生物技术前沿一周纵览(2018年5月25日)

2018-05-25 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年5月25日)

 生物技术前沿一周纵览(2018525日)

 

小麦TaGW2基因调控粒重及蛋白品质性状

 

小麦是全球最重要的粮食作物之一。研究人员利用CRISPR/Cas9技术获得了缺少TaGW2基因一个拷贝(B1D1)、两个拷贝(B1D1)以及三个拷贝(A1, B1D1)的突变体,研究表明,TaGW2-B1-D1负调控小麦籽粒的宽度、长度、千粒重及平均单株产量,TaGW2-B1的作用效果强于TaGW2-D1,而且TaGW2http://www.cas.cn/syky/201805/W020180524595638241348.gif因的各拷贝之间存在功能上的相互作用。进一步研究表明TaGW2-B1-D1均能通过调节发育种子中外果皮的细胞数目和长度来调控小麦籽粒的大小。对突变体籽粒的蛋白质含量进行测定,发现TaGW2突变体的籽粒蛋白质含量明显增加,相较于野生型对照,突变体的面粉蛋白质含量以及面筋强度也显著增加。综合考虑来自多个环境的数据以及性状变化程度,推测TaGW2-B1的缺失在协同改良小麦粒重和蛋白品质方面具有较好的育种利用价值。(The Plant Journal

 

 

调控大豆生育期及种子性状的基因方面取得进展

 

大豆是重要的植物蛋白和植物油来源。生育期、蛋白及油分含量是关乎大豆产量和品质的重要农艺性状。研究人员利用IlluminaSoySNP8k iSelectBeadChip(中等密度芯片)对来自中国、日本、美国、加拿大和其他国家的235份大豆资源进行基因型分型,获得了4471个多态性SNP分子标记,揭示了一个相对复杂的群体结构并将该群体分为7个亚群体,与品种的地理起源相对应。通过GWAS分析,共鉴定了30个与生育期相关的QTNsQuantitative trait nucleotides)位点,16个与种子蛋白及油分含量相关的QTNs位点。其中大部分QTNsSoyBase (soybase.org)中报道的已知相关性状的QTL一致,证明了在遗传研究及分子育种中,中等密度SNP芯片在基因分型上的重要作用,有助于有关生育期及种子蛋白和油分含量QTL鉴定及基因克隆,对农业生产具有重要的指导意义。(Frontiers in plant science

 

 

花型调控的分子机制和重要花卉植物起源研究获进展

 

花卉的驯化被认为是植物在人工选择下快速形态进化的典型案例。研究人员通过解剖大岩桐,发现其背部花冠筒基部产生的囊状结构是决定野生大岩桐的花向侧部开放的关键结构。遗传学实验及关联分析显示,大岩桐向顶部开放和辐射对称花受单基因控制,TCP基因家族成员SsCYC第一个外显子上10-bp的碱基缺失与顶开辐射花型极为显著的关联。进一步研究显示,SsCYC基因在野生大岩桐背部花器官和囊状结构中特异性表达,特别在囊状结构的横切面呈梯度表达模式,从内表皮至外表皮表达量逐渐降低,导致了细胞的不对称生长而产生了囊状结构;该基因第一个外显子上的碱基缺失导致严重的移码突变,产生功能完全缺失的蛋白,使得不对称生长消失,这一突变被人工选择从而产生了向顶部开放的辐射对称花。通过对原始文献的查阅、系统关系重建以及遗传推演,研究人员确定来自里约热内卢的2个野生大岩桐居群可能是栽培大岩桐的祖先。 (Molecular Biology & Evolution)

 

 

科学家揭示花性状的进化机制

 

花作为植物的重要繁殖器官,是被子植物进化的重要标志。研究人员以27种被子植物的花和叶片为研究材料,利用植物系统发育分析方法研究了花和叶片功能性状的适应与进化机制。研究发现,尽管花瓣和萼片的脉密度和气孔密度低于叶片,并与叶片的脉密度和气孔密度成比例变化,但是,花瓣的脉密度和气孔密度之间没有呈现相关性。说明花和叶片的进化选择压不同,提高叶片的光合速率被视为选择小细胞的一个过程,这增加了叶片的气孔密度和叶脉密度。花的功能不同于叶片,选择压按比例保持花脉和气孔组织之间协调的投资不太强烈。然而,花瓣的脉密度和气孔密度间的较弱关系可能暗示角质层对花瓣水分维持有潜在贡献。(New Phytologist

