生物技术前沿一周纵览(2017年10月27日)

2017-10-27 | 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(20171020日)

初步解析单倍体诱导机制

 

玉米中存在天然的单倍体诱导系:当诱导系与普通玉米材料杂交之后,后代有一定几率产生仅含有普通玉米材料染色体的单倍体个体。研究团队提出假设:是否花粉中的染色体异常导致了受精后染色体消除从而诱导单倍体产生?研究人员利用单细胞单核测序测序技术发现了诱导系成熟花粉的精核中存在高频的染色体片段化,证明了发生于花粉有丝分裂时期的精子染色体片段化是造成受精后染色体消除及单倍体诱导的直接原因。也就是说,受精后胚中的染色体消除起始于花粉有丝分裂时期。(Nature Communications

                                          

 
茜草科花粉发育研究获进展

 

花粉是种子植物的雄配子体,在花药的发育过程中由花粉母细胞经过减数分裂产生、发育而成。研究人员以产生单花粉的希茉莉(Hamelia patens Jacq.)和具四合花粉的栀子(Gardenia jasminoides Ellis)为实验材料,进行了花粉发育过程的比较形态学研究和转录组学分析,筛选了参与调控花粉发育的关键基因,并基于形态学上的差异探讨了花粉演化的遗传学基础。研究表明,单花粉和四合花粉的小孢子发生和雄配子体发育的主要区别在于胼胝质壁的厚度和降解时间。四合花粉的胼胝质内侧壁明显薄于外侧壁,且降解时间较外侧壁早。四合花粉的减数分裂形成方式是离心式,小孢子之间的连结方式为“简单连结”,均在茜草科中首次报道。四合花粉的花粉内壁形成时间早于单花粉,且有其独特的发育模式:首先在非萌发孔区域形成,然后扩展到萌发孔区域并在萌发孔区域堆积加厚,最后形成内壁加厚突结构。此内壁发育模式在被子植物中鲜有报道。在希茉莉花药转录组中,筛选到14种表达模式的基因和各发育阶段特异表达的基因,与花粉壁、绒毡层发育相关的基因各243个和108个。这些基因的表达模式与形态学观察结果一致。研究为确认参与调控花粉壁、绒毡层发育的关键基因提供了基础数据,也为进一步探讨花粉性状演化提供了重要的遗传学信息。(Frontiers in Plant Science

 

 

莲的种质资源群体基因组学研究中取得新进展

 

莲(Nelumbo nucifera)是水生植物中兼备食用、观赏、文化和药用价值的代表性物种。为了解莲的不同种质资源之间的基因组变异与遗传进化关系,研究人员首次对三大类栽培莲(花莲、子莲和藕莲)、泰国莲和美洲黄莲等19个莲代表个体进行基因组重测序和变异分析。研究发现,美洲黄莲与亚洲莲存在明显遗传分化,而亚洲莲中泰国莲与中国莲之间也存在着一定程度的分化。研究还发现,栽培莲中的藕莲与中国野生莲遗传关系较近,而花莲和子莲存在强烈的遗传混杂(genetic admixture),可能是由于这两类莲育种过程中频繁的杂交所致。此外,莲中与能量代谢和植物免疫系统相关的基因发生相对较快的进化,或与莲对不同地区环境的适应性进化有关。通过全基因组扫描,发现温带型莲和热带型莲之间存在大量遗传分化的基因,这些基因的表达模式在这两类莲间也存在明显的分化。研究首次在全基因组范围揭示了各类型莲的遗传变异、进化关系以及基因组中反应不同生态型分化的信号。(Journal of Integrative Plant Biology

 

 
科学家利用基因编辑技术培育低脂抗寒猪

 

