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    生物技術前沿一周縱覽(2016年3月25日)

    2016-03-25 12:07 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     發現水稻開花調節因子

     
    水稻是一種兼性短日植物,開花時間的調控途徑在擬南芥和水稻中是保守的,但是可在功能上進行修飾。Hd1是擬南芥CONSTANS (CO)的一個同源基因,是在長日照條件下抑制開花的一個關鍵調節因子,但是可在短日照條件下,通過影響成花素基因Hd3a的表達,促進開花。另一個關鍵的調節因子Ehd1是一個進化上獨特的基因,在擬南芥中沒有同源基因,短日照和長日照條件下,可促進水稻成花素基因Hd3a和RFT1,是一個開花激活因子。研究人員在水稻中分離和鑒定了開花調節因子HDR1。hdr1突變體在北京稻田的自然長日照條件、以及在溫室的長日照條件(而不是短日照)下,表現出早期開花的表型,從而表明HDR1可能通過光周期依賴性途徑,功能性地調節開花時間。HDR1編碼一個核蛋白,該蛋白在葉片和花器官中最為活躍,并表現出一種典型的晝夜表達模式。研究人員認為,HDR1是一種新的開花抑制因子,可上調Hd1,下調Ehd1,從而導致長日照條件下Hd3a和RFT1的下調。研究人員進一步確定了一個HDR1相互作用激酶——OsK4,在長日照條件下水稻開花的另一個抑制因子。OsK4的作用跟HDR1相同,在長日照條件下通過上調Hd1和下調Ehd1,抑制開花。這些結果指出,轉錄調節因子Hd1,可依賴于光日照長度,控制水稻的開花時間。(PloS Genetics
     
     
    提升水稻抗病害能力研究取得進展
     
    G蛋白是生物中一種常見的蛋白,但研究較少。研究人員研究了水稻中的G蛋白,發現G蛋白在水稻中有如一個“開關掣”,可提升水稻自身的抗病害能力,以及在高鹽分土地生長的能力。一般情況下,G蛋白會與ATP或GTP結合。G蛋白與ATP結合就會減低水稻的抗病害能力,與GTP結合就會減低水稻耐鹽生長能力。研究人員利用X晶體學研究技術,拆解了G蛋白的結構,再配合定點突變技術,定點測試ATP、GTP與G蛋白的化學反應,證實ATP、GTP明顯影響水稻的抗病、對抗不良生長環境的能力。研究還發現植物特有的“OsGAP1”蛋白可以改變ATP、GTP結構,令ATP、GTP無法與G蛋白結合,G蛋白就可以啟動,令水稻自行提升抗病害及對抗不良生長環境的能力。(PNAS
     
     
    影響影響水稻糙米率基因發現
     
    谷粒包含糙米(可食用)和穎殼(不可食用)兩個部分。在超高產育種中,通過增加糙米率提高稻米實際產量和品質必將成為一種新型高效的育種手段。研究人員利用低糙米率品種TN1和高糙米率品種CJ06雜交的DH群體,通過QTL分析和高世代回交群體,在第10染色體上獲得了一個主效糙米率QTL基因qBRR-10。進一步研究發現,來自CJ06的qBRR-10等位基因增加了谷粒的厚度和降低了穎殼的比重。通過深入挖掘qBRR-10的確切座位和分子標記輔助選擇等手段,將為培育出糙率高和優質新品種提供新線索。(Rice
     
     
    拓展水稻基因組編輯范圍獲重要進展
     
    CRISPR/Cas9系統以其簡便、高效的技術特點,已迅速成為植物中最為廣泛使用的基因組編輯手段,為種質資源創制以及基因功能研究等工作提供了極大的便利。CRISPR/Cas9系統在基因組上的精準切割需要特異識別一段鄰近核苷酸序列(PAM)。目前植物中最為廣泛使用的SpCas9蛋白能夠識別的PAM序列局限為經典的NGG序列,這嚴重限制了CRISPR/Cas9系統的可編輯范圍。為突破這個限制,科學家們在動物及微生物中進行了不懈的嘗試并獲得了一定的進展,然而在植物中尚未有成功的案例報道。本研究中,研究人員通過定點突變的方法對水稻中廣泛使用的SpCas9蛋白進行了改造,獲得了兩種Cas9 變體。通過一系列的轉基因實驗證明,兩種Cas9變體在水稻中分別可以識別NGA以及NGCG兩種PAM序列。生物信息學分析表明Cas9變體的創制將使得CRISPR/Cas9系統在水稻中可編輯范圍拓展到現有的2倍以上。此外,兩種變體也可以同時對多基因進行有效的編輯,表明其與野生型Cas9一樣具備巨大的應用潛力。因此,該工作為在水稻中進行更廣泛的基因組編輯提供了新的可選工具。(Molecular Plant
     
