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    生物技術前沿一周縱覽(2016年6月10日)

    2016-06-12 11:33 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     開發影響水稻籽粒大小和產量的QTL

     
    粒重是影響水稻產量的最重要因素,它由籽粒大小決定,而籽粒大小由數量性狀位點(QTL)控制。盡管已經發現許多調節粒重的QTL,而控制籽粒大小的遺傳網絡仍不清楚。研究人員對一個顯性QTL GLW2進行了克隆和功能分析,它通過增加籽粒的長度和寬度來積極調節粒重。分析發現,GLW2位點編碼OsGRF4(生長調節因子4),由microRNA OsmiR396c調控。OsGRF4的突變阻礙了OsmiR396 對OsGRF4的調控,導致產生更大的籽粒,產量提高。該研究團隊還發現,OsGIF1(GRF相互作用因子1)直接與OsGRF4相互作用,增加其表達也使籽粒大小增加。結果表明,miR396c-OsGRF4-OsGIF1的相互作用在決定籽粒大小和提高產量中扮演著重要角色。(Plant Biotechnology Journal
     
     
    水稻中過表達一種pH敏感硝酸鹽轉運蛋白可提高作物產量
     
    在植物中,胞質pH的變化范圍為7.3~8.0。兩種氮(N)形式硝酸鹽(nitrate)和銨(ammonium)的總量和比值決定了細胞pH。在植物中,韌皮部是對營養物質、mRNA和信號傳送極為重要的組織,就像神經網絡那樣發揮作用連接芽和根。韌皮部pH穩態對于維持整株植物的生理平衡及組織的運輸與信號傳導功能均非常重要。研究人員報告稱發現水稻硝酸鹽轉運蛋白基因OsNRT2.3被轉錄成表達比率有著自然差異的兩種剪接形式。一種剪接形式OsNRT2.3b定位在細胞質膜上,主要表達于韌皮部中,OsNRT2.3b在胞質側有一個調控基序,通過一種pH值感知機制發揮作用開啟或關閉了硝酸鹽轉運活性。在水稻中高水平表達OsNRT2.3b可提高植物的pH緩沖能力,提高N, Fe和 P攝取。在田間試驗中,提高OsNRT2.3b表達將谷物產量和氮利用率(NUE)提高40%。這些結果表明,水稻硝酸鹽轉運蛋白OsNRT2.3b感知pH值對于植物適應變化的氮供應形式極為重要,并為改善氮利用率提供了一個靶點。(PNAS
     
     
    小麥WRKY基因賦予擬南芥抗旱性和抗熱性
     
    WRKY轉錄因子在植物許多生理過程的調控中都扮演著重要角色,包括干旱脅迫響應。研究人員鑒定出48個小麥WRKY基因,并對TaWRKY1和TaWRKY33作了進一步研究,試圖深入了解小麥(Triticum aestivum L.)WRKY基因在干旱響應中所起的作用。研究人員發現TaWRKY1和TaWRKY33的啟動子中存在許多非生物脅迫相關元素。進一步分析表明,TaWRKY1在高溫和脫落酸條件下表達上調,低溫條件下表達下調。此外,TaWRKY33參與溫度、脫落酸和茉莉酸甲酯響應。在擬南芥中過表達TaWRKY1和TaWRKY33激活多個脅迫相關的下游基因,提高了發芽率,在多種脅迫下促進根系生長。在脫水條件下,TaWRKY33轉基因擬南芥還表現出失水率低于TaWRKY1轉基因擬南芥株系和野生型擬南芥。TaWRKY33轉基因株系還表現出抗熱性能增強。(BMC Plant Biology
     
     
    發現決定玉米遺傳性狀多樣性的開放染色質區域
     
    美國科學家已經證明,整個玉米基因組染色質(DNA復合體)的一小部分(只占1%~2%)及其相關的蛋白質決定了玉米遺傳性狀多樣性的40%。該發現表明這一小部分染色質包含大量信息,決定許多植物性狀,如植物大小、形狀、產量和脅迫反應。研究人員將600粒種子培育成幼苗,從其根、莖和葉片中收集組織,提取細胞核。然后利用一種可以切除DNA特定部分的酶來處理細胞核,然后通過數據計算和統計分析,確定了基因組中的開放染色質,并能夠檢測出基因組中的DNA是如何被緊密包裹的。(PNAS
     
