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    生物技術前沿一周縱覽(2017年11月10日)

    2017-11-10 14:56 | 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(20171110日)

    出土幼苗葉綠體發育的分子開關EIN3

     

    植物幼苗在土壤中萌發后,同時承受著土壤機械壓力與光信號等多重環境因子的調控,依靠種子中存儲的能量向上生長。研究人員通過轉錄組測序,分析發現EIN3能顯著調控大量光合作用相關功能基因表達。電鏡實驗顯示EIN3突變體存在嚴重的葉綠體發育缺陷,且黃化質體發育表型與先前報道的光通路核心轉錄因子PIF3突變體相似。分子遺傳鑒定表明EIN3PIF3在調控葉綠體發育中互相依賴,進一步體內和體外生化實驗發現EIN3PIF3蛋白有直接相互作用,并通過形成一個蛋白質復合體,直接結合到捕光蛋白家族LHC基因的啟動子上,共同抑制LHC基因的表達。最后,該研究通過轉基因組成型高表達部分LHC基因,發現黃化質體能呈現出與EIN3PIF3突變體類似的發育缺陷表型,并在出土見光時遭受嚴重光氧化傷害。因此,該研究揭示EIN3PIF3形成一個互相依賴的轉錄調控元件,實現對上游機械壓力與光信號環境因子的整合,并通過直接抑制LHC基因轉錄,調控幼苗出土中的葉綠體發育進程。(Plant Cell

     

     
    科學家發現增產育種新基因

     

    基因表達調控是最重要的生物學現象之一,許多重要農藝性狀都受基因表達調控。研究人員通過精細定位將QTL限定在一個17.8-kb區段,發現該區間與上述3性狀共分離,該區間只包含2個候選基因。研究人員通過進一步分析該區間兩親本序列,研究人員發現存在一個位于穗發育基因FZP的上游的18-bp的插入/缺失位點。研究人員將FZP基因序列與上游含5.3 kb的整個8.3-kb DNA序列克隆并進行了遺傳互補轉化驗證,證實候選基因為FZP,功能位點為18-bp的多態位點。該18-bp序列可能是一個沉默子,它抑制下游FZP表達。FZP是重要的發育基因,它的功能缺失導致小花發育受阻,不能產生正常的種子。自然界可能存在FZP的表達量變異,這種變異可能就是由這18-bp調控的。研究人員通過對該18-bp序列的motif結構分析,得出OsBZR1可能是該沉默子的結合靶蛋白。2個拷貝的沉默子降低FZP表達量,每穗粒數顯著增加,千粒重略微降低,但稻米堊白率與堊白度顯著降低,提高了稻米蒸煮品質,產量顯著增加。多套近等基因系及RNAi轉基因材料產量數據表明:該沉默子通過抑制FZP表達使水稻單株產量增加15%以上,但不影響開花期。研究人員通過對529份世界水稻核心種質材料測序分析發現該18-bp插入僅僅發生在東南亞的部分Aus品種中,說明這個突變起源于Aus品種,并未在我國主流高產品種中加以應用。因此,該等位基因在我國具有極高的增產育種應用前景。(Nature Plants

     

     

    水稻根際激發效應研究獲進展

     

    為了探究水稻根際碳氮周轉特征,揭示稻作系統地下部土壤碳氮循環的過程與機制,研究團隊發明了能夠有效采集水稻根際CO2CH4釋放的裝置,采用13C穩定性同位素連續標記技術,量化了不同施肥條件下,水稻生長過程中CO2CH4釋放的根際激發效應。研究結果表明,水稻生長過程中根際分泌物輸入的量與速率影響CO2釋放的根際激發效應的方向,其在水稻生長前期(40天以前)表現為負激發效應,在水稻生長后期(52天以后)表現為正激發效應;而CH4釋放的根際激發效應在整個水稻生育期都表現為正激發效應,表明水稻生長過程中促進了土壤有機質分解轉化為CH4。氮素是水稻和根際微生物的重要養分元素,氮肥施用有效減緩了水稻根際氮素受限,滿足了微生物對養分的計量學需求,降低了微生物因養分需求而對土壤有機質的分解礦化作用,從而減弱了CO2CH4釋放的根際激發效應。因此,土壤肥力和根系分泌物的輸入影響著土壤原有有機質的分解與轉化,優化稻田肥力輸入和田間管理對維持稻田土壤生產力、減緩溫室氣體排放具有重要意義。(Soil Biology and Biochemistry

     

     植物染色體組蛋白磷酸化研究取得進展

     

