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    生物技術前沿一周縱覽

    2018-08-21 14:46 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年6月8日)

     生物技術前沿一周縱覽(201868日)

     

    科學家發現水稻自私基因

     

    自私基因是指雙親雜交后,父本或母本中能控制其自身的DNA片段優先遺傳給后代的基因。水稻秈粳雜種存在半不育的問題,嚴重制約了秈粳雜交稻產量的提高。研究發現,水稻雜種不育性受水稻自私基因位點qHMS7的控制,并發現水稻包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2ORF3,其中ORF1基因編碼一個未知功能的蛋白;ORF2基因編碼一個殺配子的毒性蛋白,以母體效應導致花粉死亡;而ORF3基因編碼一個解毒蛋白,以配子體效應保護配子,使攜帶ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亞洲栽培稻”的演化過程中,ORF1一直被保留,ORF2從沒有毒性功能逐步演變成有毒性功能的類型,ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因復制產生,并獲得解毒功能,在隨后的稻種馴化過程中被選擇傳遞到亞洲栽培稻品種。研究表明,粳稻品種同時攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3,而南方野生稻只含有無毒性的ORF2,在其雜種F1中,攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護而死亡,攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護而存活,最終導致后代中沒有純合的南方野生稻基因型個體存在,群體分離不符合經典的孟德爾遺傳模式。(Science

     

     

    水稻粒型和穗粒數協調發育的分子機制

     

    水稻產量性狀是由多基因控制的復雜數量性狀,容易受到環境變化的影響。水稻產量主要由每株有效分蘗數、每穗粒數和粒重三個因素決定的。研究人員篩選出一個粒型增大、粒重增加,但是每穗粒數明顯減少的突變體gsn1 (grain size and number 1),并且成功定位克隆了GSN1基因。該基因編碼一個定位于細胞質的雙特異性磷酸酶。在秈稻和粳稻背景中,分別抑制GSN1的表達可以使得水稻粒型增大、每穗粒數減少;增強GSN1的表達使得粒型減小、每穗粒數增加,這表明GSN1協調水稻每穗粒數和粒型大小雙重發育過程。體內和體外研究表明,GSN1蛋白通過與OsMPK6互作,對其進行去磷酸化修飾,從而抑制OsMPK6的活性。進一步檢測水稻幼穗中OsMPK6的磷酸化水平發現,在gsn1突變體中OsMPK6的磷酸化水平明顯高于野生型,在GSN1受抑制的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平也明顯升高,而在GSN1過表達的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平明顯降低;此外,在OsMPK6RNAi、OsMKK4CRISPROsMKKK10CRISPR植株中OsMPK6的磷酸化水平也明顯減弱,表明OsMPK6的磷酸化水平對于水稻穗形態建成至關重要。在野生型和gsn1背景中分別考察OsMPK6RNAi、OsMKK4CRISPROsMKKK10CRISPR的單突變體和雙突變體表型發現:單突變體粒型減小、每穗粒數增多;雙突變體可以回復gsn1突變體的表型。這些結果表明,GSN1通過對OsMPK6的去磷酸化,負調控OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6級聯信號通路。該研究首次在水稻中鑒定了調控水稻穗型發育的OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6級聯信號通路,并且證實了GSN1是該級聯信號通路的負調控因子。研究結果還表明GSN1-MAPK分子模塊通過整合下游的植物激素信號影響局部細胞特化和細胞分裂,從而精細調控水稻每穗粒數和粒型大小之間的協同發育。該研究對于理解禾本科作物花序形態建成以及可塑性的分子調控機理具有重要意義,為作物產量的遺傳改良提供了新的分子模塊和策略。(The Plant Cell

     

     

    非洲栽培稻種子落粒性喪失的分子遺傳基礎

     

    非洲栽培稻起源于非洲的短舌野生稻(Oryza barthii),其產量低,僅限于西非撒哈拉沙漠以南的地區種植。研究人員利用圖位克隆的方法從非洲野生稻中分離了一個編碼YABBY轉錄因子的基因ObSH3seed shattering 3),該基因控制水稻種子脫離層發育。進一步研究發現,含有SH3的基因組區段缺失引起非洲栽培稻種子落粒性的喪失。通過對SH3SH4SH4是一個位于4號染色體控制種子落粒的基因)的功能分析,發現多個基因可引起一系列種子落粒性狀喪失的表型,影響其他性狀,如脫粒容易。研究人員進一步分析了93個地方品種中的SH3SH4,分子進化分析結果為非洲水稻馴化歷史提供了更多的信息??偟膩碚f,該研究結果為作物馴化過程提供了新的見解,同時,ObSH3基因的克隆及其作用機制也加深了我們對于種子傳播分子機制的了解。(Nature Plants 

