生物技术前沿一周纵览(2019年9月12日)

2019-09-12 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

科学家成功克隆小麦抗条锈病新基因
近年来,我国小麦条锈病呈现逐年加重的趋势,对国家粮食安全造成严重威胁。科学家用了十年的时间,从小麦D基因组祖先节节麦中获得了抗条锈病基因YrAS2388(国际编号Yr28),并对其影响小麦条锈病抗性的分子机制进行了深入研究,相关结果近日发表在《自然—通讯》杂志上。研究表明,YrAS2388基因通过调整不同转录本的富集水平和编码蛋白的互作模式,来应对病原菌侵染,有效控制小麦的抗条锈病水平。抗条锈病基因YrAS2388只在节节麦和由节节麦创制的人工合成小麦中存在,而在普通小麦及其他麦族物种中未检测到,因此该基因在今后的小麦育种中具有重要的利用价值。研究人员根据该基因序列开发了功能标记,利用这些标记可实现YrAS2388的分子辅助选择,加速该基因向小麦品种中的转移利用。该研究成果拓宽了小麦遗传基础,为改良小麦和大麦等作物的抗条锈病水平提供了新的基因资源,同时也为预防病害流行提供了新的“基因疫苗”,对于我国小麦粮食安全具有重要的意义。(Nature Communication

科学家构建辣椒不同栽培种及变种的泛质体基因组
辣椒是世界上最重要的农作物之一,同时是我国栽培面积第一的蔬菜,栽培辣椒的分类始终是一个令人困扰的问题。随着高通量测序技术的出现,根据测序数据可以组装质体基因组,并具有广泛用途。近期,科学家构建辣椒不同栽培种及变种的泛质体基因组,有助于从分子水平上解决长期困扰研究人员的辣椒属分类问题。该研究从大量辣椒重测序样本中,成功组装和分析了321个叶绿体基因组,进一步构建了辣椒5个栽培种及2个变种的叶绿体泛基因组。系统发育信号分析揭示了辣椒属不同种间亲缘关系的远近。对7个叶绿体泛基因组的CDS、内含子和基因间隔区遗传多样性进行了详尽分析,确定rpl23和trnI的基因间隔区包含44 bp串联重复已经其他插入缺失和单核苷酸等丰富的变异。在此技术上开发了适合于琼脂糖凝胶电泳分辨率的分子标记,能够用于区分复合群A和B及其分支,鉴定不同种及变种的栽培辣椒。此外,该研究还发现包括GenBank中提供了线粒体基因组数据的相当一部分辣椒种质归类标识错误的问题。(Horticulture Research

组装’霞多丽’葡萄基因组,揭示葡萄染色体结构变异
染色体结构变异(structural variants,SVs)是染色体变异的一种,在自然条件或是人为因素的影响下,都可以引起结构变异。近期,加州大学研究团队组装了’霞多丽’(Chardonnay)葡萄的基因组,并揭示了葡萄的染色体结构变异及其在葡萄驯化中的作用。研究发现,每种葡萄都含有大约37000个基因,’霞多丽’葡萄中15%的基因只有一个来自父本或母本的拷贝,而不是两个,’赤霞珠’葡萄也是如此。这个结果意味着不同葡萄品种中会存在数千种基因的差异。这些差异可能导致了由不同葡萄品种酿造的葡萄酒在口感上的许多差异。同时,不同的普通果皮颜色也是由这些遗传差异引起的。该研究团队发现,白葡萄是由红葡萄经数次突变而来。每次突变都包括一个大的染色体改变,改变了关键颜色基因的拷贝数。颜色基因的拷贝减少导致白葡萄。该研究结果对葡萄育种和葡萄酿酒具有重要的参考价值,同时对理解其它果树和蔬菜的营养变异的遗传学基础具有一定的意义。例如,不同类型的番茄具有很大的营养差异,而基因组结构变异可能是引起这些差异的一个重要因素。(Nature Plants

解析噬菌体蛋白调控宿主转录的分子机制
水稻是中国和其他许多国家的主要粮食作物。由水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. Oryzae)引起的白叶枯病是水稻生产中危害严重的细菌性病害。利用噬菌体抑制该病原菌,是一种安全经济的生物防治方法。近期,科学家研究解析了水稻白叶枯病菌RNA聚合酶与P7的高分辨率转录复合物电镜结构。该结构发现,P7结合在细菌RNA聚合酶的RNA通道出口,阻止了RNA发夹结构的形成。RNA发卡结构的形成是转录终止的先决条件,因此P7通过该独特的方式赋予了细菌RNA聚合酶通读转录终止信号的能力。另外,P7蛋白还能够关闭宿主细菌的基因转录,P7限制RNAP结构域之间的运动,特异性抑制转录起始阶段启动子双链DNA的解链过程。该研究揭示了噬菌体蛋白P7通读转录终止信号,开启噬菌体后期基因转录的分子机制,也解释了噬菌体蛋白P7抑制宿主细菌转录的分子机制。该研究阐明了噬菌体基因表达调控的结构基础和分子机制,为人工噬菌体的构建提供了理论基础。(Nature Communications

