生物技术前沿一周纵览(2017年3月31日)

2017-03-31 | 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(2017331日) 


WOX家族基因STF影响植物叶型发育

 

叶片是植物进行光合作用的主要器官,叶片的形态、结构等叶型性状直接决定植物的光合作用效率进而影响其生物产量,因此开展叶型性状遗传改良是培育高光效作物新品种的有效途径。研究发现过表达WOX家族基因STF能够引起水稻、二穗短柄草和柳枝稷等禾本科植物的叶片变宽、加厚,茎秆粗壮,光合效率明显提高,抗倒伏能力显著增强。统计分析发现过表达STF柳枝稷的生物产量增加近一倍,同时刈割后柳枝稷材料再生能力显著增强,表明叶型控制基因STF在提高禾本科作物生物产量方面的巨大应用潜力。进一步研究发现STF基因通过直接抑制植物细胞分裂素氧化酶家族基因表达,导致植物体内植物激素细胞分裂素的动态平衡发生改变。上述研究工作初步揭示了WOX家族基因STF影响植物叶型发育的分子调控机制,为作物高光效遗传改良和育种实践提供了重要的理论基础。(PLoS Genetics

 

 

成功培育了可表达阻断棉铃虫激素合成dsRNA的转基因棉花

 

植物寄主介导的RNAi技术,对于植物鞘翅目和鳞翅目害虫的防治具有巨大的潜力。研究人员通过大量RNAi靶标的筛选,确定控制昆虫保幼激素代谢的关键基因为最佳靶标。培育了可表达阻断棉铃虫激素合成dsRNA的转基因棉花,该转基因棉表现出很强的抗虫性,尤其对于Bt耐受性棉铃虫系有很好防治效果。分子检测结果表明,转基因棉花成功表达了高量dsRNA,受试昆虫体内靶基因表达明显下调,保幼激素本身合成被显著抑制。聚合上述RNAiBt的转基因棉花抗虫效果进一步增强。(Plant Biotechnology Journal

 

 

植物抗逆分子育种候选基因研究获进展

 

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是一类重要且广泛存在于植物中的转录因子超家族,,是植物抗逆分子育种的理想候选基因。研究人员以沙漠耐干苔藓齿肋赤藓为研究材料,以齿肋赤藓转录组数据库为基础,通过生物信息学方法从齿肋赤藓中共鉴定出80AP2/ERF家族基因。且基于AP2结构域个数、多序列比对、进化树分析和motif预测对80个基因进行明确的亚家族分类,结果表明齿肋赤藓的80AP2/ERF基因包含5AP2亚家族成员、72ERF成员、1RAV基因和2Soloists基因。齿肋赤藓AP2/ERF家族各个亚家族成员基因所占的比例与模式藓类小立碗藓基本一致,但相对被子植物拟南芥来说,齿肋赤藓ERF亚家族成员出现明显扩张,相应的AP2RAV亚家族家族数量变小。对研究最为透彻且抗逆通路中起主导作用的DREB亚家族的分析表明:从齿肋赤藓中鉴定出来的DREB亚家族成员大部分基因属于A-5DREB,且不同DREB基因对苔藓植物特有的干旱复水过程的响应模式不同,大部分A-5类基因主要在复水阶段强烈诱导表达。(Frontiers in Plant Science

 

                                                             

利用CRISPR/Cpf1系统简单高效实现水稻多基因定点编辑

 

CRISPR/Cas9系统在基因定点编辑方面已经得到了大量的应用,然而CRISPR/Cas9系统依然存在着一定的局限性。研究人员利用Francisella novicida Cpf1 (FnCpf1) Lachnospiraceae bacterium ND2006 Cpf1 (LbCpf1)对水稻进行单位点和多位点基因敲除的测试,研究表明上述两个Cpf1只需一条非常短的20-21bp的直接重复序列(direct repeats, DR)加上22-24bp的靶位点识别序列(guide)即可实现单基因敲除,更重要的是,把多个DR-guide单元直接串联,只需要一个启动子驱动即可简单高效地实现多基因敲除。该研究利用4DR-guide单元组成的CrRNA短阵列分别对水稻RLKCYP81A家族的四个基因进行编辑,各位点的敲除效率达到40-75%。该系统简单、高效地在水稻中实现了多基因定点编辑,拓展了CRISPR系统在植物中的应用,为水稻基因组定点编辑提供了一个新利器。(Molecular Plant

