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    生物技術前沿一周縱覽(2016年9月16日)

    2016-09-18 14:29 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     秈稻的參考基因組公布

     
    水稻是人類的主要作物,也是一種重要模式生物。亞洲栽培稻(Oryza sativa)包括兩個亞種:粳稻和秈稻。秈稻占全世界水稻產量的70%,并且更加具有遺傳多樣性。秈稻品種珍汕97(ZS97)和明恢63(MH63)是秈稻的兩個主要品種,包含了許多重要的農藝性狀,是汕優63(SY63,在中國最廣泛種植的雜交水稻)的父母本。ZS97、MH63、SY63雜交系統已被用作一種模型,為解析這一模型雜種優勢的遺傳學基礎,研究人員從209個(MH63)的BAC克隆庫,生成了超過108(ZS97)和174(MH63)Gb的原始序列數據,并用Illumina測序技術產生了~ 97(ZS97)和~ 74(MH63)Gb的末端配對全基因組鳥槍法(WGS)測序數據。研究人員成功地組裝了兩個白金標準的參考基因組,已被公開發布,這有助于發現水稻基因組結構、功能和進化的新見解。(Scientific Data
     
     
    揭示玉米品質和產量調控機制
     
    在作物育種中,營養品質和產量同等重要,然而這兩個關鍵農藝性狀常常相互對立。當產量提高時,品質容易下降;當品質提高時,產量受到影響。因此,科學家希望通過分子和遺傳手段使這兩個看似矛盾的性狀統一起來。O2和PBF是玉米胚乳特異轉錄因子,研究人員發現O2粒重下降的原因是淀粉合成受到影響。在雙突變PbfRNAi;O2中,粒重和淀粉合成下降更為顯著。通過RNA-Seq分析,研究人員發現在單突變和雙突變中主要是糖和蛋白代謝途徑的基因表達受到顯著影響。研究人員證明淀粉合成復合體中兩個關鍵基因PPDKs和淀粉合成酶III(SSIII)直接受到O2和PBF調控,SSIIa和SBE1間接受到O2和PBF調控。由此推論這些基因下調的合力導致了淀粉合成的下降,進而影響粒重。該工作證明了O2和PBF同時調控玉米蛋白品質和粒重,提出將來培育優質蛋白玉米可用RNAi直接沉默醇溶蛋白基因,從而避免用O2突變體影響淀粉合成和粒重。(PNAS
     
     
    發現調節植物氣孔構型的轉錄因子
     
    保衛細胞是植物表皮形成氣孔的特殊細胞,它們是由轉錄因子SPEECHLESS (SPCH)調節的特殊的細胞分裂得到。以前的研究證明轉錄因子STOMATAL CARPENTER 1 (SCAP1)參與保衛細胞功能。最近的一項研究表明在任何保衛細胞分化發生之前都能觀察到SCAP1的表達。分析攜帶proSCAP1:GUS-GFP轉錄融合基因的轉基因植物表明SCAP1的表達高峰與氣孔構型基因的表達高峰同時出現。Scap1缺失突變體表現出保衛細胞減少,同時過表達SCAP1株系的保衛細胞數量增加,其分布和空間構型也發生了改變。這些結果表明SCAP1在保衛細胞分化以及空間構型中發揮重要作用。(BMC Plant Biology
     
     
    水稻中成功建立基因定點替換及定點插入體系
     
    水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的三大糧食作物之一。防治雜草是水稻生產的主要問題之一。在轉基因育種的生物安全問題備受關注的情況下,通過編輯水稻的內源基因獲得抗草甘膦的水稻具有重要意義。研究人員通過在水稻5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶基因(OsEPSPS))的第一內含子和第二內含子中分別設計一個有活性的靶位點并將兩個靶位點構建到一個敲除載體中,同時構建了含有堿基定點替換(C518-T、C529-T和A531-G )的片段作為供體載體,轉化水稻愈傷組織,在水稻基因組中實現了基因的定點替換,基因定點替換的效率為2.0%;類似的,在水稻基因組中實現了基因的定點插入,基因定點插入的效率為2.2%。利用建立的基因定點替換和定點插入兩種策略,在T0代獲得了TIPS定點替換的雜合體,對草甘膦具有抗性。該研究利用修復途徑中占主導地位的NHEJ修復方式,在植物中建立的基因定點替換及定點插入策略具有簡單、高效以及廣適性的優點,大大拓展了CRISPR/Cas9技術在植物中的應用,為植物基因功能的解析和農作物分子設計育種提供了一個全新的技術路線。(Nature Plants
     
