生物技术前沿一周纵览(2018年04月27日)

2018-04-27 | 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(20180427日)

 

糖信号调控植物生长发育

 

糖类是植物生长发育过程中重要的调控信号分子。研究人员前期揭示了油菜素内酯受体BRI1BAK1介导的糖信号转导的新机制。研究结果表明BRI1BAK1的功能缺失突变体表现出对糖反应不敏感的表型,BRI1BAK1之间的蛋白互作和磷酸化水平受到糖浓度调控,而且BRI1BAK1蛋白在细胞膜上的定位也受糖浓度所调控。进一步研究发现,BRI1BAK1G蛋白作用在同一遗传途径中参与糖信号的调控。相关的生化分析表明BRI1BAK1不仅能够与G蛋白亚基在体内和体外互作,而且还在体内和体外磷酸化G蛋白亚基。BRI1BAK1G蛋白的磷酸化影响了GPA1AGB1/AGGs的解离,从而调控了植物生长发育。(Nature Communications

 

 

天麻与蜜环菌共生

 

植物和真菌(菌根)之间的共生关系始于4.5亿年前,共生植物可以从菌根中获得碳和其他营养。由于没有光合作用的能力,天麻完全依靠共生菌提供营养。研究团队发现独角金内酯是天麻与蜜环菌共生关系建立的重要信号,其作用机制与促进植物和从枝菌根共生的机制类似。在天麻中,独角金内酯生物合成和运输关键基因carotenoid cleavage dioxygenasesCCDs)和ABC transportersPDRs)的数量增加,且受控实验证明独角金内酯可以促进蜜环菌菌丝分支,有助于建立天麻和蜜环菌的共生关系。而天麻中钙调素依赖性蛋白激酶DMI3基因的数量也增加,有助于进一步调控蜜环菌在天麻上中定植(侵染共生)。显微结构分析表明,定植(侵染共生)后蜜环菌菌丝的生长将主要限制在天麻的皮层,这与PDRs基因在皮层中转录水平最高相一致。皮层是天麻最主要的代谢中心,在该组织中水解酶、转运体等基因的转录水平也基本为最高。endo-β-1,4-D-xylanase和β-glucosidase基因在天麻中的数量增加,二者被认为在水解蜜环菌菌丝壁中发挥了关键的作用,其为天麻提供的碳源。此外,基因数量增加的还有glutamate N-acetyltransferaseureases,它们是精氨酸生物合成以及尿素代谢的关键基因,被认为在天麻氮素转运中发挥了关键的作用。该论文以天麻为研究对象,绘制了第一个完全依赖于菌根异养植物的高质量基因组图谱。(Nature Communication

 

 

水稻精准育种再上台阶

 

中国农业科学院作物科学研究所牵头,联合国际水稻研究所、上海交通大学、华大基因、深圳农业基因组研究所、安徽农业大学、美国亚利桑那大学等16家单位共同完成的3000份亚洲栽培稻基因组研究。研究人员征集全球89个国家和地区的3000份水稻,代表了全球78万份水稻种质资源约95%的遗传多样性。该研究对亚洲栽培稻群体的结构和分类进行了更为细致和准确的描述和划分,由传统的5个群体增加到9个;首次揭示了亚洲栽培稻品种间存在的大量微细结构变异;构建了亚洲栽培稻的泛基因组,发现了1.2万个全长新基因和数千个不完整的新基因。研究通过对大量重要进化相关基因的单倍型和泛基因组分析发现,籼稻携带的很多基因不存在于粳稻中,粳稻的很多基因也不存在于籼稻中。此外,不同地理来源的水稻品种群体都带有特异的基因家族。为此,他们首次提出了籼、粳亚种的独立多起源假说,并恢复使用籼(Oryza sativa subsp. xian)、粳(Oryza sativa subsp. geng)亚种的正确命名,以取代日本学者加藤茂范于1928年提出的将“籼”“粳”称为indicajaponica ( Nature )

 

 

科学家破译青蒿“基因密码”

 

研究人员对高产青蒿素青蒿品种——沪蒿1号进行了全基因组测序、组装、注释及相关分析,测序共产生450 Gb的庞大数据,测序深度达到260倍左右,共组装出了约1.74 Gb基因组总长,预测鉴定出了63226个编码蛋白基因,属于基因数量较多的物种之一。研究发现,整个基因组中存在大量重复序列(高达61.57%),这可能是整个菊科植物基因组普遍较大且较为复杂的原因,青蒿中还存在许多菊科特有的基因家族及基因。该研究团队建立了能够高效促进青蒿素合成途径整个代谢流的上、中、下游多基因转化策略,成功培育出了高产青蒿素的代谢工程改良青蒿品种,其青蒿素的含量达到了叶片干重的3.2%左右。(Molecular Plant

 

 

全球湖泊抗生素与抗性基因研究取得进展

 

研究人员收集整理了全球湖泊中抗生素和抗性基因方面的研究数据,评估了当前湖泊中抗生素的生态风险,分析了影响抗生素抗性基因传播的因素和潜在的风险。通过数据整合分析,比较分析了抗生素在全球湖泊水体和沉积物中的含量。此外,还进一步详细分析了影响抗生素抗性基因分布和传播的因素(化学污染、湖泊理化指标和人类活动),并提出了下一步研究方向。(Environment International 

 

 

早期陆生植物适应性进化研究取得进展

 

早期陆生植物形态结构相对简单,却具有极强的环境适应能力。研究人员根据小立碗藓hemerythrin基因起源于真菌向早期陆生植物的水平基因转移事件,hemerythrin基因在小立碗藓中通过改变蛋白编码顺序(Shifting of reading frames),演化出一个新双编码基因(Dual-coding geneYAN/AltYAN。分子遗传学及生理生化证据表明,YAN/AltYAN通过参与小立碗藓脂肪酸、油体、蜡质结晶等脂类代谢过程,介导了小立碗藓的脱水耐受生物学过程。令人惊奇的是,现有的证据显示hemerythrin也极可能同样参与到植物油体形成与抗干旱过程。该研究对于认识物种特有基因的演化方式以及揭示陆生植物如何适应特殊环境提供了新的理论观点及实验证据。Nature communications

 

 

转录因子二聚作用研究取得进展

 

转录因子蛋白FOXA1属于叉头框家族(forkhead family)成员之一,在细胞增殖、分化、胚胎成长、器官发育、肿瘤的产生与发展等过程中起着重要的作用。课题组在前期研究中,利用新的生物信息学算法分析得到了包括FOXA1同源二聚体结合位点的一批新的转录因子二聚结合基序位点,紧接着围绕着FOXA1的同源二聚体基序开展进一步的研究。该研究首先利用生物化学技术体外验证了FOXA1蛋白能够以二聚体形式结合在新基序上,蛋白结构模拟显示FOXA1蛋白分子的二聚结合是由DNA基序介导的,基因组测序结果显示FOXA1在乳腺癌和肝癌细胞中FOXA1蛋白在二聚体基序上富集并能够在PI3K信号通路被抑制的时候调控染色质动态变化,其次,进一步通过生物信息学以及细胞生物学技术筛选出了能够影响FOXA1二聚结合的与疾病相关的单核苷酸多态性(SNP),其中有着与骨质疏松及帕金森疾病相关的致病SNP,为未来相关疾病的研究治疗提供了新的方向。(Nucleic Acids Research

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