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    生物技術前沿一周縱覽(2016年3月4日)

    2016-03-04 11:20 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    高產優質超級雜交水稻設計育種新模型提出
     
    水稻的馴化和選育改良是農業文明中的標志性事件之一。水稻的遺傳育種通過半矮化、野敗細胞質雄性不育系等方式實現了兩次產量飛躍。最近,我國研究人員提出了理想株型與雜種優勢相結合的未來超級雜交稻分子設計模型。根據這一模型,未來超級雜交水稻育種將基于秈-粳雜交,通過精準分子設計與全基因組分子標記輔助選育,組合亞種間已知以及待發現的優良等位基因,培育具有秈-粳雜種優勢與理想株型的高產、優質、耐逆、抗病的新品種。研究人員根據現有優良基因資源設計了一個超級理想型秈-粳雜交稻組合。在該組合中,粳稻背景的雄性不育系母本含有DEP1、Ghd7、GS3等調控穗型、粒型、光周期、氮高效等性狀的優良等位基因,而秈稻背景的父本恢復系中則攜帶IPA1、Gn1a、Ghd8、Hd1、Dro1等調控理想株型、穗型、粒型、光周期、耐逆等性狀的優良等位基因。攜帶上述優良等位基因的超級理想型秈-粳F1雜種將具有理想株型、根系發達、高光效、源庫分配優化、氮高效、耐逆等高產特征,同時具有優良食用品質。該模型闡述了基于秈粳亞種間雜種優勢利用的分子育種學理論并奠定了未來超級雜交稻設計的理論基礎,為水稻生產的第三次產量飛躍提供了指導性思路。(National Science Review
     
     
    發現水稻抗旱新基因
     
    干旱是限制農作物產量和品質的重要環境因子之一,但是植物對干旱耐受性的潛在分子機制卻仍不清楚。近年來,大量研究證明WRKY基因家族成員在植物對干旱脅迫的反應及其信號轉導途徑的建立過程中起著極其重要的調控作用。研究人員發現,在水稻中高表達擬南芥WRKY57基因能顯著提高水稻對干旱、高鹽和PEG的耐受性。進一步研究表明,高表達擬南芥WRKY57基因后除了能增強水稻對ROS的清除能力,還促進了脅迫相關基因(OsP5CS, OsDREB1A, OsDREB2A, OsRAB21 and OsRab16D)的表達,從而提高了水稻在干旱、高鹽和PEG脅迫條件下的耐受能力。(Frontiers in Plant Science
     
     
    解析植物花粉管生長方向調控機理
     
    植物的花粉管生長方向受到來自胚珠的引導信號的精細調控,確?;ǚ酃軠蚀_找到胚珠珠孔,并進入胚珠,從而使兩個精子細胞被送入胚珠,完成雙受精。其中,花粉管頂端質膜Ca2+通道被認為是控制花粉管生長方向的核心功能蛋白,通過介導和精細調控胞外Ca2+內流,調控花粉管頂端Ca2+濃度梯度,從而進一步調控花粉管的生長方向。因此,花粉管頂端質膜Ca2+通道就成為從胚珠引導信號到花粉管本身對胚珠引導信號的感知和應答系統這一完整信號鏈的關鍵環節。但該Ca2+通道的遺傳身份幾十年來一直是未知的,其通過介導和調控胞外Ca2+內流,從而調控花粉管生長方向的假說也一直缺乏遺傳學證據的支持。該研究發現CNGC18是控制擬南芥花粉管生長方向最主要的一個質膜Ca2+通道,并用遺傳學證據證實了其通過調控花粉管頂端Ca2+濃度梯度的動態變化,從而調控花粉管生長方向的假說。該研究很好地解決了這一植物生殖生物學領域的重要科學問題,為進一步解析整個花粉管生長方向的信號調控網絡打開了一個突破口。 (PNAS)
     
