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    生物技術前沿一周縱覽(2019年3月22日)

    2019-03-22 17:23 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示假基因化在植物適應性進化中的重要作用
    基因數目的增加對生物生存繁衍具有重要意義,但長期以來被忽略的一個事實是基因數目減少同樣也能產生重要的遺傳變異,并對生物的生存及繁衍產生積極的效果。該研究利用擬南芥的群體基因組數據,運用群體遺傳學及數量遺傳學的方法,證實了“減少就是增加(less is more)”假說,闡明了假基因化對表型變異非常關鍵,而且揭示了1%的假基因化變異在群體里受到正選擇,表明假基因化與基因重復一樣,與適應性進化密切相關。特別需要指出的是,在1000多個全球分布的擬南芥自然品系的基因組中,有34%的基因沒有發生假基因化突變,說明這些基因對于擬南芥在自然條件下生存繁衍是不可缺少的,也說明在自然界里基因組里的必需基因的數目遠遠大于實驗室里估計的必需基因數目。該研究在全基因組水平上系統性地研究了植物假基因化的進化規律及機制,揭示了植物中基因功能缺失變異對植物進化的重要性,強調了基因數目的減少與增加一樣都能對生物進化產生巨大的影響,增加與減少是相對的,核心是變異。(The Plant Cell)
    原文鏈接:
    www.plantcell.org/content/early/2019/03/18/tpc.18.00791


    發現轉座子變異提高植物適應能力
    十字花科的 Capsella rubella 是一個二倍體物種,隸屬于薺屬而且是擬南芥的近緣種,是一個新近起源的物種,在其物種形成過程中,祖先物種 Capsella grandiflora 中的少數個體交配系統發生轉變(從異交變為自交),從而形成了 C. rubella。物種形成過程中的極端瓶頸效應極大地降低了其遺傳多樣性,但其分布范圍卻比其祖先物種C. grandiflora大。研究通過比較C. rubella與其異交的祖先物種C. grandiflora,發現轉座子(transposable elements, TEs)在自交物種C. rubella里高度富集,轉座子變異促進了快速的表型變異,如TEs插入到開花時間相關基因FLC區域促進開花,早開花使這個物種能夠適應地中海區域(夏季炎熱干燥)。該研究揭示了在遺傳多樣性很低的物種里轉座子的大量擴增能夠快速產生遺傳變異并導致關鍵適應性狀(如開花時間)的變異,從而提高其適應能力。轉座子的變異及其對適應性狀的影響在一定程度上為解釋生物入侵的遺傳悖論提供了思路:轉座子的“爆發”產生的遺傳變異能使遺傳多樣性很低的物種在新的生境快速適應。(PNAS)
    論文原文鏈接:
    www.pnas.org/content/early/2019/03/13/1811498116


    揭示病原真菌中麥角甾醇合成調控的新機制
    禾谷鐮刀菌是引起小麥赤霉病的重要病原真菌。在新的研究中,馬忠華教授團隊研究發現,SBI藥劑能夠誘導藥靶標基因(FgCYP51s)高水平表達,進而引起病菌的耐藥性。進一步解析藥靶基因高表達的分子機制發現,SBI藥劑能夠激活病菌體內高滲透甘油(high osmolarity glycerol, HOG)激酶信號途徑,該途徑上被激活的 Hog1 激酶進入細胞核,進而磷酸化轉錄因子 FgSR,磷酸化的 FgSR 將染色質重塑復合體SWI/SNF 招募至藥靶基因(FgCYP51s)的啟動子區,對染色體進行重塑,引起藥靶基因高水平轉錄。有趣的是,該類轉錄調控因子僅僅存在于糞殼菌綱(Sordariomycetes)和錘舌菌綱(Leotiomycetes)的真菌中,表明該轉錄因子SR有望成為治理真菌耐藥性的關鍵靶點。該研究揭示了小麥赤霉病菌中一個新的轉錄因子被HOG信號途徑磷酸化修飾后,招募染色質重塑復合體調控麥角甾醇合成的新機制。該研究結果為真核生物甾醇合成調控研究提供新視角。(Nature Communications)
    論文鏈接:
    www.nature.com/articles/s41467-019-09145-6


    培育出高產高抗水稻新品系
    抗病過程是一個耗能的過程,高抗的作物往往在產量相關性狀上表現不好;而高產作物的品種也常常面臨感病的問題。近期,南京農業大學楊東雷實驗室研究發現 IPA1 可以參與調控水稻對白葉枯病的抗性,并利用病原菌特異誘導的啟動子表達 IPA1 培育出高產高抗水稻新品系。研究人員發現 miR156 與 IPA1 等靶基因的表達水平在白葉枯病菌侵染時發生改變。進一步研究發現,IPA1 和 OsSPL7 與赤霉素抑制因子 SLR1 互作,延緩了赤霉素誘導的 SLR1 降解。多次檢測高產的 ipa1-1D 與 ipa1-2D 的抗白葉枯病能力,發現它們與野生型具有相同的感病性。為了獲得高抗與高產的水稻,研究人員利用白葉枯病菌TALE類效應因子誘導表達的 OsHEN1 的啟動子啟動 IPA1,獲得了轉基因水稻 OsHEN1::IPA1 (HIP)。在沒有病原菌侵染時,類似 ipa1-1D 與 ipa1-2D, 這些轉基因植株微量上調了IPA1的表達量,所以表現為少蘗,大穗,莖粗等表型,最終提高了產量。當有白葉枯病侵染時,IPA1 被強烈誘導表達,增強了抗病性。更重要的是在白葉枯病侵染時,HIP 轉基因水稻也表現為高產。因此,該研究發現 miR156-IPA1 是生長與抗病交叉對話的重要調控因子,闡明了 IPA1 抗病的分子機制,并據此建立了一種培育高抗高產水稻新品種的育種方法。(Nature Plants)
    原文鏈接:
    doi.org/10.1038/s41477-019-0383-2