 

 

GmILPA1基因可调控大豆叶柄夹角大小

 

理想株型是现代作物品种重要的代表性农艺性状。大豆叶柄夹角影响冠层结构、光合作用效率,并最终影响产量,是大豆重要农艺性状之一;但调控叶柄夹角的调控机制尚不明确。研究人员通过分析大豆叶柄夹角增大的Gmilpa1突变体,鉴定并分离了控制大豆叶柄夹角的GmILPA1基因。该基因编码APC8-like蛋白,可以与GmAPC13a直接相互作用,通过APC复合体行驶功能。研究发现伽马射线诱变导致GmILPA1基因第4外显子及侧翼序列缺失,突变体叶枕发育异常、叶柄夹角增大(如图);GmILPA1基因主要在叶原基基部细胞表达,通过促进细胞增殖及分化控制叶枕的形态构成。该研究不仅首次揭示了调控大豆叶枕结构调控叶柄夹角的遗传机制,而且证明在不同大豆品种中,GmILPA1基因表达水平越高,叶柄夹角越小,两者呈显著负相关。相关研究成果对于通过优化叶柄夹角,改良大豆株型具有重要意义。(Plant Physiology

 

 
科学家揭示大豆生态适应性遗传机制

 

大豆长童期(LJ)性状在上世纪70年代被发现,并成功应用于低纬度地区大豆育种。LJ性状的导入,突破了大豆在低纬度地区产量极低的限制,使大豆在低纬度得以快速扩张和推广。上世纪90年代,研究发现J是控制大豆LJ性状的关键位点,然而其编码基因和分子调控机制一直未明确。研究团队通过正向遗传学的方法图位克隆了J基因,发现J基因是拟南芥ELF3的同源基因,通过功能互补实验和近等基因系等方法验证了基因的功能。J基因多种变异的产生是大豆适应低纬度地区和产量增加的重要进化机制,低纬度地区的环境压力是J基因产生变异的主要驱动力。(Nature Genetics

 

 

大豆残体转化的微生物分子特征研究取得进展

 

农田有机质含量降低是黑土退化的重要表征之一,秸秆还田被认为是维持土壤有机质含量、改善土壤生态环境的重要手段之一。研究人员采用13C标记示踪技术,在明确大豆根残体向黑土土壤碳库归还量大于茎和叶残体的基础上(Lian et al., 2016, Biology and Fertility of Soils),进一步解析了13C标记的大豆茎秆残体向低、高有机质含量黑土(SOC含量分别为1450 g/kg)的转化情况。研究发现秸秆碳转化在不同有机质含量黑土中存在明显分异。相同量的秸秆碳向有机质含量高的黑土各有机碳库(粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳和矿物结合有机碳)贡献量显著高于低有机质含量的黑土;此外,秸秆还田对土壤固有有机碳产生了激发效应,其效应在低有机质含量的黑土上体现更为显著;同时采用高通量测序技术分析了秸秆添加对黑土土壤微生物群落结构的影响,在属以及OTU水平上揭示了土壤碳库变化与微生物群落结构的响应关系;发现在低有机质含量黑土中,VerrucosisporaXanthomonadalesSteroidobacter对秸秆还田响应显著,而在高有机质含量黑土中,Anaerolineaceae_uncultured是主要的响应菌属。另外,土壤微生物群落结构与碳沉积等因子的典范对应(CCA)分析揭示了土壤细菌群落结构与不同SOC碳库的关联。(Biology and Fertility of Soils 

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