生物技术前沿一周纵览(2017年11月3日)

2017-11-03 | 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(2017113日)

TMS10基因特异的在高温条件下调控水稻花药的发育

 

水稻是世界上主要的粮食作物之一,在生产上主要有三系杂交水稻和两系杂交水稻之分。研究人员发现水稻tms10突变体表现出高温雄性不育,低温雄性可育的表型,育性转换临界点温度为22-24℃。细胞学分析和基因克隆发现,TMS10编码一个亮氨酸受体激酶,高温条件下TMS10激酶活性在水稻花药绒毡层的降解过程中起重要作用,而在tms10突变体中绒毡层不能正常降解导致花药外壁发育异常。机理研究发现TMS10及其同源基因TMS10L冗余的调控水稻花药发育,tms10 tms10l双突变高低温下均表现出雄性不育,暗示TMS10基因特异的在高温条件下调控水稻花药的发育。该研究还利用CRISPR-Cas9基因编辑技术和传统的杂交转育方法分别在粳稻和籼稻中获得tms10纯合突变体,所有不育系均表现出高温不育,低温可育的表型,表明TMS10在粳稻和籼稻中功能是保守的,为进一步在生产中应用该基因位点,研发新的温(光)敏型不育系材料和两系杂交生产奠定了基础。(PNAS

        
                                  

 科学家发现生理活性显著优于天然脱落酸的人工类似物

 

干旱是造成农作物减产的主要环境因素之一。研究人员优化AM1的分子结构,使其更好地与受体结合,从而得到一个新的ABA类似物AMF4。与AM1相比,AMF4可与PYL受体形成更多的氢键,导致其受体亲和性较ABA高出一个数量级。进一步研究证明,AMF4具有与ABA高度相似的调控基因表达模式,表明AMF4借助植物体内的ABA信号通路发挥作用。在模式植物拟南芥和作物大豆中进行的一系列生理实验表明,AMF4可在较ABA更低的浓度下抑制气孔开放且持续时间更久。与ABA相比,喷施AMF4的植物表现出更强的抗旱性。在拟南芥和大豆中过表达ABA受体家族成员PYL2可进一步放大AMF4化合物的效果,化合物与遗传改良植物联用存在协同作用,其对植物抗旱能力的提升要显著优于单独使用化合物或在植物体内过表达PYL2。研究表明,借助于传统遗传手段,AMF4可帮助农作物更有效地对抗自然界中的干旱胁迫,从而提出通过跨学科交叉来提高作物抗逆性的新理念及技术实现。(Nature

 

 

AtHKT1调控拟南芥适盐自然变异新机制

 

AtHKT1编码了K+/Na+ symporter,它是植物耐盐所必需的关键基因。拟南芥Col-0中的研究表明,该基因主要在根木质部表达,因而被认为控制木质部流Na+的卸载,从而减少Na+从根向地上部的转运来减轻Na+的毒害。然而,群体遗传学和分子生态学研究表明,沿海或内陆高盐地区富集了叶片高Na+含量、根部AtHKT1低表达的拟南芥品系,这与早先在Col-0中研究结果证相矛盾。研究人员以结实率耐盐指标,开展了一系列的遗传学和反向遗传学实验,证实AtHKT1是控制沿海生态型Tsu-1适应高盐环境的主效基因位点。进一步研究表明,与Col-0根部AtHKT1控制植株耐盐性的机制不同,Tsu-1茎部AtHKT1的高表达决定了其高度耐盐的特性。离子组结果显示Tsu-1的花、果夹等生殖器官的Na+含量远远低于Col-0,但茎中却积累了较多的Na+,表明Tsu-1茎部AtHKT1的高表达能够更有效地阻止Na+向生殖器官转运,降低了Na+对花等生殖器官的毒害,从而使植株具有更强的生殖力而适应盐害环境。该研究首次证实了AtHKT1参与植物演化过程中的本地适应,为理解植物的耐盐机制展示了新视角,也为培育耐盐作物提供理论基础。(PLOS

 

 植物春化作用表观遗传机制研究取得重要进展

 

