生物技术前沿一周纵览(2017年3月10日)

2017-03-10 | 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(2017310日)

水稻利用蛋白质磷酸化介导一条线性化的几丁质信号通路

 

MAPK级联蛋白通路在植物响应外界和内源信号中十分重要,是几丁质介导的免疫激活信号通路的重要组成部分。但几丁质受体如何传递到MAPK级联蛋白的机制还不清楚。研究人员通过对OsRLCK185蛋白进行酵母双杂筛选,获得了与其互作的蛋白OsMAPKKKε。两者的C端结构域互作,并将其磷酸化。过量表达OsMAPKKKε激酶结构域会引发MAPK激活和强烈的细胞坏死,而失去C端结构域的OsMAPKKKε蛋白也能在烟草里导致类似表型,暗示该蛋白的C末端在信号传递中起着负调控作用。在内源MAPKKKε沉默的水稻或烟草里,MAPK响应几丁质的激活能力减弱。诱导表达OsMAPKKKε激酶结构域或全长蛋白的水稻对几丁质处理更敏感,即MAPK的激活增强。研究组揭示了几丁质受体OsCERK1的底物RLCK185,能够直接磷酸化MAPKKKε,激活MAPK信号通路,该研究填补了稻瘟病特征分子——几丁质感知和MAPK级联放大信号之间的空白。(Molecular Plant

 

 

成功构建首个陆地棉的综合变异图谱

 

棉花纤维是重要的天然纺织纤维,在国民经济中占据着重要地位。研究人员从世界主要棉区收集了31份陆地棉野生种和321份驯化种进行基因组重测序研究,得出的数据构建了陆地棉的首个综合变异图谱,包括单碱基多态性(SNP),插入/缺失(InDel)和结构变异(SV)。通过比较,在全基因组范围内鉴定了93个驯化选择区间。该区间包含大量功能基因,与陆地棉的一些主要农艺性状的形成有关,例如株高,抗病性和纤维品质等。研究首先利用267份材料对纤维品质相关性状进行全基因组关联分析,一共鉴定了19个显著位点,其中有4个位点位于驯化选择区间中。进一步从陆地棉A亚基因组鉴定了一些受到驯化选择的基因,与纤维的长度相关;在D亚基因组鉴定了一些与逆境响应相关基因,这些基因在驯化种中下调表达,可能促进纤维的伸长。另外,研究发现D亚基因组的类黄酮代谢关键基因受到驯化选择,在驯化种中下调表达,可能与白色纤维的发育相关。为了分析基因差异性表达的原因,研究人员巧妙地将DNAI酶切测序和三维基因组技术结合起来,鉴定了大量启动子上的顺式调控元件和远距离作用的增强子元件。这些转录调控元件受到了强烈的驯化选择,与基因的差异表达相关。(Nature Genetics)

 

 

青藏高原青稞的早熟受EAM8 (EARLY MATURITY 8)内含子影响

 

青稞即裸大麦(Hordeum vulgare var. nudum),是青藏高原极具特色的作物类型,研究青稞早熟性(early maturity)形成的遗传机制对于揭示青稞对青藏高原极短生育期条件的适应和进化过程具有重要的科学意义。研究组在青海西宁和四川温江两地的表型鉴定结果发现,来自西藏的青稞地方品种“拉鲁青稞”开花时间比晚熟品种“迪青1号”早15-21天,生育期差异显著。通过对来自于拉鲁青稞(早熟)×迪青1号(晚熟)杂交组合的279F2个体的表型分析,认为“拉鲁青稞”的早开花性状由单个隐性基因控制。进一步的遗传和物理图谱构建工作将该控制基因定位于1HL上并确定其为生物种基因(circadian clock genesEAM8的隐性等位变异。亲本EAM8 DNAcDNA的序列分析结果表明,“拉鲁青稞”EAM8第三个内含子(intron 3)中存在的A/G替换导致该基因在转录时发生可变剪接(alternative splicing)和内含子保留(intron retention),之后提前出现的终止密码子最终导致无功能的截断蛋白(putative truncated protein)的形成,将该等位基因定名为eam8.l。在自然群体中的EAM8单体型(haplotype)检测结果表明,eam8.l存在于青藏高原野生大麦和青稞地方品种中且具有相同的早熟特性,推测该等位变异可能来自于西藏野生大麦。该研究发现的eam8.l等位基因是植物中第一个发现的可变剪接导致早熟的自然突变基因。 (Theoretical and Applied Genetics)

 

 

光保护过程在青川箭竹响应干旱和盐胁迫中的差异性作用

 

