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    生物技術前沿一周縱覽(2016年7月22日)

    2016-07-22 13:18 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     揭示水稻生長調控機制

     
    植物在生長發育中需要應對環境條件的不斷變化,當環境條件適宜時,進行快速生長,當遇到不利條件時,植物會減慢或停止生長來應對。植物激素油菜素內酯(BR)和脫落酸(ABA)在調控植物生長發育中發揮不同作用,油菜素內酯促進植物生長,而面臨逆境條件時脫落酸使植物減慢或停止生長以抵御逆境脅迫。研究發現,水稻OsREM4.1基因受到ABA信號誘導高表達,產生OsREM4.1蛋白與接收BR信號的復合體OsSERK1蛋白結合,使BR信號不能輸出,水稻減慢或停止生長以抵御逆境。當生長條件滿足時,BR分子激活BR信號復合體,使OsREM4.1磷酸化并與OsSERK1分離,BR信號得以輸出,進行正常生長。該發現揭示了植物如何協調其生長與抵御環境脅迫的新機制,對培育高產高抗作物品種具有重要的應用價值。(Developmental Cell
     
     
    揭示油菜病害中miRNA的作用
     
    核盤菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一種重要的植物病原真菌,它寄主范圍廣,可寄生450種或亞種植物,由核盤菌引起的菌核病是油菜上最重要的病害之一,給油菜的產量和質量造成很大的損失。研究人員分別對正常甘藍型油菜葉和經核盤菌侵染的甘藍型油菜葉進行小RNA測序,結果鑒定出280種甘藍型油菜的miRNA基因,對兩種樣本進行降解組測序進一步鑒定出15種新miRNA的靶基因和222個已知miRNA的靶基因。miRNA芯片分析顯示,經核盤菌侵染的葉片和正常葉片之間有68種miRNAs的表達存在差異。其中一些miRNA的靶基因中的一組參與植物菌核病的防御,和/或其他病原體如富亮氨酸重復的核苷酸結合位點(NBS-LRR)R基因、NO和活性氧相關基因。此外,3個miRNA的靶基因AGO1和AGO2是轉錄后基因沉默(PTGS)的關鍵元件。幾種病毒引起的PTGS抑制基因的表達降低了植物對菌核病的抵抗力。AGO1和AGO2突變的擬南芥表現出抵抗力降低,而AGO1過表達的轉基因品種以水平依賴的方式對菌核病的抵抗力增加。此外,miRNA靶基因AGO1和AGO2的瞬時過表達降低油菜對菌核病的抵抗力。本研究結果表明,甘藍型油菜和核盤菌的相互作用在miRNA水平具有嚴密的調控,且可能涉及PTGS。(Plant Molecular Biology)
     
     
    發現光與赤霉素協同調控植物發育新機制
     
    植物發育同時受到外源環境和內源激素的調控。光和赤霉素分別是極其重要的環境因子和植物激素,它們都調控了植物的多個發育過程。光抑制植物胚軸的伸長,赤霉素卻促進其伸長,兩者作用相反。研究發現,赤霉素信號通路中的核心抑制因子DELLA蛋白可通過與能促進胚軸延伸的光信號核心轉錄因子PIF3相互作用,抑制PIF3結合到下游靶基因的啟動子上,從而抑制植物胚軸伸長。除了已有的調控模式,DELLA蛋白還可通過泛素蛋白酶體途徑促進PIFs蛋白的降解。并且,DELLA調控的PIFs蛋白降解與擬南芥幼苗下胚軸伸長受抑制的程度呈現了很好的相關性。進一步研究表明,DELLA可同時通過結合和蛋白降解兩個層次抑制PIFs的活性,兩個層次的抑制程度相當。該雙重調控機制使得植物可以快速對環境信號作出響應,在晝夜節律生長等過程中發揮重要作用。(Nature Communications
     
