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    生物技術前沿一周縱覽(2018年7月13日)

    2018-08-21 14:33 | 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(2018713日)

     

    水稻品質與產量關系遺傳研究獲進展

     

    水稻是重要的糧食作物之一。研究人員利用秈稻品種93-11和粳稻品種日本晴構建的重組自交系,通過高通量測序的方法繪制出一張產量與品質相關基因的高密度連鎖圖譜。利用QTL(數量性狀位點)分析鑒定出多個控制粒型和稻米品質的QTL位點,進一步的圖位克隆鑒定到五個能正向或負向影響粒型及稻米品質的主效QTL (GW5、GW7、GW8、GS3、OsMADS1)。研究發現,這五個QTL位點的不同組合能產生不同的粒型,同時能獲得不同的稻米品質。通過設計將來自日本晴的GW5、GW8位點和來自9311GW7、GS3、OsMADS1位點組合后即可獲得最高的產量和最優的稻米品質,并通過比較93119311-GW5NIP-GW8NIP一對近等基因系的稻米產量和品質獲得該理論的驗證。(Journal of Genetics and Genomics

     

     

    細胞質類受體激酶第七亞家族作用于植物免疫

     

    植物細胞膜上的模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)能夠識別來源于病原菌的一些保守的分子模式激活免疫反應。研究人員根據RLCK VII的進化樹構建了多個多重突變體,系統分析了RLCK VII成員在植物免疫中的功能。研究發現RLCK VII第五、第七和第八進化分枝的成員廣泛參與了多個PRR介導的免疫反應。而第四進化分枝的成員特異地參與了幾丁質誘導的免疫反應。進一步研究表明第四進化分枝的成員參與了MAPK激活。該研究揭示了RLCK VII成員在PRR介導的免疫反應中功能的冗余性和特異性。該工作構建的突變體為研究RLCK VII成員的功能提供了很好的遺傳材料。(Plant Physiology

     

     

    CRISPR基因編輯應用取得新突破

     

    近年來,CRISPR/Cas9系統作為一種源自原核生物獲得性免疫系統的基因定點編輯技術,已被廣泛應用于諸如基因表達調控、基因編輯以及核酸的原位檢測等領域。研究人員以超薄二維黑磷納米片為載體,通過靜電相互作用對攜帶三核定位序列(3xNLS)的Cas9-sgRNA復合體實現高效負載,從而構建了一種高效的CRISPR/Cas9基因運載體系。(Angewandte Chemie International Edition

     

     

    茉莉酸抑制鐵吸收

     

    鐵是生物體必不可少的一種微量元素,它作為多種酶的輔基在DNA的合成、光合作用、呼吸代謝和激素合成等生命活動中發揮重要作用。研究人員通過酵母雙雜交研究,鑒定到了四個與FIT互作蛋白bHLH018、bHLH019、bHLH020bHLH025,其表達受JA誘導。功能分析證明這四個轉錄因子作為負調控因子,通過與FIT結合促進FIT蛋白經26S蛋白酶體降解。同時,還證明了JA在轉錄水平抑制FIT、bHLH38、bHLH39、bHLH100bHLH101的表達。這些作用最終導致IRT1FRO2的表達水平大大降低,增加植物對低鐵的敏感性。bHLH018、bHLH019、bHLH020bHLH025四個蛋白同屬于bHLHIVa亞家族,同源性很高,具有功能冗余性,在低鐵加JA-Fe+JA)的條件下,其突變體表現出比野生型更耐低鐵脅迫,其耐受程度從單突、雙突、三突到四突依次增強。此外,還發現bHLH類的Ib亞家族轉錄因子bHLH038、bHLH039、bHLH100bHLH101不但能在低鐵脅迫時上調表達,與FIT結合形成異源二聚體,激活下游鐵吸收相關基因的表達,同時增強FIT蛋白的穩定性。過表達bHLH038能夠使FIT蛋白在低鐵加JA條件下積累,且過量表達植株在低鐵加JA培養基上表現出更耐低鐵脅迫。但當在bHLH038超量表達植株中再過量表達bHLH018時,FIT蛋白的積累在低鐵加JA條件下消失,雙過量表達植物與野生型一樣表現出低鐵敏感。這些結果表明Ib亞家族(缺鐵誘導)和IVa亞家族(JA誘導)的bHLH蛋白在調控FIT蛋白穩定性方面相互拮抗。(Molecular Plant 

