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    生物技術前沿一周縱覽(2019年4月22日)

    2019-04-22 13:04 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2019年4月22日)

     生物技術前沿一周縱覽(2019422日)

     

    遺傳補償效應維持植物干細胞穩健性

     

    生命系統 (Living system) 所具有的穩健性 (Robustness) 使其具有強大的生命力以應對內在的遺傳突變和外在的環境脅迫。遺傳補償(genetic compensation)效應是實現生命系統穩健性的重要途徑。研究人員系統探索了信號分子CLV3系列同源基因,及受體CLV1系列基因在番茄、擬南芥和玉米的遺傳補償效應。在番茄中,SlCLV3的沉默突變可以上調同源基因SlCLE9的表達,增幅可達40倍,顯示是一種主動補償效應。通過組合突變,研究人員測試了11個功能CLE基因是否能進行補償。在clv3 突變背景下,9CLE基因的聯合突變能顯著提升表型。但是這個10基因聯合突變體的表型仍然比受體四突變體弱,提示可能有更多的CLE基因參與到這一被動補償效應中。研究人員分析的單子葉植物玉米兩個類CLV3基因,這一基因重復事件獨立于雙子葉植物SlCLV3SlCLE9的產生。實驗分析揭示ZmCLE7ZmFCP1基因未見主動補償效應。研究發現了單子葉植物和真雙子葉植物中CLE補償的獨立進化,這是由獨立的基因復制事件驅動的。同時,研究表明干細胞穩態的遺傳補償效應可能反映了分生組織生物學的物種保守特征。剖析其他植物中CLV補償的基因復雜性的路線圖,以及涉及不同發育計劃中其他基因家族的補償機制,這對于智能操縱植物發育以提高作物生產力非常重要。Nature Genetics 

     

     

    GhDsPTP3-GhANN8介導的Ca2+信號模塊對棉花品種的耐鹽遺傳改良的影響

     

    鹽脅迫是影響棉花產量和品質的主要逆境之一。研究利用生物化學、分子生物學和遺傳學手段揭示了GhDsPTP3為棉花應答鹽脅迫的一個重要的負調控蛋白磷酸酶,與膜聯蛋白GhANN8互作反向調控胞質內的Ca2+勢。鹽脅迫誘導GhANN8的磷酸化,而GhDsPTP3能夠與GhANN8互作并去除其磷酸化基團。鹽脅迫下, GhDsPTP3GhANN8反向調控GhSOS1基因表達促進Na+外排,GhDsPTP3-GhANN8介導的Ca2+勢是調控Na+外排所必須的。在該研究中,研究人員發現過表達GhDsPTP3植株對鹽脅迫的耐受性減弱,而過表達GhANN8植株對鹽脅迫的耐受性增強,這與GhDsPTP3GhANN8功能缺失結果一致。New Phytologist

     

     

    水稻株型馴化機制方面取得進展

     

    亞洲栽培稻(Oryza sativa L.)由其野生祖先種普通野生稻(O. rufipogon Griff.)馴化而來。研究人員克隆了一個編碼TCP轉錄因子的基因TIG1,其控制水稻分蘗傾斜生長。野生稻中,TIG1基因特異地在分蘗基部的遠地側高表達,TIG1通過激活EXPA3,EXPB5  SAUR39 等下游基因的表達促進該部位的細胞伸長,從而維持較大的分蘗角度。在水稻馴化過程中,秈稻TIG1基因的啟動子區發生自然變異,使該基因在分蘗基部遠地側的表達水平顯著降低,從而導致分蘗角度減小,水稻株型由傾斜生長轉變為直立生長。秈稻TIG1周圍區域的核苷酸多態性降低,TIG1基因在秈稻受到了人工選擇。Molecular Plant

     

     

    CST1在光合同化物反饋調節氣孔運動中發揮關鍵作用

     

