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    生物技術前沿一周縱覽(2017年10月27日)

    2017-10-27 10:56 | 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(20171020日)

    初步解析單倍體誘導機制

     

    玉米中存在天然的單倍體誘導系:當誘導系與普通玉米材料雜交之后,后代有一定幾率產生僅含有普通玉米材料染色體的單倍體個體。研究團隊提出假設:是否花粉中的染色體異常導致了受精后染色體消除從而誘導單倍體產生?研究人員利用單細胞單核測序測序技術發現了誘導系成熟花粉的精核中存在高頻的染色體片段化,證明了發生于花粉有絲分裂時期的精子染色體片段化是造成受精后染色體消除及單倍體誘導的直接原因。也就是說,受精后胚中的染色體消除起始于花粉有絲分裂時期。(Nature Communications

                                              

     
    茜草科花粉發育研究獲進展

     

    花粉是種子植物的雄配子體,在花藥的發育過程中由花粉母細胞經過減數分裂產生、發育而成。研究人員以產生單花粉的希茉莉(Hamelia patens Jacq.)和具四合花粉的梔子(Gardenia jasminoides Ellis)為實驗材料,進行了花粉發育過程的比較形態學研究和轉錄組學分析,篩選了參與調控花粉發育的關鍵基因,并基于形態學上的差異探討了花粉演化的遺傳學基礎。研究表明,單花粉和四合花粉的小孢子發生和雄配子體發育的主要區別在于胼胝質壁的厚度和降解時間。四合花粉的胼胝質內側壁明顯薄于外側壁,且降解時間較外側壁早。四合花粉的減數分裂形成方式是離心式,小孢子之間的連結方式為“簡單連結”,均在茜草科中首次報道。四合花粉的花粉內壁形成時間早于單花粉,且有其獨特的發育模式:首先在非萌發孔區域形成,然后擴展到萌發孔區域并在萌發孔區域堆積加厚,最后形成內壁加厚突結構。此內壁發育模式在被子植物中鮮有報道。在希茉莉花藥轉錄組中,篩選到14種表達模式的基因和各發育階段特異表達的基因,與花粉壁、絨氈層發育相關的基因各243個和108個。這些基因的表達模式與形態學觀察結果一致。研究為確認參與調控花粉壁、絨氈層發育的關鍵基因提供了基礎數據,也為進一步探討花粉性狀演化提供了重要的遺傳學信息。(Frontiers in Plant Science

     

     

    蓮的種質資源群體基因組學研究中取得新進展

     

    蓮(Nelumbo nucifera)是水生植物中兼備食用、觀賞、文化和藥用價值的代表性物種。為了解蓮的不同種質資源之間的基因組變異與遺傳進化關系,研究人員首次對三大類栽培蓮(花蓮、子蓮和藕蓮)、泰國蓮和美洲黃蓮等19個蓮代表個體進行基因組重測序和變異分析。研究發現,美洲黃蓮與亞洲蓮存在明顯遺傳分化,而亞洲蓮中泰國蓮與中國蓮之間也存在著一定程度的分化。研究還發現,栽培蓮中的藕蓮與中國野生蓮遺傳關系較近,而花蓮和子蓮存在強烈的遺傳混雜(genetic admixture),可能是由于這兩類蓮育種過程中頻繁的雜交所致。此外,蓮中與能量代謝和植物免疫系統相關的基因發生相對較快的進化,或與蓮對不同地區環境的適應性進化有關。通過全基因組掃描,發現溫帶型蓮和熱帶型蓮之間存在大量遺傳分化的基因,這些基因的表達模式在這兩類蓮間也存在明顯的分化。研究首次在全基因組范圍揭示了各類型蓮的遺傳變異、進化關系以及基因組中反應不同生態型分化的信號。(Journal of Integrative Plant Biology

     

     
    科學家利用基因編輯技術培育低脂抗寒豬

     

