生物技术前沿一周纵览(2017年12月1日)

2017-12-01 | 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(2017121日)
 

磁性纳米粒子作为基因载体的植物遗传转化新方法

 

发展高效、安全的新型遗传转化方法,一直是基因工程、分子生物学和遗传育种等领域的研究热点之一。研究基于磁性纳米颗粒基因载体的花粉磁转化植物遗传修饰方法,可以利用磁性纳米颗粒Fe3O4作为载体,在外加磁场介导下将外源基因输送至花粉内部,通过人工授粉利用自然生殖过程直接获得转化种子,然后再经过选育获得稳定遗传的转基因后代。该方法将纳米磁转化和花粉介导法相结合,克服了传统转基因方法组织再生培养和寄主适应性等方面的瓶颈问题,可以提高遗传转化效率,缩短转基因植物培育周期,实现高通量与多基因协同并转化,适用范围与用途非常广泛,对于加速转基因生物新品种培育具有重要意义,并在作物遗传学、合成生物学和生物反应器等领域也具有广泛应用前景。(Nature Plants

 

 

紫番茄形成的分子遗传基础

 

花青素是目前所发现的清除人体内自由基最有效的天然抗氧化剂,具有抗衰老、抗辐射、抗过敏、增进视力、改善睡眠、预防癌症、预防心脑血管疾病等功效。研究以从美国引进的高花青素紫果番茄品种Indigo Rose为试验材料,利用分子遗传学研究手段,将atv位点精细定位到番茄7号染色体上约5.0 kb的区间内。该区间中只有一个基因,编码R3 MYB转录抑制因子,故将该基因命名为SlMYBATV。在含有atv位点番茄材料中,SlMYBATV基因编码区存在一个4 bp的插入,该插入导致基因移码突变和蛋白翻译提前终止。SlMYBATV突变蛋白丧失了对花青素生物合成的抑制作用,导致果皮中花青素大量合成和积累,从而果实呈现紫色。通过番茄全基因组分析,本研究还发现了一些可能参与阻遏花青素生物合成的MYB抑制因子,包括2R3 MYB4R2R3 MYB抑制因子。基因转录水平分析表明,在番茄SlMYBATV突变体的果实表皮中,由于SlMYBATV突变蛋白失去了抑制功能,花色素苷生物合成途径中的大多数结构基因和部分调控基因上调表达。基于上述结果,本研究提出了一个番茄果实表皮中花青素生物合成的基因调控网络模型。 Journal of Experimental Botany

 

 

水稻次生壁形成调控机理

 

次生壁是地球上最丰富的可再生资源,天然次生壁常被生产成多种纤维制品,服务人们的日常生活,也可以作为造纸业和生物能源的原料,具有重要的经济价值。研究组利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制iip4突变体,发现其突变体次生壁厚度明显增加,纤维素和木质素含量略有上升,表明IIP4负调控水稻次生壁的合成。生化和分子生物学研究发现,IIP4与次生壁合成的顶层关键调控因子NAC29/NAC31互作,抑制其下游所调控基因、如MYB61CESA4CESA7CESA9的表达,从而干扰次生壁合成。被ILA1磷酸化的IIP4亚细胞定位发生改变,由核中转移到细胞质,导致细胞核中的互作蛋白NAC29/NAC31被释放,促进下游基因的表达和次生壁合成。对IIP4的序列分析发现,它具有规律重复的非典型CCCH基序(C-X4-C-X10-C-X2-H)IIP4同源蛋白在植物中广泛存在且高度保守,暗示其功能的重要性。IIP4对次生壁合成的调控作用可以用于改良作物抗倒伏性。该研究解析了ILA1-IIP的信号转导通路,为阐明水稻次生壁形成的分子机制以及作物高产优质分子设计育种提供了重要依据。(Molecular Plant

 

 

碳离子束辐射对拟南芥基因组诱变效应研究

 