    光合作用對植物生長及人類生存(食物、能源等)至關重要。研究人員在玉米EMS誘變群體中鑒定了一個cst1closed stomata1)突變體, cst1突變會引起氣孔關閉、葉綠素降解以及籽粒灌漿不足。轉錄組和代謝組結果發現,cst1中衰老相關基因(SAGs,senescence-associated genes)顯著上調而參與光合作用的基因強烈下調。該研究進一步通過圖位克隆、CRISPR / Cas9技術等發現,cst1引起SWEETSugars Will Eventually be Exported Transporters)家族Clade I 亞家族的CST1蛋白中E81K的突變。CST1編碼在輔助細胞中表達的功能性葡萄糖轉運蛋白,并且E81K突變強烈損害CST1的寡聚化和葡萄糖轉運蛋白活性。此外,cst1中大多數糖和淀粉含量顯著降低,并且參與蔗糖和淀粉合成的基因顯著下調,而負責蔗糖和淀粉降解的基因顯著上調,這表明CST1基因是碳水化合物積累的正調節因子,cst1突變會引起葉片碳饑餓。該研究還表明,CST1的功能可能是單子葉植物特異性基因復制事件后進化的(擬南芥AtSWEET1同源基因的功能喪失不會造成表型差異,玉米和水稻中均有兩個AtSWEET1的直系同源基因)。The Plant Cell 

     

     

     SOS1在水稻耐鹽中的關鍵作用

     

    水稻是世界上最重要的糧食作物之一。水稻對鹽脅迫非常敏感,7.2 dS/m4.3g/L)的鹽度會造成水稻50%的產量損失。研究通過反向遺傳學方法分析了SOS1促進的Na+通量在水稻耐鹽性中的重要性。sos1功能缺失突變體表現出異常的鹽敏感性,并且與Na+攝入過量和Na+加載到木質部過程受損有關,這表明SOS1控制根Na+攝取和長距離Na+轉運至地上部。通過轉錄組分析,該研究發現,與野生型相比(在低NaCl濃度下),盡管sos1突變體所承受的壓力強度更大(sos1植株對鹽度的高敏感性),但是其根系應激相關基因的顯著下調。這表明sos1突變體對鹽脅迫的感知受損或者不能對外界鹽脅迫進行綜合反應??傊?,該研究表明質膜Na+/H+交換蛋白SOS1通過控制Na+穩態(包括Na+吸收和分配)在水稻的耐鹽性中起主要作用。Plant Physiology

     

     

    研究揭示葉綠體RNA編輯的調控新機制

     

    高等植物細胞中,細胞核和葉綠體都具有自己的遺傳物質。研究通過比較NF處理條件下的gun1突變體和野生型的植株,發現GUN1突變影響多個質體RNA的編輯水平。為了深入研究GUN1RNA編輯中的作用,該團隊檢測了GUN1和其它RNA編輯因子的互作關系,通過雙分子熒光互補 (BiFC),螢火蟲熒光素酶互補(LCL)實驗以及蛋白互作的免疫共沉淀技術,首次揭示了GUN1MORF2蛋白共同調控質體RNA多位點的編輯效率。在NF處理條件下,MORF2過表達影響多位點RNA編輯水平并且具有和gun1突變體一樣的表型,進一步說明MORF2參與調控逆向信號轉導途徑。但是在正常條件下,GUN1過表達植株和野生型并沒有表型差異,而MORF2過表達植株的葉子比野生型植株小,并且顏色葉子也呈現不同。這表明MORF2在葉綠體發育中具有比GUN1更廣泛的功能。PNAS 

     

     

    研究人員繪制小麥重組全景圖,并克隆首個控制小麥基因轉換的基因

     

    減數分裂是真核生物有性生殖的必經過程;期間染色體復制一次,細胞分裂兩次,產生染色體數目減半的配子。六倍體小麥基因組大小為16 G,包含A, B, D 三套亞基因組。研究人員13個小麥重組自交系群體為材料,每個群體平均挑選4335SNPs作為分子標記對全基因組水平的重組進行分析。每個群體的交換數目基本符合正太分布,位于40.8 51.9之間。交換發生的位置偏向于染色體末端富含基因的區域。研究系統分析了小麥減數分裂遺傳重組在全基因組水平的分布規律,為小麥的遺傳改良提供了理論基礎。本研究克隆的RecQ-7基因可作為操作小麥交換和基因轉換頻率的重要靶標,同時可以作為重組增強子轉化雙子葉作物,提高重組頻率,具有一定的應用價值。Genome Biology

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