生物技术前沿一周纵览(2019年8月9日)

2019-08-09 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

植物DNA主动去甲基化获得进展
DNA甲基化与DNA去甲基化决定了生物体内的甲基化水平和图谱。在植物中,DNA主动去甲基是一个在去甲基酶的作用下甲基基团被移去的过程。为了鉴定新的DNA去甲基化因子,研究人员通过正向遗传筛选体系以寻找ROS1介导的DNA去甲基化和抗沉默所需的细胞因子。研究人员鉴定到ARP6和PIE1,两个染色质重塑SWR1复合体中的组分蛋白,以及一些已知的DNA去甲基化因子,如ROS1、IDM1和MBD7。研究结果表明,含bromo结构域的蛋白NPX1和ATMBD9能够识别由IDM1建立的乙酰化组蛋白标记,乙酰化的组蛋白标记物将SWR1复合体招募到染色质上去沉积H2A.Z;最终,在这些特定基因组DNA区域中,H2A.Z和ROS1直接相互作用从而招募ROS1去执行DNA主动去甲基化,以防止高甲基化和/或DNA甲基化的传播。 因此,该研究发现了植物DNA主动去甲基化的完整调控途径,详细阐述了植物DNA主动去甲基化的最新机制。同时,该研究揭示了拟南芥SWR1复合体通过识别常染色(组蛋白乙酰化)和异染色(DNA甲基化)标记物而被招募到染色质上的靶向机制。(PNAS

揭示黄瓜果实细胞增殖的表观遗传调控机制

植物器官的发育取决于精细的生长调控。组蛋白去乙酰化酶(HDACs)通过形成具有不同调节亚基的多种共抑制因子复合物来实现其在特异的组织或细胞中的功能,调节特异靶标基因的表达。黄瓜是研究瓠果果实形态建成的重要模式体系。科学家鉴定了一个黄瓜短瓜突变体(sf2),其细胞增殖受到抑制。全基因组水平比对分析表明,SF2直接靶向并促进多种植物激素途径和细胞周期调控关键基因的组蛋白去乙酰化,并在细胞增殖过程中抑制或激活它们的表达。进一步研究表明,SF2通过直接靶向细胞分裂素(CK)和多胺的生物合成与代谢来控制果实细胞增殖。该研究结果揭示了HDC1介导的果实细胞增殖的复杂调节网络,并解析了HDC1介导的基因表达调控模型。这些发现有助于我们对组蛋白去乙酰化调节在细胞增殖和果实形态建成中的作用有更加深入的理解,研究结果也有望应用到葫芦科作物的遗传改良中,具有比较重要的实践意义。(Plant Physiol

ALLHiC算法解决同源高倍体组装难题
同源多倍体基因组的组装是世界性难题。当用Hi-C技术挂载染色体时,同源染色体之间的Hi-C交联信号会将序列相似度极高的等位片段连接在一起,导致同源染色体被错误的连接到一起,形成大量嵌合的组装。近日,科研人员在多倍体、高杂合等复杂基因组的组装研究中取得了进一步进展。该研究系统的介绍了基于染色体构想技术挂载同源染色体的ALLHiC算法。该算法有两处重要创新:一是结合染色体互作数据(Hi-C)解决了同源染色体分型问题,二是利用随机优化算法解决了高倍体染色体内短序列之间的排序和定向,相比于其他算法极大得提高了短序列排序和定向的准确性。ALLHiC算法有效区分了同源多倍体甘蔗基因组内多个单倍型,并探讨了多个影响基因组分型和染色体挂载的因素。除了同源多倍体外,该算法同样适用于不同复杂度的基因组,包括简单的二倍体基因组、高杂合基因组和异源多倍体基因组。此次公布的ALLHiC算法是一项重要突破,该方法使得一系列重要多倍体基因组直接从头组装成为可能,比如苜蓿、土豆等,或可用于修复已公布的多倍体物种基因组组装序列中的错误。(Nature Plants

