生物技术前沿一周纵览(2017年11月10日)

2017-11-10 | 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(20171110日)

出土幼苗叶绿体发育的分子开关EIN3

 

植物幼苗在土壤中萌发后,同时承受着土壤机械压力与光信号等多重环境因子的调控,依靠种子中存储的能量向上生长。研究人员通过转录组测序,分析发现EIN3能显著调控大量光合作用相关功能基因表达。电镜实验显示EIN3突变体存在严重的叶绿体发育缺陷,且黄化质体发育表型与先前报道的光通路核心转录因子PIF3突变体相似。分子遗传鉴定表明EIN3PIF3在调控叶绿体发育中互相依赖,进一步体内和体外生化实验发现EIN3PIF3蛋白有直接相互作用,并通过形成一个蛋白质复合体,直接结合到捕光蛋白家族LHC基因的启动子上,共同抑制LHC基因的表达。最后,该研究通过转基因组成型高表达部分LHC基因,发现黄化质体能呈现出与EIN3PIF3突变体类似的发育缺陷表型,并在出土见光时遭受严重光氧化伤害。因此,该研究揭示EIN3PIF3形成一个互相依赖的转录调控元件,实现对上游机械压力与光信号环境因子的整合,并通过直接抑制LHC基因转录,调控幼苗出土中的叶绿体发育进程。(Plant Cell

 

 
科学家发现增产育种新基因

 

基因表达调控是最重要的生物学现象之一,许多重要农艺性状都受基因表达调控。研究人员通过精细定位将QTL限定在一个17.8-kb区段,发现该区间与上述3性状共分离,该区间只包含2个候选基因。研究人员通过进一步分析该区间两亲本序列,研究人员发现存在一个位于穗发育基因FZP的上游的18-bp的插入/缺失位点。研究人员将FZP基因序列与上游含5.3 kb的整个8.3-kb DNA序列克隆并进行了遗传互补转化验证,证实候选基因为FZP,功能位点为18-bp的多态位点。该18-bp序列可能是一个沉默子,它抑制下游FZP表达。FZP是重要的发育基因,它的功能缺失导致小花发育受阻,不能产生正常的种子。自然界可能存在FZP的表达量变异,这种变异可能就是由这18-bp调控的。研究人员通过对该18-bp序列的motif结构分析,得出OsBZR1可能是该沉默子的结合靶蛋白。2个拷贝的沉默子降低FZP表达量,每穗粒数显著增加,千粒重略微降低,但稻米垩白率与垩白度显著降低,提高了稻米蒸煮品质,产量显著增加。多套近等基因系及RNAi转基因材料产量数据表明:该沉默子通过抑制FZP表达使水稻单株产量增加15%以上,但不影响开花期。研究人员通过对529份世界水稻核心种质材料测序分析发现该18-bp插入仅仅发生在东南亚的部分Aus品种中,说明这个突变起源于Aus品种,并未在我国主流高产品种中加以应用。因此,该等位基因在我国具有极高的增产育种应用前景。(Nature Plants

 

 

水稻根际激发效应研究获进展

 

为了探究水稻根际碳氮周转特征,揭示稻作系统地下部土壤碳氮循环的过程与机制,研究团队发明了能够有效采集水稻根际CO2CH4释放的装置,采用13C稳定性同位素连续标记技术,量化了不同施肥条件下,水稻生长过程中CO2CH4释放的根际激发效应。研究结果表明,水稻生长过程中根际分泌物输入的量与速率影响CO2释放的根际激发效应的方向,其在水稻生长前期(40天以前)表现为负激发效应,在水稻生长后期(52天以后)表现为正激发效应;而CH4释放的根际激发效应在整个水稻生育期都表现为正激发效应,表明水稻生长过程中促进了土壤有机质分解转化为CH4。氮素是水稻和根际微生物的重要养分元素,氮肥施用有效减缓了水稻根际氮素受限,满足了微生物对养分的计量学需求,降低了微生物因养分需求而对土壤有机质的分解矿化作用,从而减弱了CO2CH4释放的根际激发效应。因此,土壤肥力和根系分泌物的输入影响着土壤原有有机质的分解与转化,优化稻田肥力输入和田间管理对维持稻田土壤生产力、减缓温室气体排放具有重要意义。(Soil Biology and Biochemistry

 

 植物染色体组蛋白磷酸化研究取得进展

 

