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    生物技術前沿一周縱覽(2018年1月19日)

    2018-01-19 14:45 | 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(2018119日)

     

    水稻基因組復雜遺傳變異的廣度

     

    水稻是我國重要的糧食農作物。水稻豐富的遺傳多樣性在馴化和現代育種中均發揮重要作用,并將成為應對糧食需求增長和環境變化進行品種改良的關鍵資源。研究團隊選取了66個來自不同水稻類群的栽培稻品種和野生稻株系,進行深度測序、從頭序列組裝和基因注釋分析,獲得水稻各類群材料的精細基因組圖譜,鑒定出水稻基因組中各類復雜的遺傳變異,發現很多功能基因存在有多種等位基因類型。此外,該研究系統鑒定到栽培稻和普通野生稻中幾乎飽和的編碼基因集及其在不同品種中的“存在-缺失”變異;其中新鑒定的很多編碼基因存在有轉錄產物和蛋白質功能結構域,暗示可能存在一定的生物學功能。 (Nature Genetics)

     

     

    類胡蘿卜素生物合成研究取得進展

     

    類胡蘿卜素是自然界最重要的天然色素之一,β-胡蘿卜素是動物維生素A的主要來源,玉米黃素與葉黃素是眼睛視網膜黃斑色素。小球藻(Chlorella zofingiensis Donz)為單細胞可食用綠藻。根據該藻類胡蘿卜素合成的路徑及調控機制,研究組通過化學誘變從10萬個單克隆藻中篩選到一株突變藻株(CZ-bkt1)。CZ-bkt1因酮化酶基因(BKT)失活而無法催化玉米黃素成蝦青素,致使該突變體積累高達7mg/g、13.1mg/g6.34mg/g的玉米黃素、葉黃素和β-胡蘿卜素。1g CZ-bkt1干藻粉的類胡蘿卜素含量是玉米的1000倍以上,可滿足一個成年人一天的類胡蘿卜素等營養元素需求。CZ-bkt1是迄今發現唯一能同時高量積累3種人和動物必需類胡蘿卜素的物種。CZ-bkt1作為新一代功能食品將在大健康產業中發揮重要作用。Journal of Agricultural and Food Chemistry

     

     

    首次繪制栽培稻-野生稻的泛基因組圖譜

     

    水稻是我國重要的糧食農作物。研究人員選取了66個來自不同水稻類群的栽培稻品種和野生稻株系,對其進行深度測序、從頭序列組裝和基因注釋分析,獲得了水稻各類群材料的精細基因組圖譜,鑒定出了水稻基因組中各類復雜的遺傳變異,發現很多功能基因存在有多種等位基因類型。研究系統同時鑒定到栽培稻和普通野生稻中幾乎飽和的編碼基因集及其在不同品種中的存在-缺失變異;其中新鑒定的很多編碼基因存在有轉錄產物和蛋白質功能結構域,暗示可能存在一定的生物學功能。 (Nature Genetics)

     

     

    生物鐘調控葉片衰老新機制

     

    生物鐘是生物體為適應環境晝夜周期變化而進化出的協調細胞內基因表達、代謝網絡調控的分子系統,調控植物的新陳代謝、生長發育等多個過程。研究人員發現,當擬南芥生物鐘核心組分Evening Complex中任何組分發生突變,葉片衰老均會提前。轉錄組分析及茉莉酸誘導葉片衰老的生理實驗表明,Evening Complex直接參與調控茉莉酸信號,而茉莉酸信號是調節植物葉片衰老的重要因子之一,其中MYC2是茉莉酸信號促進葉片衰老的關鍵轉錄因子。進一步研究發現,Evening Complex直接結合該基因啟動子并抑制其表達,從而在時間維度精細調控茉莉酸誘導植物葉片衰老的進程。Molecular Plant

     

     

    獼猴桃多重高效基因組編輯系統研究取得進展

     

