生物技术前沿一周纵览

2018-06-08 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年6月8日)

 生物技术前沿一周纵览(201868日)

 

科学家发现水稻自私基因

 

自私基因是指双亲杂交后,父本或母本中能控制其自身的DNA片段优先遗传给后代的基因。水稻籼粳杂种存在半不育的问题,严重制约了籼粳杂交稻产量的提高。研究发现,水稻杂种不育性受水稻自私基因位点qHMS7的控制,并发现水稻包含三个紧密连锁的基因ORF1ORF2ORF3,其中ORF1基因编码一个未知功能的蛋白;ORF2基因编码一个杀配子的毒性蛋白,以母体效应导致花粉死亡;而ORF3基因编码一个解毒蛋白,以配子体效应保护配子,使携带ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亚洲栽培稻”的演化过程中,ORF1一直被保留,ORF2从没有毒性功能逐步演变成有毒性功能的类型,ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因复制产生,并获得解毒功能,在随后的稻种驯化过程中被选择传递到亚洲栽培稻品种。研究表明,粳稻品种同时携带毒性的ORF2和解毒的ORF3,而南方野生稻只含有无毒性的ORF2,在其杂种F1中,携带南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保护而死亡,携带粳稻品种基因型的花粉因有ORF3保护而存活,最终导致后代中没有纯合的南方野生稻基因型个体存在,群体分离不符合经典的孟德尔遗传模式。(Science

 

 

水稻粒型和穗粒数协调发育的分子机制

 

水稻产量性状是由多基因控制的复杂数量性状,容易受到环境变化的影响。水稻产量主要由每株有效分蘖数、每穗粒数和粒重三个因素决定的。研究人员筛选出一个粒型增大、粒重增加,但是每穗粒数明显减少的突变体gsn1 (grain size and number 1),并且成功定位克隆了GSN1基因。该基因编码一个定位于细胞质的双特异性磷酸酶。在籼稻和粳稻背景中,分别抑制GSN1的表达可以使得水稻粒型增大、每穗粒数减少;增强GSN1的表达使得粒型减小、每穗粒数增加,这表明GSN1协调水稻每穗粒数和粒型大小双重发育过程。体内和体外研究表明,GSN1蛋白通过与OsMPK6互作,对其进行去磷酸化修饰,从而抑制OsMPK6的活性。进一步检测水稻幼穗中OsMPK6的磷酸化水平发现,在gsn1突变体中OsMPK6的磷酸化水平明显高于野生型,在GSN1受抑制的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平也明显升高,而在GSN1过表达的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平明显降低;此外,在OsMPK6RNAiOsMKK4CRISPROsMKKK10CRISPR植株中OsMPK6的磷酸化水平也明显减弱,表明OsMPK6的磷酸化水平对于水稻穗形态建成至关重要。在野生型和gsn1背景中分别考察OsMPK6RNAiOsMKK4CRISPROsMKKK10CRISPR的单突变体和双突变体表型发现:单突变体粒型减小、每穗粒数增多;双突变体可以回复gsn1突变体的表型。这些结果表明,GSN1通过对OsMPK6的去磷酸化,负调控OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联信号通路。该研究首次在水稻中鉴定了调控水稻穗型发育的OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联信号通路,并且证实了GSN1是该级联信号通路的负调控因子。研究结果还表明GSN1-MAPK分子模块通过整合下游的植物激素信号影响局部细胞特化和细胞分裂,从而精细调控水稻每穗粒数和粒型大小之间的协同发育。该研究对于理解禾本科作物花序形态建成以及可塑性的分子调控机理具有重要意义,为作物产量的遗传改良提供了新的分子模块和策略。(The Plant Cell

 

 

非洲栽培稻种子落粒性丧失的分子遗传基础

 