发现多磷酸肌醇InsP8是植物磷信号分子
磷是植物生长发育所必需的三大营养元素之一,土壤严重缺磷是限制农业发展的重要因素。低磷胁迫下,磷信号途径的核心调控因子PHR1(PHOSPATE STARVATION RESPONSE 1)结合到低磷响应基因的启动子上,激活一系列基因的表达,促进磷的吸收、分配和再利用。近期研究发现多磷酸肌醇InsP8是植物胞内磷浓度的信号分子。该研究首先通过聚丙烯酰胺凝胶电泳直接分析植物体内的多磷酸肌醇含量,发现低磷条件下生长的拟南芥InsP8的含量降低。进一步分析相关突变体发现,InsP8的含量随胞内磷含量的变化而变化。在磷充足条件下,VIH1(diphosphoinositol pentakisphosphate kinase)和VIH2功能冗余地合成InsP8。InsP8直接结合磷受体SPX1,促进SPX1和PHR1的相互作用,从而抑制PHR1对低磷响应基因的激活。在磷缺乏时,InsP8含量降低,SPX1不能和PHR1结合,PHR1结合到P1BS位点,激活低磷响应基因的表达,启动低磷胁迫应答。与此一致的是,vih1 vih2双突突变体缺少InsP8,不能感知胞内的磷营养状态,PHR1持续激活低磷响应基因的表达,导致植物积累过多的磷。这些研究结果表明, InsP8是胞内磷信号分子,结合磷感受器SPX1,调控植物的磷稳态平衡。(Molecular Plant

揭示乙烯和茉莉酸信号途径相互应答介导水稻响应刺吸式昆虫的机制  
乙烯(Ethylene,ET)和茉莉酸(Jasmonic acid, JA)信号传导途径在介导植物响应生物胁迫的过程中发挥着重要作用,两种信号途径在介导植物抗病过程中的相互应答也多有揭示。褐飞虱是以刺吸式的方式专一性取食水稻的害虫,对水稻生产危害严重。最新的研究揭示了水稻在响应刺吸式昆虫的过程中所激发的乙烯和茉莉酸信号途径的应答机制。遗传分析表明,ET信号途径的信号分子,OsEBF1 和OsEIL1分别正调控和负调控水稻抗褐飞虱。分子和生化分析表明,二者之间存在直接的相互作用,OsEBF1能够通过泛素化途径介导OsEIL1的降解,说明ET信号途径负调控水稻抗褐飞虱。RNA-seq的数据表明,oseil1突变体中 JA信号途径的基因OsLOX9,被显著下调。生化分析证明了OsEIL1蛋白对OsLOX9基因的直接转录调控。研究揭示了JA和ET信号途径协同负调控水稻对刺吸式昆虫的抗性,OsEIL1蛋白对OsLOX9基因的直接转录调控介导了二者的协同性。OsEIL1-OsLOX9是介导ET和JA信号途径相互应答的新的信号交叉位点。(New Phytologist

ABA信号转导的变阻式调控机制

激素在植物的环境适应中起着关键作用,通过诱导植物的生理生化反应以应对非生物胁迫。其中,脱落酸(ABA)可以调节多种生理过程(包括种子成熟、胚胎形态发生、气孔运动、应激蛋白合成等)从而提高植物的耐旱性。近期,科学报道了E3连接酶HOS15介导OST1的降解,从而实现ABA信号的变阻式调控机制。该研究发现,E3泛素连接酶HOS15促进OST1(SnRK2.6)蛋白的降解,在干旱引起的ABA信号脱敏中发挥关键作用,PP2C磷酸酶ABI1/2能够稳定维持HOS15和OST1之间的相互作用。有意思的是,在ABA处理6小时后,OST1的积累停止增加,即使ABA信号依然存在,其积累也开始减少,最终引起ABA信号的脱敏。这种变阻式调控机制一方面可以防止ABA信号的在胁迫条件下过度激活,减少对植物生长发育和生理活动的影响,另一方面,在恢复正常的生长条件时可以确保ABA信号及时终止。总之,该研究表明了HOS15诱导的OST1降解在干旱胁迫响应和ABA信号传导中的关键作用,该研究还为通过促进SnRK2激酶的降解来终止ABA信号传导以及OST1/SnRK2.6和ABI1/2之间的动态相互作用提供了新的见解。(Molecular Plant

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来源:基因农业网

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