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    生物技術前沿一周縱覽(2019年8月16日)

    2019-08-16 14:05 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示組蛋白去乙?;冈谥参餆犴憫械墓δ?/span>

    全球變暖是人類正在面臨的一個十分嚴峻的環境問題。環境溫度升高影響植物生長、結構、生物量以及產量形成,也會影響植物的多樣性。植物體進化出復雜的調節機制,通過熱形態建成(thermomorphogenesis)來適應升高的環境溫度。近日,研究揭示了組蛋白去乙?;福℉DAC)在植物熱響應過程中的功能。該研究發現,三種HDAC(HDA9,HDA15和HDA19)參與擬南芥的熱形態響應。hda15 -1突變體幼苗表現出增強的熱響應,而hda9和hda19突變體對溫度升高的響應不敏感。進一步分析表明,HDA15,HDA9和HDA19在基因表達和植物對環境溫度的反應中具有不同的功能。HDA15是植物熱響應過程的直接阻遏因子,而HDA9和HDA19間接的促進熱響應。該研究還發現,HDA15與轉錄因子HFR1(long Hypocotyl in Far Red1)相互作用以協同抑制溫度響應。此外,該研究表明HDA19通過調節應激反應基因的表達來調控植物溫度響應,HDA19可能參與整合低光和溫度信號以調節下胚軸伸長??傊?,該研究表明不同組蛋白去乙酰酶在全基因組基因表達和植物對環境溫度升高的響應中具有不同的功能,其中HDA15抑制植物的熱響應。(Plant Journal


    揭示植物開花調控新機制

    春化作用是植物暴露在冬季寒冷氣溫下促進開花的過程。在溫帶氣候下,很多冬性植物或兩年生植物將冬季寒冷作為一個主要的環境因子來決定植物在一年中合適的季節開花。近日,科學家研究了FRIGIDA蛋白的時空表達效應對擬南芥開花的調控機制。組織特異性表達FRI研究發現,在植物韌皮部、頂端分生組織和葉片組織特異性表達FRI基因能有效通過激活FLC來延遲開花。進一步研究發現,根部特異性表達FRI能夠激活根部FLC的同源基因MAF4和MAF5的表達來延遲開花,并且這種延遲作用同樣依賴于FLC基因。遺傳學和嫁接實驗表明,根部特異性表達FRI對開花的延遲作用可能是通過可移動的信號分子抑制葉片頂端的FT信號來實現的。發育時間特異性表達FRI的研究發現,種子胚胎期特異表達FRI能有效抑制植物開花,甚至胚胎早期表達FRI仍能通過調控FLC的染色質修飾來延遲下一代植株的開花時間??傊?,該研究通過對FRIGIDA基因的特異性時空表達研究了其對植物開花的影響,同時揭示植物根部也能夠參與對植物開花的調控。(Journal of Experimental Botany


    科學家繪制水稻高分辨三維基因組圖譜

    近年來,利用傳統的Hi-C技術,水稻的三維基因組研究取得了多項重要發現,鑒定了一些較大的結構單元,如區室結構(compartment)、拓撲結構域(TAD)等。近期科學家利用改進的Long-read ChIA-PET技術,繪制了水稻活躍基因以及異染色質參與的高分辨率三維基因組圖譜,揭示了水稻三維基因組結構對基因的轉錄調控,以及遺傳變異對三維基因組結構及基因表達的影響。此外,通過水稻不同品系間基因組變異數據的分析,研究人員揭示了功能性遺傳變異對水稻染色質拓撲結構及基因轉錄調控的影響。同時通過整合已發表的eQTL數據,認為染色質空間鄰近為eQTLs-etraits遺傳關系提供了三維基礎。該研究成果提出的水稻高分辨率三維基因組結構和基因間的互作調控信息,有助于科研人員深入理解水稻空間結構與各種表觀修飾及基因表達的關系,為水稻遺傳改良和其他經濟作物的研究提供重要的指導意義和科學價值。(Nature Communications 


    創建全新的基因轉錄調控篩選方法

    真核生物的基因表達通常受到轉錄因子(transcription factor, TF)與基因啟動子上DNA順式作用元件(DNA cis-targets)相互作用的調控。酵母單雜交(Yeast one-hybrid, Y1H)是目前應用最為廣泛的用于發現TF-DNA間互作的方法。目前有兩種廣為使用的Y1H方法:一種是單倍體轉化,一種是二倍體雜交兩種方法各有利弊。近日,科學家提出了全新的基因轉錄調控篩選方法,研究整合了這兩種傳統的Y1H方法,創建了全新的減數分裂介導的酵母單雜交系統。該研究利用新創制的“Y1HGold-MM strain”酵母菌株通過二倍體雜交的方式產生包含TF-DNA的二倍體酵母細胞,再通過減數分裂的方法,篩選出包含TF-DNA的單倍體細胞。此方法使新的系統同時擁有了單倍體轉化篩選效率高和雙倍體雜交實驗周期短的特點??茖W家利用已經建立的原生質體和免疫共沉淀技術對三種Y1H方法的體內發生率進行驗證,證明了減數分裂介導的Y1H系統具有最高體內發生率。研究突破了長久以來Y1H系統存在的篩選效率和實驗周期不能兼顧的難題,創建了全新的酵母單雜交系統,為大型遺傳調控網絡的建立奠定了重要的實驗基礎。(Genome Research


