生物技术前沿一周纵览(2018年7月13日)

2018-08-21 | 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(2018713日)

 

水稻品质与产量关系遗传研究获进展

 

水稻是重要的粮食作物之一。研究人员利用籼稻品种93-11和粳稻品种日本晴构建的重组自交系,通过高通量测序的方法绘制出一张产量与品质相关基因的高密度连锁图谱。利用QTL(数量性状位点)分析鉴定出多个控制粒型和稻米品质的QTL位点,进一步的图位克隆鉴定到五个能正向或负向影响粒型及稻米品质的主效QTL (GW5GW7GW8GS3OsMADS1)。研究发现,这五个QTL位点的不同组合能产生不同的粒型,同时能获得不同的稻米品质。通过设计将来自日本晴的GW5GW8位点和来自9311GW7GS3OsMADS1位点组合后即可获得最高的产量和最优的稻米品质,并通过比较93119311-GW5NIP-GW8NIP一对近等基因系的稻米产量和品质获得该理论的验证。(Journal of Genetics and Genomics

 

 

细胞质类受体激酶第七亚家族作用于植物免疫

 

植物细胞膜上的模式识别受体(pattern recognition receptors, PRRs)能够识别来源于病原菌的一些保守的分子模式激活免疫反应。研究人员根据RLCK VII的进化树构建了多个多重突变体,系统分析了RLCK VII成员在植物免疫中的功能。研究发现RLCK VII第五、第七和第八进化分枝的成员广泛参与了多个PRR介导的免疫反应。而第四进化分枝的成员特异地参与了几丁质诱导的免疫反应。进一步研究表明第四进化分枝的成员参与了MAPK激活。该研究揭示了RLCK VII成员在PRR介导的免疫反应中功能的冗余性和特异性。该工作构建的突变体为研究RLCK VII成员的功能提供了很好的遗传材料。(Plant Physiology

 

 

CRISPR基因编辑应用取得新突破

 

近年来,CRISPR/Cas9系统作为一种源自原核生物获得性免疫系统的基因定点编辑技术,已被广泛应用于诸如基因表达调控、基因编辑以及核酸的原位检测等领域。研究人员以超薄二维黑磷纳米片为载体,通过静电相互作用对携带三核定位序列(3xNLS)的Cas9-sgRNA复合体实现高效负载,从而构建了一种高效的CRISPR/Cas9基因运载体系。(Angewandte Chemie International Edition

 

 

茉莉酸抑制铁吸收

 

铁是生物体必不可少的一种微量元素,它作为多种酶的辅基在DNA的合成、光合作用、呼吸代谢和激素合成等生命活动中发挥重要作用。研究人员通过酵母双杂交研究,鉴定到了四个与FIT互作蛋白bHLH018bHLH019bHLH020bHLH025,其表达受JA诱导。功能分析证明这四个转录因子作为负调控因子,通过与FIT结合促进FIT蛋白经26S蛋白酶体降解。同时,还证明了JA在转录水平抑制FITbHLH38bHLH39bHLH100bHLH101的表达。这些作用最终导致IRT1FRO2的表达水平大大降低,增加植物对低铁的敏感性。bHLH018bHLH019bHLH020bHLH025四个蛋白同属于bHLHIVa亚家族,同源性很高,具有功能冗余性,在低铁加JA-Fe+JA)的条件下,其突变体表现出比野生型更耐低铁胁迫,其耐受程度从单突、双突、三突到四突依次增强。此外,还发现bHLH类的Ib亚家族转录因子bHLH038bHLH039bHLH100bHLH101不但能在低铁胁迫时上调表达,与FIT结合形成异源二聚体,激活下游铁吸收相关基因的表达,同时增强FIT蛋白的稳定性。过表达bHLH038能够使FIT蛋白在低铁加JA条件下积累,且过量表达植株在低铁加JA培养基上表现出更耐低铁胁迫。但当在bHLH038超量表达植株中再过量表达bHLH018时,FIT蛋白的积累在低铁加JA条件下消失,双过量表达植物与野生型一样表现出低铁敏感。这些结果表明Ib亚家族(缺铁诱导)和IVa亚家族(JA诱导)的bHLH蛋白在调控FIT蛋白稳定性方面相互拮抗。(Molecular Plant 

