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    生物技術前沿一周縱覽(2016年12月23日)

    2016-12-23 14:16 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     生物技術前沿一周縱覽(20161223日)

    OsXCL基因協同調控水稻粒形、粒重和非生物耐逆性

     

    水稻是重要的糧食作物,水稻育種的首要目標是提高產量??蒲袌F隊采用Affymetrix基因芯片系統與含51279 個轉錄本的水稻表達芯片,并結合qRealtime-PCR分析驗證篩選得到目標基因OsSGL(STRESS_tolerance and GRAIN_LENGTH)。OsSGL是一個一因多效的關鍵基因,定位于細胞核,具有轉錄自激活活性,在5個秈稻、粳稻品種中過量表達該基因,能明顯增加粒長(増24.8%)、粒重(増16.3%),改良水稻穗形、株形,同時提高米質。細胞學觀察發現,穎花細胞數目的增加,細胞體積縱向增大是粒長增加的主要原因。研究推測OsXCL基因可能位于細胞分裂素(Cytokinin, CK)信號傳導途徑上游,通過細胞分裂素A類應答調節子OsRRs作用于下游響應基因,促進頂端分生組織細胞有絲分裂以增加細胞數目,增加細胞體積,同時調節細胞的軸向性生長,最終增加水稻籽粒大小和產量,調控水稻生長發育。進一步研究發現,OsSGL基因能同時正向調控水稻的耐非生物逆境,如旱性、高鹽、低溫等能力。(Scientific Reports

     

     

    解析植物鞘脂合成調控機制

     

    鞘脂是一類含有鞘氨醇骨架的兩性脂,是僅次于磷脂的第二大類膜脂。盡管近年來的研究發現,鞘脂作為信號分子在植物生長和脅迫過程中扮演著重要的角色,但是關于植物鞘脂的生物合成是如何被調控的,目前還不是很明確。研究人員通過擬南芥試驗,發現ORM蛋白可以通過結合SPT酶的小亞基ssSPT,來抑制SPT復合物的活性,負調控鞘脂的從頭合成;而這類蛋白的缺失會促進鞘脂的從頭合成,造成體內鞘脂的大量積累,內質網(ER)脅迫相關基因的高表達,可引起植物的早衰。此外,敲除ORM基因,改變了植物對生物和非生物脅迫的抗性。這項研究揭示了ORM蛋白調控植物鞘脂生物合成的分子機制,以及其在抗逆應答中的重要生物學功能。(Plant Cell

     

     

    科學家解析siRNA合成調控

     

    RNARNA沉默的核心因子,但它們的細胞質區室化和可能對它們活動的影響,還沒有在基因組規模上得以研究。研究人員對小RNAsmRNAs的亞細胞分布的研究發現,miRNAssiRNAs在它們的細胞膜-細胞質分區上存在顯著差異,所有miRNAs(包括22-nt miRNAs)與膜結合的多核糖體(MBPs)有關。在某種程度上,植物miRNA效應物AGO1以一種獨立于RNA的方式與膜相關,招募miRNAs到膜上,并對MBPs行使其核酸內切酶活性。在ago1突變體中降低的22-nt miRNAs膜相關性,可導致phasiRNAs的水平降低或缺失。該研究還發現,TAS轉錄本,本來被認為是非編碼的,實際上以一種支持phasiRNA生產的方式與MBPs結合。這些結果將MBPs確立為植物miRNAs的作用位點,并揭示了核糖體和ERsiRNA生物合成中的作用,從而擴展了粗內質網的已知功能。(eLife)

     

     

    擬南芥DNA主動去甲基化調控新機制被揭示

     

    DNA甲基化是植物和哺乳動物中最主要的表觀遺傳修飾之一,它廣泛參與轉錄抑制、轉座子沉默、細胞發育與分化調節等過程,對維持物種的基因組穩定性、調控基因表達具有重要作用。DNA的甲基化過程和與之拮抗的去甲基化過程共同決定了基因組甲基化總水平及其分布模式。在植物中,DNA主動去甲基化過程是通過ROS1家族介導的堿基切除修復機制來實現的。研究發現一對Harbinger轉座子衍生蛋白(HDP蛋白)-HDP1HDP2IDM復合體的新成員。HDP1在細胞核中與HDP2相互作用,并且對于IDM1組蛋白乙酰轉移酶活性是必需的。此外,HDP2MBD7靶向的基因組位點大部分重疊。該研究表明,HDP1-HDP作為IDM組蛋白乙酰轉移酶復合物的新組分與其他蛋白共同決定了該復合物的靶向特異性,從而在DNA主動去甲基化及防止表觀遺傳沉默途徑中發揮重要作用。(Cell Research

