生物技术前沿一周纵览(2019年2月1日)

2019-02-01 | 作者: 基因农业网 | 标签: 前沿

揭示葡萄白藜芦醇合成反馈调节机制
白藜芦醇(resveratrol,缩写为Res),具有防治癌症和心血管疾病的作用,自然界中,只有葡萄等少数植物能够合成并积累白藜芦醇,葡萄已成为市场上白藜芦醇的重要来源。研究发现,葡萄WRKY基因家族成员VvWRKY8在葡萄响应UV-C辐射的过程中,与VvMYB14和VvSTSs高度共表达;在葡萄中瞬时和稳定过表达VvWRKY8,均可导致葡萄芪合酶基因成员VvSTS15/21和VvMYB14转录水平下降、白藜芦醇积累减少。进一步研究发现,VvWRKY8不能直接转录调控VvSTS15/21和VvMYB14;VvMYB14通过其N端与VvSTS15/21启动子结合并转录激活其表达,不能直接转录调控VvWRKY8表达;VvWRKY8通过其N端与VvMYB14的N端蛋白互作,从而抑制VvMYB14诱导的VvSTS15/21 转录。研究人员还发现,外源白藜芦醇可以导致葡萄悬浮细胞中VvWRKY8表达升高、VvMYB14和VvSTS15/21表达降低。该研究结果揭示了葡萄白藜芦醇合成存在VvMYB14-VvSTS15/21-Res-VvWRKY8的反馈调节机制,对于深入研究葡萄白藜芦醇合成精细调控机制具有重要意义,同时对利用生物工程方法生产白藜芦醇或培育高白藜芦醇含量葡萄品种具有重要价值。(Journal of Experimental Botany)
链接:academic.oup.com/jxb/article/70/2/715/5184960


发现DNA甲基化参与调控柑橘成熟新机制
DNA 胞嘧啶的甲基化修饰(Methyl-cytosine)是真核生物中非常保守的表观遗传修饰,它参与调控基因表达、基因印记等多种生物学过程。最近研究发现DNA去甲基化酶表达上调导致番茄在成熟过程中 DNA 甲基化水平整体下降,进而参与调控番茄果实的成熟。研究通过整合分析五个成熟时期柑橘全基因组DNA甲基化和转录组数据,发现柑橘成熟过程中DNA甲基化明显上升,这种变化与番茄成熟过程DNA甲基化水平下降呈相反的变化趋势。进一步分析表明,柑橘成熟中DNA甲基化水平的上调与DNA去甲基化酶基因表达的下调呈相关性。研究进一步发现表达有差异的基因与DNA甲基化的变化有很强的相关性,而表达没有差异的基因与DNA甲基化的变化不存在强相关性。该研究以柑橘为研究对象,第一次发现了果实成熟过程中的DNA 甲基化上调现象,并解释了 DNA甲基化修饰对成熟相关基因的表达调控以及柑橘的果实成熟有重要意义。(PNAS)
链接:www.pnas.org/content/early/2019/01/10/1815441116


植物细胞核和质体基因差异表达会触发植物免疫反应新机制
叶绿体是半自主细胞器,绝大部分叶绿体蛋白都是由核基因组编码并运输到叶绿体中的。新研究发现,叶绿体中合成的水杨酸能够诱导转录调节因子SIB1的表达。SIB1基因编码的蛋白能够分别定位到叶绿体和细胞核中,在叶绿体中,引起光合作用相关基因表达下调;在细胞核中引起光合作用相关基因表达上调。细胞核和叶绿体基因的差异表达,会在光系统II中产生光抑制效应,从而在叶绿体中过量地积累单线态氧,而单线态氧作为胁迫信号分子,能够被单线态氧感受器EX1蛋白感知,触发叶绿体到细胞核的逆行信号通路。这个通路恰恰是引发细胞程序性死亡的主要诱因。 该研究首次报道了细胞核/叶绿体双定位蛋白SIB1同步调节细胞核和叶绿体编码的光合作用相关蛋白来调控植物细胞死亡的新机制,揭示了叶绿体在植物免疫反应体系中的重要作用。 (The Plant Cell )
链接:www.plantcell.org/content/early/2019/01/03/tpc.18.00813


