生物技术前沿一周纵览(2018年10月12日)

2018-10-12 | 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(20181012日)

 

研究发现蓝光有助于植物合成坚硬细胞壁

 

高等植物直立生长依赖于维管组织细胞通过细胞壁加厚提供的机械支撑力和形成的长距离运输通道。研究人员通过对拟南芥cry1突变体研究发现,花序轴茎秆中纤维细胞壁加厚存在缺陷,细胞壁变薄,茎秆机械强度降低;而过表达CRY1则促进次生细胞壁合成,细胞壁增厚,茎秆机械强度增加。分析表明CRY1突变体中,次生壁加厚的转录调控网络不能正常启动。对该转录调控网络解析发现NST1主导的次生壁加厚转录程序受蓝光诱导,而MYC2/MYC4可以直接结合NST1启动子并激活其表达。实验证明通过响应蓝光信号,MYC2/MYC4激活次生壁合成程序,促进花序轴茎秆纤维细胞中次生细胞壁加厚。研究首次发现了光调控次生细胞壁加厚的证据并解析了其分子机制。研究结果为利用光来调控细胞壁形成,开发新的技术指导农业生产提供了重要依据。(The Plant Cell

 

 

科学家开拓改善水稻营养品质育种新路径

 

人类70%的粮食来自禾本科作物的胚乳。研究人员创建了一种半粒种子筛选体系,并利用这一体系筛检了近3万粒水稻种子,获得了一个糊粉层增厚的水稻品系ta2,其糊粉层从野生型水稻的1层细胞增加到410层,使水稻的蛋白质、脂肪酸、维生素、微量元素和膳食纤维等营养因子得到了普遍提升。这是国际上首次提出的一种改善水稻营养品质的新途径,并为培育高营养水稻提供了新型遗传材料。研究人员通过基因克隆发现,糊粉层增厚表型是由于一个DNA去甲基化酶基因OsROS1显性负突变产生的。该研究组还通过自主开发的水稻TILLING平台获得了一批OsROS1基因等位突变新材料,其营养品质得到了不同程度提高。目前,研究人员正在尝试利用基因编辑技术调控小麦、玉米等作物中去甲基化酶ROS1基因的表达活性,有望开拓禾本科作物营养品质育种的新路径。(PNAS

 

 

花粉粒极性建立和囊泡运输的机制研究获进展

 

花粉粒的萌发和花粉管的伸长对于开花植物完成双受精从而进行繁殖至关重要。研究以双子叶模式植物拟南芥为材料,利用转盘式激光共聚焦显微镜对花粉粒内微丝的动态变化进行长时间的实时追踪观察,发现微丝骨架在花粉粒萌发前建立极性并标记萌发位点。微丝骨架系统首先在花粉粒内进行旋转,而后在未来的萌发位点处形成一个类似刷状环的结构。Formin 家族成员 AtFH5 是调控上述过程中微丝动态的关键因子。在微丝的旋转时期,AtFH5 定位于囊泡上,引导微丝的旋转运动;在微丝形成类似刷状环结构的时期,AtFH5 定位于未来萌发位点的细胞膜上,起始并促进类似刷状环结构中微丝的组装。进一步的药理学和遗传学实验结果表明,AtFH5 和微丝以相互依赖的方式促进花粉粒中囊泡的运输。囊泡定位的AtFH5促进微丝聚合和延伸,而微丝的快速组装反过来为  AtFH5 所标记囊泡的运动提供推动力。上述运输方式不同于经典的以微丝作为运输轨道的细胞内物质运输方式。研究揭示了微丝骨架系统调控花粉粒萌发过程中细胞极性建立的分子机制,并发现了一种植物细胞内物质运输的全新方式。(Molecular Plant 

 

 

菌根共生中脂肪酸营养交换的调控分子机制

 

绝大多数陆生植物借助自身的根系,通过与菌根真菌形成互利共生,高效从环境中获取磷、氮等营养,并把碳源传递给菌根真菌,向生态系统输入碳源。研究人员发现,转录因子 WRI5a 受到菌根真菌分泌的 Myc Factor 的诱导,并结合在目标基因启动子的 AW-box 区域以激活目标基因的表达。通过一系列实验证明,WRI5a 可以与 STR 启动子上的 AW-box 结合,从而激活脂肪酸转运蛋白STR的表达,调控脂肪酸的转运。在 WRI5a 基因突变体中,菌根真菌的侵染率降低,而 WRI5a 基因过表达后,菌根真菌侵染显著增加,并且植物总脂肪酸和 C160 脂肪酸含量均明显提高,表明 WRI5a 基因在菌根真菌侵染过程中,对植物脂肪酸的合成具有正调控作用。研究还发现,WRI5a基因可以激活植物磷转运蛋白 MtPT4 的表达,对植物从菌根真菌中吸收磷也有重要的调控作用。(Molecular Plant  

