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    生物技術前沿一周縱覽(2017年5月12日)

    2017-05-12 09:53 | 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(2017512日) 


    WRKY轉錄因子基因可能參與調控大豆種子大小

     

    栽培大豆(Glycine max)由野大豆(Glycine soja)馴化而來,在馴化過程中大豆種子顯著變大。研究組發現,位于種子大小相關的QTL位點區間內的SoyWRKY15a基因在栽培大豆SN14和野大豆ZYD00006間存在差異表達。群體分析表明該基因在栽培大豆中的位點GmWRKY15a和野大豆中的位點GsWRKY15a編碼區序列完全一致,但GmWRKY15a在果實中的表達量顯著高于GsWRKY15a,且GsWRKY15a的表達量和調控區單倍型變異均與種子大小顯著相關,暗示其可調控種子大小。進一步分析發現,SoyWRKY15a5′非翻譯區(5UTR)中CT的重復數目變異影響了它的表達量,而該調控區單倍型的變異式樣則表明該基因很可能與大豆的馴化有關。(Journal of Experimental Botany

     

     

     

    研究人員利用STTM技術發現水稻miRNA的新功能

     

    MicroRNAmiRNA)是一類在生物體內普遍存在的非編碼、長度約21個核苷酸的小分子RNA,它在調控植物的器官發育、信號轉導和響應逆境脅迫過程中起著重要作用。由于miRNA基因較小,且大多數miRNA家族都有多個成員組成,具有遺傳冗余性,所以很難通過傳統的基因功能缺失突變體的方式來研究miRNA的功能。研究人員利用STTM技術降低了35個水稻重要miRNA家族的表達水平,發現了水稻許多miRNA調控農藝性狀的新功能,同時驗證了miRNA也可以作為作物改良的重要靶標。在STTM-miRNA水稻株系中,發現miRNA參與調控了水稻株高、分蘗數、穗粒數等眾多重要的農藝性狀,且這種受調控的表型可在連續5代中穩定遺傳。通過這種方法,研究人員發現了多數miRNA具有一些重要的新功能,比如miR172具有影響莖的發育和穗的密度、miR156具有影響根發育的新功能。同時,通過對miRNA的遺傳調控,證明了miRNA可以作為作物改良的重要靶標。比如通過調控miRNA398的表達水平,可以提高水稻的穗粒數和穗長等,進而提高水稻的產量。(PNAS

     

     

     

    HDA15基因調控種子萌發

     

    研究團隊以模式植物擬南芥為研究材料,鑒定出參與光調控種子萌發的關鍵抑制因子——組蛋白去乙?;?/span>HDA15。遺傳學分析發現,在擬南芥中突變HDA15基因促進光敏色素BPHYB)介導的種子萌發,而過量表達HDA15基因則抑制這一過程;進而研究發現HDA15在遺傳學上作用于PHYB下游,且HDA15抑制種子萌發依賴于一個關鍵的轉錄因子——PIF1蛋白。生化及轉錄網絡分析顯示,在遠紅光(或弱自然光)條件下,HDA15-PIF1在種子內發生蛋白互作,形成一個重要的轉錄抑制模塊,共同抑制了包括赤霉素和生長素信號以及細胞壁水解等與萌發密切相關的267個基因的表達。進一步研究表明,HDA15-PIF1模塊通過組蛋白去乙?;饔媒档兔劝l相關基因的轉錄活性和表達,從而抑制種子萌發的起始;相反,在紅光(或強自然光)照射下,活化的PHYB誘導HDA15-PIF1模塊從萌發相關基因上解離,解除轉錄抑制,從而起始種子的萌發。研究揭示了HDA15-PIF1為光敏色素介導的種子萌發途徑中一個重要的基因轉錄調控模塊。在不利的生長條件如黑暗時,植物種子通過該模塊抑制基因轉錄從而維持休眠狀態;而待陽光充足氣溫上升時,該模塊自動解除,植物得以正常萌發和生長。(Nucleic Acids Research

     

     

     

    玉米基因組編輯育種取得新進展

     

    傳統育種中,目標基因在受體品種中的聚合與導入依賴減數分裂過程中的遺傳重組與交換,不可回避會面臨連鎖累贅(linkage drag)問題,顯著影響育種效率。研究組采用基于CRISPR原理的RNA指導的Cas9核酸酶玉米基因編輯技術對玉米LG1LIGULELESS1)基因第1外顯子序列進行定向突變,產生基因敲除突變,定向突變率達到51.5%91.2%。研究人員把攜帶定向編輯LG1工具的玉米植株與一系列受體雜交,通過植株活體基因編輯工具定向編輯受體目標基因,實現了達到11.79%28.71%活體目標基因編輯定點突變活性,且可以穩定遺傳。目標基因突變后,植株突變表型明顯,葉片夾角表型減小至對照的50%。田間試驗還表明該突變緊湊株型表型具備通過增密從而實現增產的潛力。(Plant Biotechnology Journal



