生物技术前沿一周纵览(2019年4月22日)

2019-04-22 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2019年4月22日)

 生物技术前沿一周纵览(2019422日)

 

遗传补偿效应维持植物干细胞稳健性

 

生命系统 (Living system) 所具有的稳健性 (Robustness) 使其具有强大的生命力以应对内在的遗传突变和外在的环境胁迫。遗传补偿(genetic compensation)效应是实现生命系统稳健性的重要途径。研究人员系统探索了信号分子CLV3系列同源基因,及受体CLV1系列基因在番茄、拟南芥和玉米的遗传补偿效应。在番茄中SlCLV3的沉默突变可以上调同源基因SlCLE9的表达,增幅可达40倍,显示是一种主动补偿效应。通过组合突变,研究人员测试了11个功能CLE基因是否能进行补偿。在clv3 突变背景下,9CLE基因的联合突变能显著提升表型。但是这个10基因联合突变体的表型仍然比受体四突变体弱,提示可能有更多的CLE基因参与到这一被动补偿效应中。研究人员分析的单子叶植物玉米两个类CLV3基因,这一基因重复事件独立于双子叶植物SlCLV3SlCLE9的产生。实验分析揭示ZmCLE7ZmFCP1基因未见主动补偿效应。研究发现了单子叶植物和真双子叶植物中CLE补偿的独立进化,这是由独立的基因复制事件驱动的。同时,研究表明干细胞稳态的遗传补偿效应可能反映了分生组织生物学的物种保守特征。剖析其他植物中CLV补偿的基因复杂性的路线图,以及涉及不同发育计划中其他基因家族的补偿机制,这对于智能操纵植物发育以提高作物生产力非常重要。Nature Genetics 

 

 

GhDsPTP3-GhANN8介导的Ca2+信号模块对棉花品种的耐盐遗传改良的影响

 

盐胁迫是影响棉花产量和品质的主要逆境之一。研究利用生物化学、分子生物学和遗传学手段揭示了GhDsPTP3为棉花应答盐胁迫的一个重要的负调控蛋白磷酸酶,与膜联蛋白GhANN8互作反向调控胞质内的Ca2+势。盐胁迫诱导GhANN8的磷酸化,而GhDsPTP3能够与GhANN8互作并去除其磷酸化基团。盐胁迫下, GhDsPTP3GhANN8反向调控GhSOS1基因表达促进Na+外排,GhDsPTP3-GhANN8介导的Ca2+势是调控Na+外排所必须的。在该研究中,研究人员发现过表达GhDsPTP3植株对盐胁迫的耐受性减弱,而过表达GhANN8植株对盐胁迫的耐受性增强,这与GhDsPTP3GhANN8功能缺失结果一致。New Phytologist

 

 

水稻株型驯化机制方面取得进展

 

亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)由其野生祖先种普通野生稻(O. rufipogon Griff.)驯化而来。研究人员克隆了一个编码TCP转录因子的基因TIG1,其控制水稻分蘖倾斜生长。野生稻中,TIG1基因特异地在分蘖基部的远地侧高表达,TIG1通过激活EXPA3EXPB5  SAUR39 等下游基因的表达促进该部位的细胞伸长,从而维持较大的分蘖角度。在水稻驯化过程中,籼稻TIG1基因的启动子区发生自然变异,使该基因在分蘖基部远地侧的表达水平显著降低,从而导致分蘖角度减小,水稻株型由倾斜生长转变为直立生长。籼稻TIG1周围区域的核苷酸多态性降低,TIG1基因在籼稻受到了人工选择。Molecular Plant

 

 

CST1在光合同化物反馈调节气孔运动中发挥关键作用

 