揭示镉胁迫对根系生物钟规律和侧根形成的影响机制

植物具有较强的环境适应能力,能够根据环境的变化改变根系的发育模式。根系形态的变化主要包括侧根(lateral root ,LR)的出现以及初生根(primary root,PR)在伸长方向上的改变。拟南芥中的LR沿着主根以规则的间距出现,并且LR的出现和发育受到植物激素生长素合成、转运和信号传导途径的严格控制。近期研究发现,Cd对拟南芥LR形成的抑制,能通过干扰根尖信号起作用,并且Cd会通过抑制LR形成过程的早期阶段(而不是LRP发育)。此外,该研究还表明Cd通过破坏LRC 的PCD反应调节根系生物钟从而抑制LR的形成。该研究发现Cd处理导致OZ中DR5振荡的频率(而不是振幅)降低(振荡周期增加了1.4倍)从而抑制LR形成。并且这可能与Cd胁迫下LRC死亡延迟有关。此外,遗传证据表明在Cd胁迫下LRC的细胞死亡与LR形成之间存在相关性,并且LRC细胞数量的增加可提高LR对Cd胁迫的耐受性。总之,该研究表明Cd通过干扰LRC-PCD触发的根系生物钟来抑制LR的形成,该研究揭示了LRC动力学介导的根对Cd胁迫反应并对Cd抑制侧根形成的分子机制提出了新的见解。(Plant Cell & Environment 

揭示黄瓜分枝调控的分子机制

黄瓜是世界上主要的蔬菜作物之一,侧枝的长势是它的一个重要农艺性状, 侧枝长势过强, 影响主蔓生长, 同时也给黄瓜生产管理带来诸多不便。CP家族的BRANCHED1 (BRC1) /TB1 基因是多个环境信号和发育因素的中央调控因子,特异性抑制侧芽伸长。近期研究发现,在黄瓜中,BRANCHED1 (CsBRC1)在腋芽中特异表达,并且在黄瓜栽培品种 (少侧枝) 中表现出比野生品种 (多侧枝) 具有更高的表达水平。对黄瓜 (多侧枝) 的侧芽施加生长素运输抑制剂能够抑制其生长,进一步说明侧芽的生长发育需要将积累的生长素外排到主茎中。通过体内体外实验进一步发现CsBRC1能够直接结合生长素外排基因CsPIN3并负调控其表达。原位杂交结果显示CsPIN3在黄瓜侧芽、侧芽的叶原基、幼嫩的茎中都有较强的信号。并且在少侧枝的栽培种黄瓜中过表达由CsBRC1启动子驱动的CsPIN3能够显著促进侧芽的抽出,并导致侧芽中生长素含量的降低。因此,该研究结果表明CsBRC1能够直接抑制CsPIN3的功能促使黄瓜侧芽中的生长素积累,导致侧芽生长受到抑制,建立了BRC1与生长素之间的直接联系,也为培育不同侧枝数目黄瓜品种提供新的策略。(Pans

发现促进气孔导度和光合作用的因子

通过光合作用固定大气中的二氧化碳对于植物的生存至关重要,也是满足人类日益增长的食物、饲料和燃料需求的关键。气孔运动会调节CO2的可用量,进而调节光合作用速率。多种光合同化物(如蔗糖和葡萄糖)可以通过调节气孔运动对光合作用进行调节。研究人员克隆并鉴定到一个玉米突变体closed stomata 1(cst1),cst1突变体植物在籽粒灌浆期时气孔开合度和光合作用都降低。图位克隆cst1基因发现导致表型的突变发生在一个SWEET家族I类基因上。CST1编码一个葡萄糖转运因子,它在副卫细胞中表达,是调节气孔开合度的正调节因子。在籽粒灌浆阶段,CST1的突变会导致植物光合作用下降、叶片碳饥饿,最终导致植物出现早衰表型。碳饥饿能够诱导CST1基因表达,而光合同化物的积累会抑制CST1的表达。总之,CST1在玉米光合同化物对气孔运动及光合作用的负反馈调节中起了关键作用。(Plant Cell

发现一个对形成花冠颈状结构至关重要的ALOG家族因子

雨水滋养万物,但同时也会带来伤害。早在18世纪,德国博物学家Christian Sprengel就观察到花朵的具有不同的花蜜保护装置(nectar cover),认为它们可能让花蜜远离雨水带来的破坏。研究人员以夏堇为对象,观察到其花冠基部的颈状结构(corolla neck)具有阻挡雨水的特性。研究通过转录组测序,表达模式分析以及基因编辑技术,找到了一个ALOG家族的因子,这个因子对于花冠颈状结构的形成至关重要。研究人员将夏堇的管状花冠分成了两个不同的区域,顶部的锥状区域以及基部的柱状区域。通过转录组测序分析,发现这两个区域具有截然不同的基因表达模式。进一步研究了在花冠基部高富集的一个ALOG因子TfALOG3,发现这个因子特异地在花冠颈状结构的内外表皮表达。接着,研究人员利用CRISPR/Cas9技术,将夏堇中的TfALOG3进行了敲除,发现这个花冠基部膨大的结构居然消失了。研究人员将含有染料的溶液加入花朵中,结果发现溶液不能抵达野生型夏堇花朵基部花蜜之所在,却能进入突变体花朵的基部,从而支持了Sprengel所提出的假说。(Development) 

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