生物技术前沿一周纵览(2017年4月14日)

2017-04-14 | 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(2017414日)


关键基因GW5控制水稻粒宽与粒重

 

水稻粒型是决定籽粒重量进而影响水稻产量和品质的重要性状。GW5/qSW5在水稻资源中普遍存在,受环境影响较小且对粒型性状贡献率较高,对培育优质高产水稻品种具有重要的应用价值。科研人员经过深入研究,明确了位于该1,212-bp缺失区域上游一个编码钙调蛋白的基因,能够显著影响水稻粒宽,是GW5/qSW5位点的候选基因,仍命名为GW5,其主要在水稻籽粒发育时期的颖壳中表达。存在于宽粒品种的1,212-bp缺失通过调控GW5的表达量进而调控籽粒大小。进一步研究发现,GW5蛋白定位在细胞质膜上,并可与油菜素内酯信号途径中的一个关键激酶GSK2直接互作,抑制GSK2磷酸化下游两个转录因子BZR1DLT活性,使得非磷酸化状态的BZR1DLT积累并进入细胞核中,调控BR下游响应基因表达,进而调控水稻粒型等生长发育过程。研究人员还发现,通过CRISPR技术将GW5基因敲除,可以增加其它不含1,212-bp缺失的水稻品种籽粒的粒宽和粒重,达到增产的效果。Nature Plants

 

 

柑橘基因CitRWP与多胚性状的关联程度最高

 

柑橘的多胚性是自然界中最稳定的无融合生殖类型之一,具有独特的研究与育种价值。研究人员利用柑橘基因组平台优势结合前期构建的遗传群体,针对性设计了极端表型混池测序和局部基因关联分析的策略,将柑橘多胚位点定位到一段80-Kb的区域,包含11个候选基因。进一步精细剖析发现候选基因CitRWP与多胚性状的关联程度最高,并表现出胚珠特异表达的特点,且在多胚的表达显著高于单胚。在多胚柑橘品种中,该基因启动子区域有MITEMiniature Inverted-repeat Transposable Element)转座子插入,并在786份自然变异资源中与多胚性状完全共分离。为进一步精确利用“多胚性”分子设计辅助柑橘育种提供基因资源,同时对于大田作物引入无融合生殖性状固定杂种优势也具有借鉴价值。Nature Genetics

 

 

解析植物RNA编辑的分子机制

 

蛋白因子是如何协同参与植物细胞器RNA编辑的分子机制的?研究人员将拟南芥中所有的PLS-type PPR蛋白进行序列保守性分析,获得了PLS-type PPR蛋白的晶体结构,揭示了PLS这三类重复单元结构的差异性。同时对MORF家族蛋白成员进行结晶筛选,解析了MORF9蛋白的结构,发现其是一类新型的蛋白结构。研究人员通过生化实验证实(PLS)3PPR通过PLS三联体和MORF9相互作用,并解析了(PLS)3PPR - MORF9复合物晶体结构。结构显示L-type重复单元在介导蛋白相互作用过程中发挥关键的作用, (PLS)3PPR - MORF9复合物比(PLS)3PPR单体有更强的RNA结合能力。研究提出MORF蛋白在RNA编辑中发挥功能的分子机制:在没有MORF蛋白存在的情况下,PLS-type PPR蛋白有较弱的靶标RNA结合能力;而当MORF蛋白存在时,可以引起PLS-type PPR蛋白构型发生改变,从而增强其对靶标RNA的结合能力。Nature Plants

 

 

解析TOR激酶信号通路

 

在植物生长中,根尖分生组织和茎尖分生组织分别负责植物地下根和地上茎组织的生长发育。研究人员利用拟南芥作为植物研究材料揭示了葡萄糖和光/生长素作为上游信号通过不同的通路来精密调控雷帕霉素靶蛋白(TOR)激酶的活性从而以不同的方式来调节植物茎尖和根尖分生组织活性。并发现了TOR上游的关键调控元件小G蛋白ROP2,填补了植物中TOR信号通路上游调控元件的空白。PNAS

 

 

麻欠树皮抗炎成分和活性有定性

 