     
    解析植物的閉花受精
     
    閉花受精(Cleistogamy)植物具有非常特殊的繁育系統,有的閉花受精植物具有二型花,即同時具有正常開放可進行異交的開放花(chasmogamous flowers)和閉鎖不開放進行自交的閉鎖花(cleistogamous flowers)。植開放花和閉鎖花可在同一株植物產生,具有相同的遺傳背景,花結構的改變與基因調控相關,是開展基因調控水平上控制花發育的分子機制研究的理想材料。研究人員選用了二型閉花受精植物——石竹科孩兒參(Pseudostellaria heterophylla)作為研究材料,采用轉錄組測序的研究方法,進行了兩種孩兒參開放花與閉鎖花的轉錄組比較分析。通過比較開放花和閉鎖花不同花發育時期的花芽混合庫的轉錄子,發現開放花和閉鎖花芽中的一些花發育相關基因在轉錄水平上存在明顯區別,從而認為閉鎖花的產生機制非常復雜,花發育調控網絡中的一些基因在轉錄水平的改變與閉鎖花的產生是相關的,例如調控植物節律的FKF1基因下調,光周期響應的成花素FT基因在閉鎖花中下調,可能與營養器官向花器官發育過渡的過程相關;促進花分生組織形成的基因STM和花分生組織基因AP1在閉鎖花中上調可能與分生組織產生花芽原基相關;被子植物花發育ABC模型中B類基因AP3和PI在閉鎖花中下調,可能與閉鎖花的花結構構建相關。(BMC Genomics
     
     
    解析植物如何調節干細胞的增殖
     
    科學家發現一個新的信號通路可以確保信號從植物的枝條(原基)傳到位于植物不斷增長的頂端的干細胞利基(分生組織)。該受體命名為FEA3。此外還發現了一個稱為FCP1的蛋白質片段,它是與受體相互作用的配體。以FEA3功能失調的玉米植株為研究對象,研究發現,當FEA3受體在分生組織中不發揮功能時,無法與FCP1結合。當沒有收到葉片發送到分生組織的抑制信號FCP1時,干細胞開始瘋狂地增殖。植物生成太多的干細胞,導致形成太多的新種子,而植物的可用資源無法支持這種生長。當栽培帶有FEA3基因“弱等位基因”的植株時,FEA3受體的功能只是輕微受損,只引起適度、可控的干細胞增加,該玉米植株穗明顯大于野生型,這些穗上籽粒行更多,比野生型植物產量高50%。(Nature Genetics
     
     
    內源性水楊酸參與擬南芥的缺鐵反應
     
    鐵(Fe)是植物和人類必需的營養元素,且水楊酸(SA)是一種重要的免疫信號,能夠啟動植物的抗病防御。目前,幾種植物激素已被證明參與Fe的動態平衡,但無遺傳學證據顯示SA參與植物營養缺乏反應。研究人員利用SA生物合成缺陷突變株pad 4(phytoalexin deficient 4) 探討鐵缺乏條件下,內源性SA可能對形態和生理反應造成的影響。為此,研究人員開展了擬南芥Col-0pad 4突變體之間的形態學和生理學分析。缺鐵處理組中,與pad 4突變體相比,擬南芥Col-0顯示出更嚴重的葉片黃化和根生長抑制。且pad 4突變體中可溶性鐵的濃度明顯高于Col-0。缺鐵顯著引起Col-0中SA的積累,而功能缺失型pad 4阻斷了這個過程。利用一系列SA生物合成突變體和轉基因株系證實了內源性SA在缺鐵反應中積累的必要條件。本研究結果表明,鐵缺乏會增加SA含量,SA能提高生長素和乙烯信號傳導,從而通過bHLH38/39介導的下游Fe基因的轉錄調控,激活Fe轉運。(Journal of Experimental Botany
     
     
    解析橡膠樹基因組
     
    天然橡膠是我國重要的戰略物資和工業原料,因其良好的彈性、伸展性、耐老化等綜合理化性能而具有不可替代性。我國天然橡膠年產量80萬噸,但不足我國年消費量的20%,遠低于國際公認的安全保障線(30%)。我國科學家啟動了橡膠樹全基因組測序項目,現成功構建了一個高質量的橡膠基因組,拼接序列(1.37Gb,N50=1.28Mb)覆蓋全基因組的93.8%;發現在橡膠樹進化過程中,與產膠密切相關的REF/SRPP基因家族發生了顯著擴增,并且發生了乳管細胞特異性功能分化,同乳管中大橡膠粒子的發生、橡膠高產性狀密切相關,推測是橡膠樹抗蟲機制的重要組成部分,為橡膠物種進化的重要推動力。(Nature Plants
     
     

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