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    生物技術前沿一周縱覽(2016年10月14日)

    2016-10-14 09:37 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    腺苷酸化在水稻基因調控中的作用

     
    可選擇性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)是一種普遍存在于真核生物中的基因調控機制。APA事件的發生能使一個基因產生多種mRNA轉錄本,從而增加轉錄本的復雜度。APA作為調控基因表達的重要方式受到廣泛重視。水稻是最重要的一種糧食作物,也是一種單子葉模式植物。研究人員使用Poly(A) Tag測序(PAT-Seq)法,系統地調查了14個不同水稻組織和發育階段的全基因組APA景觀圖。結果表明,APA顯著介入了發育和數量性狀位點(QTL)基因表達。在所有表達的基因中,有大約48%的基因用APA來產生轉錄組和蛋白質組多樣性。一些基因開關APA位點可讓差異表達的基因利用交替3’UTR區。統計分析表明,QTL往往將APA用于許多農藝性狀的基因表達調控,從而指出了APA在水稻生產中的一個潛在重要作用。這些結果為作物中APA的高級分析,提供了迄今為止最全面和高分辨率的資源,并揭示了APA與真核生物性狀的形成是如何聯系在一起的。(Genome Research
     
     
    線粒體基因可能導致雄性不育
     
    新基因的產生,是賦予表型變化和生物多樣性的基因組創新的一個重要來源。在植物中,新的線粒體基因的產生,可能導致細胞質雄性不育(CMS),這可能可能促進異交結實和提高適合度。然而,線粒體基因在結構和功能上的起源和演化,仍不清楚。水稻野敗型CMS是線粒體基因WA352c(原名WA352)賦予的,已經在雜交水稻育種中廣泛利用。研究人員通過識別和分析野生和栽培水稻中與WA352c相關的11個線粒體基因組重組體結構,重建了WA352c的進化軌跡。研究人員推斷,這些結構是通過野生稻線粒體基因組中保守的線粒體序列之間的多次重排,再加上亞化學計量的移位序列變異而產生的。研究人員確定了2個表達的、但無功能性的原基因(protogene),并表明它們可能通過序列變異性演變為功能性CMS基因,這可能緩解蛋白質自我抑制的潛力。這些序列的變化會使蛋白質能夠與核編碼的線粒體蛋白COX11相互作用,從而導致花藥絨氈層中過早的細胞程序性死亡與雄性不育。(Cell Research
     
     
    解析植物應答重金屬脅迫的分子機理
     
    環境脅迫導致作物減產,生物脅迫和非生物脅迫都會擾亂細胞代謝平衡,引起細胞內活性氧水平升高,進而導致細胞損傷和死亡。研究發現,擬南芥中OXS3蛋白很可能作為一個組蛋白修飾因子,從而響應重金屬脅迫和氧化脅迫。表達水稻中OXS3基因家族成員,可以顯著降低水稻谷粒中的鎘含量。由于中國耕地污染問題,導致近年來出現了許多高鎘稻米產品。土壤修復等手段不能在短期內有效解決這一問題,因此通過創制低鎘累積水稻新種質為保障糧食安全提供了新的解決方案。(Molecular Plant
     
     
    揭示水稻抗稻瘟病機制
     
    由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是危害水稻最嚴重的真菌病害。在植物抗病機制研究過程中發現,多種植物激素在植物應對外界生物與非生物脅迫過程中發揮重要作用。其中,氣體乙烯被認為是一類逆境激素而受到重視。最新研究發現,稻瘟菌侵染水稻后,會激活水稻體內的乙烯合成途徑,并且抗病品種比感病品種積累了較高水平的乙烯。經乙烯處理后的水稻幼苗表現出對稻瘟菌的抗病性,乙烯信號傳遞的主調控因子OsEIN2突變后會導致水稻對稻瘟病更加敏感,而過表達OsEIN2及其下游轉錄因子OsEIL1的水稻則表現出較強的稻瘟病抗性。這些結果表明水稻的乙烯信號正調控了水稻對稻瘟病的抗病性該研究首次證明在稻瘟菌侵染后,乙烯信號通過激活活性氧的產生和植保素的合成從而調控水稻的抗病性。(The Plant Journal
     