     

     

    植物中實現基因高效率單堿基定點替換

     

    CRISPR/Cas9系統已應用于農作物遺傳改良,研究人員改造了CRISPR/Cas9系統,通過利用胞嘧啶脫氨酶、Cas9D10A)和尿嘧啶糖基化酶抑制劑 (UGI)的融合基因(BE3),構建植物表達載體,以水稻OsPDSOsSBEIIb為靶標基因進行單個堿基定點替換研究。結果表明,在所選的3個靶點中,均獲得預期定點突變植株,即在靶點序列的4-8位置由胞嘧啶C突變成胸腺嘧啶T(或鳥嘌呤G突變成腺嘌呤A),效率最高可達20%左右。該系統在植物中的成功利用,表明其可作為一種可行、有效的單個堿基定點替換方法用于農作物遺傳改良。重要農作物CRISPR/Cas9介導的基因組定點修飾體系的建立,可望大大加快農作物育種進程,具有重要理論價值和應用前景。(Molecular Plant

     

     

    Crispr/Cas系統研究獲進展

     

    CRISPR-Cas系統由成簇且有規律間隔的短回文重復序列和它的相關蛋白(Cas)構成,它是原核生物中的由RNA介導的獲得性免疫系統,其主要功能是抵御外來入侵的遺傳物質。研究人員解析了結合有sgRNAC2c1晶體結構。C2c1由兩個區域構成,分別是具有識別sgRNA功能的REC區域和具有核酸酶功能的NUC區域。sgRNA是由crRNAtracrRNA人工嵌合而成,其中,crRNA結合在C2c1的中心孔道內,tracrRNA則被安置在C2c1外表面的凹槽中。進一步觀察發現C2c1對應的sgRNA呈現出一種與Cas9對應的sgRNA或最近報道過的Cpf1所對應的crRNA顯著不同的結構。受到這個新結構的提示,研究人員一方面分析了其他物種的C2c1所對應的sgRNA結構,另一方面縮短了該sgRNA的長度,并進行活性實驗,兩方面的結果都初步驗證了這種獨特結構的真實性和有效性。此外,該研究還發現目的序列的單個堿基突變可以顯著降低C2c1剪切活性,這表明C2c1對靶定的目的序列有極其嚴格的要求,這一研究結果有助于開發新的基因組編輯工具,降低基因編輯過程中的脫靶現象。(Molecular Cell

     

    研究人員發現最早的銀杏植物木材化石

     

    現生銀杏Ginkgo是廣為人知的活化石,目前只有一屬一種(Ginkgo biloba),該銀杏屬確鑿的營養葉和繁殖器官化石記錄可以追溯到侏羅紀早中期(距今1.7億年)。但是現生銀杏屬的木材化石在白堊紀之前報道很少。中法科學家研究小組在遼寧西部北票地區侏羅紀地層中發現了一種新的銀杏木材化石,被命名為“遼寧銀杏木”(新種)(Ginkgoxylon liaoningense sp. nov.)。該銀杏產自中、晚侏羅世之交的髫髻山組地層,距今有約1.6億年歷史,化石結構構造保存完好,具有銀杏屬Ginkgo的典型木材解剖特征。其生長輪清晰,不具樹脂道,具有膨大的垂向薄壁細胞束,具異細胞,排列有序的柏木型交叉場紋孔,射線細胞水平壁及端壁不具孔,雙列對生的徑壁紋孔上方常見眉條,徑壁紋孔為混合類型(既有南洋杉式徑壁紋孔,又有冷杉式徑壁紋孔,且南洋杉式徑壁紋孔約占40%-50%)。上述解剖特征與現生銀杏Ginkgo極為相似,僅徑壁紋孔特征稍有差異(現生銀杏冷杉式徑壁紋孔占絕大多數,南洋杉式徑壁紋孔所占比例較?。?。這一發現代表了現生銀杏木材演化的原始類型和早期階段,對揭示銀杏木材化石的演化具有重要意義。(Scientific Reports

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