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    生物技術前沿一周縱覽(2017年2月17日)

    2017-02-17 16:23 | 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(2017217日)

    持久廣譜抗稻瘟病基因Pigm被成功克隆

     

    稻瘟病是真菌(Magnaporthe oryzae)引起,水稻最重要病害之一??刂七@個病害最經濟有效的方法是發掘和利用新的廣譜持久抗病資源進行選育廣譜抗病新品種。研究人員采用分子遺傳學,分子生物學,生物化學及細胞生物學的手段系統地解析了這個新位點的持久抗病機制。研究發現,Pigm是一個包含多個NBS-LRR類抗病基因的基因簇。其中只有2個具有功能的蛋白PigmRPigmS。PigmR在水稻的葉、莖稈、穗等器官組成型的表達,可以自身互作形成同源二聚體,發揮廣譜抗病功能,但PigmR導致水稻千粒重降低,產量下降。與PigmR相反,PigmS受到表觀遺傳的調控,僅在水稻的花粉中特異高表達,在葉片、莖稈等病原菌侵染的組織部位表達量很低,但可以提高水稻的結實率,抵消PigmR對產量的影響。PigmS可以與PigmR競爭形成異源二聚體抑制PigmR介導的廣譜抗病性。但由于PigmS低水平的表達,為病原菌提供了一個“避難所”,病原菌的進化選擇壓力變小,減緩了病原菌對PigmR的致病性進化,因此Pigm介導的抗病具有持久性。利用Pigm改良選育的品種既有廣譜持久抗病性又不影響最終的產量。(Science

     

     

    水稻PCD和免疫調控新機制

     

    水稻穩產性對保障世界糧食安全極為重要,而稻瘟病和白葉枯病每年都造成巨大損失,嚴重危害水稻安全生產。PCD是植物最典型的防衛應激反應,在抵御病原菌侵染過程中發揮關鍵作用。水稻體內,泛素/26S蛋白酶體系統參與對PCD和抗病性的緊密調控。OsNPR1蛋白是介導水稻PCD和抗病性關鍵因子;過表達OsNPR1能顯著提升轉基因植株對稻瘟病菌和白葉枯病菌的抗性,同時導致自發性細胞死亡表型。研究人員在EMS誘變水稻品種ZH11種子而獲得的突變體庫中發現一個類病斑突變體。該突變體表現出PCD表型,同時顯著提高了對稻瘟病菌和白葉枯病菌的抗性。圖位克隆和遺傳互補實驗結果顯示,細胞死亡和廣譜抗病性表型由OsCUL3a蛋白的提前終止引起。OsCUL3aOsRBXs在體內互作形成Cullin-Ring類復合亞基E3泛素連接酶并通過靶向降解OsNPR1而負調控水稻細胞程序性死亡和免疫應激反應。(The Plant Cell

     

     

    發現控制玉米單倍體誘導的基因MATRILINEALMTL

     

    成功的單倍體誘導是一個非常艱苦并且昂貴的過程。研究人員通過對玉米花粉特異性磷脂酶基因的MTL基因組測序、遺傳互補試驗以及已經編輯技術等手段對基因功能進行了驗證,并由于該基因能夠誘導玉米單倍體的產生并且在其它作物中具有保守型,所以該基因的克隆有望在未來更多的物種中進行單倍體育種,大大加快育種進程。研究為單倍體育種邁出了重要的一步,它展示了基因編輯技術能夠幫助我們在更短的時間內培育出更高產的作物。在基因編輯技術和作物遺傳學上的投資可以幫助我們在創建可持續的集約化農業上取得重大的進展。(Nature)

     

     

    百合紫色子房形成分子機制被揭示

     

    百合是重要觀賞、食用及藥用植物。其中紫斑百合(Lilium nepalense D. Don)和亞洲百合栽培品種‘Tiny Padhye’等少數百合種類或品種具有紫色或紫紅色的子房,當花瓣脫落后,隨著這些品種的紫色子房膨大形成果實,具有很好的觀賞效果和長達2-3個月的觀果期。研究人員運用解剖學、代謝組學、比較轉錄組學和分子生物學相結合的手段對百合紫色子房形成的分子機理進行了研究。紫色子房成色的色素主要成分為矢車菊素-3-蕓香糖苷,且主要積累在子房壁表皮下第一層細胞。表達譜表明參與花青素苷合成通路的所有結構基因(除LhANS)在紫色子房中的協同共表達是紫色子房形成的關鍵機理。此外,該研究發現,控制百合花瓣中花青素苷合成的重要調控因子LhMYB12-Lat在調控子房花青素苷合成中也起到重要作用。(International Journal of Molecular Sciences

