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    生物技術前沿一周縱覽(2017年3月24日)

    2017-03-31 10:10 | 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(2017324日) 

    水稻理想株型基因超高產等位位點的克隆與作用機理解析獲進展

     

    水稻理想株型的塑造是提高水稻產量的重要途徑??刂扑纠硐胫晷偷闹骰?/span>IPA1 (Ideal Plant Architecture 1) 編碼一個含SBP-box的轉錄因子,參與調控多個生長發育過程。利用超級稻品種甬優12的原始育種品系,通過圖位克隆的方法,克隆了調控株型的主效位點qWS8/ipa1-2D,該位點位于IPA1基因上游的一段大片段三元串聯重復序列,這一基因組結構變異導致了IPA1啟動子區甲基化水平降低,IPA1基因表達量上升,從而使植株出現理想株型的表型,并同時具有適當的分蘗數。進一步研究表明,IPA1對株型有著精細的劑量調控效應,利用IPA1的不同等位位點,實現IPA1的適度表達是形成大穗、適當分蘗和粗稈抗倒理想株型的關鍵。利用ipa1(現定名為ipa1-1d )及ipa1-2d 新位點,培育的嘉優中科系列品種,增產效果顯著,實現了超級稻新品種的分子設計育種。該研究為今后水稻理想株型的分子設計育種提供了重要遺傳資源和技術途徑,并為進一步解析水稻株型精細調控機理和水稻新品種設計培育奠定了基礎。(Nature Communications

     

     

    高產優質水稻品種設計育種研究獲進展

     

    水稻是重要的糧食作物,是我國60%以上人口的主糧。水稻的產量和品質均為復雜的數量性狀,迄今為止,人們已經鑒定出水稻產量相關的數量性狀基因座位(QTL)或基因達數百之多。研究人員經過精心設計,以超高產但綜合品質差的品種“特青”作為受體,以蒸煮和外觀品質具有良好特性的品種“日本晴”和“93-11”為供體,對涉及水稻產量、稻米外觀品質、蒸煮食味品質和生態適應性的28個目標基因進行優化組合,經過8年多的努力,利用雜交、回交與分子標記定向選擇等技術,成功將優質目標基因的優異等位聚合到受體材料,并充分保留了“特青”的高產特性。這些優異的“品種設計”材料,在高產的基礎上,稻米外觀品質、蒸煮食味品質、口感和風味等方面均有顯著改良,并且以其配組的雜交稻稻米品質也顯著提高。這項研究結果將極大推動作物傳統育種向高效、精準、定向的分子設計育種轉變。(Nature Plants



     

                                                                 

    水稻理想株型研究中獲進展

     

    水稻的株型是決定水稻產量的主要因素之一,水稻理想株型的塑造是提高水稻產量的重要途徑??刂扑纠硐胫晷偷闹骰?/span>IPA1 (Ideal Plant Architecture 1) 編碼一個含SBP-box的轉錄因子,參與調控多個生長發育過程。通過對IPA1的互作蛋白IPI1的系統深入研究,表明IPI1編碼一個RING-finger E3 ligase,能夠和IPA1在細胞核內發生互作,并泛素化IPA1蛋白;IPI1功能喪失突變體的IPA1蛋白水平在莖基部降低,但在穗部升高,相應地植株表現出分蘗數增加、穗子變大和每穗粒數增加的表型;進一步生化分析揭示,IPI1IPA1的泛素化具有組織特異性,從而精細調控不同組織IPA1蛋白水平。該研究為進一步解析水稻株型調控遺傳調控網絡和水稻品種設計奠定了基礎。(Plant Cell


     

    研究證實“世界沒有兩片相同葉片”

     