     

    寄生植物南方菟絲子基因組學研究中取得進展

     

    自然界絕大部分植物都通過葉片的光合作用和根部的水分和營養吸收維持自養生存,而寄生植物則是一類通過寄生在自養植物上獲取能量和營養的植物。研究人員利用純三代測序技術獲取了高質量南方菟絲子參考基因組,結合基因系統發育分析與共線性分析,發現菟絲子屬與番薯屬植物的共同祖先在約750萬年前分化前經歷了一次全基因組三倍化加倍事件,之后菟絲子經歷了快速進化以及大規模的基因丟失。研究者設計了一套嚴格而精確的生物信息學分析方法對菟絲子全基因組基因丟失事件進行了系統分析,發現自養植物中保守的基因約11.7%在菟絲子基因組中發生了丟失。丟失基因大部分與光合作用、根和葉的功能與發育、植物抵御逆境與脅迫和基因的轉錄調控等相關。非常有趣的是菟絲子基因組中還丟失諸如FLC、 FRI、SVP、AGL17CO等重要的開花決定基因。這些在自養植物中非常重要的基因在菟絲子中的丟失很可能和它根和葉片的退化相關。菟絲子的寄生習性離不開其特有器官吸器的演化。研究者發現約三分之一的吸器高表達基因與自養植物根的高表達基因相同。結合轉錄組數據、基因選擇壓力分析和基因家族擴張分析,該研究中找到了一系列可能與吸器功能和發育相關的基因。其中大量基因功能集中在營養獲取和細胞壁分解中,包括果膠酯酶、絲氨酸羧肽酶和各種轉運蛋白,此外另有大量無法注釋功能的新基因有待進一步的研究。(Nature communications

     

     

    基因逃離著絲粒區域的進化趨勢

     

    著絲粒及其周邊是植物基因組中進化最快、結構最復雜的區域。著絲粒與近著絲粒區域不僅經歷著快速的序列變化與結構重塑,而且具有轉錄活性的基因,也是新基因起源的熱點區。研究人員在完成短花藥野生稻全基因組測序的基礎上,利用BAC測序和物理圖譜等信息,完善了短花藥野生稻十二條染色體著絲粒和近著絲粒區域的序列。并在此基礎上開展了稻屬及其禾本科植物著絲粒區域的比較基因組學研究。研究發現:短花藥野生稻獨立選擇與適應了特異的著絲粒序列;近著絲粒的倒位是著絲粒位置發生移動的主要方式;短花藥野生稻第十二號著絲粒的位置移動是一個典型的著絲粒重定位現象,新著絲粒起源于舊著絲粒區域的一個區段性重復;著絲粒區域或周邊的基因通過基因重復后的選擇性刪除,出現基因逃離著絲粒環境的進化趨勢,這種進化動力一方面來自著絲粒區域遺傳與表觀遺傳環境對基因的不利影響,另外一方面也可能與著絲粒的擴展有關;同時發現水稻近著絲粒區域在近期進化過程中形成了大量的新基因。(The Plant Cell

     

     

    基因編輯技術創制水稻單倍體誘導系

     

    玉米MATL基因是在精細胞中特異表達的磷脂酶(phospholipase)基因,該基因失活后可以誘導玉米單倍體的產生。研究人員通過氨基酸同源序列比對找到水稻中的MATL編碼基因OsMATLOspPLAIIφ,PLP1,Os03g27610)。然而,利用TILLINGEMS誘變創制的突變體雖然花粉活力和結實率均降低,卻不能誘導出單倍體,這表明了花粉活力對單倍體誘導的作用。為了增加突變的定向性,研究者以該基因上的第1和第4外顯子區域作為靶標,構建了兩個CRISPR-Cas9基因編輯載體并轉化秈稻品種IR58025B。編輯后的植株正常散粉,但是結實率降低。對兩個載體轉化得到的14個事件進行染色體倍性分析表明,平均的單倍體誘導率約6%。對E1純合編輯事件的深入分析顯示編輯植株的絕大部分花粉發育正常,而大多數單倍體植株更加矮小、根系和分蘗也較少。E1事件對兩個作為母本的測試株系的單倍體誘導率分別為4.6%1.8%,這顯示出雌性種質對誘導率的影響。(Nature Plants

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