生物技术前沿一周纵览(2017年6月30日)

2017-06-30 | 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(2017630日)

水稻的免疫反应和抗病性研究获进展

 

稻瘟病是水稻重大病害之一,严重影响水稻的产量和品质。研究人员利用广谱高抗水稻地谷与基因组已经测序的66份非广谱抗病水稻进行GWAS(全基因组关联)分析,并应用高抗水稻地谷与高感材料丽江新团黑谷为亲本构建的重组自交系(抗病性经多年田间自然诱发和苗期接种鉴定)进行共相关分析,发现了编码C2H2类转录因子的基因Bsr-d1的启动子自然变异后对稻瘟病具有广谱持久的抗病性。该等位变异在提高抗病性的同时,对产量性状和稻米品质没有明显影响,因而具有十分重要的应用价值。分析发现全球收集的3000份水稻中有分布于26个国家的313份水稻资源含有该变异位点,表明该位点在育种应用中已获得一定程度的选择,同时也表明该位点还有更大的应用空间。进一步分析发现在地谷中,基因Bsr-d1的启动子区域因一个关键碱基变异,导致上游MYB转录因子对Bsr-d1的启动子结合增强,从而抑制Bsr-d1响应稻瘟病菌诱导的表达,并导致BSR-D1直接调控的H2O2降解酶基因表达下调,使H2O2降解减弱,细胞内H2O2富集,提高了水稻的免疫反应和抗病性。由于先前在水稻等植物中尚未报道过C2H2转录因子和MYB转录因子如何协调减弱H2O2的降解来提高广谱抗病性。这一新型广谱抗病机制的发现极大地丰富了水稻免疫反应和抗病分子理论基础。(Cell)

 

 

长非编码RNA的多样性及其加工成熟机制

 

基因组中存在大量被称为基因组“暗物质”的非编码区域,这些区域能转录产生各种类型的lncRNAs。启动子、增强子区域能转录产生长度在200-2000 ntlncRNAs,包括PROMPTs eRNAs等。基因间非编码区域转录产生的lincRNAsmRNAs一样,经过剪接加工,形成具有5’端m7G帽子和3’端poly(A)尾巴的成熟RNAs。此外,还有一些lncRNAs不具有5'm7G帽子和3' poly(A)尾巴的结构,这些lncRNAs的产生与真核生物RNA的加工成熟过程紧密相关。例如核酶(RNase P)介导形成的3’端具有三螺旋结构的MALAT1lncRNAs;来自内含子、两端有小核仁RNA和蛋白质复合物(snoRNP)保护的sno-lncRNAs;来自多顺反子转录本、具有5’端snoRNA帽子和3’端poly(A)尾巴结构的SPAs;以及来自内含子通过关键核酸序列成环的ciRNAs和通过外显子反向剪接成环的circRNAs。该研究主要对上述多种长非编码RNA的加工生成和代谢机制进行了总结和展望。Trends Genet

 

 

浮萍高效积累淀粉机制研究取得进展

 

浮萍具有快速生长和高效积累淀粉的特性,因此它既是一种未来生物燃料最具有发展潜力的战略性能源植物之一,又是一种研究植物高效积累淀粉分子机制的理想模式体系。研究人利用了转录组、代谢组及其相关酶活测定等方法,挖掘了浮萍高效积累淀粉的关键基因,构建了缺氮处理下浮萍淀粉高效积累的示意图,解析了浮萍代谢流的重新分配途径,即缺氮处理后,底物Glu-1P更易流向淀粉合成途径,而分支途径果胶的生物合成受阻,最终导致浮萍淀粉大量积累,从而进一步解析了浮萍淀粉高效积累的分子机制。该研究不仅为提高浮萍淀粉资源提供了理论与实践,也为淀粉类作物改良提供理论基础和技术支持。Biotechnology for Biofuels

 

 

CRISPR/Cas9基因组编辑技术有望应用于水稻分子育种

 

水稻突变体是进行水稻功能基因组学基础研究和水稻分子设计育种的重要材料。常规的水稻突变体来源于自发突变或化学、物理及生物的诱变,具有很大的随机性和局限性,不能满足大规模的水稻功能基因组学研究和水稻分子设计育种的需求。该研究通过农杆菌介导的水稻遗传转化法,以水稻中花11作为受体材料,对水稻茎基部和穗部高表达的12802个基因进行高通量的基因组编辑,获得了14000余个独立的T0代株系,并对它们的后代进行了部分表型和基因型分析鉴定。这些研究表明,利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术大规模构建水稻突变体库并进行功能筛选是高效便捷获得水稻重要突变体和快速克隆对应基因的有效方法,同时能够为水稻分子设计育种提供重要的供体材料。Molecular Plant

 

 

催化生物合成中N-N键形成的特殊酶:KtzT

 

酶在大多数生物学过程中扮演着关键角色——控制能量转换以及遗传信息和信号的转录和转译。含有氮-氮(N-N)键的分子具有多种结构和生物活性,但是迄今为止还没有研究证明酶能催化有机分子中的N-N键形成。研究人员报告了一种来自血红素依赖性酶KtzT,这种酶能催化哌嗪类生物合成中的N-N键形成,这是非核糖体肽构建的结构单元。研究人员在多年研究的基础上,提出了“酶活性中心稳定化”策略,即针对酶活性中心区域柔性较高、构象易变的特点,通过定向结构修饰来提高其刚性,从而提高酶动力学稳定性。在制备突变体晶体结构时发现,在保持酶活性中心原有骨架基础上,提高其内部二级结构稳定性是改善酶动力学稳定性的有效手段。Nature)

 

 

建立高效的CRISPR-Cpf1基因组编辑系统

 

CRISPR-Cas是当前最强有力的基因组编辑技术。研究人员开发的CRISPR-Cpf1基因组编辑方法,结合单链重组系统实现了基因组精细修改,最高效率达到100%;亦可实现大片段缺失和插入,将原先每轮一周的基因组编辑操作缩短到3天。以L-脯氨酸合成代谢关键酶 γ-谷氨酰激酶的149位甘氨酸为例,应用CRISPR-Cpf1基因组编辑系统对其实施原位饱和点突变,可成功筛选获得抗L-脯氨酸反馈抑制的高产菌株。Nature

 

 
基因改造增加微藻油脂产量

 

人们一直在积极研究使用光养微藻所产生的油脂来制造生物柴油,以补充基于石油的运输燃料。光养微藻是一种借助光、水和二氧化碳生长时可产生油脂的微生物。研究人员使用包括CRISPR-Cas9基因编辑技术在内的多种改造工具,来识别ZnCys因子,正是这种因子负责调控海洋富油微拟球藻的油脂累积。改造ZnCys因子后,研究团队发现,微藻的产油效率翻了一番——最高可达每天每米5克,且生长速度未受影响。 (Nature) 

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