    我國的生豬飼養量和豬肉消費量均占世界總量的一半左右。研究人員發現了抗寒品種豬(藏豬、東北民豬)抵御寒冷應激的分子機制,揭示了UCP3基因(UCP家族成員)與白色脂肪棕色化對豬能量代謝的重要影響。在此基礎上,科研團隊進一步利用CRISPR/Cas9介導的非同源重組整合外源片段的方式,構建了UCP1基因定點(豬內源UCP1假基因位點)敲入豬,實現了UCP1基因在豬白色脂肪組織的特異表達。試驗結果表明,UCP1豬在急性冷刺激情況下的體溫維持能力顯著優于野生型豬,能更好的抵抗寒冷環境。生產性能測定結果顯示,UCP1轉基因豬脂肪率顯著降低(減少4.89%),背膘厚度顯著降低(減少2.4mm),瘦肉率顯著增加(增加3.38%)。進一步對轉基因豬進行活動量和代謝率測定,結果表明在正常狀態下,UCP1在豬白色脂肪中的表達對豬的生理活動及能量代謝無影響。分子機制解析發現,UCP1基因通過促進脂肪水解從而使脂肪沉積減少。(PNAS

     

     

    病原細菌抑制宿主天然免疫防御的新機制

     

    天然免疫是機體抵抗病原感染的第一道防線。在天然免疫通路中,干擾素作為一個重要分子會誘導下游一系列基因的表達來抵抗病原菌入侵。在被干擾素誘導表達的基因中,鳥苷酸結合蛋白(GBP)是一類非常保守且龐大的家族,人的基因組中有7個同源基因,而小鼠的基因組中有11個。近年來的研究逐漸表明GBP家族蛋白在抵抗病毒、病菌以及弓形蟲的感染中都起到關鍵作用。該研究首次報道了在志賀氏痢疾桿菌感染過程中,IpaH9.8的生理底物是GBP家族蛋白,通過降解GBP來抑制宿主對細菌的清除。該研究還發現GBP蛋白在細菌感染時會聚集到細菌周圍并導致細菌發生不正常的形變進而發揮抗細菌作用。該研究也首次建立了一個對于深入研究GBP免疫防御機制非常有效的細菌感染體系,同時IpaH9.8也可以被用做GBP蛋白的一個特異性抑制劑。(Nature

     

     

    首個完整藻膽體的冷凍電鏡三維結構

     

    光合作用是地球上的生物賴以生存的基礎。為了獲取更多的光能,生物體發展出了多種捕光蛋白系統。研究人員攻克了藻膽體在冷凍制樣時鹽濃度高、穩定性差、具有優勢取向等難題,獲得了近原子分辨率的冷凍電鏡結構,其中整體結構分辨率為3.5 Å,核心區域分辨率達到3.2 Å。這是第一個完整藻膽體的近原子分辨率的三維結構,也是迄今為止報道過的分辨率高于4 Å的最大的蛋白復合體結構,該復合體理論分子量為16.8MDa,包含862個蛋白亞基。這個工作第一次解析出了所有連接蛋白在功能組裝狀態下的結構,包括4個核內連接蛋白,16個核桿連接蛋白、52個桿連接蛋白的結構,第一次觀察到這些連接蛋白有序地形成了超分子復合體的結構骨架,為色素蛋白的精密組裝及高效率的能量傳遞提供了結構基礎。還值得一提的是該工作第一次確定了藻膽體中全部2048個色素的整體排布,并推測出了多條新的能量傳遞途徑,為進一步理解藻膽體內的能量傳遞機制提供了堅實的基礎。(Nature

     

     

    科研人員發現一樟科植物新屬

     

    科研人員在毗鄰緬北的滇西南地區野外考察時,發現一未知的樟科植物,通過對該物種及其近緣種開展深入的形態學和分子系統學研究,確定該物種為樟科鱷梨屬群(Persea group)中的一個新成員,并由此發現一新類群。該新類群植物主要分布于熱帶亞洲的北緣地區,與主要分布于熱帶亞洲核心區域的另一樟科植物類群油丹屬(Alseodaphne)相似,故將其命名為北油丹屬(Alseodaphnopsis H. W. Li & J. Li)。綜合形態學與分子系統學證據,研究揭示北油丹屬與油丹屬植物分處不同的進化支系,具有不同的起源與演化背景;為適應熱帶北緣溫度相對較低的氣候環境,北油丹屬植物在形態上表現為頂芽具有鱗片、幼果期具有宿存的花被片以及較為大型的花序和果實;并以此為線索完成了毛葉北油丹、北油丹、河口北油丹、麻栗坡北油丹、長柄北油丹、皺皮北油丹、西疇北油丹和Alseodaphnopsislanuginosa (Kosterm.) H. W. Li & J. Li8個物種的分類修訂。(PLoS ONE

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