     

     

    治理害蟲對Bt作物抗性的新策略

     

    高效控制蟲害、減少化學農藥用量的轉Bt基因抗蟲棉花、玉米和大豆已在世界范圍內廣泛種植,近年來,因害蟲產生抗性導致防治失敗的案例不斷出現,已成為影響Bt作物持續利用的最主要因素。研究人員對我國長江流域Bt棉花與紅鈴蟲的互作關系開展了11年的研究工作。結果表明,長江流域紅鈴蟲2008年左右已進入早期抗性階段,但此后生產上開始大規模種植F2代雜交抗蟲棉。由于抗蟲雜交棉父、母本多為一個抗蟲棉品系和一個常規棉品系,其F2代分離產生普通棉株,這些分離的普通棉花為紅鈴蟲提供了避護所。對紅鈴蟲自然種群抗性基因的分析顯示,抗性多產生于Bt受體鈣粘蛋白基因的突變,為隱性遺傳。這樣,Bt棉株存活的抗性紅鈴蟲與普通棉株敏感紅鈴蟲交配產生的雜合子,仍然可以被Bt棉花殺死,而不能形成抗性紅鈴蟲種群。進一步對長江流域617個樣點紅鈴蟲種群發生量及Bt抗性水平的監測表明,隨著F2代雜交抗蟲棉大面積的生產應用,紅鈴蟲對Bt棉花的抗性發展受到了有效控制。該研究首次證明了Bt作物和非Bt作物種子混合可以有效治理害蟲的抗性,發展了害蟲抗性治理的新方法和新策略,對推動Bt作物產業和轉基因作物環境風險管理工作的發展有重要理論和應用意義。(PNAS)

     

     

     

    科學家構建出目前最高質量的植物基因組參考序列

     

    為了利用現有的技術進行高質量的植物基因組組裝,研究人員從2014年開始對一個秈稻基因組蜀恢498R498)進行PacBio單分子測序,結合遺傳圖譜和fosmid文庫測序,并利用了BioNano光學圖譜的驗證,最后得到一個長度為390.3 Mb的基因組,共由17個連續DNA片段(Super-Contig)組成,包括7條頭尾相連的染色體和5條分成兩個Super-Contig的染色體。蜀恢498的基因組是目前所有高等動植物中組裝質量最高的基因組,除了5個著絲粒重復序列區域和其它少數幾個串聯重復序列區域,整個基因組都被組裝了出來;其基因組完整性和連續性都大大高于日本晴及擬南芥等基因組,且有更低的錯誤率。結果也顯示了秈稻的基因組大小不超過395 Mb。他們在R498序列中發現了兩個核仁組織區,多于日本晴基因組的一個。通過比較兩個基因組上的基因序列可以看出,超過2/3的基因有序列上的差異,兩個基因組之間也含有大量的由于轉座子獨立插入導致的結構變異。此外,他們還組裝出了一個完整的線粒體序列,發現了日本晴線粒體序列中的幾個大的錯誤,也發現了目前日本晴基因組參考序列中錯誤地摻入了很多線粒體和葉綠體的序列。作為參考基因組,R498序列將被用于秈稻突變基因的定位,及秈稻群體的全基因組關聯分析。(Nature Communications

     

     

     

    首次從水稻中鑒定到新型生物硝化抑制劑

     

    硝化作用是農田氮素轉化的主要途徑,與氮素損失和利用有非常密切的關系。維持氮素以NH4+ 的形式存在是提高作物氮素利用率的關鍵之一。由于合成硝化抑制劑價格昂貴,在不同土壤類型中性能不穩定,而且存在生態環境和食品的安全隱患等,開發植物源的生物硝化抑制劑(BNIs)顯得十分必要。研究人員利用自我創制的根系分泌物原位收集系統和GC-MS分離鑒定技術,通過測定19個秈稻、粳稻品種的根系分泌物活性,首次從重要糧食作物水稻中鑒定到一種新型的BNIs——1,9-癸二醇,發現其主要通過抑制氨單加氧酶(AMO)過程來抑制硝化作用,并明確了1,9-癸二醇是水稻根系分泌的天然物質,對潮灰土的硝化作用有顯著抑制效應,抑制效應顯著大于目前農牧業生產中普遍使用的雙氰胺(DCD)。進一步通過19個水稻品種15N同位素標記實驗,揭示了生物硝化抑制效應、1,9癸二醇含量與水稻品種氮吸收利用效率之間有密切的聯系。(New Phytologist

     

     

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