    擬南芥P小體介導的選擇性翻譯的機制
    埋藏在土壤中的發芽植物種子在出苗前從暗形態發生過渡到光形態發生。光改變了擬南芥幼苗暗-光轉換期間的轉錄組,數千條 mRNA 的翻譯效率大幅提升。新的研究發現,在p小體形成缺陷突變體dcp5-1(Decapping 5)在黑暗和光照條件下都表現出適應性降低。比較野生型和dcp5-1幼苗的轉錄組和翻譯組分析顯示,p小體可以減弱黑暗中特定 mRNA 的過早翻譯,包括編碼原葉綠素合成酶和使種子發芽產生頂端彎鉤的生長素依賴的 PIN-LIKES3 的翻譯。當幼苗從土壤中突出時,光信號的傳導會導致p小體減少及變小,從而釋放出原先暫時儲存的翻譯停滯的 mRNA 進行翻譯。研究中也發現,這些特定的 mRNA 翻譯產物是光形態發生時必需的蛋白質。當p小體形成缺失時,植物無法進行正常的暗形態發生和光形態發生。綜上,當植物幼苗在黑暗中生長時,p小體會存儲特定 mRNA 來減緩翻譯,等接受到光信號時,這些 mRNA 并可以迅速釋放出來合成蛋白質,進行光形態發生。讓植物可以及時反應,應歸環境的變化,增加適應力。(PNAS)
    原文鏈接:
    www.pnas.org/content/early/2019/03/07/1900084116.long


    揭示ISWI蛋白催化染色質重塑的分子機理
    ISWI驅動核小體在基因組DNA上滑動以重塑染色質結構,參與調控基因轉錄、異染色質形成、X-染色體失活及其它重要的核酸活動。本工作采用冷凍電鏡技術解析了ADP-BeFx和ADP兩種狀態下染色質重塑蛋白ISWI與其底物核小體結合的高分辨結構。通過與核小體的相互作用,ISWI催化核心core2亞基發生148°的旋轉,從而解除ISWI蛋白本身的自抑制,這一結構發現揭示了核小體激活ISWI的機理。進一步對比分析ADP-BeFx和ADP狀態下ISWI-核小體復合物的結構差異,作者發現ATP水解后,核小體SHL2處DNA產生了1 bp隆起(核小體DNA的分辨率達到3.3 Å)。上述兩個高分辨結構展示出染色質重塑過程中“DNA波”的具體存在形式,為理解ISWI發揮重塑功能的分子機理提供了結構生物學基礎。ISWI的這一功能模式與陳柱成組同期發表的關于Snf2的工作機制高度相似,從而證明染色質重塑因子發揮功能具有一定的保守性。 (Nat. Struct. Mol. Biol)
    論文鏈接:
    www.nature.com/articles/s41594-019-0199-9


    揭示細胞內RNA結構動態變化和調控
    RNA結構是轉錄后調控的基礎,對于RNA的合成(即轉錄)、加工(包括剪切、修飾等)、轉運、翻譯和降解等過程都起著重要調控作用。研究通過整合亞細胞分離技術與高通量RNA探測技術icSHAPE,解析了來自于人類和老鼠的兩個不同細胞系染色體上,細胞核內與細胞質內三個組分的RNA結構。研究比較了不同亞細胞定位的RNA結構,并建立了RNA結構動態變化的位點圖譜。通過關聯研究,系統性分析了不同類型RNA修飾對RNA結構的影響,以及RNA結構和不同RNA結合蛋白(RBP)結合之間的相互關系。進一步,基于RNA的結構變化,將RNA的N6-甲基腺苷修飾(即m6A)的閱讀器蛋白(reader)分成直接和間接閱讀器(即結構閱讀器)蛋白,以及閱讀器和拮抗閱讀蛋白。論文最后對新發現的m6A拮抗閱讀蛋白LIN28A進行了驗證。這項研究突出了RNA結構的動態變化特性,及其在基因調控中的功能意義。并深入解析了RNA結構動態變化的分子機制,特別是其與RNA修飾、RBP結合之間的相互關系。(Nature Structural & Molecular Biology)
    論文鏈接:
    www.nature.com/articles/s41594-019-0200-7

    來源:基因農業網

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