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    生物技術前沿一周縱覽(2017年3月10日)

    2017-03-10 11:34 | 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(2017310日)

    水稻利用蛋白質磷酸化介導一條線性化的幾丁質信號通路

     

    MAPK級聯蛋白通路在植物響應外界和內源信號中十分重要,是幾丁質介導的免疫激活信號通路的重要組成部分。但幾丁質受體如何傳遞到MAPK級聯蛋白的機制還不清楚。研究人員通過對OsRLCK185蛋白進行酵母雙雜篩選,獲得了與其互作的蛋白OsMAPKKKε。兩者的C端結構域互作,并將其磷酸化。過量表達OsMAPKKKε激酶結構域會引發MAPK激活和強烈的細胞壞死,而失去C端結構域的OsMAPKKKε蛋白也能在煙草里導致類似表型,暗示該蛋白的C末端在信號傳遞中起著負調控作用。在內源MAPKKKε沉默的水稻或煙草里,MAPK響應幾丁質的激活能力減弱。誘導表達OsMAPKKKε激酶結構域或全長蛋白的水稻對幾丁質處理更敏感,即MAPK的激活增強。研究組揭示了幾丁質受體OsCERK1的底物RLCK185,能夠直接磷酸化MAPKKKε,激活MAPK信號通路,該研究填補了稻瘟病特征分子——幾丁質感知和MAPK級聯放大信號之間的空白。(Molecular Plant

     

     

    成功構建首個陸地棉的綜合變異圖譜

     

    棉花纖維是重要的天然紡織纖維,在國民經濟中占據著重要地位。研究人員從世界主要棉區收集了31份陸地棉野生種和321份馴化種進行基因組重測序研究,得出的數據構建了陸地棉的首個綜合變異圖譜,包括單堿基多態性(SNP),插入/缺失(InDel)和結構變異(SV)。通過比較,在全基因組范圍內鑒定了93個馴化選擇區間。該區間包含大量功能基因,與陸地棉的一些主要農藝性狀的形成有關,例如株高,抗病性和纖維品質等。研究首先利用267份材料對纖維品質相關性狀進行全基因組關聯分析,一共鑒定了19個顯著位點,其中有4個位點位于馴化選擇區間中。進一步從陸地棉A亞基因組鑒定了一些受到馴化選擇的基因,與纖維的長度相關;在D亞基因組鑒定了一些與逆境響應相關基因,這些基因在馴化種中下調表達,可能促進纖維的伸長。另外,研究發現D亞基因組的類黃酮代謝關鍵基因受到馴化選擇,在馴化種中下調表達,可能與白色纖維的發育相關。為了分析基因差異性表達的原因,研究人員巧妙地將DNAI酶切測序和三維基因組技術結合起來,鑒定了大量啟動子上的順式調控元件和遠距離作用的增強子元件。這些轉錄調控元件受到了強烈的馴化選擇,與基因的差異表達相關。(Nature Genetics)

     

     

    青藏高原青稞的早熟受EAM8 (EARLY MATURITY 8)內含子影響

     

    青稞即裸大麥(Hordeum vulgare var. nudum),是青藏高原極具特色的作物類型,研究青稞早熟性(early maturity)形成的遺傳機制對于揭示青稞對青藏高原極短生育期條件的適應和進化過程具有重要的科學意義。研究組在青海西寧和四川溫江兩地的表型鑒定結果發現,來自西藏的青稞地方品種“拉魯青稞”開花時間比晚熟品種“迪青1號”早15-21天,生育期差異顯著。通過對來自于拉魯青稞(早熟)×迪青1號(晚熟)雜交組合的279F2個體的表型分析,認為“拉魯青稞”的早開花性狀由單個隱性基因控制。進一步的遺傳和物理圖譜構建工作將該控制基因定位于1HL上并確定其為生物種基因(circadian clock genesEAM8的隱性等位變異。親本EAM8 DNAcDNA的序列分析結果表明,“拉魯青稞”EAM8第三個內含子(intron 3)中存在的A/G替換導致該基因在轉錄時發生可變剪接(alternative splicing)和內含子保留(intron retention),之后提前出現的終止密碼子最終導致無功能的截斷蛋白(putative truncated protein)的形成,將該等位基因定名為eam8.l。在自然群體中的EAM8單體型(haplotype)檢測結果表明,eam8.l存在于青藏高原野生大麥和青稞地方品種中且具有相同的早熟特性,推測該等位變異可能來自于西藏野生大麥。該研究發現的eam8.l等位基因是植物中第一個發現的可變剪接導致早熟的自然突變基因。 (Theoretical and Applied Genetics)

     

     

    光保護過程在青川箭竹響應干旱和鹽脅迫中的差異性作用

     