     

    水稻基因組研究綜述

     

    水稻是世界上最重要的糧食作物之一,全球一半以上的人口(預計未來30年將增長30億)以稻米為主要食物來源。水稻也是研究農業生態系統基因組學的重要模式植物。這種雙重作用使得水稻成為農業上巨大挑戰的核心,即如何利用基因組學來生產足夠的食物以滿足不斷增長的全球人口。全球科學家正在探究馴化水稻及其野生親緣種之間的遺傳變異,目的是篩選出可應用于培育新一代“綠色超級稻”的基因座。(Nature Reviews Genetics

     

     

    食草動物對植物群落的調控機制

     

    人類活動在全球范圍導致動物種群數量持續下降,食草動物對植物的影響受到越來越多的關注。研究人員通過整合分析全球陸地生態系統123個野外圍欄實驗的數據,發現食草動物顯著降低植物的繁殖、存活、生物量和多度,提高物種均勻度,且并未隨研究地特征(如生產力)或動物類群(小型或大型動物)等表現出明顯差異,但其影響強度存在很大的不確定性。該研究在全球尺度上揭示了食草動物對植物群落生產力和多樣性具有重要的調控作用,改變了以往“資源競爭(上行效應)在調控陸地生態系統植物群落方面占主導”的傳統認識,為陸地生態系統的保護和管理提供了重要的科學依據。(PNAS

     

     

    致病及功能性淀粉樣蛋白聚集的分子機制

     

    蛋白質的淀粉樣聚集(amyloid)最早被發現在多種神經退行性疾?。ㄈ绨柶澓D〖芭两鹕〉龋┑幕颊吣X部富集,且與疾病的發生發展密切相關。研究人員在闡釋FUS形成可逆amyloid的機理和生物學意義以外,在蛋白質納米級晶體的原子結構解析方法學上也有新的突破:發展出一整套基于低溫冷凍電子顯微鏡的蛋白質電子衍射方法,并運用此方法解析出高達0.73埃的超高分辨率原子結構,此原子結構為目前運用電子顯微鏡解析出的最高分辨率的蛋白及多肽的原子結構,為推動電子衍射方法在蛋白質及多肽形成的超微晶原子結構解析中的應用奠定了基礎。(Nature Structural

     

     

    水庫藍藻水華對浮游細菌抗生素抗性基因的影響

     

    在世界各地的湖泊、水庫等淡水生態系統中,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)和藍藻水華(cyanobacterial bloom)都因其對人類健康的潛在危害而引起了全球公眾的廣泛關注。研究人員采用高通量熒光定量PCR技術和高通量測序方法對水庫藍藻水華期和非水華期、自由生和顆粒附著生細菌所攜帶的ARGs進行了比較研究。結果表明,該研究共檢出145ARGs9種可移動遺傳因子,其中具有外排泵抗性機制的多重耐藥基因最具優勢(68.93%),非水華期自由生細菌的ARGs豐度最高;藍藻水華期的ARGs種類數低于非水華期,水華期和非水華期共有的ARGs豐度貢獻分別是99.8%96.9%;藍藻水華對自由生細菌ARGs豐度的抑制作用較大,對附著生細菌ARGs功能組成的影響較強。在水華發生和消退過程中,ARGs的分布與3種可移動遺傳因子、低豐度稀有細菌密切相關;ARGs的群落構建還受到隨機性過程的影響,其中自由生細菌ARGs群落較附著生細菌具有更高的隨機性水平。因此,細菌的生活方式是能引起ARGs對藍藻水華差異性響應的重要機制之一。該研究為深入理解ARGs在自然水環境中的分布特征提供了基礎數據,可為湖泊水庫ARGs監測、安全評估、生態管理和風險防控等方面提供參考。(Environment International

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