我国的生猪饲养量和猪肉消费量均占世界总量的一半左右。研究人员发现了抗寒品种猪(藏猪、东北民猪)抵御寒冷应激的分子机制,揭示了UCP3基因(UCP家族成员)与白色脂肪棕色化对猪能量代谢的重要影响。在此基础上,科研团队进一步利用CRISPR/Cas9介导的非同源重组整合外源片段的方式,构建了UCP1基因定点(猪内源UCP1假基因位点)敲入猪,实现了UCP1基因在猪白色脂肪组织的特异表达。试验结果表明,UCP1猪在急性冷刺激情况下的体温维持能力显著优于野生型猪,能更好的抵抗寒冷环境。生产性能测定结果显示,UCP1转基因猪脂肪率显著降低(减少4.89%),背膘厚度显著降低(减少2.4mm),瘦肉率显著增加(增加3.38%)。进一步对转基因猪进行活动量和代谢率测定,结果表明在正常状态下,UCP1在猪白色脂肪中的表达对猪的生理活动及能量代谢无影响。分子机制解析发现,UCP1基因通过促进脂肪水解从而使脂肪沉积减少。(PNAS

 

 

病原细菌抑制宿主天然免疫防御的新机制

 

天然免疫是机体抵抗病原感染的第一道防线。在天然免疫通路中,干扰素作为一个重要分子会诱导下游一系列基因的表达来抵抗病原菌入侵。在被干扰素诱导表达的基因中,鸟苷酸结合蛋白(GBP)是一类非常保守且庞大的家族,人的基因组中有7个同源基因,而小鼠的基因组中有11个。近年来的研究逐渐表明GBP家族蛋白在抵抗病毒、病菌以及弓形虫的感染中都起到关键作用。该研究首次报道了在志贺氏痢疾杆菌感染过程中,IpaH9.8的生理底物是GBP家族蛋白,通过降解GBP来抑制宿主对细菌的清除。该研究还发现GBP蛋白在细菌感染时会聚集到细菌周围并导致细菌发生不正常的形变进而发挥抗细菌作用。该研究也首次建立了一个对于深入研究GBP免疫防御机制非常有效的细菌感染体系,同时IpaH9.8也可以被用做GBP蛋白的一个特异性抑制剂。(Nature

 

 

首个完整藻胆体的冷冻电镜三维结构

 

光合作用是地球上的生物赖以生存的基础。为了获取更多的光能,生物体发展出了多种捕光蛋白系统。研究人员攻克了藻胆体在冷冻制样时盐浓度高、稳定性差、具有优势取向等难题,获得了近原子分辨率的冷冻电镜结构,其中整体结构分辨率为3.5 Å,核心区域分辨率达到3.2 Å。这是第一个完整藻胆体的近原子分辨率的三维结构,也是迄今为止报道过的分辨率高于4 Å的最大的蛋白复合体结构,该复合体理论分子量为16.8MDa,包含862个蛋白亚基。这个工作第一次解析出了所有连接蛋白在功能组装状态下的结构,包括4个核内连接蛋白,16个核杆连接蛋白、52个杆连接蛋白的结构,第一次观察到这些连接蛋白有序地形成了超分子复合体的结构骨架,为色素蛋白的精密组装及高效率的能量传递提供了结构基础。还值得一提的是该工作第一次确定了藻胆体中全部2048个色素的整体排布,并推测出了多条新的能量传递途径,为进一步理解藻胆体内的能量传递机制提供了坚实的基础。(Nature

 

 

科研人员发现一樟科植物新属

 

科研人员在毗邻缅北的滇西南地区野外考察时,发现一未知的樟科植物,通过对该物种及其近缘种开展深入的形态学和分子系统学研究,确定该物种为樟科鳄梨属群(Persea group)中的一个新成员,并由此发现一新类群。该新类群植物主要分布于热带亚洲的北缘地区,与主要分布于热带亚洲核心区域的另一樟科植物类群油丹属(Alseodaphne)相似,故将其命名为北油丹属(Alseodaphnopsis H. W. Li & J. Li)。综合形态学与分子系统学证据,研究揭示北油丹属与油丹属植物分处不同的进化支系,具有不同的起源与演化背景;为适应热带北缘温度相对较低的气候环境,北油丹属植物在形态上表现为顶芽具有鳞片、幼果期具有宿存的花被片以及较为大型的花序和果实;并以此为线索完成了毛叶北油丹、北油丹、河口北油丹、麻栗坡北油丹、长柄北油丹、皱皮北油丹、西畴北油丹和Alseodaphnopsislanuginosa (Kosterm.) H. W. Li & J. Li8个物种的分类修订。(PLoS ONE

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