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    生物技術前沿一周縱覽(2017年11月24日)

    2017-11-24 14:47 | 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(20171124日)

    小麥D基因組精細圖

     

    小麥是世界上重要的農作物之一,基因組巨大而且復雜,和其它作物相比轉座子含量特別高,基因組超大,這使得小麥基因組測序組裝異常困難。研究人員利用二代、三代等測序技術與最新的組裝技術,對D基因組重新測序與組裝,將組裝質量提高210 倍,完成了染色體級別的D基因組精細圖譜的繪制。利用高質量的組裝結果,準確地進行了基因注釋,構建了基因分布圖、基因表達圖、假基因分布圖、重復序列分布圖、甲基化分布圖、重組率分布圖和smallRNA分布圖。研究發現,粗山羊草基因組中有一批基因在近期發生了復制。研究還重點分析了轉座子對基因組結構、基因復制、假基因形成與基因表達的影響,發現有近1/2的基因中攜帶有TE,是已測序基因組中攜帶TE基因最多的物種,也是迄今為止報道的假基因數量最多的物種。TE通常還抑制基因的表達。該研究還首次把近30年來三代分子標記和之前檢測到的重要農藝性狀基因和QTL定位到小麥D基因組上,獲得一個完整的整合圖譜。(Nature Plants

     

     

    防控稻田雜草新機制

     

    稻田稗草(E. crus-galli)被認為是全球最嚴重的雜草之一。研究人員研究表明,稗草可以合成異羥肟酸類次生代謝產物丁布(DIMBOA)的三個基因簇,具有抑制水稻生長的作用。稗草能合成次生代謝產物稻殼素(momilactone)的基因簇,具有抵御稻瘟菌等病菌生長能力。這是研究人員首次了解到稗草會利用基因簇的遺傳機制合成這些化合物與水稻競爭,從而起化感作用。研究還發現細胞色素(CYP450)和谷胱甘肽巰基轉移酶(GST)基因具有解毒功能,以非靶標抗性機制,直接參與雜草除草劑抗性的進化。利用化感作用進行雜草防控將是農業可持續發展的關鍵技術之一。(Nature Communications

     

     

    FT家族基因調控大豆發育方向的蹺蹺板模型

     

    大豆是光周期敏感的短日植物。研究團隊通過結合轉錄組分析和實時定量PCR分析,發現并確證大豆FT開花基因家族的一個成員GmFT1a與已知成員GmFT2a/GmFT5a的光周期表達特性完全相反,即GmFT1a的表達受長日照的誘導,而GmFT2a/GmFT5a則受短日照的誘導。由此推測GmFT1a與已知成員GmFT2a/GmFT5a在開花作用上功能存在分化。轉基因實驗分析表明,與GmFT2a/GmFT5a具有開花促進功能明顯不同,GmFT1a具有開花抑制的功能,從而確證了前述推測?;诖隧椦芯考扒叭私Y果,該團隊提出了大豆FT開花基因家族調控大豆生長發育的蹺蹺板模型(Teeter board model):光周期通過生育期主基因E1調控大豆FT開花基因家族不同成員的相對表達水平,從而決定大豆的發育方向。GmFT1a基因的發現有助于促進大豆向低緯短日地區的擴展,為進一步闡明影響大豆生長發育方向的分子機制奠定了基礎。(New Phytologist

     

     

    水稻小穗內小花數目的發育調控機制

     

    水稻產量構成的三要素中,每穗粒數(小花數目)是最重要因素之一。研究首次鑒定了一個天然突變體double floret 1(df1),該突變體小穗除了產生正常的頂生小花外,還在一對護穎內發育出了1朵完整的小花并產生正常的種子。通過圖位克隆、細胞學、分子生物學等手段,揭示了DF1編碼了一個脂肪酶,具有其酶活性,調控小穗分生組織的確定性,其DF1突變導致小穗確定性轉變為不確定性或者小穗確定活性延長,進而形成多個籽粒。研究結果為增加“每穗粒數”提供一條新的途徑和觀點。即培育“多花小穗”水稻品種可以為大幅度提高每穗粒數奠定基礎。(Plant Biotechnology Journal

