生物技术前沿一周纵览

2018-08-21 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年6月1日)

 生物技术前沿一周纵览(201861日)

 

转录中介体调控干细胞不对称分裂和根形态建成的机理

 

多细胞生物的器官发生和生长发育依赖于干细胞的不对称分裂。研究表明在进化上高度保守的转录中介体亚基MED31通过控制SHR-SCR介导的时空特异性转录输出而调控干细胞的不对称分裂。研究发现,MED31SCR直接相互作用而不与SHR直接互作。MED31SCRSHR通过形成动态三元复合体而控制靶标基因的时空特异性表达。MED31SHR以浓度依赖的方式竞争结合SCR,从而调控MED31-SCR-SHR三元复合体的动态形成。高浓度的SHR干扰SCR结合MED31;当SHR处于合适浓度时,SCR可以结合MED31,从而连接RNA聚合酶II通用转录机器,启动下游靶基因转录。该研究成果表明,MED31SCR的动态相互作用控制着SHR-SCR复合体的转录输出,进而决定了干细胞的不对称分裂。(PNAS

 

 

糖信号通过影响ABA信号传导调节水稻穗发芽

 

水稻、小麦等禾谷类作物是世界上重要的粮食作物,部分栽培品种由于缺少收获期休眠发生胎萌或穗发芽(Pre-harvest sproutingPHS)现象,影响制种质量。研究人员通过大规模突变体系统筛选,获得了一系列影响水稻穗发芽突变体,并已报道了植物激素脱落酸(ABA)合成途径基因的突变体(phs1phs7)都表现出穗发芽的表型(Fang et al., 2008; Fang and Chu 2008)。在这一系列突变体中有一个糖化胚乳的穗发芽突变体phs8。图位克隆表明,PHS8编码一个水稻异淀粉酶(ISA1),研究结果表明PHS8的突变导致胚乳中小分子糖的积累,从而抑制ABA信号通路中两个重要转录因子OsABI3OsABI5的表达,导致了穗发芽表型。过表达OsABI3OsABI5可以部分恢复phs8突变体穗发芽表型。该研究揭示了胚乳中的糖信号分子通过影响ABA信号传导来调节种子休眠和萌发的重要作用。(The Plant Journal

 

 

出土幼苗形态建成的转录调控网络

 

植物幼苗出土前后的形态建成巨变,与所处土壤环境的剧变紧密联系,是研究植物适应环境的经典模型。研究在pif1345ein3eil1的六缺突变体中逐一转基因过表达单个PIFsEIN3。意外发现,在六缺突变体背景中过量表达单个PIFsEIN3,能部分恢复甚至完全逆转大量基因的表达模式。表型分析显示单个PIFsEIN3能完全恢复六缺突变体的下胚轴伸长,顶端弯钩形成,以及子叶打开与扩展的表型,使得六缺突变体呈现出类似野生型的暗下形态建成表型。对调控幼苗顶端弯钩关键基因HLS1的研究发现,单个PIFsEIN3蛋白在六缺突变体背景中能独立直接结合到HLS1的启动子上,激活HLS1的基因表达,与顶端弯钩完全回补的表型一致。这些结果说明在调控出土幼苗的形态建成中,PIFsEIN3/EIL1这两类转录因子是完全独立且功能冗余。出土幼苗在形态建成与叶绿体发育中采用相反的调控机制正好与幼苗出土的复杂过程相适应。(PNAS

 

 

植物基因组编辑突变体筛选方法研究中取得进展

 

如何快速高效进行突变体检测和鉴定是植物基因组编辑技术迅速发展面临的重要问题之一。研究人员利用CRISPR/Cas系统(包括Cas9Cpf1)的体外切割特性,在六倍体小麦和二倍体水稻中建立了一种简单、高效、廉价的PCR/RNP植物突变体筛选策略。该方法不受限制性内切酶位点的限制,比PCR/RE具有更强的广适性;比T7EI具有更高的准确度;比Sanger测序更廉价,而且灵敏度更高。(Plant Biotechnology Journal

 

 

作物基因组单碱基编辑方法研究中取得进展

 

单碱基编辑技术(Base editor)是基于CRISPR系统的新型靶基因定点修饰技术,它不需要产生DNA双链断裂(DSB)及DNA模板就可以对基因组特定碱基进行高效的替换。研究人员利用Cas9变体(nCas9-D10A)融合大肠杆菌野生型腺嘌呤脱氨酶(ecTadA)和人工定向进化的腺嘌呤脱氨酶(ecTadA*)二聚体,建立并优化出高效、精确的植物ABEAdenine Base Editor)单碱基编辑系统,在植物中实现高效的A·T>G·C碱基的替换。通过优化腺嘌呤脱氨酶二聚体的位置以及核定位信号(NLS)的位置和个数,以及测试3种不同形式的sgRNAnative sgRNA, esgRNAtRNA-sgRNA),发现ecTadA-ecTadA*-nCas9-3NLS使得A·T>G·C的替换效率提高了1.1倍,并且esgRNA具有最高的单碱基编辑效率,是native sgRNA2倍,tRNA-sgRNA3倍。在水稻转基因植株中实现了高达59.1%A·T>G·C编辑效率,并展示了通过植物ABE系统编辑的水稻表现出除草剂抗性。利用CRISPR DNA瞬时表达技术,在小麦中A·T>G·C编辑效率高达1.1%,并获得了通过植物ABE系统编辑的小麦植株。研究结果充分表明该植物ABE系统具有简单、高效、低Indels产生等特点,将为植物基因组功能解析和作物遗传改良及新品种培育提供重要技术支撑。(Genome Biology

 

 

植物开花分子机制研究取得新进展

 

开花是高等植物进入生殖阶段的标志,在植物繁衍后代和外界环境适应中发挥着重要作用。研究

人员以模式植物拟南芥为研究材料,证实了NF-Y亚基蛋白NF-YC是光周期途径中FT基因表观调控的重要因子。通过遗传、生理、生化和分子生物学的分析发现,拟南芥NF-YC与组蛋白甲基化酶CURLY LEAF (CLF)可在花芽转化期发生特异的蛋白互作,从而抑制FT基因染色质上依赖于CLF的组蛋白27位赖氨酸三甲基化(H3K27m3)修饰水平,促进拟南芥的开花过程。该文揭示了NF-YC-CLF特异互作介导下游表观调节和诱导开花的新型作用机制,该发现增进了对植物开花时空特异性的表观调控机制的理解。(Plant Physiology

 

 

亚热带森林马尾松木质部形成及其驱动因子研究中取得进展

 

研究人员利用微采样技术连续监测广东鼎湖山和石门台国家级自然保护区马尾松(Pinus massoniana Lamb.)的形成层活动和木质部(增大期、增厚期和成熟期)的形成过程,通过线性混合模型定量分析发现:马尾松的树干木质部生长开始于2月中下旬,结束于12月末,1月份形成层不活跃,极有可能处于半休眠状态,首次精确定量了马尾松生长季的长度,更新了普遍认为亚热带树木全年生长的传统观点。此研究是国际上首次报道亚热带树木木质部发育过程及其驱动因子,对于进一步明确中国亚热带森林生态系统固碳机制有重要意义。(Tree Physiology

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