     
    揭示植物氣孔開放途徑
     
    干旱脅迫可誘導氣孔關閉,同時抑制氣孔開放。然而,潛在的分子機制在很大程度上仍然是未知的。研究人員在擬南芥中發現,S型陰離子通道SLAC1和SLAH3主要通過蛋白質-蛋白質相互作用,抑制內部的鉀離子(K+in)通道KAT1,從而阻止擬南芥的氣孔開放。電壓鉗實驗結果表明,SLAC1可顯著抑制KAT1,但不抑制KAT2。此外,干旱脅迫可強烈上調擬南芥保衛細胞中SLAC1和SLAH3的表達,野生型和截短的SLAC1的過度表達,可顯著破壞保衛細胞的K+in流,以及光誘導的氣孔開放。該研究在擬南芥中發現了調節氣孔運動的一種新機制,其中氣孔關閉和開放的信號通路,是由SLAC1/SLAH3和KAT1之間的蛋白質相互作用直接耦合在一起的。(Plant Cell
     
     
    科學家提出環境型鑒定概念
     
    作物的產量、品質、抗逆性等重要性狀的表現都是基因型和環境共同作用的結果。長期以來,影響作物生長發育和性狀表達的眾多環境因子通常被作為一個整體來進行研究,并由此將作物的表現型剖分為由基因型效應和基因型環境互作效應兩大組分。實質上,一切基因型無法解釋的表現型變異都可歸結于基因型環境互作的結果?;蛐妥儺惪梢酝ㄟ^精確測序、功能分析,但無法對表現型進行有效的預測,這已成為制約作物生產和品種改良的重要瓶頸。
    在本文中,科學家提出環境型(envirotype) 和環境型鑒定的概念,把環境型定義為影響作物生長發育的所有環境因子的組成和變異,環境型鑒定定義為對所有環境因子的組成和變異的精確測定和評價。環境型鑒定的主要應用包括:環境特征分析、基因型環境互作分析、表現型預測、近等環境型構建、農藝組學(agronomic genomics)研究、精準農業、精準育種等。全方位環境型信息還將應用于發展包括基因型(G)、表現型(P)、環境型(E)和發育時間(T)構成的作物科學四維圖像,為作物育種在內的作物科學提供了解碼環境影響的參考技術和途徑。(Theoretical Applied Genetics
     
     
    小菜蛾蛋白質基因組研究獲得突破
     
    隨著高通量測序技術的不斷發展,上萬種生物的全基因組DNA序列被測序完成。其基因組的注釋主要基于預測軟件和已知蛋白的同源搜索,不可避免地導致編碼蛋白質基因的錯誤注釋和丟失、假基因廣泛存在。另外,由于缺少肽段等信息,大量基因被注釋為未知功能或假設的蛋白質。蛋白質基因組(Proteogenomics)是一種利用蛋白質組學的相關數據對基因組進行注釋校正的新方法,由于其結合了大量生物體蛋白質氨基酸信息,從而有力地彌補基因組上基因尋找和注釋的不足。小菜蛾是一種世界性重要農業害蟲,每年因小菜蛾造成的損失高達40億–50億美元。小菜蛾幾乎對所有的殺蟲劑均產生了不同程度的抗藥性,包括微生物殺蟲劑Bt。本研究中,研究人員利用鳥槍法結合高效液相色譜-電噴霧-質譜/質譜(shotgun HPLC-ESI-MS/MS)對小菜蛾幼蟲中腸蛋白質進行測定,結合其基因組數據,完成了首個小菜蛾中腸蛋白質基因組分析。利用獲得的小菜蛾BBMV蛋白質譜圖,鑒定到了大量與小菜蛾殺蟲劑抗性相關的蛋白質,同時,還糾正了小菜蛾的基因注釋,鑒定了大量新基因以及新的基因剪切形式。為闡明小菜蛾對Bt殺蟲劑抗性調控網絡提供了重要的遺傳信息。(Molecular & Cellular Proteomics
     
     
    一種全新宏基因組研究方法建立
     
    基于高通量測序的宏基因組學技術,已成為研究微生物群落組成、結構及功能最主要的技術手段。宏基因組研究通常采用16S rRNA測序以獲得物種譜信息,或采用全基因組隨機測序WGS以得到功能基因譜信息,或兩種策略同時采用。受測序技術和實驗方法本身的限制(即短序列和小片段文庫),這些研究會割裂物種譜和功能譜之間的聯系。這給環境微生物物種多樣性(尤其是種下多態性)和功能多樣性的研究帶來嚴重障礙。研究人員在現有宏基因組學技術的基礎上,提出一種全新的宏基因組研究策略,即16S rRNA-側翼序列環化測序及計算技術(RiboFR-Seq,ribosomal RNA gene flanking region sequencing)。通過該技術,可以同時獲得16S rRNA V4/6高變區及16S rRNA上游的蛋白編碼基因序列?;诖藬祿?,能夠建立起16S rRNA與宏基因組拼接序列的物理關聯,校正或補充彼此注釋的結果,實現準確無偏的宏基因組數據解析,進而快速、準確和全面地解析環境樣品中微生物的組成和功能。本技術首次建立了宏基因組中物種譜和功能基因譜的有效關聯,為宏基因組學研究尤其是未知環境條件下微生物組的研究,提供了全新的思路和方法。(Nucleic Acids Research)
     
     

    來源:基因農業網

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