 

寄生植物南方菟丝子基因组学研究中取得进展

 

自然界绝大部分植物都通过叶片的光合作用和根部的水分和营养吸收维持自养生存,而寄生植物则是一类通过寄生在自养植物上获取能量和营养的植物。研究人员利用纯三代测序技术获取了高质量南方菟丝子参考基因组,结合基因系统发育分析与共线性分析,发现菟丝子属与番薯属植物的共同祖先在约750万年前分化前经历了一次全基因组三倍化加倍事件,之后菟丝子经历了快速进化以及大规模的基因丢失。研究者设计了一套严格而精确的生物信息学分析方法对菟丝子全基因组基因丢失事件进行了系统分析,发现自养植物中保守的基因约11.7%在菟丝子基因组中发生了丢失。丢失基因大部分与光合作用、根和叶的功能与发育、植物抵御逆境与胁迫和基因的转录调控等相关。非常有趣的是菟丝子基因组中还丢失诸如FLC FRISVPAGL17CO等重要的开花决定基因。这些在自养植物中非常重要的基因在菟丝子中的丢失很可能和它根和叶片的退化相关。菟丝子的寄生习性离不开其特有器官吸器的演化。研究者发现约三分之一的吸器高表达基因与自养植物根的高表达基因相同。结合转录组数据、基因选择压力分析和基因家族扩张分析,该研究中找到了一系列可能与吸器功能和发育相关的基因。其中大量基因功能集中在营养获取和细胞壁分解中,包括果胶酯酶、丝氨酸羧肽酶和各种转运蛋白,此外另有大量无法注释功能的新基因有待进一步的研究。(Nature communications

 

 

基因逃离着丝粒区域的进化趋势

 

着丝粒及其周边是植物基因组中进化最快、结构最复杂的区域。着丝粒与近着丝粒区域不仅经历着快速的序列变化与结构重塑,而且具有转录活性的基因,也是新基因起源的热点区。研究人员在完成短花药野生稻全基因组测序的基础上,利用BAC测序和物理图谱等信息,完善了短花药野生稻十二条染色体着丝粒和近着丝粒区域的序列。并在此基础上开展了稻属及其禾本科植物着丝粒区域的比较基因组学研究。研究发现:短花药野生稻独立选择与适应了特异的着丝粒序列;近着丝粒的倒位是着丝粒位置发生移动的主要方式;短花药野生稻第十二号着丝粒的位置移动是一个典型的着丝粒重定位现象,新着丝粒起源于旧着丝粒区域的一个区段性重复;着丝粒区域或周边的基因通过基因重复后的选择性删除,出现基因逃离着丝粒环境的进化趋势,这种进化动力一方面来自着丝粒区域遗传与表观遗传环境对基因的不利影响,另外一方面也可能与着丝粒的扩展有关;同时发现水稻近着丝粒区域在近期进化过程中形成了大量的新基因。(The Plant Cell

 

 

基因编辑技术创制水稻单倍体诱导系

 

玉米MATL基因是在精细胞中特异表达的磷脂酶(phospholipase)基因,该基因失活后可以诱导玉米单倍体的产生。研究人员通过氨基酸同源序列比对找到水稻中的MATL编码基因OsMATLOspPLAIIφPLP1Os03g27610)。然而,利用TILLINGEMS诱变创制的突变体虽然花粉活力和结实率均降低,却不能诱导出单倍体,这表明了花粉活力对单倍体诱导的作用。为了增加突变的定向性,研究者以该基因上的第1和第4外显子区域作为靶标,构建了两个CRISPR-Cas9基因编辑载体并转化籼稻品种IR58025B。编辑后的植株正常散粉,但是结实率降低。对两个载体转化得到的14个事件进行染色体倍性分析表明,平均的单倍体诱导率约6%。对E1纯合编辑事件的深入分析显示编辑植株的绝大部分花粉发育正常,而大多数单倍体植株更加矮小、根系和分蘖也较少。E1事件对两个作为母本的测试株系的单倍体诱导率分别为4.6%1.8%,这显示出雌性种质对诱导率的影响。(Nature Plants

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