生物技术前沿一周纵览(2017年5月12日)

2017-05-12 | 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(2017512日) 


WRKY转录因子基因可能参与调控大豆种子大小

 

栽培大豆(Glycine max)由野大豆(Glycine soja)驯化而来,在驯化过程中大豆种子显著变大。研究组发现,位于种子大小相关的QTL位点区间内的SoyWRKY15a基因在栽培大豆SN14和野大豆ZYD00006间存在差异表达。群体分析表明该基因在栽培大豆中的位点GmWRKY15a和野大豆中的位点GsWRKY15a编码区序列完全一致,但GmWRKY15a在果实中的表达量显著高于GsWRKY15a,且GsWRKY15a的表达量和调控区单倍型变异均与种子大小显著相关,暗示其可调控种子大小。进一步分析发现,SoyWRKY15a5′非翻译区(5UTR)中CT的重复数目变异影响了它的表达量,而该调控区单倍型的变异式样则表明该基因很可能与大豆的驯化有关。(Journal of Experimental Botany

 

 

 

研究人员利用STTM技术发现水稻miRNA的新功能

 

MicroRNAmiRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约21个核苷酸的小分子RNA,它在调控植物的器官发育、信号转导和响应逆境胁迫过程中起着重要作用。由于miRNA基因较小,且大多数miRNA家族都有多个成员组成,具有遗传冗余性,所以很难通过传统的基因功能缺失突变体的方式来研究miRNA的功能。研究人员利用STTM技术降低了35个水稻重要miRNA家族的表达水平,发现了水稻许多miRNA调控农艺性状的新功能,同时验证了miRNA也可以作为作物改良的重要靶标。在STTM-miRNA水稻株系中,发现miRNA参与调控了水稻株高、分蘖数、穗粒数等众多重要的农艺性状,且这种受调控的表型可在连续5代中稳定遗传。通过这种方法,研究人员发现了多数miRNA具有一些重要的新功能,比如miR172具有影响茎的发育和穗的密度、miR156具有影响根发育的新功能。同时,通过对miRNA的遗传调控,证明了miRNA可以作为作物改良的重要靶标。比如通过调控miRNA398的表达水平,可以提高水稻的穗粒数和穗长等,进而提高水稻的产量。(PNAS

 

 

 

HDA15基因调控种子萌发

 

研究团队以模式植物拟南芥为研究材料,鉴定出参与光调控种子萌发的关键抑制因子——组蛋白去乙酰化酶HDA15。遗传学分析发现,在拟南芥中突变HDA15基因促进光敏色素BPHYB)介导的种子萌发,而过量表达HDA15基因则抑制这一过程;进而研究发现HDA15在遗传学上作用于PHYB下游,且HDA15抑制种子萌发依赖于一个关键的转录因子——PIF1蛋白。生化及转录网络分析显示,在远红光(或弱自然光)条件下,HDA15-PIF1在种子内发生蛋白互作,形成一个重要的转录抑制模块,共同抑制了包括赤霉素和生长素信号以及细胞壁水解等与萌发密切相关的267个基因的表达。进一步研究表明,HDA15-PIF1模块通过组蛋白去乙酰化作用降低萌发相关基因的转录活性和表达,从而抑制种子萌发的起始;相反,在红光(或强自然光)照射下,活化的PHYB诱导HDA15-PIF1模块从萌发相关基因上解离,解除转录抑制,从而起始种子的萌发。研究揭示了HDA15-PIF1为光敏色素介导的种子萌发途径中一个重要的基因转录调控模块。在不利的生长条件如黑暗时,植物种子通过该模块抑制基因转录从而维持休眠状态;而待阳光充足气温上升时,该模块自动解除,植物得以正常萌发和生长。(Nucleic Acids Research

 

 

 

玉米基因组编辑育种取得新进展

 

传统育种中,目标基因在受体品种中的聚合与导入依赖减数分裂过程中的遗传重组与交换,不可回避会面临连锁累赘(linkage drag)问题,显著影响育种效率。研究组采用基于CRISPR原理的RNA指导的Cas9核酸酶玉米基因编辑技术对玉米LG1LIGULELESS1)基因第1外显子序列进行定向突变,产生基因敲除突变,定向突变率达到51.5%91.2%。研究人员把携带定向编辑LG1工具的玉米植株与一系列受体杂交,通过植株活体基因编辑工具定向编辑受体目标基因,实现了达到11.79%28.71%活体目标基因编辑定点突变活性,且可以稳定遗传。目标基因突变后,植株突变表型明显,叶片夹角表型减小至对照的50%。田间试验还表明该突变紧凑株型表型具备通过增密从而实现增产的潜力。(Plant Biotechnology Journal