 

 

赤霉素在拟南芥胚胎发育中的作用机制

 

赤霉素(GA)作为一种重要的激素,在植物发育的众多方面都起着关键作用。 科研人员发现,在拟南芥胚胎发育过程中,活性赤霉素的合成呈现出先升高后降低的时空特异性变化,并在晚期胚胎膨大阶段达到顶峰。在此时期,赤霉素生物合成或信号转导缺陷都会导致胚胎发育异常,具体表现为胚胎子叶伸展受抑和胚轴缩短。相反,赤霉素过量积累则会导致成熟胚明显变大。进一步研究发现,赤霉素信号负调控因子DELLA可与植物胚胎发育的关键调控因子LEAFY COTYLEDON1LEC1)相互作用,在胚胎膨大阶段,赤霉素通过降解DELLA蛋白来释放DELLALEC1的抑制作用,从而促进胚胎相关基因的表达以及生长素的合成以促进胚胎发育。该研究揭示了赤霉素通过GA-DELLA-LEC1信号模块以一种时空特异的方式调控晚期胚胎发生,阐明赤霉素在胚胎发育中的具体角色,为理解植物激素如何调控胚胎发育提供了新的视角。(Nature Plants

 

 

研究发现植物病原真菌致病新机制

 

大丽轮枝菌是一种感染植物根部的土传性病原真菌,侵染包括棉花在内的多种双子叶植物。病原菌分泌的效应蛋白在克服植物免疫反应、帮助病菌定殖寄主的过程中发挥重要作用。研究人员前期的工作中构建了高效精准的大丽轮枝菌基因敲除系统(Wang et al., 2016Phytopathology)。在此基础上,对大丽轮枝菌基因组编码的数百个分泌效应蛋白开展规模化的突变分析,从中分离了一个大丽轮枝菌的关键致病因子VdSCP41。研究发现VdSCP41从真菌分泌后转运到植物细胞核内,直接靶向植物的重要免疫调控因子CBP60gSARD1,干扰其转录因子活性从而抑制植物免疫相关基因的诱导,帮助大丽轮枝菌侵染植物。此外,还发现了CBP60g-C端蛋白的显性抑制活性,以及VdSCP41诱导CBP60g在植物细胞核的积累,表明病原菌改造植物免疫靶标为诱饵蛋白从而干扰植物免疫的致病新策略。该研究分离了大丽轮枝菌的关键致病因子VdSCP41,阐明了其操控植物免疫的机理和在大丽轮枝菌致病过程中的功能。目前研究团队正在对其它重要效应蛋白的致病功能进行深入解析。(eLIFE

 

 

富集开放染色质间相互作用的新方法

 

真核细胞核中的染色质通过折叠成高度复杂、动态的高级结构,调控细胞中DNA转录、复制、损伤修复等重要功能。科研人员结合FAIRE-seq技术及Hi-C技术的关键步骤,开发出了一种可以不依赖蛋白抗体及靶序列的OCEAN-C技术。在OCEAN-C技术中,染色质首先被甲醛交联;随后,染色质被限制性内切酶(MboI)消化;DNA末端修复时被连入带有生物素标记的脱氧核糖核苷酸;随后空间存在相互作用的DNA被连接;超声打断染色质后,开放染色质被酚-氯仿抽提;最后,存在相互作用的开放染色质因为连有生物素信号,能被磁力架富集。与其他技术相比,1OCEAN- C 技术不仅能检测到TADcompartments等三维基因组结构,而且同时富集开放染色质区域及这些开放染色质之间的相互作用; 2)我们在三种 B 细胞相关细胞系(U266RPMI8226GM12878)中应用了 OCEAN-C 技术,发现三种细胞中均有近 10000 个开放染色质相互作用中心(HOCI)HOCI长度在 1 kb 左右、以活跃启动子及增强子为主、并结合有大量转录相关蛋白。许多HOCI也与Super-enhancerbroad H3K4me3区域有重合,帮助理解这些新发现的重要调控区域内部和之间的互作;3HOCI作为相互作用网络的重要节点,与其他开放染色质互作,形成全基因组开放染色质相互作用网络,调控基因表达。(Genome Biology

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