     

     

    小麥野生遠祖基因組測序完成

     

    作為全球主要糧食作物,小麥為人類提供了超過20%碳水化合物和23%蛋白質等營養需求。小麥及其野生遠祖的基因數量為人類的6倍,含有的堿基數有17兆之多,且小麥基因組是六倍體,這意味著它由3套不同的基因組組成,所有這些特點使得為小麥進行基因組測序變得非常困難。節節麥也叫山羊草,是一種生長在荒蕪草地或麥田中的野生小麥,具有對極端環境的高適應能力以及耐病特性。但其基因組一樣具有規模過大和復雜等特點,其84%基因組由重復序列構成。研究團隊結合多種先進測序技術,最終獲得具有參考價值的節節麥基因組序列,將為改良小麥品種、提高小麥面粉質量提供主要的基因來源。(Nature

     

     

    科研人員首次培育出帶有基因剪刀的工具豬

     

    豬在器官結構、大小以及生理代謝、免疫系統等方面與人更接近,被普遍認為是非常理想的大動物疾病模型、異種器官移植供體模型和異種器官再造受體模型。研究人員利用基因打靶技術,將能夠剪開基因的Cas9蛋白基因插入到豬基因組的一個特定的位點(ROSA26),相當于在豬體內加入了一把基因剪刀,并且在Cas9基因附近加上了能與Cre重組酶結合的loxp位點,后者相當于一個開關,能對其剪切功能的開啟加以控制。研究人員利用此工具模型,不需要依賴受精卵注射或體細胞核移植技術,在動物體內轉入能識別特定基因的gRNA和重組酶,可直接對豬的基因組進行編輯,從而快速獲得相應基因編輯豬模型。研究人員將包裝的含有Cre重組酶和靶向六種腫瘤相關基因的gRNAs慢病毒通過滴鼻方式,感染工具豬的肺臟,在豬肺細胞的基因組發生癌化突變。三個月后,豬出現了典型的肺癌癥狀和病理變化,從而建立了原發性肺腫瘤大動物模型。(Genome Research

     

    研究人員首次揭示KDM2B-PRC1在重編程中的功能

    Polycomb GroupPcG)蛋白家族(多梳蛋白家族)是一類進化上極為保守的轉錄抑制因子,在發育基因的抑制中起重要作用,和TrxG復合物(三胸復合物,主要與基因激活有關)是發育程序的“總開關”,是大部分高等多細胞生物正常發育所必須的,也是表觀遺傳領域的核心研究內容。研究沿繼2012年該實驗室關于維生素C可以通過KDM2A/KDM2B下調組蛋白H3K36me2水平,促進體細胞誘導為iPS細胞的重編程的重要發現,使用KDM2A作為對照研究KDM2B-PRC1的功能。研究人員發現在Oct4介導的iPS誘導過程中,過表達Kdm2b相比于過表達Kdm2a,能更顯著地提升體細胞重編程效率。為確定這一促進功能對PRC1招募的依賴性,研究人員刪除了Kdm2b負責招募PRC1LRR結構域(KDM2B-ΔLRR),以及對Pcgf1KDM2B-PRC1復合物關鍵因子進行敲降,這證明KDM2B對重編程的促進作用是依賴于PRC1的募集的。該研究發現KDM2B-PRC1.1復合物的一個顯著的生物學功能,可作為一個抓手進一步深入研究該復合物的生理功能。研究也以一個意料之外的結果作為契機,首次闡明了BMP信號調控KDM2B-PRC1的機制,進一步豐富了信號通路調控細胞命運決定的機制,也為通過胞外環境調節細胞表觀遺傳狀態提供了新的理論基礎。(Cell Reports)

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