组蛋白磷酸化修饰与着丝粒功能的建立、维持相关。研究人员获得了H3T3磷酸化的激酶Haspin抗体,并进行玉米减数分裂突变体的细胞学观察。体细胞H3T3磷酸化抗体免疫荧光结果表明:有丝分裂前期及早中期染色体,H3T3磷酸化发生在姊妹染色体单体间。细胞周期H3T3磷酸化的动态变化以及玉米减数分裂突变体的结果均显示,H3T3磷酸化与cohesion相关。有趣的是,失去活性的着丝粒部位在早期出现H3T3磷酸化的信号。这一结果完全不同于H2A磷酸化及H3Ser10磷酸化只发生在有功能的着丝粒区。随着染色体收缩进入中期准备完成染色体的正确取向和分离,H3T3磷酸化信号只在inner centromere出现(。植物着丝粒区的H3核小体部分被CENH3核小体取代,但在有丝分裂前期及早中期染色体上,着丝粒区的CENH3核小体与H3核小体混合在一起,没有区域或是位置的专化性。但染色体进入中期准备开始完成取向分向两极时,着丝粒区内侧(inner centromere)完全是H3T3核小体形成的区域;而外侧均是CENH3核小体分布为主。这可能和spindle的正确连接及功能动粒形成密切相关,深入研究动粒蛋白及其调控过程的工作正进行中。(Plant Journal

 

 

SUMO蛋白酶调控植物育性的分子机制研究方面取得新进展

 

SUMO(Small Ubiquitin-like Modifier)作为一种多肽标签在90年代末被发现,它能共价结合到不同蛋白质上,从而导致这些底物蛋白活性、定位和稳定性的变化。研究发现SUMO PROTEASE RELATED TO FERTILITY (SPF) 12调节植物育性。spf1单突变体花的结构和胚胎异常,而spf2单突变体与野生型表型相似。但是,spf2突变使spf1单突变体表型更为明显,spf1 spf2双突变体雌雄配子体和胚胎严重异常,表明两个基因功能叠加。SPF1SPF2基因突变导致生殖和胚胎特异的基因表达异常。SPF1SPF2基因在不同的花器官组织中表达,表明在空间表达模式上有各自的功能偏向性。SPF1SPF2蛋白可将SUMO1前体加工形成成熟的形式,与野生型相比,它们的突变增强了SUMO结合物在花序中的积累。通过酵母双杂交筛选到与SPF1蛋白相互作用的一些候选蛋白。其中,SPF1蛋白与EDA9(EMBRYO SAC DEVELOPMENT ARREST 9)蛋白相互作用,EDA9在植物体内可以被SUMO化,而SPF1基因突变使EDA9蛋白SUMO化水平增加,表明EDA9SPF1蛋白的一个潜在的底物。该研究解析了SUMO蛋白酶调控植物育性的分子机制,丰富植物育性研究,为将来作物改良提供了新线索和思路。Plant Physiology

 

 

青稞抗旱机理研究获进展

 

干旱是严重影响作物产量和品质的最主要非生物胁迫因素之一。研究人员利用转录组测序技术,对抗旱和敏感青稞材料在干旱胁迫下的基因表达差异进行分析,发现在干旱胁迫下,抗旱材料随胁迫时间增加,表达上调的基因数量明显多于敏感材料,尤其是轻度干旱胁迫时二者间差异更大。差异表达基因主要集中在三羧酸循环、精氨酸和脯氨酸代谢、自然杀伤细胞调控的细胞毒性作用、内质网上的蛋白质合成和加工、长链脂肪酸代谢、光合作用、光合作用碳固定等途径中。这些结果表明,抗旱材料在干旱胁迫下主要通过提前感知胁迫信号并进行传导、降低光合作用、增加能量及小分子中间产物供给、保证蛋白质合成及加工的正确性、增加蜡质合成等方式抵御干旱。(BMC Genomics

 

 

DNA测序方法的研究上取得重要突破

 

ECC测序法的化学反应采用了荧光发生测序技术,原理巧妙之处在于在DNA互补链合成时可以释放同所延伸核苷酸数目相等的荧光分子,利用这一反应可以实现低错误率的SBS研究人员首先从化学原理上对荧光发生测序技术中的荧光标记分子进行了结构优化,设计合成了具有不同波长、更优性能的测序底物分子,并对聚合酶参与的各阶段反应动力学进行了细致的测量和建模;在深入理解荧光发生测序化学反应速度、完成度、副反应等关键技术细节的基础上,完善了ECC测序原理样机的搭建,不断迭代优化测序反应条件和信号采集流程;从数据入手,构建了精确的测序信号失相模型并提出了次级延伸理论,并据此开发出算法软件对测序反应失相过程做出了合理简化使其具备了实用性。此次研究团队在测序技术中首次引入冗余编码概念,通过和低错误率的荧光发生测序技术巧妙结合,在实验室搭建的原理样机上获得了单端测序超过200碱基读长无错误的实验结果。(Nature Biotechnology

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