    為什么“世界上沒有兩片完全相同的葉片”?研究人員以TIE轉錄抑制因子蛋白為誘餌通過酵母雙雜交方法成功篩選到與TIE1相互作用的含有RING結構域的E3泛素連接酶TEAR1TIE1- associated RING-type E3 ligase 1)。研究表明TEAR1具有泛素連接酶的活性,而TIE1確實在植物體內能泛素化并被降解調控。降低TEAR1及其同源基因的功能可導致葉片邊緣過度生長和葉鋸齒增多等表型。遺傳分析表明過量表達TEAR1可拯救TIE1過量表達導致的葉片發育缺陷的表型,而TEAR1缺失可增強因TCP轉錄因子活性降低引起的葉片發育缺陷表型。該研究不僅首次發現了一類RING類泛素連接酶在調控葉片發育過程中的重要功能,還揭示了一種新的精確調控TCP活性和葉片發育的分子機制。TEAR1根據內部條件和外部環境決定TIE1的降解來解除TIE1TCP活性的抑制,從而正調控TCP的活性。通過這種微調機制,植物能靈活地根據內外條件的變化精確調控葉片的形態和大小,實現“世界上沒有完全相同葉片”的現象。(Plant Cell

      

     擬南芥核小斑中SC35影響植物生長發育

     

    SR蛋白是生物體內富含有絲氨酸/精氨酸(serine/arginine-rich)的一類非常保守的蛋白家族。動物中關于SR蛋白的研究有很多,但是由于功能的冗余性,植物中對SR蛋白的研究比較少。研究人員發現擬南芥中SC35/SCL蛋白的五突變體sc35-scl表現出葉片鋸齒,晚花,根變短以及果莢排列異常等多種表型異常。研究表明SC35/SCL蛋白定位于細胞核小斑(nuclear speckles)中并與U1 snRNPU1-70K)和U2 snRNPU2AF65a)相互作用。進一步分析表明SC35/SCL蛋白能偏好識別一段含有AGAAGARNA序列并參與了前體mRNA(pre-mRNA)的剪接過程。針對sc35-scl晚花表型的綜合研究發現SC35/SCL不僅抑制了開花關鍵基因FLC基因的第一個內含子的剪接,而且也影響FLC基因的轉錄過程。這些結果說明擬南芥中SC35/SCL蛋白通過調節植物體內前體mRNA的轉錄和剪接加工從而維持植物體內基因的正常表達從而調控植物的生長發育過程。(PLoS Genetics

     

     

    苔蘚功能性狀關系研究中獲進展

     

    維管植物葉片的功能性狀關系在近20年受到廣泛關注,但對苔蘚的相關研究卻極其匱乏,尚不清楚其是否具有與維管植物葉片類似的權衡關系以及二者之間有何差異。研究團隊測定并計算了川西亞高山冷杉原始林下28種苔蘚的養分、光合、形態學性狀及性狀間的二元關系,并與GLOPNET數據庫中全球維管植物葉片的數據進行對比分析。研究發現,該地區苔蘚的光合能力、氮含量、氮磷比以及光合養分利用效率均低于維管植物葉片,但是卻具有較高的磷含量;苔蘚的養分含量與代謝指標顯著正相關,并且與形態學性狀(shoot mass per area)顯著負相關;此外,苔蘚養分與光合性狀的權衡關系斜率顯著高于維管植物葉片。該研究證實了苔蘚光合組織的養分、光合及形態性狀也存在與維管植物葉片經濟型譜系相類似的權衡特征,但苔蘚會分配更多的氮、磷養分到生理代謝中,反映了它們迥異的資源分配方式和生存適應對策。(American Journal of Botany

     

     

    利用SNP芯片獲棉花遺傳育種新進展

     

    維品質的遺傳改良一直是陸地棉的主要育種目標,但要做到品質性狀的精準選擇卻比較困難。研究人員利用高通量單核苷酸多態性(SNP)芯片,檢測到46SNP位點與纖維長度、強度、細度等5個纖維品質主要性狀顯著關聯。這些顯著的SNP位點分布在15條染色體,主要涉及多糖生物合成、信號轉導和蛋白質轉移等方面的612個相關候選基因。在At07Dt11染色體上存在著較多的纖維品質SNP位點和基因,發現了兩個與纖維長度和強度相關聯的單倍型。此外,將GWAS和轉錄組分析結合,進一步鑒定了163個和120個分別與纖維長度和強度有關的基因,從中篩選到若干尚未報道過的新基因以及19個極具研究價值的候選基因。這些結果對纖維品質遺傳基礎解析提供了新的見解,并為改良陸地棉纖維品質提供了候選SNP標記和基因資源。Plant Biotechnology Journal

     

     

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