     
    解析真核生物基因表達調控新機制
     
    mRNA前體的轉錄起始在表觀遺傳學水平上受到多種轉錄因子以及染色質修飾與重塑的調控。新合成的5’帽子結構被CBC蛋白復合體(由CBP20和CBP80構成)識別和保護,同時CBC還有助于mRNA加工過程的進行。不過,迄今為止,CBC對轉錄的調控仍不清楚。染色質修飾與mRNA間是否存在互作關系,也鮮有報道。研究人員以模式植物擬南芥為研究對象,發現CBC蛋白復合體與COMPASS蛋白復合體以及EFS之間存在直接的相互作用,形成超級蛋白復合體。在復合體中,CBC與這些促進轉錄的染色質修飾因子相互依存,協同調控基因的轉錄以及共轉錄加工過程,從而高效調控mRNA的水平。此項研究揭示了染色質修飾因子與RNA加工相關蛋白互作以協同調控基因表達的機制,不僅拓寬了對染色質修飾與RNA加工因子功能的認知,也為真核生物基因表達調控研究提供了新的視角和思路。(Nature Plant
     
     
    真核細胞演化與線粒體的關系
     
    真核細胞比細菌和古菌細胞大得多,也復雜得多,以至于難以重建其演化步驟。當前的一種觀點是,真核細胞的演化是當一個古菌樣的細胞容納了細菌、后者繼而變成線粒體時被觸發的。另一種觀點是,真核細胞在它們獲得了隨后變成線粒體的細菌之前就早已處在向其現代形式的演化過程中。這第二種觀點得到由Alexandros Pittis 和 Toni Gabaldón所做的一項研究的支持。該研究顯示,線粒體基因與人們所提出的跟其相關的細菌基因的相似程度要大于很多其他真核細胞基因與人們所推斷出的跟它們對應的真核細胞基因的相似程度。這一結果(可能是有爭議的)表明,線粒體是已經在演化中的真核細胞后來獲得的裝飾品,而不是真核細胞生成過程的觸發因素。(Nature
     
     
    追蹤植物細胞的膜蛋白
     
    熒光顯微成像技術已經成為現代細胞生物學研究過程中必不可少的工具,隨著各種新型熒光探針和成像理論的出現,單分子檢測技術(single molecule detection, SMD)打破了光學衍射極限,將分辨率提高到了幾十個納米的水平。為了打破植物學研究中細胞壁的限制,研究人員自主搭建適合植物細胞膜蛋白動態分析的單分子檢測平臺,克服了細胞壁對蛋白動態分析的干擾,建立了全內反射熒光顯微術(TIRFM),實現了對單個分泌囊泡運動的實時成像。進一步發展了一套適合植物膜蛋白共定位分析的單顆粒連續追蹤分析方法,實現了不同時間序列蛋白互作的定量分析。(Nature Protocols
     
     
    最新單細胞多重組學測序技術
     
    生物體內的同一種組織甚至同一種細胞類型的各個細胞之間,也往往存在著很大的差異。而傳統的基于混合大量細胞的組學研究不僅無法觀察到細胞之間的差別,并且會導致一部分重要細胞的獨特特征被掩蓋。因此單細胞組學分析技術對系統、深入研究特異種類的細胞特征以及細胞之間的差異起著重要作用。研究人員最新開發的scTrio-seq技術首次實現了單細胞三重組學的高通量測序分析,可同時檢測哺乳動物同一個單細胞內的基因組、DNA甲基化組和轉錄組信息。該項研究發現,在單個細胞內,基因區域DNA甲基化程度與基因表達有著很強的正相關性,且甲基化發生在不同的基因區域上會對基因的表達有不同的調控作用。接著,研究者們還發現基因組DNA的拷貝數與該區域上的基因表達亦有很強的正相關性,即DNA拷貝數較多的區域,其上的基因表達量也隨之增高,反之亦然,從而在單細胞水平上證明了基因表達的劑量效應。然而DNA拷貝數的變化并不會影響其上DNA甲基化水平的變化。(Cell Research
        

    來源:基因農業網

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