     
    揭示植物分枝的遺傳機理
     
    植物分枝是決定植物株型和作物產量的重要因素。葉片基部葉腋處能夠形成側生分生組織,并產生側芽。側芽可以進而發育成為側枝。研究人員利用離體培養葉原基系統和活體成像技術發現在葉腋側生分生組織的前體細胞持續表達STM基因,發現側生分生組織的形成也依賴于STM的表達。進一步研究發現,隨著葉原基的成熟,STM存在表達豐度由強變弱再變強的變化。早期的低豐度STM表達依賴于葉腋低生長素環境來維持這種低表達。隨后,體內外實驗證實HD-Zip III轉錄因子家族的REVOLUTA(REV)能直接結合STM,上調STM的表達,從而促進側生分生組織起始。研究還發現REV對STM的調控存在組織特異性,STM位點在不同組織中的組蛋白甲基化修飾差異影響REV對STM的表達調控?;诖?,科學家提出了側芽起始的“兩步調控”模型。(PLoS Genetics
     
     
    闡明干旱抑制樹木生長及死亡的生理機制
     
    許多研究發現全球氣候變暖所誘導的干旱是抑制樹木生長及導致死亡率增加的主要因素,然而水分與非結構碳在調節樹干形成層細胞分裂及木質部形成過程中的作用及機制至今仍不清楚。研究人員在不同溫度和水分下,觀察了黑云杉幼苗樹干形成層每周細胞分裂和木質部形成,并測量了形成層和木質部中的非結構碳組分的含量。他們用混合模型定量了非結構碳,水分和溫度與形成層和木質部細胞數量的關系,發現表征分生組織活動的木質部細胞總數是水分、蔗糖和D-松醇的函數,其中水分為主要限制因子(貢獻率73%),碳次之(18%);發現形成層在干旱狀態下會停止細胞分裂。而碳則是活細胞總數的最大解釋因子(59%),水則次之(15%),這表明木質部發育過程中對能量的功能性需求。(Plant Physiology
     
     
    土壤有機體改變植物生長類型
     
    在荷蘭開展的一項田間試驗發現,在退化土地上添加一薄層來自健康生態系統的土壤,會極大加快修復速度。而且這種移入能決定該生態系統向哪個方向發展。研究人員將一薄層不到1厘米厚的土壤連同生活在里面的所有生物覆蓋到此前的農田上。他們還向每塊土地中分別添加了來自草地或灌木叢的土壤。研究發現,移入物的來源決定了哪種植物將茁壯生長。例如,在一塊被移入了草地土壤的農田中,6年后,只有不到5%的土地被來自灌木叢的物種覆蓋。相反,在被移入了灌木叢土壤的農田中,超過15%的土地被灌木叢物種覆蓋。由于添加的土壤非常少,該團隊將這種效應歸結于土壤生物的變化。他們發現,這種移入同時改變了生活在土壤中的細菌、真菌和蠕蟲的豐度及類型,使其更像“捐贈”的生態系統。(Nature Plant
     
     
    CRISPR制備基因敲除兔和山羊
     
    CRISPR/Cas9是一種易于處理、非常特異性的、有效的和多路復用的真核基因組工程方法,已被廣泛和有效地用于動物制備。肌生成抑制蛋白(Mstn)是哺乳動物骨骼肌質量的一個保守的負調節因子。在家畜中是否能夠實現Mstn的精確敲除,能否被安全地用來提高產肉性能,尚未得到證實。研究人員成功利用CRISPR/Cas9制備了Mstn基因敲除家兔和山羊,并分析了它們的表型變化。研究人員用兩個sgRNAs靶向兔Mstn胚胎注射后,從32只新生兔中有效地制備出了24只Mstn KO兔,并發現Mstn KO兔表現出體重增加,四頭肌和二頭肌與整個身體的重量比顯著增加。Msth KO也造成了高概率的舌頭腫大現象和嚴重的健康問題,如死胎和早期死亡。使用相同的方法,研究人員制備了Mstn位點編輯的四只山羊。這只山羊的早期生長率超過了對照組山羊。但在適用于動物繁殖過程之前,還需進一步探討安全問題。(Scientific Reports
     
     

    來源:基因農業網

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