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    生物技術前沿一周縱覽

    2018-08-21 14:37 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年6月1日)

     生物技術前沿一周縱覽(201861日)

     

    轉錄中介體調控干細胞不對稱分裂和根形態建成的機理

     

    多細胞生物的器官發生和生長發育依賴于干細胞的不對稱分裂。研究表明在進化上高度保守的轉錄中介體亞基MED31通過控制SHR-SCR介導的時空特異性轉錄輸出而調控干細胞的不對稱分裂。研究發現,MED31SCR直接相互作用而不與SHR直接互作。MED31、SCRSHR通過形成動態三元復合體而控制靶標基因的時空特異性表達。MED31SHR以濃度依賴的方式競爭結合SCR,從而調控MED31-SCR-SHR三元復合體的動態形成。高濃度的SHR干擾SCR結合MED31;當SHR處于合適濃度時,SCR可以結合MED31,從而連接RNA聚合酶II通用轉錄機器,啟動下游靶基因轉錄。該研究成果表明,MED31SCR的動態相互作用控制著SHR-SCR復合體的轉錄輸出,進而決定了干細胞的不對稱分裂。(PNAS

     

     

    糖信號通過影響ABA信號傳導調節水稻穗發芽

     

    水稻、小麥等禾谷類作物是世界上重要的糧食作物,部分栽培品種由于缺少收獲期休眠發生胎萌或穗發芽(Pre-harvest sprouting,PHS)現象,影響制種質量。研究人員通過大規模突變體系統篩選,獲得了一系列影響水稻穗發芽突變體,并已報道了植物激素脫落酸(ABA)合成途徑基因的突變體(phs1phs7)都表現出穗發芽的表型(Fang et al., 2008; Fang and Chu 2008)。在這一系列突變體中有一個糖化胚乳的穗發芽突變體phs8。圖位克隆表明,PHS8編碼一個水稻異淀粉酶(ISA1),研究結果表明PHS8的突變導致胚乳中小分子糖的積累,從而抑制ABA信號通路中兩個重要轉錄因子OsABI3OsABI5的表達,導致了穗發芽表型。過表達OsABI3OsABI5可以部分恢復phs8突變體穗發芽表型。該研究揭示了胚乳中的糖信號分子通過影響ABA信號傳導來調節種子休眠和萌發的重要作用。(The Plant Journal

     

     

    出土幼苗形態建成的轉錄調控網絡

     

    植物幼苗出土前后的形態建成巨變,與所處土壤環境的劇變緊密聯系,是研究植物適應環境的經典模型。研究在pif1345ein3eil1的六缺突變體中逐一轉基因過表達單個PIFsEIN3。意外發現,在六缺突變體背景中過量表達單個PIFsEIN3,能部分恢復甚至完全逆轉大量基因的表達模式。表型分析顯示單個PIFsEIN3能完全恢復六缺突變體的下胚軸伸長,頂端彎鉤形成,以及子葉打開與擴展的表型,使得六缺突變體呈現出類似野生型的暗下形態建成表型。對調控幼苗頂端彎鉤關鍵基因HLS1的研究發現,單個PIFsEIN3蛋白在六缺突變體背景中能獨立直接結合到HLS1的啟動子上,激活HLS1的基因表達,與頂端彎鉤完全回補的表型一致。這些結果說明在調控出土幼苗的形態建成中,PIFsEIN3/EIL1這兩類轉錄因子是完全獨立且功能冗余。出土幼苗在形態建成與葉綠體發育中采用相反的調控機制正好與幼苗出土的復雜過程相適應。(PNAS

     

     

    植物基因組編輯突變體篩選方法研究中取得進展

     

    如何快速高效進行突變體檢測和鑒定是植物基因組編輯技術迅速發展面臨的重要問題之一。研究人員利用CRISPR/Cas系統(包括Cas9Cpf1)的體外切割特性,在六倍體小麥和二倍體水稻中建立了一種簡單、高效、廉價的PCR/RNP植物突變體篩選策略。該方法不受限制性內切酶位點的限制,比PCR/RE具有更強的廣適性;比T7EI具有更高的準確度;比Sanger測序更廉價,而且靈敏度更高。(Plant Biotechnology Journal

     

     

    作物基因組單堿基編輯方法研究中取得進展

     

    單堿基編輯技術(Base editor)是基于CRISPR系統的新型靶基因定點修飾技術,它不需要產生DNA雙鏈斷裂(DSB)及DNA模板就可以對基因組特定堿基進行高效的替換。研究人員利用Cas9變體(nCas9-D10A)融合大腸桿菌野生型腺嘌呤脫氨酶(ecTadA)和人工定向進化的腺嘌呤脫氨酶(ecTadA*)二聚體,建立并優化出高效、精確的植物ABEAdenine Base Editor)單堿基編輯系統,在植物中實現高效的A·T>G·C堿基的替換。通過優化腺嘌呤脫氨酶二聚體的位置以及核定位信號(NLS)的位置和個數,以及測試3種不同形式的sgRNAnative sgRNA, esgRNAtRNA-sgRNA),發現ecTadA-ecTadA*-nCas9-3NLS使得A·T>G·C的替換效率提高了1.1倍,并且esgRNA具有最高的單堿基編輯效率,是native sgRNA2倍,tRNA-sgRNA3倍。在水稻轉基因植株中實現了高達59.1%A·T>G·C編輯效率,并展示了通過植物ABE系統編輯的水稻表現出除草劑抗性。利用CRISPR DNA瞬時表達技術,在小麥中A·T>G·C編輯效率高達1.1%,并獲得了通過植物ABE系統編輯的小麥植株。研究結果充分表明該植物ABE系統具有簡單、高效、低Indels產生等特點,將為植物基因組功能解析和作物遺傳改良及新品種培育提供重要技術支撐。(Genome Biology

     

     

    植物開花分子機制研究取得新進展

     

    開花是高等植物進入生殖階段的標志,在植物繁衍后代和外界環境適應中發揮著重要作用。研究

    人員以模式植物擬南芥為研究材料,證實了NF-Y亞基蛋白NF-YC是光周期途徑中FT基因表觀調控的重要因子。通過遺傳、生理、生化和分子生物學的分析發現,擬南芥NF-YC與組蛋白甲基化酶CURLY LEAF (CLF)可在花芽轉化期發生特異的蛋白互作,從而抑制FT基因染色質上依賴于CLF的組蛋白27位賴氨酸三甲基化(H3K27m3)修飾水平,促進擬南芥的開花過程。該文揭示了NF-YC-CLF特異互作介導下游表觀調節和誘導開花的新型作用機制,該發現增進了對植物開花時空特異性的表觀調控機制的理解。(Plant Physiology

     

     

    亞熱帶森林馬尾松木質部形成及其驅動因子研究中取得進展

     

    研究人員利用微采樣技術連續監測廣東鼎湖山和石門臺國家級自然保護區馬尾松(Pinus massoniana Lamb.)的形成層活動和木質部(增大期、增厚期和成熟期)的形成過程,通過線性混合模型定量分析發現:馬尾松的樹干木質部生長開始于2月中下旬,結束于12月末,1月份形成層不活躍,極有可能處于半休眠狀態,首次精確定量了馬尾松生長季的長度,更新了普遍認為亞熱帶樹木全年生長的傳統觀點。此研究是國際上首次報道亞熱帶樹木木質部發育過程及其驅動因子,對于進一步明確中國亞熱帶森林生態系統固碳機制有重要意義。(Tree Physiology

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