干旱和盐化是最为常见且并发的非生物胁迫因子,极大地限制着植物的生产力水平。研究人员以青川箭竹(Fargesia rufa)为研究对象,从光保护和抗氧化过程的角度出发,系统地研究其对干旱和盐胁迫的响应过程。结果表明:1) 干旱胁迫对青川箭竹植株的伤害较小,主要原因与其此时具有较高的热耗散和水循环能力,同时提高了SODAsA-GSH循环过程中抗氧化酶的活性,并维持了AsA/GSH的氧化还原平衡等密切相关。2) 相比之下,盐胁迫和干旱+盐胁迫对青川箭竹植株的伤害较大,表现在光化学活性的急剧下降,甚至失活,以及严重的氧化损害(特别是叶绿体和线粒体结构被破坏),尽管此时零星的保护过程,如GSH氧化还原状态被激活。研究结果表明,青川箭竹能够高效地激活其光保护过程以应对干旱胁迫带来的损伤,从而在干旱缓解后加速其光合效能的恢复。(Functional Plant Biology

 

 
水稻光合碳和微生物同化碳的转化与微生物利用特征研究获进展

 

土壤中植物残体、凋落物、根际沉积以及微生物同化碳等形式输入的外源碳,是土壤有机碳的重要来源,其在土壤中的周转过程是构成土壤碳循环的重要组成部分。研究团队在前期研究的基础上,采用碳同位素标记技术和磷脂脂肪酸的稳定同位素探针技术(13C-PLFA-SIP),模拟不同来源的“新碳”(13C-标记的水稻秸秆、根系、根际沉积碳以及微生物同化碳)在水稻土中的转化、分配以及微生物利用与响应特性。结果表明,在模拟培养过程中,水稻秸秆和根系碳在微生物作用下快速分解转化为可溶性有机碳(DOC),增加其在微生物量碳(MBC)和土壤有机碳(SOC)库中的分配,随着易利用态碳的消耗,在SOC中的分配率也逐渐降低;而根际沉积碳和微生物同化碳在DOCMBCSOC中的分配变化相对较小;300天培养实验结束后,大约10%的秸秆碳,16.5%的根系碳,45.2%33.8%的根际沉积碳和微生物同化碳最终稳定于SOC。水稻秸秆碳和根系碳输入土壤后显著增加了13C-PLFA的总量;在这两种碳源转化过程中,参与其转化的土壤微生物种群结构发生了明显的变化,而参与根际沉积碳和微生物同化碳转化的微生物种群结构变化不明显,表明土壤外源碳的种类、输入形式及其可利用性驱动着土壤微生物种群结构的变化;同时也表明,秸秆还田对提高土壤有机质积累的效率并不高;然而,尽管根际沉积碳和微生物同化碳输入土壤中的总量不大,但由于是连续性输入土壤,并能与土壤矿物进行有机结合,土壤土著微生物对其具有一定的适应性,降低了分解释放比例,增加了在土壤有机质中的固持;进一步说明了土壤外源碳的投入方式、物质结构以及碳源在土壤中的稳定性决定了其对土壤有机质积累的贡献率。(Plant and Soil

 

 

小桐子基因组中发现3个开花抑制基因

 

开花是高等植物由营养生长进入生殖生长的重要标志,受促进或抑制开花基因的双重调控。FT/TFL1基因家族在植物的成花过程中起着重要的作用,其中TFL1TERMINAL FLOWER 1)类基因发挥着抑制开花的功能。研究人员对能源植物小桐子(Jatropha curcas)的3TFL1同源基因JcTFL1aJcTFL1bJcTFL1c分别进行了功能分析。研究结果发现,在野生型拟南芥和拟南芥的tfl1-14突变体中超量表达JcTFL1bJcTFL1c基因均表现出极度晚花现象,且转基因拟南芥的花序和果荚均呈现发育异常;但超量表达JcTFL1a的转基因拟南芥并未呈现开花相关表型异常现象。科研人员进一步分别将3JcTFL1基因在小桐子中进行超量表达,结果表明:3JcTFL1基因超量表达的转基因小桐子则均呈现出延迟开花的表型;同时发现促进开花的基因JcFTJcAP1在转基因植株中显著下调表达。另外,通过RNA干涉技术获得的JcTFL1b 基因沉默的转基因小桐子则表现出早花现象。该研究结果表明,JcTFL1类基因是小桐子的成花抑制基因,具有抑制植物开花的功能。(Scientific Reports

 

 

铁皮石斛多糖生物合成代谢调控研究获进展

 

铁皮石斛是我国传统名贵中药材,由葡萄糖和甘露糖等单糖组成的铁皮石斛多糖被认为是铁皮石斛中的主要功能活性成分之一,具有抗氧化、降血糖和增强人体免疫力等生物活性。为揭示铁皮石斛多糖生物合成代谢调控的分子机制,研究人员通过转录组测序与分析,构建了铁皮石斛不同发育阶段的基因表达信息库,确定了铁皮石斛中果糖和甘露糖的代谢途径及参与其中的135个基因,筛选鉴定了430个糖基转移酶、89个纤维素合成酶基因和627个参与铁皮石斛次生代谢的转录因子;其中37个差异表达的纤维素合成酶基因在铁皮石斛的甘露聚糖合成中起着重要作用;克隆分析了多糖合成途径中的关键酶基因DoPMMDoCSLA6,发现它们除直接参与了铁皮石斛多糖合成代谢途径之外,还与铁皮石斛的抗逆性有关。(Frontiers in Plant Science

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