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    生物技術前沿一周縱覽(2015年12月11日)

    2015-12-20 18:04 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    側分枝模式決定谷物的籽粒產量
     
    禾本科植物在營養生長和生殖生長階段會出現分蘗和稻穗分枝,分枝模式很大程度上決定了禾本科植物的多樣性,同時也是許多谷物籽粒產量的重要決定因素。側分枝模式(包括分蘗和花序分枝)決定著許多谷物的籽粒產量。研究人員在水稻中鑒定了一個由microRNA和轉錄因子組成的,控制營養(分蘗)和生殖(稻穗)分枝的調控網絡。發現調控水稻分蘗和稻穗分枝的基因網絡由miR156/ miR529/ SPL和miR172/ AP2通路組成。SPL基因對分蘗進行負控制,但正調控花序分生組織和小穗轉變。SPL過少或過多都會減少稻穗分枝,但作用機制并不相同。這項研究為理解禾本科植物的分枝調控提供了重要啟示,在水稻的遺傳改良中有很大的應用前景。(PNAS
     
     
    揭示花基本結構的可塑性及其分子機制
     
    花器官的排列一般有輪狀和螺旋狀兩種方式。在輪狀排列時,花器官的數目在種內基本固定;但在螺旋狀排列時,花器官的數目往往不固定,表現出種內甚至個體內的變異,說明花的基本結構具有可塑性。導致花器官數目和花基本結構不固定的原因和機制尚不清楚。研究人員發現,在大馬士革黑種草的花中,花器官的總數在個體間和個體內均表現出很大差異;各類花器官的數目都不固定,其中雄蕊數目的變異最大,是決定花基本結構的主要因素。進一步研究發現,一朵花中花器官的總數主要由花原基的初始大小決定,而各類花器官的數目由相應花器官身份決定程序的功能范圍決定。通過研究各類花器官身份基因的表達模式和功能,研究人員揭示了各類花器官的身份決定程序及其功能范圍不固定的原因,以及各類花器官身份基因之間存在的復雜調控關系。該研究結果對于理解花基本結構的可塑性和進化的分子機制具有重要意義。(Nature Plants
     
     
    解析水稻卷葉形成的分子機制
     
    葉片是水稻主要的光合器官, 適度卷曲有利于保持植株葉片直立而不披垂, 增加中、下層葉片透光率, 從而改善群體光照條件, 是理想株型的重要組成, 對水稻高產育種具有重要意義。研究人員利用甲基磺酸乙酯(EMS)誘變秈稻恢復系縉恢10號獲得了一個遺傳穩定的水稻生育后期卷葉突變體lrl1, 經遺傳分析和分子定位, 該葉片卷曲受一對隱性核基因控制, 位于第9染色體分子標記SWU-1和Ind6之間812 kb的區域,對與泡狀細胞變化相關的6個卷葉基因研究發現,卷葉基因ROC5和RL14的表達明顯上調, 而ACL1, SRL1以及NAL7被下調, 暗示了這些基因可能在同一通路上調控葉片的發育。該研究為高產育種奠定了良好基礎。(科學通報
     
     
    首次繪制小麥表觀基因組圖譜
     
    表觀遺傳標記是一種化學標簽,將自己附著在DNA上,并在不改變遺傳密碼的同時修改它的功能。DNA甲基化是一種這樣的表觀基因表達調控機制,可以傳遞給后代。研究人員利用該技術對小麥中調節基因活性的遺傳性分子變化進行了首次全基因組范圍的調查。研究發想,甲基化在所有三個六倍體小麥的基因組之間是高度保守的,而且發現了亞基因組特異性甲基化的證據。在小麥基因組中甲基化的穩定性也顯示,一些甲基化模式保存了50萬年以上。表觀遺傳標記正成為這個領域一種重要的新工具,可以有小麥遺傳育種向更加精確有效發展。(Genome Biology
     
     
    確定病毒侵染相關基因
     
    病毒侵染會造成植株萎黃,生長遲緩,壞死或其他癥狀,與該癥狀相關基因尚未確定并驗證。研究人員在水稻條紋病毒(RSV)侵染的本氏煙(Nicotiana benthamiana)上鑒定出一組差異表達的基因(DEGs)。通過煙草脆裂病毒(TRV)誘導基因沉默的方式逐一沉默基因,考察了75個表達下調基因對RSV癥狀產生的作用。結果發現,沉默75個下調基因中的11個會造成植株萎黃,其中9個基因是葉綠體相關基因ChRGs。沉默其中1個編碼真核翻譯起始因子4A(eIF4A)的基因會造成葉片扭曲和萎縮,發現病毒上存在一段小干擾RNA(vsiRNAs)可以靶向調控NbeIF4A mRNA。上述實驗證據支持ChRGs與植株萎黃的相關性,并表明eIF4A參與RSV癥狀的發展,也第一次確證直接來自植物病毒的siRNA可以靶向調控宿主基因。 (New Phytologist)
     