重离子辐射诱变育种是植物品种改良的重要手段,辐射诱变效应及分子机制的研究是涉及多学科交叉的重要共性课题。目前,对重离子辐射诱变效应的研究集中在表型、染色体畸变、遗传物质多态性及特定基因序列分析等方面,而分子水平的突变特征研究仍相对薄弱,欠缺全基因组水平大视角、多方位及大样本量数据支持。研究人员采用200Gy的碳离子束,传能线密度(LET)为50keV/µm,辐照诱变拟南芥干种子,构建突变种子资源库。通过高通量测序技术,对11M3代突变材料进行全基因组重测序分析,共检测到320个碱基置换(substitutions)和124个小的插入缺失(small INDELs),研究结果表明,200Gy的碳离子束(LET:50keV/µm)辐射对拟南芥基因组的突变率为3.37×10-7,为自发突变的47倍。碱基置换以G:C>A:T为主,Ti/Tv0.99,远低于自发突变中的比值(2.73)。有67.2%C>T变异发生在嘧啶二核苷酸处。单碱基INDEL更倾向于发生在AT碱基处,且该类型的突变与homopolymerpolynucleotide repeats相关。(Frontiers in Plant Science)

 

 

表观基因组数据库MethBank 3.0

 

中国科学院北京基因组研究所生命与健康大数据中心发布表观基因组数据库MethBank 3.0Methbank 3.0整合了大量DNA甲基化数据。作为表观修饰的重要组成部分,DNA甲基化在人类疾病与衰老、动物胚胎发育以及植物生长发育过程都起重要作用。MethBank 3.0提供了4577个健康人外周血样本的450K芯片数据,并编审成34个不同年龄组的参比甲基化组(consensus reference methylomesCRMs);提供不同年龄组健康人基因组胞嘧啶位点甲基化水平的分布范围,整合5个重要经济作物(水稻、大豆、木薯、菜豆和番茄)不同发育阶段多个组织的336个单碱基精度甲基化组(single-base resolution methylomesSTMs)和两个模式动物(斑马鱼和小鼠)的配子与早期胚胎发育的18个单碱基精度甲基化组。Methbank 3.0配备友好的浏览、查询与可视化功能,用户可通过基因ID/ymbol、基因组位置等检索甲基化信息,浏览指定物种差异甲基化启动子或高甲基化CpG岛,通过ftp下载所有相关注释数据与分析结果。Nucleic Acids Research

 

 

蔬菜废弃物中温厌氧消化研究获进展

 

蔬菜作物种植产生的大量蔬菜废弃物有较高的含水率和有机质含量,且极其易腐,不适用于填埋、焚烧等生活垃圾的主流处理技术。研究人员通过冲击负荷试验,开展了蔬菜废弃物中温厌氧消化失稳预警研究。首先,对蔬菜废弃物中温厌氧消化过程的液相和气相,共13个一级参数进行动态连续监测。然后,在一级参数的基础上耦合创制5个二级参数。最后,分析共计18个运行参数对负荷冲击的响应敏锐度,遴选出甲烷与二氧化碳比值(CH4/CO2)、总挥发性脂肪酸与碳酸氢盐碱度比值(VFA/BA)、丙酸、正丁酸和异戊酸等5个预警能力较强的参数作为失稳预警指标,并确定这5个参数的轻度失稳和重度失稳预警阈值。研究结果表面,失稳主要是由于较高可溶性碳水化合物和较低氨氮的原料特性造成的碳酸氢盐碱度不足,进而导致的厌氧消化系统缓冲能力不足。研究同团队认为,可通过回流沼液、添加外源碱度物质或沼气促进剂等方式,提高蔬菜废弃物稳定运行有机负荷率和池容产气率。(Bioresource Technology

 

 

降水变化影响土壤微生物研究获进展

 

土壤微生物对于亚热带森林的巨大碳库有着显著的反馈作用,但当前研究在关于微生物群落应对降水变化的敏感性认识方面较为缺失。研究人员依托鹤山站常绿阔叶林模拟降水季节变化控制试验平台,分别对真菌和细菌群落在物种多样性和共存网络方面的响应进行了研究,通过模拟减少干季降水、增加湿季降水、保持年降雨量不变等变量,控制降水的季节分配(MAPS研究结果表明,MAPS显著地减少了真菌群落的物种多样性,而对于细菌群落多样性的影响不大。粪壳菌纲(Sordariomycetes)的物种丰度和个体多度在MAPS处理下显著减少,而外生菌根真菌的多度大幅提升。(Soil Biology and Biochemistry

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