    獼猴桃因其豐富的營養價值和獨特的風味而成為重要的全球性新興水果。研究人員經過前期研究基礎,建立了一種新的快速高效的成對sgRNACas9雙元表達載體的構建策略,由此產生了包含4個靶向獼猴桃八氫番茄紅素脫氫酶基因(AcPDS)的sgRNA成對sgRNA/Cas9載體。與先前的成對sgRNA克隆方法相比,該策略僅需要合成兩種含sgRNA的引物,大幅降低了成本。研究者進一步比較了兩種不同的sgRNA表達盒類型——多順反子tRNA-sgRNA體系(PTG)和傳統CRISPR表達盒,在獼猴桃中的基因編輯效率。結果表明,在獼猴桃中PTG/Cas9系統的靶標突變效率相比傳統的CRISPR/Cas9系統高出近10倍。該研究還發現,兩種系統均能成功地誘導由G418抗性愈傷組織再生的獼猴桃幼苗白化表型。該研究首次在獼猴桃中建立了多重高效的PTG/Cas9基因組編輯系統,相關研究結果為在其他植物或作物中進行基因組編輯效率的優化提供了借鑒。Plant Biotechnology Journal

     

     

    多組學研究首次完成番茄全景式分析

     

    番茄是全世界廣泛種植的蔬菜作物,起源于南美洲的安第斯山地帶,經過數千年的培育塑造、馴化改良培育出了觀賞番茄和現代栽培番茄。研究人員對600余份番茄材料進行代謝組分析,結果表明從野生番茄到栽培番茄的育種過程中,具有澀味的毒性抗營養因子茄堿的含量逐漸降低。此后,他們也進一步的遺傳分析發現茄堿的自然變異受到5個主要遺傳位點控制,且這些位點在馴化及改良過程中受到強烈選擇。對其中效應最大的位點是位于10號染色體上包含P450氧化還原酶、?;D移酶和糖基轉移酶的一個基因簇進行體外實驗,發現糖基轉移酶(Solyc10g085230)外顯子上發現一個點突變造成提前終止,顯著降低栽培番茄果實中茄堿物質的含量。通過兩個主效的位點,能夠將主要茄堿含量降低80%。栽培番茄在人類馴化選擇過程中發生了各種各樣的分化,紅粉果實的分化是一種典型的代表。粉色果實因為質地松軟、口感細膩而備受消費者所喜愛。研究表明粉果育種是選擇了在轉錄因子SlMYB12的啟動子區域一個導致低水平轉錄的變異,從而造成粉果番茄中營養因子類黃酮含量大幅下降。(Cell)

     

     

    植物mRNA化學修飾m6A去甲基酶

     

    N6-甲基腺嘌呤(m6A)是mRNA上最豐富的修飾,遍布于真菌,動物以及植物當中。研究人員充分利用其在m6A去甲基酶領域的研究經驗,對這一懸而未決的問題進行了開創性的探索。通過序列比對,該課題組找到了擬南芥中N6-甲基腺嘌呤修飾潛在的去甲基酶,并著重研究了ALKBH10B的去甲基功能及其在擬南芥生命活動中的調控作用。首先,體外表達純化的ALKBH10B蛋白對單鏈短RNA和全長的擬南芥mRNA都有明顯的m6A去甲基活性。通過比較野生型Col-0,ALKBH10BT-DNA插入突變體,突變體回補和無活性回補株系,以及ALKBH10B過表達株系mRNAm6A的含量,表明ALKBH10B的去甲基功能影響了擬南芥mRNAm6A水平。ALKBH10B缺失導致顯著的晚花表型,且與去甲基酶活性相關。在ALKBH10BT-DNA插入突變體中,FT基因mRNA的甲基化水平升高,而相應地,其mRNA穩定性也較野生型Col-0更低,最終導致FTmRNA水平在突變體中顯著低于野生型。同樣,FT上游的SPL3SPL9也在突變體中有更高的mRNA甲基化水平,更快的mRNA降解和更低的mRNA水平。由此確證ALKBH10B通過影響FT,SPL3SPL9影響擬南芥的成花誘導。此外,研究人員分別對野生型和ALKBH10B突變體進行了RNA-seqm6A-IP-seq。測序結果表明,ALKBH10B廣泛影響了擬南芥mRNA的甲基化譜。相比野生型,在突變體中含高甲基化的基因進行功能注釋顯示,ALKBH10B缺失影響的基因功能與所觀察到的alkbh10b-1突變體表型相吻合。(The Plant Cell)    

     

     

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