     
    高溫條件下番茄中miRNA及其靶基因的研究
     
    miRNA是一類具有19~24個核苷酸的非編碼RNA,其在植物非生物脅迫應激反應中發揮重要作用。由于高溫對植物的生長發育有著負面影響,因而一直備受研究者們的關注,并已在一些植物中鑒定到一些熱響應性miRNA。研究人員分別對三種不同溫度(常溫26/18℃、中度高溫33/33℃及高溫40/40℃)條件下生長8h的野生番茄葉片進行取樣,并構建了3個小RNA文庫及三個降解組文庫。通過高通量測序,檢測到662個保守miRNA,97個未知miRNA,其中469個保守miRNA及91個未知miRNA是三個文庫中都有出現的。這些miRNA中,96個miRNA響應于中度高溫,150個miRNA響應于高溫。此外,降解組測序鑒定了138個保守miRNA所對應的349個靶基因,8個未知miRNA對應的13個靶基因。分析表明保守miRNA的靶基因參與許多生物學過程和分子功能,包括細胞凋亡過程、氧化還原過程中、蛋白質磷酸化、TCA循環、光合生物固碳、轉錄DNA依賴性調節及ATP結合等。本研究豐富了熱響應性miRNA的數目,并為闡釋番茄在高溫條件下miRNA介導的調控機制奠定了基礎。(Scientific Reports
     
     
    發現DNA堿基編輯的新方法
     
    單核苷酸的多樣性是遺傳多樣性的主要來源,是分子進化的動力和很多疾病的直接誘因。由于哺乳動物基因組的高度穩定性,很難進行高效和高通量的單核苷酸誘導突變,現有的CRISPR技術對于體內構建單核苷酸突變仍處于低效階段。靶向性AID介導的核苷酸突變(TAM)這種新的研究方法,有可能改變這一現狀。有別于絕大多數體細胞基因組,適應性免疫系統在淋巴細胞發育過程中可以進行高效編輯,對抗原受體進行高效突變,產生近乎無限的抗原受體庫,用以抵御可能的病原體入侵。研究發現,當把核酸酶缺陷的Cas9蛋白和誘導抗體高頻突變的胞嘧啶脫氨酶AID融合后,在sgRNA靶向的基因組DNA上,胞嘧啶和鳥嘌呤可以隨機地向其它3個堿基轉變。這一新方法可以對細胞內的特定DNA序列進行多樣化,完成遺傳篩選,從而分析單核苷酸突變的功能。同時在一種多肽抑制劑的輔助下,dCas9-AID可以誘導特定的胞嘧啶向胸腺嘧啶轉變,實現單堿基的精確編輯。該研究成果為分子進化、基因治療和在單堿基水平上分析基因調控元件等領域提供新的方法。(Nature Methods
     
     
    控制Cas9活性的新策略
     
    使用人工合成的基因線路,對dCas9功能進行可編程的和精確的調控,以響應多個分子信號,將擴大CRISPR-Cas技術的應用范圍。然而,由于現有病毒傳遞載體的包裝限制,CRISPR-Cas治療性基因回路的應用仍然是一種挑戰。研究人員通過合理拆分Cas9/dCas9蛋白,利用多輸入合成基因線路感知不同分子信號,實現了在不同類型細胞中對Cas9/dCas9活性的精確調控,為精確控制CRISPR/Cas9基因編輯工具提供了新的策略。研究人員首先驗證了利用內含肽拆分Cas9/dCas9的可行性,并實現了基于拆分dCas9的三輸入邏輯“與門”基因線路。此外,課題組還利用TALE互抑制基因線路,通過感應shRNA或細胞特異性microRNA信號,實現了拆分dCas9的結構域互換,控制單個或兩個不同基因的表達。該研究發展的基于內含肽拆分dCas9的結構域整合、交換策略,不僅為拆分Cas9突破基因治療載體裝載容量限制提供了新的策略,也為特異性控制dCas9活性提供了新型工具。(Nature Communications
     
     

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