生物技术前沿一周纵览(2018年1月19日)

2018-01-19 | 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(2018119日)

 

水稻基因组复杂遗传变异的广度

 

水稻是我国重要的粮食农作物。水稻丰富的遗传多样性在驯化和现代育种中均发挥重要作用,并将成为应对粮食需求增长和环境变化进行品种改良的关键资源。研究团队选取了66个来自不同水稻类群的栽培稻品种和野生稻株系,进行深度测序、从头序列组装和基因注释分析,获得水稻各类群材料的精细基因组图谱,鉴定出水稻基因组中各类复杂的遗传变异,发现很多功能基因存在有多种等位基因类型。此外,该研究系统鉴定到栽培稻和普通野生稻中几乎饱和的编码基因集及其在不同品种中的“存在-缺失”变异;其中新鉴定的很多编码基因存在有转录产物和蛋白质功能结构域,暗示可能存在一定的生物学功能。 (Nature Genetics)

 

 

类胡萝卜素生物合成研究取得进展

 

类胡萝卜素是自然界最重要的天然色素之一,β-胡萝卜素是动物维生素A的主要来源,玉米黄素与叶黄素是眼睛视网膜黄斑色素。小球藻(Chlorella zofingiensis Donz)为单细胞可食用绿藻。根据该藻类胡萝卜素合成的路径及调控机制,研究组通过化学诱变从10万个单克隆藻中筛选到一株突变藻株(CZ-bkt1)。CZ-bkt1因酮化酶基因(BKT)失活而无法催化玉米黄素成虾青素,致使该突变体积累高达7mg/g13.1mg/g6.34mg/g的玉米黄素、叶黄素和β-胡萝卜素。1g CZ-bkt1干藻粉的类胡萝卜素含量是玉米的1000倍以上,可满足一个成年人一天的类胡萝卜素等营养元素需求。CZ-bkt1是迄今发现唯一能同时高量积累3种人和动物必需类胡萝卜素的物种。CZ-bkt1作为新一代功能食品将在大健康产业中发挥重要作用。Journal of Agricultural and Food Chemistry

 

 

首次绘制栽培稻-野生稻的泛基因组图谱

 

水稻是我国重要的粮食农作物。研究人员选取了66个来自不同水稻类群的栽培稻品种和野生稻株系,对其进行深度测序、从头序列组装和基因注释分析,获得了水稻各类群材料的精细基因组图谱,鉴定出了水稻基因组中各类复杂的遗传变异,发现很多功能基因存在有多种等位基因类型。研究系统同时鉴定到栽培稻和普通野生稻中几乎饱和的编码基因集及其在不同品种中的存在-缺失变异;其中新鉴定的很多编码基因存在有转录产物和蛋白质功能结构域,暗示可能存在一定的生物学功能。 (Nature Genetics)

 

 

生物钟调控叶片衰老新机制

 

生物钟是生物体为适应环境昼夜周期变化而进化出的协调细胞内基因表达、代谢网络调控的分子系统,调控植物的新陈代谢、生长发育等多个过程。研究人员发现,当拟南芥生物钟核心组分Evening Complex中任何组分发生突变,叶片衰老均会提前。转录组分析及茉莉酸诱导叶片衰老的生理实验表明,Evening Complex直接参与调控茉莉酸信号,而茉莉酸信号是调节植物叶片衰老的重要因子之一,其中MYC2是茉莉酸信号促进叶片衰老的关键转录因子。进一步研究发现,Evening Complex直接结合该基因启动子并抑制其表达,从而在时间维度精细调控茉莉酸诱导植物叶片衰老的进程。Molecular Plant

 

 

猕猴桃多重高效基因组编辑系统研究取得进展

 

