生物技术前沿一周纵览(2019年1月4日)

2019-01-04 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2019年1月4日)

生长素信号网络调控胚胎和胚柄发育的机制

 

陆地植物通常是受精卵细胞发育为胚胎进行有性繁殖,但是在许多植物中的观察表明,胚胎也可以由其他类型的细胞发育而来,如植物胚柄(suspensor)。研究通过对胚胎发生过程中差异表达基因子集进行表达模式分析,鉴定了一组 bHLH 基因,发现其在胚柄衍生的胚胎发育过程中受到调节。研究对  bHLH49 单独表达,发现其可以诱导胚柄细胞的分裂甚至在胚柄中形成多个类似胚胎的结构,与抑制生长素的响应类似,表明 bHLH49 在控制胚柄细胞的发育潜力方面发挥着重要作用。该研究揭示了 bHLH 基因与生长素响应网络的关系及其在调控胚柄衍生的胚胎发育过程中的重要作用。(The Plant Cell 

 

 

植物减数分裂研究中取得新进展

 

减数分裂是真核生物有性繁殖所必需的过程,对植物育性及生产有重要影响。研究利用图位克隆法,成功分离了一个减数分裂关键基因OsSHOC1。在Osshoc1突变体中,雌、雄配子体发育均不正常。细胞观察发现,该突变体在减数分裂过程中CO数量显著减少,导致未配对单价体大量增加。利用CRISPR/Cas9技术敲除该基因,敲除(KO)突变体能重演Osshoc1突变表型,说明OsSHOC1是水稻正常CO形成所必需的。进一步利用酵母双杂交(Y2H)、荧光双分子互补(BiFC)和免疫共沉淀(Co-IP)等实验证实,OsSHOC1能与OsPTD1发生直接相互作用,基因敲除OsPTD1后发现敲除植株与Osshoc1突变表型高度类似,也表现雌雄不育及CO数量减少。研究还利用q-PCRGUS报告基因和原位杂交等手段研究了两个基因的表达模式,系统证实它们均主要在减数分裂期小花表达,与其功能基本一致。总之,该研究表明,OsSHOC1OsPTD1是水稻雌雄育性和减数分裂CO形成的必要条件,并可能提示一种普遍保守的减数分裂机制。(The Plant Journal 

 

 

抗病蛋白RPW8.2的广谱抗性机制

 

RPW8.2是从拟南芥生态型MS-0中通过图位克隆得到的一个对白粉菌具有广谱抗性的基因, RPW8.2蛋白特异的定位于吸器外质膜(extra-haustorial membrane, EHM)上,抗性过程中伴随着水杨酸的积累、PR基因的升高、H2O2的积累、胼胝质的沉积和超敏反应(hypersensitive response, HR) 的发生。研究根据RWP8.2含有多个核质穿梭信号的特性,使用外源核定位信号(nuclear localization signal, NLS)或核输出信号(nuclear export signal, NES)改变RPW8.2自身核质穿梭信号的平衡,使其特异的定位于细胞核或细胞质中。研究发现,定位于细胞核中的RPW8.2可以对白粉菌产生抗性,而定位于细胞质中的RPW8.2可以诱导细胞死亡却没有抗性。研究还发现,在无病原菌侵染时,RPW8.2通过蛋白酶体和液泡途径快速降解以免影响植物的正常生长。RPW8.2C末端是诱导细胞死亡的关键元件,而EHM定位信号测抑制细胞死亡,植物衰老过程参与了RPW8.2所介导的HR反应。这说明RPW8.2在细胞核、细胞质和EHM上的协同作用是使其发挥广谱抗性的关键。( The Plant Journal 

 

 

