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    生物技術前沿一周縱覽(2015年1月9日)

    2015-01-09 11:54 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示植物生長基因調控網絡
     
    植物芽和根的生長是一個復雜的過程。研究人員第一次描述了使得植物生長的部分遺傳控制網絡??寺×藬M南芥中與纖維素、半纖維素以及木質素生成相關的50個基因,篩查了它們與460多個轉錄因子,或是開啟或關閉基因表達的其他一些基因的相互作用。借助計算機技術,構建出了一個顯示不同的基因和轉錄因子如何彼此聯系的網絡。研究人員還研究了這一系統對于不同類型的環境變化所做出的反應。例如,奪去根細胞的鐵離子可促進木質素生成,木質素可提高鐵攝取。但將細胞暴露于鹽中則可引起不同的反應,木質部細胞會發生增殖來增加水輸送。了解影響木質素、纖維素和半纖維素含量的控制網絡,最終有助于植物育種者們構建出最適合于實現生物燃料生產的品種。(Nature
     
     
    植物細胞核內RNA調控模式被確定
     
    在植物進行的一項新研究中,采用模式植物擬南芥,研究人員在細胞核中,通過PIP-seq技術研究RNA及RNA結合蛋白質(RBP)之間相互作用,同時獲得關于核RNA分子結構的數據。結合這些數據集,全面分析了可能影響RNA調控過程的模式。通過集中研究與RBPs相結合的RNA部分,該研究小組發現,這些序列在進化史中已經變得保守,可能在基因調控機制中發揮重要的作用。RBP結合模式和二級結構之間存在強烈的反比關系。RBP結合位點和某些二級結構模式,在可變剪接和可變多聚腺苷酸化發生的部位更為常見。此外,研究人員提供了一個巨大的、公開可用的數據集,其他科學家可以用來解決關于他們感興趣的基因及調控機制的問題,從而更好了解從DNA到蛋白質這一行程的動力學。(Molecular Cell
     
     
    發現小分子RNA在固氮方面的作用
    大豆根瘤共生固氮是一個非常重要的科學問題,也是一個關乎大豆產量和品質的重要農藝性狀。最適的結瘤數量是決定最佳固氮效率的關鍵因子。已有結果發現結瘤因子誘導的信號轉導途徑和大豆超結瘤的自主調控途徑(AON:Autoregulation)控制最適結瘤數量。但是兩個途徑互作的分子機制還不清楚。該項研究證明,在沒有根瘤菌的情況下,大豆轉錄抑制子(GmNNC1)與結瘤調控因子ENOD40基因的啟動子結合,抑制其表達;當根瘤菌侵染大豆根系時,誘導microRNA172c(miR172c)表達,miR172c進而通過剪切GmNNC1 mRNA減少GmNNC1的蛋白量,去除對ENOD40的抑制,使得EOND40進一步激活了結瘤因子誘導的信號轉導途徑,從而啟動了根瘤的發生發育。同時證明了抑制大豆超結瘤的自主調控途徑可通過Shoot-derived inhibitor如細胞分裂素來抑制miR172c的表達,從而避免大豆過度結瘤。該研究揭示了豆科植物根瘤發育及共生固氮的表觀遺傳學調控機制。(The Plant Cell
     
     
    首次發現蘋果中存在具有核酶活性的環狀RNA
     
    上世紀80年代,在研究蘋果上一種危害嚴重的病害——蘋果銹果病時,研究人員從蘋果中分離到一種特殊環狀RNA。采用高通量測序(NGS)技術結合生物信息學分析的策略獲得該環狀RNA的全序列:該環狀RNA由434個核苷酸組成,是一種迄今為止從未見過報道的新的環狀RNA。自中國報道后,美國、意大利等國研究人員的檢測結果也為此提供了有力的佐證。重要的是,生化實驗表明該環狀RNA正、負鏈均具有核酶活性,能夠進行自我剪切。這是世界上首次從蘋果中發現具有核酶活性的環狀RNA。該研究為今后從植物和動物中發現更多環狀RNA提供了新的思路和技術手段。(PLoS Pathogens
     