     

     

    miR528及其調控的靶基的抗病機制

     

    miRNA在植物與病原微生物之間的相互作用過程中發揮著重要的調節作用。通常成熟的miRNA會進入AGO蛋白組成的剪切復合體(RISC),通過指導靶mRNA的剪切或抑制蛋白質翻譯而負調控基因表達。之前的研究表明水稻AGO18蛋白能夠結合特異性結合miRNA成員,參與到水稻條紋葉枯病毒(RSV)的抗性反應過程,但AGO18并不具有mRNA剪切功能,因此,AGO18如何通過結合特異miRNA影響水稻抗RSV的機制值得探究。研究人員運用分子生物學、遺傳學以及生物信息學等手段,發現一個單子葉植物所特有的、受RSV侵染抑制的水稻負調控抗病因子miR528,miR528能夠被AGO18競爭性結合,抑制miR528進入RISC剪切復合體,從而釋放miR528的靶mRNA AO,抗壞血酸氧化酶AO通過調節植物體內的氧化還原穩態,從而促進植物體內活性氧(ROS)的積累進而啟動下游的抗病毒通路。研究揭示了miR528及其調控的靶基因在水稻與病毒相互作用過程中的抗病機制。(Nature Plants)



     異型與同型花柱演化關系研究取得進展

     

    異型花柱(heterostyly)一直被認為是植物繁育系統最經典的研究模式。研究人員選取報春花屬的中甸燈臺報春(Primula chungensis)作為研究對象,利用該物種二型和同型花柱共存的特征,對分布于我國西藏、云南和四川的種群進行廣泛的調查取樣,通過核基因、葉綠體基因和花部性狀的綜合比較分析表明,該物種在早期分化為兩個明顯的譜系分支,且兩個譜系分支內均以同型花柱單態種群為主,僅在分布區邊緣保留少數二態和三態種群,盡管三位點超基因模型預期極低的同型花柱重組發生率,但是從現存種群花型結構、地理分布格局和分子生物學證據推測,該物種內至少經歷兩次花型獨立演變事件。種群遺傳結構的比較分析表明同型花柱突變體具有兩種迥然不同的擴張途徑,其一借助適合度優勢進行長距離傳播形成奠基種群,其二在三態種群內通過競爭選擇實現原位花型固定(fixation)?;ú啃螒B結構的比較分析表明,同型花柱種群相對其祖先種群呈現極為寬泛的繁殖性狀變異,尤其體現在雌雄異位形式,結果暗示二型花柱向同型花柱演變過程中雖然伴隨著交配系統由異交向自交的急劇轉變,但是由于緊致的花部構造迅速瓦解而引發的松化選擇(relaxed selection)作用可能推緩自交綜合癥(selfing syndrome)的演化形成。該研究利用中甸燈臺報春性系統轉變的瞬間歷史剖面,為植物性系統相關的表型多態性演變和瓦解現象提供首例生物學解釋。(New Phytologist

     

     

    首次證明SOT1具有序列特異的RNA內切酶活性

     

    RNA操作是目前研究的熱點之一。要實現精確的RNA操作,需要特異地識別靶向目標RNA分子并對其進行剪切,但是這類序列特異的RNA內切酶在自然界中還沒有被發現。因此,尋找一類序列特異的RNA內切酶顯得尤為重要。研究人員通過一系列生化實驗發現,PPR-SMR蛋白家族成員SOT1能夠在體外特異且高效地剪切其RNA底物。通過生化、分子與遺傳等分析,研究人員進一步發現SOT1PPR結構域能夠特異識別葉綠體23S-4.5S核糖體RNA前體5′末端一段含有13個核苷酸的序列,并通過其SMR結構域剪切了該識別序列的下游序列,從而參與了擬南芥葉綠體23S-4.5S核糖體RNA前體的成熟。研究人員還通過突變SOT1蛋白的PPR結構域的特定位點,使突變的蛋白能夠識別并剪切預期的RNA底物而不再識別并剪切原來的RNA底物。這一結果首次證明SOT1具有序列特異的RNA內切酶活性,且能夠被人工改造用來識別并剪切預期的RNA底物,可以作為一種RNA操作工具而具有廣泛的應用前景。(PNAS

     

     

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