叶绿体逆行信号调控拟南芥microRNA生成的重要机制

 

miRNA是一类长约21个核苷酸的内源小RNA,它们从其前体(primary miRNA, pri-miRNA)在细胞核内被Dicer-like 1 (DCL1)加工产生,与效应蛋白Argonaute1结合后通过切割靶标mRNA或抑制翻译等方式调节基因表达。研究人员通过正向遗传筛选获得到了一个严重影响miRNA产生的突变体cue1. CUE1是一个定位于叶绿体内膜的转运蛋白,它可以将化合物PEP转运至叶绿体内并通过Shikimate 通路代谢产生三种芳香族氨基酸 (Tyr, Phe, and Trp)。遗传学分析表明,三种芳香族氨基酸中的Tyr,而不是PheTrp,为miRNA的积累所必需。进一步分析发现,Tyr通过生成下游代谢产物维生素E调控miRNA生成。戚益军研究组随后深入研究了维生素E 调控miRNA生成的作用机制,发现维生素E可通过叶绿体逆行信号分子PAP,抑制核内RNA外切酶XRN2的活性,使得pri-miRNA 免于降解,从而促进miRNA的生成。此外,该研究还发现miRNA通路的逆行信号调控模式对于拟南芥热胁迫下耐热性的获得具有重要意义。(Developmental Cell

 

 

研究揭示不适当1-MCP采后处理引起番木瓜后熟障碍的分子调控机制

 

番木瓜(Carica papaya L.)营养价值高且有益健康,但果实不耐贮藏,在采后商品流通过程很快成熟衰老和品质劣变,采后损失严重。研究采用了两种不同的1-MCP处理方式处理番木瓜果实,短时间1-MCP处理能够延缓番木瓜果实成熟且能正常后熟,而长时间1-MCP处理抑制了果实成熟,并引起果实的“橡皮熟”。细胞壁结构分析发现,1-MCP处理能够较好的保持细胞壁结构、延缓细胞壁降解,从而延缓果实成熟,而长时间1-MCP处理果实中细胞壁结构在整个贮藏期基本保持初始状态,同时细胞壁纤维素和木质素含量增加。(Horticulture Research

 

 

研究人员建立了一种检测转座子中间产物的新方法

 

反转录转座子在宿主基因组进化过程中扮演着重要角色。研究提出了一种名为amplification of LTR of eclDNAs followed by sequencingALE-seq)的新方法来弥补SIRT的不足。ALE-seq在经过体外的转录和反转录过程后对LTR 5’末端进行测序。利用这个方法,本研究检测到一个属于Copia家族,且在高温条件下会被激活的LTR反转录转座子Go-oneclDNA。与此同时,我们在对不同的水稻材料进行测序时发现,在高温条件下,Go-on优先在籼稻中积累。另外,将ALE-seq用于番茄中确定了在果实发育过程中有调节作用的Gypsy家族的反转录转座子。(Nature Plants

 

 

研究人员建立放线菌天然产物合成基因簇多位点染色体插入新技术

 

放线菌天然产物具有多元的化学结构与广谱的生物学活性,已被广泛用作杀虫剂、抗肿瘤药物与免疫抑制剂等,为人类健康以及农牧业病虫害防治作出了巨大贡献。研究人员利用放线菌基因组天然存在的多个attB位点与一系列正交的位点特异性重组系统,基于“多个整合酶-多个attB位点”的理念,开发了一种更为高效、普适的基因簇扩增新方法aMSGE。新方法仅需将多套整合系统直接添加至含有目标基因簇的载体上,即可一步实现基因簇多位点染色体插入。为加快aMSGE方法的实施,还构建了一套“即插即用”的多拷贝整合工具箱。最后,利用新建立的aMSGE方法,作者分别在天蓝色链霉菌与冰城链霉菌中,快速实现了丙二酰辅酶A合成基因与5-酮米尔贝霉素(杀虫剂米尔贝肟前体)合成基因簇3个拷贝的染色体整合,其终产物放线紫红素与5-酮米尔贝霉素产量分别提升4.61.9倍,体现了该方法的普适性。(Metabolic Engineering

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