生物技术前沿一周纵览(2020年01月24日)

2020-01-27 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

种子休眠基因调控低温响应的分子机制
种子休眠和萌发会随着季节发生变化,种子对季节低温反应的遗传基础知之甚少。近日,科学家揭示了DOG1调控拟南芥种子的低温响应和季节性生活史的机制。该研究表明,种子对低温反应的自然变异与开花时间和衰老有关,从而表现出了一系列的季节性生活史表型。研究还发现,种子对低温反应与繁殖时间之间的相关性可能导致了冬、夏两种季节的生活史。DOG1变异是低温胁迫诱导次生休眠的关键因素,可以抑制种子季节性发芽,也可能影响开花时间。在鉴定出的其他位点中,许多也与开花时间的变化有关,这表明种子萌发等一系列生活史特征可能是由除DOG1外的多个位点之间相互作用造成的。此外,DOG1单倍型的系统发育分析表明,拟南芥种子萌发的季节性变化与当前和过去的气候有关。综上所述,种子对低温的响应与已知休眠基因DOG1的功能变异密切相关,一系列研究数据揭示了DOG1调控低温萌发和休眠反应的新机制,进而可能导致了冬季年轮与春季年轮交替进行的生活史。(PNAS

首次发现玉米粗缩病抗病基因
粗缩病是一种世界性的玉米病毒病,一旦发病无法防治,因而也被称为玉米的“癌症”。近日,科学家首次报道了玉米粗缩病的隐性数量抗病基因,并对抗病的分子机制进行了详细的剖析。研究人员通过图位克隆的方法鉴定到一个编码囊泡运输关键的Rab GDP 解离抑制因子(Rab GDP dissociation inhibitor alpha)基因与玉米粗缩病抗病有关。进一步研究发现,RBSDV编码的P7-1蛋白是病毒的致病因子,病毒侵染玉米后,P7-1蛋白与ZmGDIα蛋白的exon10和C端结合,利用寄主ZmGDIα的囊泡运输功能帮助病毒P7-1 蛋白在胞内移动,从而有利于病毒的复制和通过胞间连丝通道在细胞间的移动,导致感病。然而,P7-1 蛋白与抗病 ZmGDIα-hel 蛋白中新的exon 10结合能力很弱,不利于P7-1/ZmGDIα移动复合体的组装,从而影响病毒的复制和细胞间的移动,达到部分抗病的目的。ZmGDIα-hel 的克隆,有利于发掘其它作物(如小麦,水稻等)类似的抗斐济属病毒的基因,从而为作物的安全生产提供必要的保障。(Nature Communications

病原菌操纵植物胞间连丝促进侵染
丁香假单胞菌Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000是革兰氏阴性细菌病原体,可以侵染番茄(农作物)以及拟南芥(模式作物),它通过III型分泌系统将36种与毒力相关的效应蛋白注射到植物细胞中,以调节植物的细胞过程。近日,科学家研究揭示了Pst DC3000靶向PD完成侵染的分子机制。该研究通过活细胞成像发现Pst DC3000的效应子之一HopO1-1靶向拟南芥中的PM和PD,并且Pst DC3000在感染过程中需要HopO1-1才能发挥其毒力作用和细菌致病性。此外,该研究表明,HopO1-1的ADP-RT域(编码ADP核糖基转移酶)对其在PD定位是必需的。该研究还通过microparticle bombardment approach验证了HopO1-1的作用方式。总之,该研究表明,致病细菌不仅操纵宿主细胞自主免疫功能,还通过操纵PD介导的宿主细胞间通讯,以最大程度地扩大细菌感染的传播。该研究为植物中PD生物学和新型作物抗病策略提供了新见解。(Plant Cell