猕猴桃因其丰富的营养价值和独特的风味而成为重要的全球性新兴水果。研究人员经过前期研究基础,建立了一种新的快速高效的成对sgRNACas9双元表达载体的构建策略,由此产生了包含4个靶向猕猴桃八氢番茄红素脱氢酶基因(AcPDS)的sgRNA成对sgRNA/Cas9载体。与先前的成对sgRNA克隆方法相比,该策略仅需要合成两种含sgRNA的引物,大幅降低了成本。研究者进一步比较了两种不同的sgRNA表达盒类型——多顺反子tRNA-sgRNA体系(PTG)和传统CRISPR表达盒,在猕猴桃中的基因编辑效率。结果表明,在猕猴桃中PTG/Cas9系统的靶标突变效率相比传统的CRISPR/Cas9系统高出近10倍。该研究还发现,两种系统均能成功地诱导由G418抗性愈伤组织再生的猕猴桃幼苗白化表型。该研究首次在猕猴桃中建立了多重高效的PTG/Cas9基因组编辑系统,相关研究结果为在其他植物或作物中进行基因组编辑效率的优化提供了借鉴。Plant Biotechnology Journal

 

 

多组学研究首次完成番茄全景式分析

 

番茄是全世界广泛种植的蔬菜作物,起源于南美洲的安第斯山地带,经过数千年的培育塑造、驯化改良培育出了观赏番茄和现代栽培番茄。研究人员对600余份番茄材料进行代谢组分析,结果表明从野生番茄到栽培番茄的育种过程中,具有涩味的毒性抗营养因子茄碱的含量逐渐降低。此后,他们也进一步的遗传分析发现茄碱的自然变异受到5个主要遗传位点控制,且这些位点在驯化及改良过程中受到强烈选择。对其中效应最大的位点是位于10号染色体上包含P450氧化还原酶、酰基转移酶和糖基转移酶的一个基因簇进行体外实验,发现糖基转移酶(Solyc10g085230)外显子上发现一个点突变造成提前终止,显著降低栽培番茄果实中茄碱物质的含量。通过两个主效的位点,能够将主要茄碱含量降低80%。栽培番茄在人类驯化选择过程中发生了各种各样的分化,红粉果实的分化是一种典型的代表。粉色果实因为质地松软、口感细腻而备受消费者所喜爱。研究表明粉果育种是选择了在转录因子SlMYB12的启动子区域一个导致低水平转录的变异,从而造成粉果番茄中营养因子类黄酮含量大幅下降。(Cell)

 

 

植物mRNA化学修饰m6A去甲基酶

 

N6-甲基腺嘌呤(m6A)是mRNA上最丰富的修饰,遍布于真菌,动物以及植物当中。研究人员充分利用其在m6A去甲基酶领域的研究经验,对这一悬而未决的问题进行了开创性的探索。通过序列比对,该课题组找到了拟南芥中N6-甲基腺嘌呤修饰潜在的去甲基酶,并着重研究了ALKBH10B的去甲基功能及其在拟南芥生命活动中的调控作用。首先,体外表达纯化的ALKBH10B蛋白对单链短RNA和全长的拟南芥mRNA都有明显的m6A去甲基活性。通过比较野生型Col-0ALKBH10BT-DNA插入突变体,突变体回补和无活性回补株系,以及ALKBH10B过表达株系mRNAm6A的含量,表明ALKBH10B的去甲基功能影响了拟南芥mRNAm6A水平。ALKBH10B缺失导致显著的晚花表型,且与去甲基酶活性相关。在ALKBH10BT-DNA插入突变体中,FT基因mRNA的甲基化水平升高,而相应地,其mRNA稳定性也较野生型Col-0更低,最终导致FTmRNA水平在突变体中显著低于野生型。同样,FT上游的SPL3SPL9也在突变体中有更高的mRNA甲基化水平,更快的mRNA降解和更低的mRNA水平。由此确证ALKBH10B通过影响FTSPL3SPL9影响拟南芥的成花诱导。此外,研究人员分别对野生型和ALKBH10B突变体进行了RNA-seqm6A-IP-seq。测序结果表明,ALKBH10B广泛影响了拟南芥mRNA的甲基化谱。相比野生型,在突变体中含高甲基化的基因进行功能注释显示,ALKBH10B缺失影响的基因功能与所观察到的alkbh10b-1突变体表型相吻合。(The Plant Cell)    

 

 

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