场纹孔,射线细胞水平壁及端壁不具孔,双列对生的径壁纹孔上方常见眉条,径壁纹孔为混合类型(既有南洋杉式径壁纹孔,又有冷杉式径壁纹孔,且南洋杉式径壁纹孔约占40%-50%)。上述解剖特征与现生银杏Ginkgo极为相似,仅径壁纹孔特征稍有差异(现生银杏冷杉式径壁纹孔占绝大多数,南洋杉式径壁纹孔所占比例较小)。这一发现代表了现生银杏木材演化的原始类型和早期阶段,对揭示银杏木材化石的演化具有重要意义。(Scientific Reports

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