生物技术前沿一周纵览(2018年12月14日)

2018-12-14 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年12月14日)

水稻种子无性繁殖的可行性

 

胚胎发生的分子机制一直是植物发育研究的热点。研究人员发现在水稻受精卵中异位表达 BBM1 基因可诱导体细胞胚产生。在水稻卵细胞中特异性表达BBM1,发现98株去雄花中有12株仍可观察到胚胎结构,证明 BBM1 在不存在受精作用下仍可诱导胚胎生成,也就是孤雌生殖。水稻中有至少三个 BBM 基因,研究利用 CRISPR-Cas9 技术获得 BBM1BBM2  BBM3 不同的双突及三突变体,发现 BBM1-BBM3 影响种子育性。而BBM1+/ bbm2 bbm3 产生了多种生长发育表型。本研究发现,BBM1-ee 转基因植株自交后可诱导产生单倍体。经流式细胞仪鉴定发现T1代单倍体诱导率在 5-10%,并可在 T2 代达到 29%F1代的杂交植株通常会显示出杂种优势,因此在作物育种中可被广泛应用。如果不经过减数分裂及受精过程,杂交即可通过种子直接繁殖且不会发生分离。研究人员在 BBM1-ee 转基因植株中利用这项技术,产生 S-Apo 植株,发现S-Apo 植株可通过种子顺利诱导孤雌生殖。由于不存在减数分裂,S-Apo 植株的单倍体具有正常的花药,而其后代依然可以诱导单倍体产生,比率达到26%,后面两代均维持此概率。进一步对 T0  S-Apo 植株,T1 代及T2代二倍体植株进行全基因组测序,通过 SNP 序列分析证明二倍体后代均是通过无性繁殖产生的。研究证明,无基因分离的无性繁殖可以在有性生殖的植物中实现,并阐明了杂交种通过种子在水稻中无性繁殖的可行性,或代表了农作物育种领域的一项重大成果。(Nature

 

 

研究人员揭示转录因子与组蛋白修饰协同调控杨树适应干旱胁迫的新机制

 

非生物胁迫对农业、林业生产和自然生态系统构成了全球性威胁。其中,干旱胁迫严重影响了森林生物量与生产力。研究人员从毛果杨木质部中鉴定出 NAC006 3个耐旱基因。在毛果杨中过量表达这些 NAC 基因,显著增强了转基因杨树的耐旱性。进一步研究发现,毛果杨木质部中干旱胁迫诱导的转录因子 AREB1 与组蛋白乙酰化酶复合体 GCN5-ADA2b 相互作用形成三聚体,结合到 NAC6 等耐旱基因启动子上,通过乙酰化修饰,激活 NAC6 等靶基因表达。这些 NAC 耐旱基因的表达,降低杨树木质部导管内腔孔径,从而降低干旱诱导的导管栓塞风险;同时增加木质部导管数量,进而增强木质部输水能力。因此,NAC6 等耐旱基因可能通过影响木质部发育,改变木质部导管的结构和数量,从而使树木适应干旱胁迫。该研究为利用分子育种技术进行林木高抗育种提供了重要理论基础。(The Plant Cell 

 

 

研究人员发现植物热形态建成中新的调控组分

 

随着全球气温不断升高,植物如何自发调节其生长发育模式以适应环境温度变化是当前植物研究领域重要的科学问题之一。模式植物拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 生长在28 °C高温条件下较22 °C正常生长条件表现出明显的下胚轴伸长(幼苗期)或叶柄伸长(莲座叶期),该过程称为热形态建成。HLS1最早是在研究植物激素乙烯调控黄化苗顶端弯钩发育时,通过突变体筛选而被克隆发现的。HLS1编码一个类似N-乙酰转移酶的蛋白,但是其具体的生化功能至今仍不清楚。研究人员通过对多个不同的隐性hls1突变体 (hls1-1, hls1-27, hls1-28) 的表型观察以及全基因组转录本测序分析,证明了HLS1是植物热形态建成中重要的正调控因子,为今后进一步深入解析植物热形态建成调控网络提供了新的研究思路。(Science China Life Sciences

 

 

选择性自噬降解植物免疫受体的机制

 

