生物技术前沿一周纵览(2017年9月8日)

2017-09-08 | 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(201798日)

反式剪接的翻译调控功能被揭示

 

基因在翻译水平受到广泛的调控。5UTR参与翻译的起始,被认为是翻译调控的关键元件。研究人员通过分析翻译组学(Ribo-seq)数据,发现反式剪接的基因有更高的翻译效率。通过合作研究突变反式剪接的关键位点,观察到突变体有较低的翻译效率。进一步研究表明,反式剪接主要是通过减少5UTR中的上游起始密码(uAUG)和减弱mRNA的二级结构实现的。该研究揭示了5UTR调控翻译的分子机制,为进一步研究翻译水平的调控奠定了基础。 (Genome Research )

                                          

 
苦荞基因组测序揭示芦丁的生物合成及耐逆机制

 

苦荞是少有的药食两用作物之一,具有良好的经济价值和开发潜力。研究人员首次获得了苦荞高质量的参考基因组489.3Mb序列,并注释了33366个蛋白编码基因。研究发现,苦荞约六千万年前经历了一次最近的独立全基因组复制事件,导致基因组中很多耐逆相关基因的扩增和保留。基于比较基因组学和转录组学的研究,鉴定了编码芦丁代谢途径上编码各类酶的基因及调控这些基因表达的MYB类转录因子。研究表明,苦荞中大量可能与植物耐铝、抗旱和耐寒相关的新基因,其产物包括一些转运蛋白以及相关的转录因子。苦荞的耐受高水平非生物胁迫的能力很可能是由于参与信号转导、膜转运和基因转录调控等相关基因家族的扩增引起的。这一研究有助于将苦荞变为研究耐逆的模式植物。苦荞杂交育种在生产实践中具有较高难度,其主要原因是其花器官太小(约2mm)。此参考基因组的获得将有助于通过突变体筛选结合比较基因组研究来创制大花的苦荞,使杂交育种变成常规育种工作,从而尽快提高苦荞的产量,或是增加种子大小,使苦荞的加工变得容易,并消除苦荞的苦味因子(种子中的芦丁水解酶),从而促进苦荞产业的发展。(Molecular Plant

 

 

完成橡胶草基因组序列解析

 

天然橡胶是与石油、钢铁、煤炭并重的世界四大工业原料之一,2015年全球消耗总量达12.14百万吨,产值约170亿美元。橡胶草Taraxacum kok-saghyzTKS)被认为是最有可能成为替代生产天然橡胶的经济作物和科学研究的模式植物。研究人员通过PacBio单分子实时(SMRT)测序技术独立组装完成了高质量的橡胶草基因组草图,该基因组大小为1.29Gb,包含46,000多个基因和~70%重复序列。橡胶草基因组也是目前能够产生高分子量橡胶的植物中唯一完成基因组测序的草本植物。通过产胶植物与非产胶植物之间的比较基因组研究,鉴定了橡胶草中橡胶合成途径和菊糖合成途径,并阐述了橡胶链延长过程中CPT/CPTLREF/SRPP两个重要基因家族的进化历程。(National Science Review

 

 
痕量植物激素分析研究获得进展

 

植物激素是植物体内合成的调控植物生长发育的信号分子,准确检测植物体内激素的种类和含量对于深入揭示植物生命现象具有至关重要的作用。研究团队针对极少量植物样品(亚毫克级),发展了一种新型的micro-scale MSPD方法,这种方法集研磨、浸提、净化于同一离心管中,不需要任何样品转移步骤,有效地降低了前处理过程中的损失。同时,针对赤霉素本身离子化效率低,研究人员研发了一种新型的衍生试剂3-溴丙基三甲基溴化铵(BPTAB),通过化学衍生后,检测灵敏度提高34个数量级,是目前的最好水平。这种衍生试剂具有低毒性,这一性质使得其在后续的研究中具有很好的应用潜力。该团队将此方法运用到单片拟南芥叶中赤霉素分布的分析中,实现其空间分布测定,空间分辨率达2X2mm2。此外,该方法对于其他酸性植物激素的时空分布测定也具有适用性。(Analytical Chemistry