     
    植物多倍化與DNA甲基化關系的表觀遺傳學研究
     
    多倍化又稱全基因組重復,在植物、動物和真菌中都經常發生。多倍化事件在植物進化中起到的關鍵作用。多倍化會給基因組造成強烈的沖擊和長期深遠的影響,基因組對多倍化事件的應答可區分為短期效應和長期效應,無論短期還是長期,表觀遺傳修飾都會對基因組的變化產生影響。研究人員采用人工合成第 48 世代的同源四倍體水稻(Oryza sativa ssp. indica, 2n=48)及其對應世代的親本二倍體秈稻矮腳南特為材料,在全基因組水平上開展了多倍化事件發生后 DNA 甲基化變異與基因組短期效應關系的研究。結果表明,二、四倍體水稻的大部分基因表達水平沒有差異,四倍體水稻沒有因為基因拷貝數目的倍增而表現出劑量效應。轉座子 DNA 甲基化水平在基因組范圍內表現出廣泛的差異。多倍化對基因組造成的沖擊帶來了轉座子 DNA 甲基化水平的變異。該研究成果首次為多倍化事件發生后植物基因組進化受表觀遺傳修飾影響的研究提供了重要的理論基礎。(PNAS
     
     
    薔薇物種復合群的研究
     
    薔薇屬是一個極其復雜的類群,大約有150-200種,廣泛分布于北半球的溫帶和亞熱帶地區,個別種類分布到熱帶。該屬中眾多物種作為觀賞植物長期以來受到大家的喜愛。其中絹毛薔薇復合群(Rosa sericea complex)在中國植物志中為薔薇屬薔薇亞屬芹葉組的四數花系,種間形態特征變異大,相互鉤連難以區分。研究人員利用三個葉綠體DNA基因(trnL-trnF, ndhF-rpl32和ndhJ-trnF)以及核DNA基因的微衛星(nSSR)的8個突變位點對絹毛薔薇復合群7個物種共62個居群763個個體進行了序列測定,分析了該類群在更新世晚期的分布擴張和可能的遷移路線。指出該復合體對冰期的適應和耐受能力使其在冰期得以保存和擴張,并在間冰期退縮到高海拔區域的種群歷史。該研究揭示了具有冷適應能力類群在應對氣候變化時的策略與大部分溫帶植物不同。(Scientific Reports
     
     
    轉基因生物安全研究新方法
     
    生物技術的發展帶來了對該技術應用安全性的擔憂,最近,研究人員提出兩種新的方法,將一個“生死開關”連入一種轉基因微生物中,以防止可能帶來的安全隱患。它們被命名為“Deadman'”和“Passcode”。Deadman的解決方案是要求必須一直存在某種化學物質,不然改良的微生物會死亡;Passcode則更為復雜的,必須依據2個不同分子的情況才能存活,如必須一種分子而缺乏另一種分子。該技術面臨的主要障礙就是,能夠證明他們修改的微生物,將不會以克服生死開關的形式、單獨或與天然微生物相互作用,而發生演化。(Nature Chemical Biology
     
     
    原核生物染色體DNA自組裝模式和機理
     
    為了從根本上理解生命運作本質,生物學家們幾十年以來一直以原核生物最具代表性的大腸桿菌等為研究模型,建立了一整套成熟高效的基因蛋白操縱手段,然后力求把原核細胞中的發現借鑒到真核生物及最終目標人類細胞之中,但是迄今為止,原核生物細菌染色體DNA組裝方式仍是未解之謎。研究人員通過構建基因原位可激發熒光蛋白標記的HNS-mEos2大腸桿菌株,利用PALM超高分辨率熒光顯微成像技術,對不斷分裂大腸桿菌HNS-mEos2熒光蛋白簇的演化進行了實時動態觀測,提出了大腸桿菌染色體DNA在活體內一個復制周期中各個階段的盤繞狀態以及支配其自組裝的理論模型。該模型可以很好地解釋此研究領域中絕大部分以往觀測到的實驗結果,并且統一了明顯矛盾的實驗現象。該研究在國際上首次提出原核生物大腸桿菌染色體DNA具體三維的組裝盤繞模式,以新的理論和視角分析了染色體DNA在細胞內狹小空間內高度有序自組裝的潛在機理,深入了人們對生物體最基本的染色體DNA自組裝現象的理解。(Scientific Reports
     
        

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