     
    甘藍WRKY基因家族研究中取得新進展
     
    甘藍(Brassica oleracea)是十字花科蕓苔屬植物,種內形態差異巨大,有著眾多的品種或變種。然而,甘藍抗病抗蟲能力不強,極易受到病菌的感染或昆蟲蠶食,制約著甘藍綠色栽培的產業化發展。大量研究表明, WRKY 基因家族的許多成員參與調控植物的生長發育、形態建成與抗病蟲等。因此,在全基因組水平上研究甘藍的 WRKY 基因家族具有重要的生物學意義對結球甘藍 WRKY 基因家族進行了研究。通過對其基因組與轉錄組的比較分析,鑒定出了148個 WRKY 基因,其中包括37個新 WRKY 基因;并進行了系統發育和共線性分析、表達譜數據分析。結果說明,WRKY 基因家族在甘藍中偏好性地保留并分化出了新的功能,增加了WRKY 基因家族的多樣化,擴張后的 WRKY 基因家族有助于甘藍形成豐富的多樣性與生態適應。(GENE
     
     
    探索植物春化現象的分子調控機制
     
    生長在低緯度地區的擬南芥不需要經過春化階段就可以正常開花繁殖,此類稱為夏性擬南芥(summer annual);而生長在高緯度的擬南芥必需要經過春化階段才能促進開花,稱為冬性擬南芥(winter annual)。已有的研究結果表明:夏性擬南芥因為在長期進化過程中,控制春化作用的一個重要蛋白 FRIGIDA(FRI)部分序列發生丟失導致 FRI 蛋白失活,從而不能有效促進 FLC(MADS-box 家族基因,開花負調控因子)的表達導致早花。該研究表明,在春化過程中,持續低溫誘導 WRKY34 基因上調表達,并啟動 CUL3A 的表達,同時 LRB1/2 蛋白作為橋梁招募 CUL3A 與 FRI 形成蛋白復合物,驅動 FRI 的泛素化降解,從而解除了 FRI 蛋白對 FLC 的上調作用以及 FLC 對植物開花的抑制作用,最終導致植物早花。(Plant Cell
     
     
    殼斗科頑坳性種子的脫水耐受性及超低溫保存研究
     
    面對生物多樣性保護的嚴峻形勢,各國紛紛建立種質庫以達到異地保存野生植物的目的。然而,該舉措僅可能保存生產常性種子的植物,大約有7%~25%的種子植物因生產不耐受脫水和低溫的頑坳性種子而無法在常規的種質庫中長期保存。在這些生產頑坳性種子的種類中,許多是森林中的建群種、優勢種或者是重要的經濟植物;還有些種類是需要立即保護的瀕危物種。超低溫保存(cryopreservation)是在液氮溫度下(-196℃)保存生物材料的方法,也是頑坳性種子能夠實現長期保存的唯一途徑。研究人員對4種來自中國和美國的櫟屬(Quercus)植物種子的脫水和低溫(包括超低溫)生理反應進行了深入研究。該項研究闡釋了種子水分狀態、種子脫水耐受性與種子對低溫反應關系,并實現了幾種櫟屬種子的超低溫保存。(Annals of Botany
     
     
    一種舊的植物遺傳學工具仍未落伍
     
    隨著更新的方法不斷發展,植物遺傳學研究的科學工具不斷消失。然而,最近研究人員發現,一種較舊的方法——片段化葉綠體DNA序列,仍然巋然屹立在現代技術中。葉綠體簡單重復序列或微衛星(cpSSRs)是短的DNA重復片段,標記植物基因組中的特定位置。CpSSR標記用于植物進化研究,例如農業作物的育種和雜交、考慮保護的植物的遺傳多樣性。對于區分植物類群和解決它們的進化關系,這種技術特別有用。利用cpSSRs的植物學研究正呈上升趨勢。在過去的十年中,利用cpSSRs的植物學研究翻了一番。自1995年以來,cpSSRs已被用于研究來自85個不同科的野生和栽培植物。對于未來的研究,建議研究人員使用為特定植物物種開發的cpSSRs。這種方法可以幫助避免大小異源同型問題。(Applications in Plant Sciences
     
     

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