非洲栽培稻起源于非洲的短舌野生稻(Oryza barthii),其产量低,仅限于西非撒哈拉沙漠以南的地区种植。研究人员利用图位克隆的方法从非洲野生稻中分离了一个编码YABBY转录因子的基因ObSH3seed shattering 3),该基因控制水稻种子脱离层发育。进一步研究发现,含有SH3的基因组区段缺失引起非洲栽培稻种子落粒性的丧失。通过对SH3SH4SH4是一个位于4号染色体控制种子落粒的基因)的功能分析,发现多个基因可引起一系列种子落粒性状丧失的表型,影响其他性状,如脱粒容易。研究人员进一步分析了93个地方品种中的SH3SH4,分子进化分析结果为非洲水稻驯化历史提供了更多的信息。总的来说,该研究结果为作物驯化过程提供了新的见解,同时,ObSH3基因的克隆及其作用机制也加深了我们对于种子传播分子机制的了解。(Nature Plants 

 

水稻基因组研究综述

 

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全球一半以上的人口(预计未来30年将增长30亿)以稻米为主要食物来源。水稻也是研究农业生态系统基因组学的重要模式植物。这种双重作用使得水稻成为农业上巨大挑战的核心,即如何利用基因组学来生产足够的食物以满足不断增长的全球人口。全球科学家正在探究驯化水稻及其野生亲缘种之间的遗传变异,目的是筛选出可应用于培育新一代“绿色超级稻”的基因座。(Nature Reviews Genetics

 

 

食草动物对植物群落的调控机制

 

人类活动在全球范围导致动物种群数量持续下降,食草动物对植物的影响受到越来越多的关注。研究人员通过整合分析全球陆地生态系统123个野外围栏实验的数据,发现食草动物显著降低植物的繁殖、存活、生物量和多度,提高物种均匀度,且并未随研究地特征(如生产力)或动物类群(小型或大型动物)等表现出明显差异,但其影响强度存在很大的不确定性。该研究在全球尺度上揭示了食草动物对植物群落生产力和多样性具有重要的调控作用,改变了以往“资源竞争(上行效应)在调控陆地生态系统植物群落方面占主导”的传统认识,为陆地生态系统的保护和管理提供了重要的科学依据。(PNAS

 

 

致病及功能性淀粉样蛋白聚集的分子机制

 

蛋白质的淀粉样聚集(amyloid)最早被发现在多种神经退行性疾病(如阿尔兹海默病及帕金森病等)的患者脑部富集,且与疾病的发生发展密切相关。研究人员在阐释FUS形成可逆amyloid的机理和生物学意义以外,在蛋白质纳米级晶体的原子结构解析方法学上也有新的突破:发展出一整套基于低温冷冻电子显微镜的蛋白质电子衍射方法,并运用此方法解析出高达0.73埃的超高分辨率原子结构,此原子结构为目前运用电子显微镜解析出的最高分辨率的蛋白及多肽的原子结构,为推动电子衍射方法在蛋白质及多肽形成的超微晶原子结构解析中的应用奠定了基础。(Nature Structural

 

 

水库蓝藻水华对浮游细菌抗生素抗性基因的影响

 

在世界各地的湖泊、水库等淡水生态系统中,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)和蓝藻水华(cyanobacterial bloom)都因其对人类健康的潜在危害而引起了全球公众的广泛关注。研究人员采用高通量荧光定量PCR技术和高通量测序方法对水库蓝藻水华期和非水华期、自由生和颗粒附着生细菌所携带的ARGs进行了比较研究。结果表明,该研究共检出145ARGs9种可移动遗传因子,其中具有外排泵抗性机制的多重耐药基因最具优势(68.93%),非水华期自由生细菌的ARGs丰度最高;蓝藻水华期的ARGs种类数低于非水华期,水华期和非水华期共有的ARGs丰度贡献分别是99.8%96.9%;蓝藻水华对自由生细菌ARGs丰度的抑制作用较大,对附着生细菌ARGs功能组成的影响较强。在水华发生和消退过程中,ARGs的分布与3种可移动遗传因子、低丰度稀有细菌密切相关;ARGs的群落构建还受到随机性过程的影响,其中自由生细菌ARGs群落较附着生细菌具有更高的随机性水平。因此,细菌的生活方式是能引起ARGs对蓝藻水华差异性响应的重要机制之一。该研究为深入理解ARGs在自然水环境中的分布特征提供了基础数据,可为湖泊水库ARGs监测、安全评估、生态管理和风险防控等方面提供参考。(Environment International

null

来源:

相关文章