光合作用对植物生长及人类生存(食物、能源等)至关重要。研究人员在玉米EMS诱变群体中鉴定了一个cst1closed stomata1)突变体, cst1突变会引起气孔关闭、叶绿素降解以及籽粒灌浆不足。转录组和代谢组结果发现,cst1中衰老相关基因(SAGssenescence-associated genes)显著上调而参与光合作用的基因强烈下调。该研究进一步通过图位克隆、CRISPR / Cas9技术等发现,cst1引起SWEETSugars Will Eventually be Exported Transporters)家族Clade I 亚家族的CST1蛋白中E81K的突变。CST1编码在辅助细胞中表达的功能性葡萄糖转运蛋白,并且E81K突变强烈损害CST1的寡聚化和葡萄糖转运蛋白活性。此外,cst1中大多数糖和淀粉含量显著降低,并且参与蔗糖和淀粉合成的基因显著下调,而负责蔗糖和淀粉降解的基因显著上调,这表明CST1基因是碳水化合物积累的正调节因子,cst1突变会引起叶片碳饥饿。该研究还表明,CST1的功能可能是单子叶植物特异性基因复制事件后进化的(拟南芥AtSWEET1同源基因的功能丧失不会造成表型差异,玉米和水稻中均有两个AtSWEET1的直系同源基因)。The Plant Cell 

 

 

 SOS1在水稻耐盐中的关键作用

 

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。水稻对盐胁迫非常敏感,7.2 dS/m4.3g/L)的盐度会造成水稻50%的产量损失研究通过反向遗传学方法分析了SOS1促进的Na+通量在水稻耐盐性中的重要性。sos1功能缺失突变体表现出异常的盐敏感性,并且与Na+摄入过量和Na+加载到木质部过程受损有关,这表明SOS1控制根Na+摄取和长距离Na+转运至地上部。通过转录组分析,该研究发现,与野生型相比(在低NaCl浓度下),尽管sos1突变体所承受的压力强度更大(sos1植株对盐度的高敏感性),但是其根系应激相关基因的显著下调。这表明sos1突变体对盐胁迫的感知受损或者不能对外界盐胁迫进行综合反应。总之,该研究表明质膜Na+/H+交换蛋白SOS1通过控制Na+稳态(包括Na+吸收和分配)在水稻的耐盐性中起主要作用。Plant Physiology

 

 

研究揭示叶绿体RNA编辑的调控新机制

 

高等植物细胞中,细胞核和叶绿体都具有自己的遗传物质。研究通过比较NF处理条件下的gun1突变体和野生型的植株,发现GUN1突变影响多个质体RNA的编辑水平。为了深入研究GUN1RNA编辑中的作用,该团队检测了GUN1和其它RNA编辑因子的互作关系,通过双分子荧光互补 (BiFC),萤火虫荧光素酶互补(LCL)实验以及蛋白互作的免疫共沉淀技术,首次揭示了GUN1MORF2蛋白共同调控质体RNA多位点的编辑效率。在NF处理条件下,MORF2过表达影响多位点RNA编辑水平并且具有和gun1突变体一样的表型,进一步说明MORF2参与调控逆向信号转导途径。但是在正常条件下,GUN1过表达植株和野生型并没有表型差异,而MORF2过表达植株的叶子比野生型植株小,并且颜色叶子也呈现不同。这表明MORF2在叶绿体发育中具有比GUN1更广泛的功能。PNAS 

 

 

研究人员绘制小麦重组全景图,并克隆首个控制小麦基因转换的基因

 

减数分裂是真核生物有性生殖的必经过程;期间染色体复制一次,细胞分裂两次,产生染色体数目减半的配子。六倍体小麦基因组大小为16 G,包含A, B, D 三套亚基因组。研究人员13个小麦重组自交系群体为材料,每个群体平均挑选4335SNPs作为分子标记对全基因组水平的重组进行分析。每个群体的交换数目基本符合正太分布,位于40.8 51.9之间。交换发生的位置偏向于染色体末端富含基因的区域。研究系统分析了小麦减数分裂遗传重组在全基因组水平的分布规律,为小麦的遗传改良提供了理论基础。本研究克隆的RecQ-7基因可作为操作小麦交换和基因转换频率的重要靶标,同时可以作为重组增强子转化双子叶作物,提高重组频率,具有一定的应用价值。Genome Biology

null

来源:

相关文章