生物技术前沿一周纵览(2019年12月08日)

2019-12-08 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

1、科学家建立高效玉米原生质体转染体系
玉米是禾本科玉蜀黍属一年生草本植物,是世界上三大谷类作物之一,是重要的粮食作物。近日,中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强课题组利用玉米黄化苗快速分离纯化玉米原生质体,通过PEG-Ca2+介导的质粒转染技术实现了高效玉米原生质体转染。同时通过优化的HPLC-MS/MS分析方法,可快速测定玉米原生质体中各种类型的丁布类次生代谢物含量,本研究首次分析得到丁布类次生代谢物在玉米原生质体中含量随时间的变化规律。此外,该研究基于昆虫取食处理及不同玉米品系对比等实验积累的RNA-seq大数据中挖掘了可能的玉米丁布候选调控基因,利用优化获得的玉米原生质体瞬时表达系统沉默和过表达了部分候选基因,筛选获得了2个可能的丁布合成调节因子,分别是转录因子ZmbHLH20和ZmbHLH76,为后续玉米稳定遗传转化和抗虫机理研究奠定了基础。该研究也为其它植物,特别是难以转化的非模式植物(包括野生植物)的次生代谢产物合成和调控基因功能分析提供了借鉴。 (Plant Methods

2、科学家揭示bZIP转录因子多途径调控光诱导的花青苷合成新机制
研究光诱导的梨着色机制对改善梨果实外观品质具有重要的科学和实践意义。近日,科学家通过代谢组和转录组关联分析筛选出一个对光照极为敏感,且与花青苷代谢密切相关的bZIP家族新转录本,并解析了该转录因子受光诱导多途径调控花青苷合成的分子机理,这是梨上首次利用代谢组与基因表达差异关联分析挖掘到的品质性状调控基因。该研究以‘满天红’套袋果和去袋果果皮为研究材料,进行代谢组和转录组关联分析,发现一个新转录本PybZIPa,该基因的表达强烈响应去袋后光照,且与矢车菊素显著正相关。过表达PybZIPa能够促进烟草、草莓和梨中花青苷的积累。研究发现,与拟南芥、苹果和水稻中bZIP家族成员对花青苷的调控机制不同的是,梨的PybZIPa不仅能够不同程度的激活与花青苷合成相关的转录因子PyMYB114,PyMYB10和PyBBX22启动子活性,且能够激活自身启动子的转录活性PybZIPa,还能够单独调控花青苷结构基因PyUFGT直接促进花青苷的合成。(Horticulture Research

3、科学家揭示拟南芥生物钟调控新机制
生物钟是地球上几乎所有生物为适应地球自转而产生的近24小时的内源性分子计时机制,它可以感受外界光和温度等变化进而调节生物代谢,生长以及行为的节律性。近日,科学家研究报道了真核生物保守的蛋白激酶TOR介导关键代谢物葡萄糖和维生素B3(烟酰胺)来调控模式植物拟南芥生物钟的分子机制。科学家通过转录组数据比对,发现葡萄糖,维生素B3和TOR可能共同参与对拟南芥生物钟的调控。进一步研究表明葡萄糖调控生物钟可能通过TOR信号途径,同时首次发现TOR信号途径可以调控植物生物钟。研究者通过线粒体电子传递链抑制剂AMA进一步表明葡萄糖可能是通过能量(ATP)的产生来调控TOR活性进而调控生物钟周期。研究还发现维生素B3处理可以极大抑制葡萄糖对于细胞能量水平的提升,TOR的激活,生物钟周期的缩短,植物根生长的促进以及根尖分生区的激活。综上所述,该研究揭示了TOR在拟南芥中可以感知葡萄糖和维生素B3造成的能量变化来协调生物钟周期和植物生长发育。该工作为动植物中代谢物调控生物钟和生长发育拓展了新的思路和方向。(PNAS)