利用ScCas9扩展水稻基因组编辑范围
CRISPR/Cas系统作为强大的基因组编辑工具,为种质资源创制以及基因功能研究等工作提供了极大的便利。近日,科学家研究发现ScCas9在水稻中可有效地识别NNG PAM并具有较高的基因编辑效率。为了检测ScCas9在水稻中的基因编辑情况,研究团队在水稻的愈伤组织和植株中对ScCas9识别NNG PAM的基因编辑情况进行了检测。研究结果显示,ScCas9在水稻中可以有效地识别NNG PAM并具有较高的基因编辑效率,但对NCG位点的识别效率较低。此外,根据ScCas9的同源比对结果在SpCas9上替换了两个关键区段获得了SpCas9-LK变体,以期可以获得识别NNG的SpCas9变体, 但并未检测到有效编辑的产生。以上研究结果表明,ScCas9可在水稻中有效识别NNG PAM,这极大的扩展了水稻基因组的可编辑范围。(Science China Life Sciences

揭示茉莉素介导拟南芥光形态建成的新机制
近日,科学家研究发现了植物激素茉莉素调控植物下胚轴生长的新功能,并揭示了光信号通过茉莉素途经促进幼苗光形态建成的分子机制。该研究以模式植物拟南芥为研究对象,发现植物幼苗能根据环境的光照强度的变化调控茉莉素合成,进而调控下胚轴的生长速度,促进幼苗的光形态建成。植物种子在黑暗(土壤)中萌发,黄化苗的茉莉素保持在极低的水平,以便下胚轴快速生长直至成功地破土而出。然而,幼苗出土见光后,光受体(如红光/远红光受体Phys 和蓝光受体CRYs)感知到光信号,诱导茉莉素的生物合成。茉莉素受体COI1识别茉莉素信号分子,招募抑制因子JAZ进行降解,从而激活转录因子MYC2/MYC3/MYC4。这些转录因子进一步激活光形态建成调控基因HY5的表达,抑制下胚轴生长,促进幼苗进行光形态建成。(Science China Life Sciences


发现植物防御根瘤农杆菌的分子机制
细菌鞭毛是由成千上万的鞭毛蛋白单体组成的细胞外细丝,是细菌运动的主要细胞器。近日,科学家在葡萄中发现了可识别flg22Atum的FLS2XL,并分析了其对根癌农杆菌抗性的影响。该研究通过测试一系列植物物种对根癌农杆菌flg22Atum的响应发现,一种葡萄品种(Vitis riparia)对flg22Atum具有高度敏感性,并推测V. riparia中存在两个不同的flg22-感知系统,一个系统仅对flg22做出响应,而另一个对flg22和flg22Atum均可以做出响应。该研究进一步通过分析V. vinifera(V. riparia的近缘种,对flg22Atum没有响应)的基因组序列,发现V. riparia中的VrFLS2和FLS2 XL两个基因序列。该研究还在烟草中检测了FLS2 XL对flg22Atum的识别是否会影响对根癌农杆菌的防御反应。研究发现,用c-FLS2 XL转化的植株可识别flg22Atum,并产生活性氧,抑制病原体的生长和根癌的形成,表现出对根癌农杆菌的抗性,但是用VrFLS2转化的植株不能识别flg22Atum,也不能改变植株对农杆菌的抗性。该研究是宿主-病原菌“军备竞赛”中的典范案例,并且为未来植物,尤其是经济作物,育种提供了新思路。 (Nature Plants

顺式作用元件在景天酸代谢光合途径演化中的作用

景天酸代谢(crassulacean acid metabolism, CAM)光合途径是一种区别于C3和C4植物的CO2固定通路。随着基因组学的发展,近年来包扩蝴蝶兰、水果菠萝、玉吊钟和红菠萝等CAM植物的全基因组序列相继被测定,一些研究进展使得探讨CAM光合作用的起源和演化有了分子生物学基础。近日,福建农林大学基因组与生物技术研究中心明瑞光教授团队在线发表了相关的综述文章。文章通过比较基因组学的方法探讨了顺式作用元件在CAM途径CO2固定相关基因和气孔运动相关基因中的分布,并以水果菠萝为例分析了CAM相关基因在光合组织中的动态表达,提出CAM光合作用是通过改变顺式作用元件演化而来、并且受昼夜节律调控的观点。(Horticulture Research

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