    干旱和鹽化是最為常見且并發的非生物脅迫因子,極大地限制著植物的生產力水平。研究人員以青川箭竹(Fargesia rufa)為研究對象,從光保護和抗氧化過程的角度出發,系統地研究其對干旱和鹽脅迫的響應過程。結果表明:1) 干旱脅迫對青川箭竹植株的傷害較小,主要原因與其此時具有較高的熱耗散和水循環能力,同時提高了SODAsA-GSH循環過程中抗氧化酶的活性,并維持了AsA/GSH的氧化還原平衡等密切相關。2) 相比之下,鹽脅迫和干旱+鹽脅迫對青川箭竹植株的傷害較大,表現在光化學活性的急劇下降,甚至失活,以及嚴重的氧化損害(特別是葉綠體和線粒體結構被破壞),盡管此時零星的保護過程,如GSH氧化還原狀態被激活。研究結果表明,青川箭竹能夠高效地激活其光保護過程以應對干旱脅迫帶來的損傷,從而在干旱緩解后加速其光合效能的恢復。(Functional Plant Biology

     

     
    水稻光合碳和微生物同化碳的轉化與微生物利用特征研究獲進展

     

    土壤中植物殘體、凋落物、根際沉積以及微生物同化碳等形式輸入的外源碳,是土壤有機碳的重要來源,其在土壤中的周轉過程是構成土壤碳循環的重要組成部分。研究團隊在前期研究的基礎上,采用碳同位素標記技術和磷脂脂肪酸的穩定同位素探針技術(13C-PLFA-SIP),模擬不同來源的“新碳”(13C-標記的水稻秸稈、根系、根際沉積碳以及微生物同化碳)在水稻土中的轉化、分配以及微生物利用與響應特性。結果表明,在模擬培養過程中,水稻秸稈和根系碳在微生物作用下快速分解轉化為可溶性有機碳(DOC),增加其在微生物量碳(MBC)和土壤有機碳(SOC)庫中的分配,隨著易利用態碳的消耗,在SOC中的分配率也逐漸降低;而根際沉積碳和微生物同化碳在DOC、MBCSOC中的分配變化相對較??;300天培養實驗結束后,大約10%的秸稈碳,16.5%的根系碳,45.2%33.8%的根際沉積碳和微生物同化碳最終穩定于SOC。水稻秸稈碳和根系碳輸入土壤后顯著增加了13C-PLFA的總量;在這兩種碳源轉化過程中,參與其轉化的土壤微生物種群結構發生了明顯的變化,而參與根際沉積碳和微生物同化碳轉化的微生物種群結構變化不明顯,表明土壤外源碳的種類、輸入形式及其可利用性驅動著土壤微生物種群結構的變化;同時也表明,秸稈還田對提高土壤有機質積累的效率并不高;然而,盡管根際沉積碳和微生物同化碳輸入土壤中的總量不大,但由于是連續性輸入土壤,并能與土壤礦物進行有機結合,土壤土著微生物對其具有一定的適應性,降低了分解釋放比例,增加了在土壤有機質中的固持;進一步說明了土壤外源碳的投入方式、物質結構以及碳源在土壤中的穩定性決定了其對土壤有機質積累的貢獻率。(Plant and Soil

     

     

    小桐子基因組中發現3個開花抑制基因

     

    開花是高等植物由營養生長進入生殖生長的重要標志,受促進或抑制開花基因的雙重調控。FT/TFL1基因家族在植物的成花過程中起著重要的作用,其中TFL1TERMINAL FLOWER 1)類基因發揮著抑制開花的功能。研究人員對能源植物小桐子(Jatropha curcas)的3TFL1同源基因JcTFL1a、JcTFL1bJcTFL1c分別進行了功能分析。研究結果發現,在野生型擬南芥和擬南芥的tfl1-14突變體中超量表達JcTFL1bJcTFL1c基因均表現出極度晚花現象,且轉基因擬南芥的花序和果莢均呈現發育異常;但超量表達JcTFL1a的轉基因擬南芥并未呈現開花相關表型異?,F象??蒲腥藛T進一步分別將3JcTFL1基因在小桐子中進行超量表達,結果表明:3JcTFL1基因超量表達的轉基因小桐子則均呈現出延遲開花的表型;同時發現促進開花的基因JcFTJcAP1在轉基因植株中顯著下調表達。另外,通過RNA干涉技術獲得的JcTFL1b 基因沉默的轉基因小桐子則表現出早花現象。該研究結果表明,JcTFL1類基因是小桐子的成花抑制基因,具有抑制植物開花的功能。(Scientific Reports

     

     

    鐵皮石斛多糖生物合成代謝調控研究獲進展

     

    鐵皮石斛是我國傳統名貴中藥材,由葡萄糖和甘露糖等單糖組成的鐵皮石斛多糖被認為是鐵皮石斛中的主要功能活性成分之一,具有抗氧化、降血糖和增強人體免疫力等生物活性。為揭示鐵皮石斛多糖生物合成代謝調控的分子機制,研究人員通過轉錄組測序與分析,構建了鐵皮石斛不同發育階段的基因表達信息庫,確定了鐵皮石斛中果糖和甘露糖的代謝途徑及參與其中的135個基因,篩選鑒定了430個糖基轉移酶、89個纖維素合成酶基因和627個參與鐵皮石斛次生代謝的轉錄因子;其中37個差異表達的纖維素合成酶基因在鐵皮石斛的甘露聚糖合成中起著重要作用;克隆分析了多糖合成途徑中的關鍵酶基因DoPMMDoCSLA6,發現它們除直接參與了鐵皮石斛多糖合成代謝途徑之外,還與鐵皮石斛的抗逆性有關。(Frontiers in Plant Science

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