     
    發現增強細菌性枯萎病抗性的基因
     
    為有效控制由青枯雷爾氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的枯萎病,研究人員鑒定出一個來自花生的基因AhRRS5,在對R. Solanacearum具有抗性或易感性的花生中,該基因均出現上調。這一研究顯示,用植物激素和非生物脅迫處理可以增加AhRRS5的表達水平。在煙草中過表達時,該基因可以介導煙草對R. Solanacearum的高靈敏相應并增強煙草對該菌的抗性。相比于野生型,在轉AhRRS5基因的品系中,幾個防御響應標記基因也出現上調。這一結果揭示了AhRRS5通過多條信號途徑參與對R. solanacearum的防御響應。這有助于對加強植物的細菌性枯萎病抗性提供指導。(Plant Biotechnology Journal
     
     
    研究揭示病毒蛋白通過調控生長素信號通路幫助病毒侵染的新機制
     
    生長素通路在植物的生長發育中發揮重要的功能,然而生長素通路和病原菌侵染的關系并不清楚。水稻矮縮病毒(Rice dwarf phytoreovirus,RDV)是由葉蟬傳播的能夠引起大面積水稻感病并嚴重減產的一種病毒。RDV侵染后的水稻矮化,分蘗增多,冠根變短癥狀和生長素通路一些突變體表型很像。研究人員用生長素處理健康和RDV感染的水稻,發現RDV感染造成水稻的生長素響應受阻,對生長素的敏感度降低。RDV的外殼蛋白P2與水稻中生長素通路抑制子兼共受體Aux/IAA家族蛋白OsIAA10相互作用。P2通過和OsIAA10的Domain II相互作用,影響了OsIAA10和OsTIR1的結合,從而抑制OsIAA10通過26S酶體途徑的降解,使得感病水稻中OsIAA10的蛋白積累量比健康水稻中的顯著增高。研究表明P2和OsIAA10互作引起的OsIAA10蛋白的穩定和積累量增多而導致生長素通路響應的受阻,是RDV癥狀形成的誘因之一,而且有利于RDV的復制侵染。該研究揭示了一個病毒蛋白通過干擾OsIAA10的降解,破壞生長素信號通路來幫助病毒侵染和復制的新機制。(PLoS Pathogens
     
     
    植物適應性進化研究進展
     
    基因組中基因數目的頻繁增加或減少,主要通過基因重復或丟失、片段性重復或丟失、全基因組加倍等途徑來完成。然而,這些途徑是對已存在基因的擴增或刪除。因此,探討能否從基因間隔區產生與現存基因完全沒有序列相似性的全新基因(de novo gene),并研究其具體起源過程及機理,成為了生物學的一個根本問題。研究人員以擬南芥群體基因組數據來探討這一科學問題。擬南芥是模式植物,已有實驗提供了豐富的各種組學數據,特別是群體基因組學數據。該研究綜合了比較基因組、轉錄組、小RNA組、甲基化組、組蛋白修飾組、傳代數據、生物地理及群體遺傳等多方面的研究證據,澄清了全新基因的起源過程。特別是該研究發現在全新基因起源過程中表觀修飾起到關鍵作用,表觀修飾通過降低全新基因的表達從而使其能夠在居群中保存和擴散。該研究首次將一個具體生化機制與全新基因的起源聯系起來,對于理解基因的起源這一根本性生物學問題具有重要意義。(Genome Biology and Evolution
     
     

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