植物可通过细胞表面的受体蛋白PRR (pattern-recognition receptors)识别病原菌分泌的小分子物质PAMP,来启动自身的PTIpattern-triggered immunity)抗病反应,抵御病原菌的入侵。研究人员首先通过接菌实验,确定了ORM1ORM2蛋白特异性参与活性FLS2介导的植物抗病反应。过量表达拟南芥ORM1ORM2蛋白可大幅降低FLS2蛋白水平,从而使植物产生病原菌敏感表型。另一方面,ORM1/2敲减或缺失可增强FLS2蛋白水平并使植株产生明显抗病性。对FLS2进行不同保守位点突变,证明ORM介导的FLS2蛋白是通过内吞作用降解。尽管ORM是鞘脂合成途径的负调控因子,但FLS2的降解并不依赖于植物体内鞘脂含量。蛋白降解可通过自噬途径进行。研究进一步发现,ORM存在自噬相关蛋白ATG8的结合基序AIM,暗示ORM介导的FLS2降解可能与自噬途径相关。ORM蛋白可与FLS2ATG8发生相互作用,通过一系列瞬时表达生化实验,证明了ORM蛋白在植物体内作为自噬受体,通过选择非活性FLS2,使其通过自噬途径降解,从而在植物防卫反应中发挥作用。(Molecular Plant

 

 

研究人员揭示mRNA多聚腺苷酸化在生长素和植物发育中的作用机理

 

生长素是一种重要的植物激素,对于植物的生长发育至关重要。研究人员通过分子遗传学、细胞生物学和基因组学等手段,分离得到一个对生长素不敏感的拟南芥突变体atcstf77,发现其具有严重的生长和发育缺陷。对该突变体基因的图位克隆表明,AtCstF77基因编码一个剪切激活因子,是mRNA前体3′末端多聚腺苷酸化复合体的重要成员。进一步研究发现,AtCstF77控制拟南芥很多基因中多聚腺苷酸化的位置,从而调控相关基因的表达水平,包括生长素信号转导中的部分基因。该研究结果揭示了mRNA多聚腺苷酸化在生长素和发育中的作用机制。(Plant Physiology 

 

 

小麦和玉米中趋同进化的代谢开关

 

虫害是威胁农业生产的重大自然灾害之一。研究人员在小麦中稳定超表达玉米O-甲基转移酶 ZmBx12,获得了 DIMBOA-Glc 含量低,而 HDMBOA-Glc 含量高的转基因小麦。真菌诱导子 chitosan 处理小麦叶片后,OeBx12 小麦中受诱导产生的细胞胼胝质明显少于野生型中。麦长管蚜 (Sitobione avenae)  OeBx12 小麦上繁殖11天后的后代,显著多于野生型。相对于 OeBx12 小麦,海灰翅夜蛾(Spodoptera littoralis) 幼虫更倾向于在野生型植株上取食。海灰翅夜蛾幼虫取食后,局部诱导 DIMBOA-Glc 迅速转化为 HDMBOA-Glc,反而增强植株对后续麦长管蚜侵害的抗性。综合体内实验结果表明,小麦的 DIMBOA DIMBOA-Glc,而非 HDMBOA-Glc,能够诱导叶片产生细胞胼胝质,进而抑制蚜虫繁殖;HDMBOA-Glc 对海灰翅夜蛾(Spodoptera littoralis) 幼虫具有排斥作用;OeBx12 小麦合成细胞胼胝质能力的降低,放大了海灰翅夜蛾幼虫诱导的植物对抗麦长管蚜的能力。体外实验表明,TaBx10 能够将 DIMBOA-Glc 转化为 HDMBOA-Glc,具有O-甲基转移酶活性。系统进化分析发现,TaBx10  ZmBx10/11/12/14 亲缘关系远,黍亚科(Panicodieae)玉米与早熟禾亚科(Pooideae)小麦的O-甲基转移酶祖先的分化,要早于黍亚科和早熟禾亚科的分化,催化 DIMBOA-Glc 甲基化的O-甲基转移酶在不同亚科的禾本科植物中是独立进化的。(Science Advances 

 

 

红光信号影响植物磷吸收的新机制

 

磷(Pi)是一种关键的常量营养元素,是植物体内许多有机化合物的必需成分。研究对200种自然变异拟南芥中 Pi 的吸收进行分析,并鉴定了两个低 Pi 吸收活性的种质,Lm-2 CSHL-5。通过进一步研究发现,光敏色素BphyBphytochrome B)与 Pi 吸收和光敏色素依赖性反应的变化相关。PHYB 基因的遗传多样性能够通过改变光感受能力诱导Pi吸收能力的差异。此外,CSHL-5  PHYB 基因表达水平较低,会减少植物对红光感测的敏感性。研究表明 phyB 是影响一些拟南芥种质中低 Pi 吸收主要原因,揭示了红光信号在调节 Pi 吸收中的新的作用机制。( Nature Plants  

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