    植物細胞擴展與細胞壁加厚協同調控分子機制

    植物為膨壓驅動的可塑性固著生長模式。細胞擴展需要松馳細胞壁,而細胞擴展過程中細胞壁需要加固以維持細胞一定的形態、大小與功能。因此,植物需對細胞擴展和細胞壁加固進行精準協調。 科學家通過應用多學科手段揭示了水稻細胞生長協同調控因子Homeobox蛋白KNAT7調控細胞擴展和細胞壁加固的分子機制。深入研究發現,KNAT7能與細胞壁合成的頂層轉錄因子NAC31直接相互作用,抑制其下游基因CESAs等的表達,調控細胞壁加厚;另一方面,KNAT7與水稻生長調控因子GRF4互作,抑制其下游基因Expansin等的表達,調控細胞擴展。在發育的莖稈節間和幼穗中開展基因表達和細胞學分析發現,KNAT7與NAC31和GRF4的表達時空與細胞生長的轉換節點相吻合,驗證了KNAT7及其互作因子的體內作用模式。而進一步的研究表明,KNAT7對細胞擴展和細胞壁加厚的協調作用可發生在不同組織的同一種細胞、纖維細胞中。該項研究解析了KNAT7協調纖維細胞擴展和細胞壁加厚的機制,為協同改良水稻植株機械支撐力和產量提供了依據和基因資源。 (Plant Physiology


    發現植物磷信號分子多磷酸肌醇InsP8

    磷是植物生長發育所必需的三大營養元素之一,它不僅是植物體的基本組成成分,還參與了許多重要的生理生化過程。低磷脅迫下,磷信號途徑的核心調控因子PHR1(PHOSPATE STARVATION RESPONSE 1)結合到低磷響應基因的啟動子上,激活一系列基因的表達,促進磷的吸收、分配和再利用。近日,科學家通過聚丙烯酰胺凝膠電泳直接分析植物體內的多磷酸肌醇含量,發現低磷條件下生長的擬南芥InsP8的含量降低。進一步分析相關突變體發現,InsP8的含量隨胞內磷含量的變化而變化。在磷充足條件下,VIH1(diphosphoinositol pentakisphosphate kinase)和VIH2功能冗余地合成Ins8。InsP8直接結合磷受體SPX1,促進SPX1和PHR1的相互作用,從而抑制PHR1對低磷響應基因的激活。在磷缺乏時,InsP8含量降低,SPX1不能和PHR1結合,PHR1結合到P1BS位點,激活低磷響應基因的表達,啟動低磷脅迫應答。與此一致的是,vih1 vih2雙突突變體缺少InsP8,不能感知胞內的磷營養狀態,PHR1持續激活低磷響應基因的表達,導致植物積累過多的磷。這些研究結果表明,InsP8是胞內磷信號分子,結合磷感受器SPX1,調控植物的磷穩態平衡。(Molecular Plant


    研究發現蕓薹屬植物基因組三維結構與進化機制有關

    近日,中國農業科學院油料作物研究所種質資源團隊在蕓薹屬基因組進化方向取得重要研究進展,成功繪制白菜與甘藍的三維基因組圖譜,發現基因組三維結構與其同源基因保留機制存在密切聯系,為蕓薹屬物種的功能基因組研究與分子育種提供了重要理論指導。白菜和甘藍等蕓薹屬植物是研究基因組進化的理想模型。白菜和甘藍由共同的六倍體祖先分化而來,兩者基因組序列非常保守,其保留下來的同源基因具有偏好性。探明同源基因的偏好性機制對于研究蕓薹屬物種基因組進化具有重要意義。該團隊通過鑒定、比較白菜和甘藍不同層次的染色質三維結構,發現兩者的染色質結構非常保守,并與基因表達和表觀修飾存在密切聯系。在白菜和甘藍中擁有基因數量更多的亞基因組的染色質交互更強,更易保留下來的同源基因對之間的染色質交互頻率更高,表明進化中保留下來的同源基因具有空間鄰近的特征。該項成果為蕓薹屬基因組進化研究提供了新思路,并為蕓薹屬物種的功能基因組研究與分子育種提供了重要理論指導。(Nature Plants

    來源:基因農業網

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