傣药麻欠,学名毛大叶臭花椒(Zanthoxylummyriacanthumvar. pubescens),具有治疗消化不良、清热解毒和消肿止痛的功效,并且傣医用麻欠树皮部位治疗肠炎、结肠炎等疾病,是一种常用的傣药植物。研究人员对麻欠树皮进行了系统地研究。对麻欠树皮石油醚萃取物通过GC-MS定性分析鉴定了44个化合物;对麻欠树皮乙酸乙酯萃取物和正丁醇萃取物通过植化手段共鉴定了18个化合物。应用体外脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)诱导的RAW 264.7 细胞模型研究了麻欠树皮的体外抗炎活性,石油醚和乙酸乙酯部位具有较强的NO清除作用,即较好的抗炎活性。从乙酸乙酯萃取物中分离出的生物碱decarineNO的半数抑制率IC50RAW264.7细胞上检测结果分别为48.43 μM。进一步研究发现麻欠树皮石油醚,乙酸乙酯和正丁醇三部分萃取物可有效下调脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)诱导的THP-1 细胞模型中促炎性细胞因子IL-1β, IL-6表达,生物碱decarine 可有效下调TNF-α+IL-1β诱导的Caco-2 细胞模型中促炎性细胞因子的IL-1β, IL-6表达。此发现验证了傣医用麻欠树皮部位治疗肠炎、结肠炎等疾病的传统应用以及为进一步药物开发提供了有力的科学依据。(PNAS)

 

 
野生稻保护刻不容缓

 

普通野生稻(Oryza rufipogon)经过近万年的驯化到农家品种,伴随着遗传多样性的减少和很多优异基因的丢失。野生稻被证实含有大量的抗虫、抗病基因资源,因此,野生稻资源在应对未来水稻稳产高产的挑战中具有重大价值。然而,随着现代农业耕地面积的逐渐扩大,普通野生稻的野生栖息地被不断破坏,加上来自栽培稻的遗传侵蚀,野生稻资源也不断萎缩。研究人员通过对已发表的大量野生稻和栽培稻基因组数据的深入挖掘,发现野生稻基因组中有着人工选择驯化的痕迹,从而巧妙地证实有大量栽培稻基因流入野生稻群体。全基因组分析发现,现存野生稻群体中有着大量的来自栽培稻的遗传成分,甚至部分“野生稻”就是近期野化的栽培稻。而且亚洲不同地区野生稻群体,其遗传成分和本地种植的栽培稻成分有着很大的相关性。通过这些令人意外的证据,证明当前的野生稻应被视为一个“杂种群”,而非一个独立物种,它通过广泛的基因流和栽培稻联系在一起,随着栽培稻共同演化。这一发现也告诫人们,实施更加科学的野生稻资源保护已刻不容缓。(Genome Research

 

 

 

蛇足石杉中参与石杉碱甲合成的关键基因取得进展

 

蛇足石杉 (Huperzia serrata) 作为蕨类中石松类石松科石杉属的一个物种,是迄今报道含有包括石杉碱甲 (Huperzine A) 等重要石松类生物碱最丰富的药用植物,俗称千层塔,在中药使用中有悠久的历史。研究人员对蛇足石杉的不同组织 (根、茎、叶和孢子) 进行了全面的转录组分析,对参与石杉碱甲生物合成途径中的五类功能基因进行了验证和预测,得到了已被生化验证功能的赖氨酸脱羧酶 (LDC)、铜胺氧化酶 (CAO) 和三型聚酮合酶 (PKS) 的各类多个全长基因。在此基础上,基于化合物形成和修饰的化学原理认识,进一步解析了石松类生物碱骨架形成和修饰相关的关键功能基因小檗碱桥酶 (Berberine bridge enzyme (BBE)) 以及开环马钱子苷合酶 (secologanin synthase (SLS))等细胞色素单加氧酶。本研究在丰富蛇足石杉功能基因组数据库的同时,对石杉碱甲生物合成途径解析提供了可靠的数据支持,为全面解析石杉碱甲的生物合成途径开辟了道路。(BMC Genomics

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