    組蛋白磷酸化修飾與著絲粒功能的建立、維持相關。研究人員獲得了H3T3磷酸化的激酶Haspin抗體,并進行玉米減數分裂突變體的細胞學觀察。體細胞H3T3磷酸化抗體免疫熒光結果表明:有絲分裂前期及早中期染色體,H3T3磷酸化發生在姊妹染色體單體間。細胞周期H3T3磷酸化的動態變化以及玉米減數分裂突變體的結果均顯示,H3T3磷酸化與cohesion相關。有趣的是,失去活性的著絲粒部位在早期出現H3T3磷酸化的信號。這一結果完全不同于H2A磷酸化及H3Ser10磷酸化只發生在有功能的著絲粒區。隨著染色體收縮進入中期準備完成染色體的正確取向和分離,H3T3磷酸化信號只在inner centromere出現(。植物著絲粒區的H3核小體部分被CENH3核小體取代,但在有絲分裂前期及早中期染色體上,著絲粒區的CENH3核小體與H3核小體混合在一起,沒有區域或是位置的?;?。但染色體進入中期準備開始完成取向分向兩極時,著絲粒區內側(inner centromere)完全是H3T3核小體形成的區域;而外側均是CENH3核小體分布為主。這可能和spindle的正確連接及功能動粒形成密切相關,深入研究動粒蛋白及其調控過程的工作正進行中。(Plant Journal

     

     

    SUMO蛋白酶調控植物育性的分子機制研究方面取得新進展

     

    SUMO(Small Ubiquitin-like Modifier)作為一種多肽標簽在90年代末被發現,它能共價結合到不同蛋白質上,從而導致這些底物蛋白活性、定位和穩定性的變化。研究發現SUMO PROTEASE RELATED TO FERTILITY (SPF) 12調節植物育性。spf1單突變體花的結構和胚胎異常,而spf2單突變體與野生型表型相似。但是,spf2突變使spf1單突變體表型更為明顯,spf1 spf2雙突變體雌雄配子體和胚胎嚴重異常,表明兩個基因功能疊加。SPF1SPF2基因突變導致生殖和胚胎特異的基因表達異常。SPF1SPF2基因在不同的花器官組織中表達,表明在空間表達模式上有各自的功能偏向性。SPF1SPF2蛋白可將SUMO1前體加工形成成熟的形式,與野生型相比,它們的突變增強了SUMO結合物在花序中的積累。通過酵母雙雜交篩選到與SPF1蛋白相互作用的一些候選蛋白。其中,SPF1蛋白與EDA9(EMBRYO SAC DEVELOPMENT ARREST 9)蛋白相互作用,EDA9在植物體內可以被SUMO化,而SPF1基因突變使EDA9蛋白SUMO化水平增加,表明EDA9SPF1蛋白的一個潛在的底物。該研究解析了SUMO蛋白酶調控植物育性的分子機制,豐富植物育性研究,為將來作物改良提供了新線索和思路。Plant Physiology

     

     

    青稞抗旱機理研究獲進展

     

    干旱是嚴重影響作物產量和品質的最主要非生物脅迫因素之一。研究人員利用轉錄組測序技術,對抗旱和敏感青稞材料在干旱脅迫下的基因表達差異進行分析,發現在干旱脅迫下,抗旱材料隨脅迫時間增加,表達上調的基因數量明顯多于敏感材料,尤其是輕度干旱脅迫時二者間差異更大。差異表達基因主要集中在三羧酸循環、精氨酸和脯氨酸代謝、自然殺傷細胞調控的細胞毒性作用、內質網上的蛋白質合成和加工、長鏈脂肪酸代謝、光合作用、光合作用碳固定等途徑中。這些結果表明,抗旱材料在干旱脅迫下主要通過提前感知脅迫信號并進行傳導、降低光合作用、增加能量及小分子中間產物供給、保證蛋白質合成及加工的正確性、增加蠟質合成等方式抵御干旱。(BMC Genomics

     

     

    DNA測序方法的研究上取得重要突破

     

    ECC測序法的化學反應采用了熒光發生測序技術,原理巧妙之處在于在DNA互補鏈合成時可以釋放同所延伸核苷酸數目相等的熒光分子,利用這一反應可以實現低錯誤率的SBS。研究人員首先從化學原理上對熒光發生測序技術中的熒光標記分子進行了結構優化,設計合成了具有不同波長、更優性能的測序底物分子,并對聚合酶參與的各階段反應動力學進行了細致的測量和建模;在深入理解熒光發生測序化學反應速度、完成度、副反應等關鍵技術細節的基礎上,完善了ECC測序原理樣機的搭建,不斷迭代優化測序反應條件和信號采集流程;從數據入手,構建了精確的測序信號失相模型并提出了次級延伸理論,并據此開發出算法軟件對測序反應失相過程做出了合理簡化使其具備了實用性。此次研究團隊在測序技術中首次引入冗余編碼概念,通過和低錯誤率的熒光發生測序技術巧妙結合,在實驗室搭建的原理樣機上獲得了單端測序超過200堿基讀長無錯誤的實驗結果。(Nature Biotechnology

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