 

 

治理害虫对Bt作物抗性的新策略

 

高效控制虫害、减少化学农药用量的转Bt基因抗虫棉花、玉米和大豆已在世界范围内广泛种植,近年来,因害虫产生抗性导致防治失败的案例不断出现,已成为影响Bt作物持续利用的最主要因素。研究人员对我国长江流域Bt棉花与红铃虫的互作关系开展了11年的研究工作。结果表明,长江流域红铃虫2008年左右已进入早期抗性阶段,但此后生产上开始大规模种植F2代杂交抗虫棉。由于抗虫杂交棉父、母本多为一个抗虫棉品系和一个常规棉品系,其F2代分离产生普通棉株,这些分离的普通棉花为红铃虫提供了避护所。对红铃虫自然种群抗性基因的分析显示,抗性多产生于Bt受体钙粘蛋白基因的突变,为隐性遗传。这样,Bt棉株存活的抗性红铃虫与普通棉株敏感红铃虫交配产生的杂合子,仍然可以被Bt棉花杀死,而不能形成抗性红铃虫种群。进一步对长江流域617个样点红铃虫种群发生量及Bt抗性水平的监测表明,随着F2代杂交抗虫棉大面积的生产应用,红铃虫对Bt棉花的抗性发展受到了有效控制。该研究首次证明了Bt作物和非Bt作物种子混合可以有效治理害虫的抗性,发展了害虫抗性治理的新方法和新策略,对推动Bt作物产业和转基因作物环境风险管理工作的发展有重要理论和应用意义。(PNAS)

 

 

 

科学家构建出目前最高质量的植物基因组参考序列

 

为了利用现有的技术进行高质量的植物基因组组装,研究人员从2014年开始对一个籼稻基因组蜀恢498R498)进行PacBio单分子测序,结合遗传图谱和fosmid文库测序,并利用了BioNano光学图谱的验证,最后得到一个长度为390.3 Mb的基因组,共由17个连续DNA片段(Super-Contig)组成,包括7条头尾相连的染色体和5条分成两个Super-Contig的染色体。蜀恢498的基因组是目前所有高等动植物中组装质量最高的基因组,除了5个着丝粒重复序列区域和其它少数几个串联重复序列区域,整个基因组都被组装了出来;其基因组完整性和连续性都大大高于日本晴及拟南芥等基因组,且有更低的错误率。结果也显示了籼稻的基因组大小不超过395 Mb。他们在R498序列中发现了两个核仁组织区,多于日本晴基因组的一个。通过比较两个基因组上的基因序列可以看出,超过2/3的基因有序列上的差异,两个基因组之间也含有大量的由于转座子独立插入导致的结构变异。此外,他们还组装出了一个完整的线粒体序列,发现了日本晴线粒体序列中的几个大的错误,也发现了目前日本晴基因组参考序列中错误地掺入了很多线粒体和叶绿体的序列。作为参考基因组,R498序列将被用于籼稻突变基因的定位,及籼稻群体的全基因组关联分析。(Nature Communications

 

 

 

首次从水稻中鉴定到新型生物硝化抑制剂

 

硝化作用是农田氮素转化的主要途径,与氮素损失和利用有非常密切的关系。维持氮素以NH4+ 的形式存在是提高作物氮素利用率的关键之一。由于合成硝化抑制剂价格昂贵,在不同土壤类型中性能不稳定,而且存在生态环境和食品的安全隐患等,开发植物源的生物硝化抑制剂(BNIs)显得十分必要。研究人员利用自我创制的根系分泌物原位收集系统和GC-MS分离鉴定技术,通过测定19个籼稻、粳稻品种的根系分泌物活性,首次从重要粮食作物水稻中鉴定到一种新型的BNIs——1,9-癸二醇,发现其主要通过抑制氨单加氧酶(AMO)过程来抑制硝化作用,并明确了1,9-癸二醇是水稻根系分泌的天然物质,对潮灰土的硝化作用有显著抑制效应,抑制效应显著大于目前农牧业生产中普遍使用的双氰胺(DCD)。进一步通过19个水稻品种15N同位素标记实验,揭示了生物硝化抑制效应、1,9癸二醇含量与水稻品种氮吸收利用效率之间有密切的联系。(New Phytologist

 

 

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