4、科学家揭示柑橘原花青素调控机制
柑橘是世界第一大水果,其丰富的种质资源为果实品质形成调控机制研究及品质改良奠定了材料基础。近日,科学家研究发现柑橘CsPH4-Noemi复合体以反馈调节环的方式调节原花青素的生物合成,为后续柑橘果实品质改良提供了良好的理论基础。该研究通过对原花青素差异积累的“暗柳” “红暗柳”和“埃及糖橙”甜橙的种子及幼果进行转录组测序,发现转录因子CsPH4和Noemi与柑橘原花青素的积累高度相关。研究表明,在柑橘愈伤组织和拟南芥中超表达CsPH4和Noemi,两个转录因子均能诱导原花青素途径基因上调表达,从而促进原花青素的积累。同时,在超表达CsPH4的柑橘愈伤组织中还观察到Noemi被显著诱导表达。随后的生化实验进一步证实,CsPH4和Noemi能够相互作用形成复合体,直接结合到原花青素途径基因启动子的MRE元件从而激活其表达,同时该复合体也可与Noemi启动子直接结合,诱导Noemi上调表达,进一步促进原花青素的积累。该项研究成果丰富了人们对植物原花青素积累及转录调控机理的认识,完善了柑橘原花青素积累的调控机理,为柑橘果实品质改良奠定了理论基础。(Journal of Experimental Botany

5、科学家揭示根毛极性生长的调控新机制

根毛的极性生长与顶端胞质内游离钙的周期性振荡密切相关,然而,钙通道CNGC14的精细调控机制尚不清楚。近期,科学家研究发现钙结合蛋白CaM7通过调控CNGC14的钙离子通道活性来调节根毛的极性生长。本研究首先证实钙调素CaM7(属于钙结合蛋白家族成员)和CNGC14之间存在直接的相互作用,双电极电压钳实验进一步发现过量的CaM7可以完全抑制CNGC14介导的Ca2+内流活性。这表明CaM7与CNGC14共同形成了调控钙离子内流的复合体;遗传分析也发现了与这种重组作用模式一致的表型:CaM7高表达植株与cngc14突变体都表现出短根毛的表型。因此,该研究鉴定的CaM7-CNGC14互作蛋白复合体是维持根毛顶端钙波动、调控顶端极性生长的重要组分。(Journal of Integrative Plant Biology

6、科学家实现小麦单倍体植株的高效率诱导
近年来,以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术已逐步成为植物遗传改良的重要工具,在拟南芥、水稻、玉米等二倍体植物中的应用非常成功,但在小麦中的编辑效率还比较低。 近日,中国农业科学院作物科学研究所作物转基因技术与应用创新团队利用优化的CRISPR技术体系编辑小麦 TaMTL 基因,成功实现了小麦单倍体植株的高效率诱导。研究团队通过比较试验,创建了一套包括双靶点、优选启动子和CRISPR蛋白的小麦基因编辑策略。研究人员进一步对编辑后的植株进行表型、分子和细胞学鉴定,发现编辑植株繁茂性和结实率等性状显著降低,单倍体籽粒诱导率达18.9%,同时,首次在禾谷类作物 MTL 基因编辑植株中发现了胚缺失型、胚和胚乳双缺失型籽粒表型 。该项研究成果为利用CRISPR编辑技术对小麦重要基因进行高效遗传修饰和在小麦中实现目标基因的定点插入等研究奠定了基础,为探究 TaMTL 基因沉默导致胚胎和胚乳的败育机理提供了材料。获得的突变体材料将作为诱导系诱导小麦杂交后代产生单倍体,加速优良基因型纯合,对小麦单倍体育种具有较好应用价值。(Journal of Experimental Botany

7、油菜素甾醇调控根向地性生长的新机制
油菜素甾醇(BR)主要在植物的生长发育中发挥作用,包括茎叶生长、根部发育、维管组织的分化、种子萌发、顶端优势的维持、植物光形态建成等。BR信号影响根部PIN2的分布和稳态,然而BR对转录后的调控机制以及与生长素之间的重要关系还不是很清楚。近日,科学家研究揭示了油菜素甾醇通过干扰PIN2内吞作用影响植物根部细胞伸长的新机制。该研究发现BR可能参与调控泛素化PIN2的信号转导,进一步研究发现GA生物合成对BR调控泛素化PIN2没有明显影响,而BR信号途径组分BRI1和GSK3参与了泛素化PIN2的转运。通过遗传学分析,发现BR拮抗泛素化PIN2的内吞作用,且与泛素化PIN2新生蛋白的合成没有明显关系。对野生型PIN2分析发现,BR也可以调节野生型 PIN2的内吞作用。进一步研究发现,BR信号可以通过调节生长素转移影响根的生长。综上所述,该研究发现了BR调控根系发育的新通路,即通过调节PIN2的内吞影响了生长素在根两侧的分布,调控根系的向重力性生长。为生长素和油菜素甾醇协同调控根系发育提供了证据。(Nature Communications
 

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