模式植物金鱼草的基因组被破译
金鱼草(Antirrhinum majus L.)车前科多年生草本植物,在古罗马时代就已完成了驯化。近三十年来一直被作为分子和发育遗传学的模式作物,很多关键基因是在金鱼草中被首次发现,金鱼草中内在活跃的转座子促进了基因的分离和分析。中国科学家利用第二代Illumina基因组测序平台和第三代PacBio单分子测序技术,结合遗传图谱辅助组装策略,完成了对栽培金鱼草(Antirrhinum majus cv. JI7)的全基因组序列测定。通过对序列的比较分析显示,车前科与茄科在大约六千二百万年前从其最近的祖先处分开并在大约四千六百万到四千九百万年前发生了全基因组复制事件,该全基因组复制对金鱼草中与花不对称性相关的TCP基因家族进化具有重要贡献。此外,该研究发现金鱼草的假S位点(ψS-locus)在大约2Mb的序列上含有102个基因,其中包含37个SLF基因但缺失S-RNase,提示该花柱因子的丢失是栽培金鱼草获得自交亲和性状的主要原因,并发现栽培金鱼草S-位点与野生金鱼草S-位点之间具有高度的共线性。金鱼草基因组的破译将极大加速这个模式生物的基因组学和进化研究。(Nature Plants)
链接:www.nature.com/articles/s41477-018-0349-9


科学家完成糜子全基因组精细图谱
糜子(broomcorn millet,Panicummiliaceum L.),又称黍、稷、禾祭、糜,在禾谷类粮食作物中,是生产单位重量籽粒的需水量最低的。随着全球水资源危机日益严重,糜子高效的水分利用效率可为人类未来粮食安全提供保障。最新研究完成了糜子基因组精细图谱,为未来该作物的分子育种和功能基因组学研究奠定了基础;该研究还通过比较基因组和转录组分析揭示糜子进化历程和其特殊的C4光合作用模型。研究人员结合全基因组三代PacBio测序、二代illumina测序、HiC以及高密度遗传连锁图谱构建技术,获得了糜子基因组18条染色体精细图谱,其总长度为855Mb;注释得到了55,930个蛋白编码基因,其中99.3%的基因可定位在染色体上。通过糜子与其它作物基因组的比较和转录组分析发现,糜子基因组中NADP-ME型和NAD-ME型相关的酶和转运蛋白不但同时存在,而且在光合作用组织中维持较高的表达水平。研究人员认为C4途径三种亚型可能同时存在于糜子中,这些机制可能有助于糜子更好地应对田间环境的动态变化。(Nature Communications)
链接:www.nature.com/articles/s41467-019-08409-5


气候与碳循环敏感性关系研究取得进展
陆地生态系统碳循环与气候关系研究的不确定性是预测未来气候变化的关键限制因子。基于模型模拟的研究表明,水分限制生产力是生态系统净碳交换(net ecosystem carbon exchange:NEE)的决定因子(Ahlstrom et al., 2014 Science, Poulter et al., 2014 Nature),而基于大气观测的研究表明温度控制呼吸作用是生态系统NEE的决定因子(Anderegg et al., 2015 PNAS)。中国科学家利用通量观测、模型模拟和卫星观测数据,采用先进统计技术深入研究了碳循环的气候敏感性。结果表明,生态系统NEE对降水的敏感性存在阈值效应。在较干旱区域,水分限制的生态系统生产力是NEE的控制因子,而在较湿润的区域,水分限制的生态系统呼吸作用是NEE的控制因子,两者变化的年降水阈值在750–950 mm yr-1。该研究表明地球系统模式模型可能夸大了生态系统生产力对陆地生态系统NEE的影响,模型需要更加精确地模拟呼吸作用过程。(Nature Communications)
链接:www.nature.com/articles/s41467-018-05948-1


揭示朱鹮群体演化历程
国家一级保护动物朱鹮是世界濒危鸟类保护的旗舰物种,也是人工保育最为成功的物种之一。基于历史样品的全基因组重测序数据,结合保育区现生朱鹮群体数据,研究团队发现,朱鹮群体下降早在约一万年前就开始了。通过历史生态位重构,进一步支持了此发现。研究揭示,现代朱鹮群体失去了将近一半的历史群体遗传多样性,同时,现生群体由于长期的近交积攒了较高的有害突变积累,展现出明显的近交效应。由此说明,今后对朱鹮保育工作需要同分子遗传学更好地结合,高效避免近亲交配,基于个体遗传背景针对性地增加重要基因的遗传多态性。该研究不仅为朱鹮的遗传恢复工作提供了一个遗传信息背景,更为其他濒危物种的保育工作提供了一个新的利用博物馆样品开展遗传研究的范例。(Current Biology)
链接:www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)31609-9
 

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