 

科学家优化人工microRNA基因沉默技术,拓展其在植物基因沉默中的应用

 

CRISPRCas9 技术是目前植物基因敲除的主流工具,但其无法获得带有致死突变的纯合突变体,也无法获得仅在特定组织、细胞或发育阶段敲除基因的纯合突变体,而且无法特异敲除同一基因多个可变剪切体中的特定剪切体。研究首先优化了候选 amiRNA 的设计,通过生物信息学手段建立了拟南芥中靶向27136 个基因(基因组覆盖率98.87%)的 533429 个优化的候选 amiRNA 序列。优化设计的候选 amiRNA 其基因沉默效率普遍高于 WMD3 设计的候选 amiRNA。该研究随后尝试了通过 tRNA-pre-amiRNA 串联重复的策略产生多个 amiRNA,实现对多个靶基因的同时沉默。利用 amiRNA 的优化设计和 ETPamir 方法可以快速筛选出高效沉默靶基因的amiRNA。研究发现在转基因植株中,荧光蛋白的水平可以反映出 amiRNA 的基因沉默效果。使用这种报告系统表达通过 ETPamir 方法筛选出的高效 amiRNA93% GFP阳性植株表现出类似 cngc2 缺失突变体的最佳基因沉默表型,而通过常规的转基因抗性筛选,仅有 31% 的抗性植株表现出最佳基因沉默表型。(Plant Physiology

 

 

糖信号调控植物脂肪酸合成的新机制

 

糖信号传导在调节脂质合成方面发挥重要作用。WRI1WRINKLED 1)是一种AP2APETALA2)转录因子。研究发现,在甘蓝型油菜悬浮细胞培养基中添加T6P或者在烟草中过表达大肠杆菌 T6P 合酶 OtsA,均会显著增加 T6P 水平、WRI1 水平和脂肪酸合成速率。该研究还使用微尺度热泳(MSTmicroscale thermophoresis)技术,发现T6P直接与纯化的重组 KIN10 结合,这种结合削弱了 KIN10 GRIK1 之间的相互作用。进一步研究发现GRIK1GEMINIVIRUS REP-INTERACTING KINASE1)与KIN10Kd 19±3μM)结合并通过磷酸化激活它。GRIK1-KIN10 关联在 T6P 存在下会减弱三倍以上,造成 KIN10 的磷酸化及其活性的降低。该研究还发现,拟南芥 grik1  grik2 突变体的提取物中 T6P 依赖性的 SnRK1 活性降低,而 grik1 grik2 提取物中的 SnRK1 活性被 T6P 增强,表明 SnRK1 T6P 敏感性是 GRIK1/ GRIK2 依赖性的。(Plant Cell 

 

 

荠菜亚基因组表达分化研究中取得新进展

 

基因组多倍化对植物进化起着重要作用,一直是生命科学研究领域的一个热点。研究人员对25个荠菜个体进行了基因组测序,揭示这些个体可分为三组:西北地区(新疆)、西部高海拔地区和东部低海拔地区。此外,通过比较32个荠菜个体的转录组测序数据,对这些个体的总体表达量和亚基因组表达量分化进行了分析。在总体表达量上,虽然西北地区的个体能够和其它个体分开,但是在中国的大部分地区,总体表达量均没有分化。然而,亚基因组的相对表达量却显示出与遗传结构一致的分化,即分为西北地区、西部高海拔地区和东部低海拔地区。此外,两个亚基因组相对表达量的改变也呈现负相关。而亚基因组的表达分化并没有检测到与基因组分化相对应的适应性信号。这些发现与compensatory drift model一致,揭示亚基因组的表达漂变可能是重复基因进化的主要驱动力。这种中性漂变作用在短期内驱使荠菜亚基因组表达发生了居群分化,而在长期进化中可能会导致重复拷贝最终丢失。(New Phytologist

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