春化作用是指某些植物必须经历一段时间的持续低温,才能由营养生长阶段转入生殖阶段生长的现象。营养生长阶段的植株经历春化作用后,FLC位点的组蛋白携带大量的H3K27me3等标记,处于沉默状态,直至受精作用完成。在胚胎发育早期(原胚)FLC被一个种子特有的“先驱”转录因子(Pioneer transcription factor)重新激活,组蛋白上的抑制转录的H3K27me3被逐步消除,促进FLC表达的组蛋白修饰被大量地添加上去,FLC的激活表达持续整个胚胎发育时期;此激活状态在种子发芽出苗后,因组蛋白标记在细胞分裂中的传递得以维持,形成了苗期的“胚胎FLC表达记忆”,从而防止植物在过冬前或过冬时开花。研究揭示了植物早期胚胎染色质状态重编程的崭新分子机制,阐述了胚胎中的基因激活如何传递到发育后期的表观遗传机理,是开花调控分子与遗传机制的重要突破。该研究具有重要的理论意义,也为其在作物花期调控的生产应用提供了新的作用靶点。(Nature Genetics

 

 

樟科植物叶绿体比较基因组学研究获进展

 

楠木是中国传统的名贵木材之一,主要来源于樟科润楠-鳄梨属群树种。研究人员通过比对发现,樟科楠属植物的叶绿体基因组大小约为153kb,与近缘属润楠属和鳄梨属植物相似;两个楠木叶绿体基因组共有222个突变位点,包括146次替换事件、73次插入缺失事件和3次小倒位事件;突变位点在叶绿体基因组上呈现非随机性分布,共有38个聚集区。基于该研究结果,研究人员对楠属植物叶绿体基因组的基因和结构进行比较,定位突变位点,并利用高变区域构建进化树,明确了十二种国产楠属植物的亲缘关系。研究结果再次证实了樟科植物叶绿体基因组存在种间遗传差异小的事实,明确了樟科植物叶绿体基因组的高聚集区序列与传统分析序列不同,并初步划定了国产楠属植物的四个主要分组。(Tree Genetics & Genomes

 

 

解密最古老树木生长模式

 

泥盆纪尤其是中泥盆世至晚泥盆世时期(距今约3.9-3.6亿年)是陆生植物演化与分异的重要时期,古环境发生剧烈变化,使这一时期成为陆地生态系统发展的关键节点。研究人员在我国新疆塔城地区开展了多年的地层古生物学野外考察工作,采集并研究了该地区独特而精美保存的多门类化石。目前,该研究团队联合英美学者对新疆塔城地区晚泥盆世(距今约3.7亿年)硅化保存的枝蕨类化石进行研究,并取得了重要的理论性进展。新疆硅化保存的枝蕨类植物最大直径达70厘米,是最早的硅化木,其内部结构独特,至少30枚独立的茎维管束交错排列,构成双环状的圆柱形维管束群,维管束群外围布满了根,这些维管束均具有明显的次生木质部和加粗生长,也具有生长轮(年轮)。此类枝蕨类植物的茎维管束彼此交错成复杂的立体网格,植物体在生长过程中,通过增大单个茎维管束的直径以及不断分生出新的根,而改变维管束群的立体网格结构,进而完成加粗生长,同时,植物变得越发高大。构成早期森林的枝蕨类植物这种加粗生长的方式,与现代植物中的某些单子叶植物具有一定的相似性。(PNAS

 

 

中国科学院北京基因组开发国际领先基因组序列变异库

 

中国科学院北京基因组研究所生命与健康大数据中心开发了国际领先、国内首个规模最大的基因组序列变异库——GVMGenome Variation Map)。该库基于人工审编整合了多个物种的大量基因组序列单核苷酸多态位点和小的插入与删除变异信息,是基因组序列变异信息汇交、管理与检索的资源库。GVM作为生命与健康大数据中心的核心数据资源库之一,搜集了以二代测序和芯片技术为主要检测手段的全基因组序列变异检测的原始数据,通过标准化的变异位点鉴定与注释,获得包括人、畜牧动物、主要农作物和其他资源物种在内的19个物种共约50亿的变异信息,8,884个个体的基因型数据,并通过人工审编收录了13,262条高质量非人物种的基因型与表型知识数据,整合了180,911条人变异位点的知识信息。其中,大熊猫、虎鲸、毛竹、橡胶、小麦是GVM数据库所特有的物种。GVM开发了友好的数据提交、浏览、搜索和可视化功能。用户可通过基因组位置、变异影响、基因名称和基因功能等检索变异位点信息,并下载数据;可通过ftp服务下载VCFFASTA文件格式的全基因变异信息;可在线或离线方式向系统提交数据,这方便了科研人员的数据共享。(Nucleic Acids Research 

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