 

 

发现植物光合作用中高效捕光的超分子机器结构

 

光合作用是地球上最为重要的化学反应之一。研究团队解析了处于两种不同条件下的豌豆C2S2M2超级复合物的单颗粒冷冻电镜结构,分辨率分别达到2.7埃和3.2埃,其中2.7埃分辨率的结构是目前世界上通过冷冻电镜单颗粒法解析获得的分辨率最高的膜蛋白结构。该项工作首次展示了植物C2S2M2型超级复合物的精确三维结构,该复合物总分子量达到140万道尔顿,是一个同源二聚体的超分子体系。两个结构中的每个单体分别包含了2827个蛋白亚基、159个叶绿素分子、44个类胡萝卜素分子和众多的其它辅因子。该项工作首次解析了CP24M-LHCII的结构,并指认了M-LHCII所特有的Lhcb3亚基;展示了不同外周捕光蛋白彼此之间以及它们与核心复合物之间相互识别和装配的位点和机制;在对豌豆C2S2M2超级复合物内部高度复杂的色素网络进行深入分析的基础上,揭示了外周天线捕获光能并向核心复合物传递能量的途径。同时,两种不同状态的C2S2M2结构的比较分析结果显示,超级复合物中的外周捕光复合物M-LHCIICP24的结合位置可变,提示高等植物光系统II超级复合物可对环境条件的变化做出响应,通过整体结构的变化实现对捕光过程的调节。上述研究结果对于进一步在分子水平深入理解高等植物光系统II超级复合物中的能量传递和光保护机理具有重要意义。(Science

 

 

叶片非对称发育的生物力学调控

 

在发育过程中,动植物的器官如何获得不对称的形状?大量的分子遗传学研究发现了诸多调控基因,但仍未完全解答这个基本的发育生物学问题:人们尚不了解基因如何指导器官形状的建立。叶片作为典型的植物器官,是一个研究器官不对称性产生的很好体系。发现了生物力学在器官形状不对称性产生中扮演的重要角色。(Nature Plants)

 

 

脱落酸诱导植物抗病研究获得进展

 

脱落酸(Abscisic acidABAS-ABA)是植物五大内源激素之一,在植物生长发育中具有重要作用。研究团队田间试验发现,使用低浓度外源S-ABA (以下简称ABA2~4 mg/L)处理作物后,可提高多种作物的广谱抗病特性。为研究ABA诱导的抗病分子机制,研究人员以番茄为材料,整合转录组及microRNAsmiRNAs)组学分析外源ABA对番茄基因表达的作用。转录组分析显示,外源低浓度的S-ABA (2 mg/L7.58 μmol/L)喷施叶面,引起番茄叶片中大量基因对ABA产生响应。超过21,700(55%)unigenesABA产生响应,其中约13%的基因(2,787)表达发生变化,上调的为1,952个,是下调的2.3倍(下调的为835个)。进一步分析显示,ABA不仅能提高非生物胁迫抗性基因的表达,而且能上调大多数抗病相关基因如NBS-LRRsAP2/EREBPsserine/ threonine-protein kinasesPALPPOPOD、几丁质酶等的表达,同时与抗病相关的水杨酸、乙烯,茉莉酸信号通路上的基因也上调。关联miRNAs分析,ABA显著改变miRNAs的组成和表达丰度, 大多数miRNAs下调表达,相应的抗病、抗逆靶基因表达上调。miRNAs与靶基因表达呈负相关,通过诱导靶基因mRNA的降解或抑制蛋白翻译参与转录和转录后调控。ABA (S-ABA)诱导植物对病原菌的抗性,途径之一可能是通过调节miRNAs和相关基因的表达,启动植物的防御机制,从而引起一系列生理生化变化来实现的。(BMC Genomics

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