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    生物技術前沿一周縱覽(2015年12月25日)

    2015-12-25 11:15 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     發現調控植物分枝形成基因

     
    植物分枝的多少是植物在形態上適應環境的一種非常重要的方式,還可以影響糧食產量。研究人員發現一個重要的調控植物分枝的基因,是一種“腋芽分生組織調控因子”(RAX)的MYB類轉錄因子,對干細胞形成起非常重要的作用??茖W家通過正向遺傳學方法鑒定了一個促進植物分枝增多的基因,命名為“過多分枝基因”(EXB1)。在突變體中,EXB1基因表達量升高,植物分枝增多,且有些葉腋處會長出更多初級分枝和更高級分枝,甚至在子葉的葉腋處也能長出分枝。這說明EXB1基因可促進腋芽干細胞的形成,甚至可以在正常情況下不能形成腋芽干細胞的部位也能形成腋芽干細胞。研究發現,EXB1基因編碼一個植物中特有的轉錄因子。EXB1通過調控RAX基因的表達來促進分枝,而且體內和體外實驗證明EXB1是直接結合到RAX基因的啟動子區,從而調控RAX基因的表達。同時,植物激素生長素也在EXB1促進植物分枝形成的過程中起重要作用。(Plant Cell
     
     
    通過塑造花序結構可提高水稻產量
     
    水稻是世界上最重要的糧食作物之一,也是我國第一大糧食作物。當前,如何提高水稻單產已經成為了水稻遺傳育種學家的重要課題。水稻花序是影響水稻產量的重要農藝性狀之一,花序的發育過程涉及花序形態結構建成、頂端與腋生分生組織間的平衡與協調等復雜而有序的過程。了解水稻花序發育的調控機理對于開展水稻高產分子設計育種,從而實現水稻單產的新突破具有重要意義。研究人員證實,阻斷miR396可通過直接誘導生長調控因子6 (OsGRF6)基因,調節枝梗和小穗的發育大大提高水稻產量。OsGRF6上調導致了幾個直接下游生物學分支,包括植物生長素(IAA)生物合成、生長素反應因子,及枝梗和小穗發育相關轉錄因子協調激活。這項新研究揭示出了一個整合了花序發育、生長素生物合成及一些信號通路的保守miRNA依賴性調控模塊,其有潛力應用于構建出遺傳工程改造高產作物。(Nature Plants
     
     
    解析控制谷粒大小的QTL
     
    谷粒大小是糧食產量的決定因素之一,因此成為了遺傳育種的主要目標。盡管在過去十年里鑒別出了一些與水稻谷粒大小相關的QTLs,對于它們功能的潛在機制仍不是很清楚。研究人員在水稻中鑒別出了一個負責谷粒大小和重量的新半顯性QTL(GS2),其編碼了轉錄因子OsGRF4,受到OsmiR396的調控。研究證實,GS2一個2 bp的堿基替換突變會破壞OsmiR396對GS2的調控,導致谷粒大且重,提高糧食產量。另一項研究則發現一個粒長相關QTL——GL2有潛力將粒重和子粒產量分別提高27.1%和16.6%。研究證實GL2是OsGRF4的等位基因,它的miR396靶向序列中包含了一些突變,使GL2表達水平略升高,由此激活油菜素內酯反應促進了谷粒發育。此外,研究人員還發現水稻油菜素內酯信號中心負調控因子GSK2直接與OsGRF4互作,抑制了它的轉錄激活活性,介導了激素對粒長的特異調控。上述研究確定了GS2、OsGIFs和OsmiR396對谷粒大小和重量的調控機制,證實了通過調節特異油菜素內酯反應來提高植物生產力的可行性。(Nature Plants1,2
     
     
    解析生長素調控根系重力形態建成機制
     
    根向重性對植物生長有非常重要的作用,根系在土壤中的分布直接影響植物對營養和水分的吸收與利用。植物激素生長素具有較強的流動性,運輸載體蛋白PIN對調控生長素在植物體內的運輸過程起到重要作用。研究人員最新研究結果發現,擬南芥轉錄因子FOUR LIPS(FLP)和MYB88協同作用,控制主根和側根根尖感重細胞中PIN3和PIN7基因的時空特異表達;PIN3和PIN7通過調整生長素在根兩側的定向運輸和分布,動態地改變根對重力響應角度,直接參與了根系重力形態建成。該研究成果首次證明生長素運輸載體PIN蛋白所參與的重力響應受到多個轉錄因子精細的動態調控,為進一步了解植物在長期進化過程中為適應重力環境所建立的感重性及其信號調控網絡提供了新的線索。(Nature Communications
     
     
    肌醇轉運蛋白調控擬南芥種子中的砷累積
     
    地下水和土壤砷污染威脅著全球數以千萬計人民的健康。了解作物吸收砷的途徑極為重要。膜轉運蛋白促成了根吸收砷,通過木質部向地上部轉移。在包括水稻在內的許多植物中已確定了一些膜轉運蛋白的特征。但目前尚未鑒別出負責將來自木質部的砷運載到韌皮部及種子中的轉運蛋白。研究人員用AtINT2AtINT4轉化釀酒酵母可導致砷累積增多,提高了對亞砷酸鹽的敏感度;在非洲爪蟾胚胎中表達AtINT2也可以誘導砷輸入。相比于野生型擬南芥,在通過根提供亞砷酸鹽的植物中破壞AtINT2AtINT4可導致韌皮部、角果和種子砷濃度下降。當通過葉來提供亞砷酸鹽時,這些植物也顯示角果和種子砷濃度顯著下降。由此,研究人員認為在擬南芥中,是肌醇轉運蛋白負責將亞砷酸鹽輸入到了韌皮部和種子中。(Nature Plants
     
     
    CRISPR系統實現多基因復用技術應用
     
    CRISPR/Cas系統是一項新型高效定點編輯的新技術,具有突變效率高、制作簡單、易操作及成本低的特點,迅速在動物、植物和微生物功能研究和遺傳改造中獲得廣泛地應用。但第一代的系統通常只能一次靶向1個或2個基因位點。研究人員設計出一種新型的多路復用CRISPR/Cas9系統,采用三步克隆策略在擬南芥中實現1個雙運載體內的6個sgRNA模塊的共表達。在擬南芥中,ABA受體PYL家族共有14個成員。研究人員通過在一個轉化實驗中靶向6個PYL家族成員基因測試了這一多路復用系統的效率。自15個T1代植物中鑒別出了一個具有6種靶PYLs突變的株系,誘變頻率為13%-93%。存在ABA的情況下,所有6個PYL基因突變的T2代轉基因株系萌芽率最高,發芽幼苗中的一半至少包含4個靶基因純合子突變, T3代中鑒別出了一些純合子六基因突變體。據預計,應用這種多路復用CRISPR/Cas9平臺將會強有力地推動對基因信號通路和家族的功能研究。(Plant Cell Reports
     
     

    來源:基因農業網

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