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    生物技術前沿一周縱覽(2019年9月12日)

    2019-09-12 13:09 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    科學家成功克隆小麥抗條銹病新基因
    近年來,我國小麥條銹病呈現逐年加重的趨勢,對國家糧食安全造成嚴重威脅??茖W家用了十年的時間,從小麥D基因組祖先節節麥中獲得了抗條銹病基因YrAS2388(國際編號Yr28),并對其影響小麥條銹病抗性的分子機制進行了深入研究,相關結果近日發表在《自然—通訊》雜志上。研究表明,YrAS2388基因通過調整不同轉錄本的富集水平和編碼蛋白的互作模式,來應對病原菌侵染,有效控制小麥的抗條銹病水平??箺l銹病基因YrAS2388只在節節麥和由節節麥創制的人工合成小麥中存在,而在普通小麥及其他麥族物種中未檢測到,因此該基因在今后的小麥育種中具有重要的利用價值。研究人員根據該基因序列開發了功能標記,利用這些標記可實現YrAS2388的分子輔助選擇,加速該基因向小麥品種中的轉移利用。該研究成果拓寬了小麥遺傳基礎,為改良小麥和大麥等作物的抗條銹病水平提供了新的基因資源,同時也為預防病害流行提供了新的“基因疫苗”,對于我國小麥糧食安全具有重要的意義。(Nature Communication

    科學家構建辣椒不同栽培種及變種的泛質體基因組
    辣椒是世界上最重要的農作物之一,同時是我國栽培面積第一的蔬菜,栽培辣椒的分類始終是一個令人困擾的問題。隨著高通量測序技術的出現,根據測序數據可以組裝質體基因組,并具有廣泛用途。近期,科學家構建辣椒不同栽培種及變種的泛質體基因組,有助于從分子水平上解決長期困擾研究人員的辣椒屬分類問題。該研究從大量辣椒重測序樣本中,成功組裝和分析了321個葉綠體基因組,進一步構建了辣椒5個栽培種及2個變種的葉綠體泛基因組。系統發育信號分析揭示了辣椒屬不同種間親緣關系的遠近。對7個葉綠體泛基因組的CDS、內含子和基因間隔區遺傳多樣性進行了詳盡分析,確定rpl23和trnI的基因間隔區包含44 bp串聯重復已經其他插入缺失和單核苷酸等豐富的變異。在此技術上開發了適合于瓊脂糖凝膠電泳分辨率的分子標記,能夠用于區分復合群A和B及其分支,鑒定不同種及變種的栽培辣椒。此外,該研究還發現包括GenBank中提供了線粒體基因組數據的相當一部分辣椒種質歸類標識錯誤的問題。(Horticulture Research

    組裝’霞多麗’葡萄基因組,揭示葡萄染色體結構變異
    染色體結構變異(structural variants,SVs)是染色體變異的一種,在自然條件或是人為因素的影響下,都可以引起結構變異。近期,加州大學研究團隊組裝了’霞多麗’(Chardonnay)葡萄的基因組,并揭示了葡萄的染色體結構變異及其在葡萄馴化中的作用。研究發現,每種葡萄都含有大約37000個基因,’霞多麗’葡萄中15%的基因只有一個來自父本或母本的拷貝,而不是兩個,’赤霞珠’葡萄也是如此。這個結果意味著不同葡萄品種中會存在數千種基因的差異。這些差異可能導致了由不同葡萄品種釀造的葡萄酒在口感上的許多差異。同時,不同的普通果皮顏色也是由這些遺傳差異引起的。該研究團隊發現,白葡萄是由紅葡萄經數次突變而來。每次突變都包括一個大的染色體改變,改變了關鍵顏色基因的拷貝數。顏色基因的拷貝減少導致白葡萄。該研究結果對葡萄育種和葡萄釀酒具有重要的參考價值,同時對理解其它果樹和蔬菜的營養變異的遺傳學基礎具有一定的意義。例如,不同類型的番茄具有很大的營養差異,而基因組結構變異可能是引起這些差異的一個重要因素。(Nature Plants

    解析噬菌體蛋白調控宿主轉錄的分子機制
    水稻是中國和其他許多國家的主要糧食作物。由水稻白葉枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. Oryzae)引起的白葉枯病是水稻生產中危害嚴重的細菌性病害。利用噬菌體抑制該病原菌,是一種安全經濟的生物防治方法。近期,科學家研究解析了水稻白葉枯病菌RNA聚合酶與P7的高分辨率轉錄復合物電鏡結構。該結構發現,P7結合在細菌RNA聚合酶的RNA通道出口,阻止了RNA發夾結構的形成。RNA發卡結構的形成是轉錄終止的先決條件,因此P7通過該獨特的方式賦予了細菌RNA聚合酶通讀轉錄終止信號的能力。另外,P7蛋白還能夠關閉宿主細菌的基因轉錄,P7限制RNAP結構域之間的運動,特異性抑制轉錄起始階段啟動子雙鏈DNA的解鏈過程。該研究揭示了噬菌體蛋白P7通讀轉錄終止信號,開啟噬菌體后期基因轉錄的分子機制,也解釋了噬菌體蛋白P7抑制宿主細菌轉錄的分子機制。該研究闡明了噬菌體基因表達調控的結構基礎和分子機制,為人工噬菌體的構建提供了理論基礎。(Nature Communications

    發現多磷酸肌醇InsP8是植物磷信號分子
    磷是植物生長發育所必需的三大營養元素之一,土壤嚴重缺磷是限制農業發展的重要因素。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。近期研究發現多磷酸肌醇InsP8是植物胞內磷濃度的信號分子。該研究首先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InsP8。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

    揭示乙烯和茉莉酸信號途徑相互應答介導水稻響應刺吸式昆蟲的機制  
    乙烯(Ethylene,ET)和茉莉酸(Jasmonic acid, JA)信號傳導途徑在介導植物響應生物脅迫的過程中發揮著重要作用,兩種信號途徑在介導植物抗病過程中的相互應答也多有揭示。褐飛虱是以刺吸式的方式專一性取食水稻的害蟲,對水稻生產危害嚴重。最新的研究揭示了水稻在響應刺吸式昆蟲的過程中所激發的乙烯和茉莉酸信號途徑的應答機制。遺傳分析表明,ET信號途徑的信號分子,OsEBF1 和OsEIL1分別正調控和負調控水稻抗褐飛虱。分子和生化分析表明,二者之間存在直接的相互作用,OsEBF1能夠通過泛素化途徑介導OsEIL1的降解,說明ET信號途徑負調控水稻抗褐飛虱。RNA-seq的數據表明,oseil1突變體中 JA信號途徑的基因OsLOX9,被顯著下調。生化分析證明了OsEIL1蛋白對OsLOX9基因的直接轉錄調控。研究揭示了JA和ET信號途徑協同負調控水稻對刺吸式昆蟲的抗性,OsEIL1蛋白對OsLOX9基因的直接轉錄調控介導了二者的協同性。OsEIL1-OsLOX9是介導ET和JA信號途徑相互應答的新的信號交叉位點。(New Phytologist

    ABA信號轉導的變阻式調控機制

    激素在植物的環境適應中起著關鍵作用,通過誘導植物的生理生化反應以應對非生物脅迫。其中,脫落酸(ABA)可以調節多種生理過程(包括種子成熟、胚胎形態發生、氣孔運動、應激蛋白合成等)從而提高植物的耐旱性。近期,科學報道了E3連接酶HOS15介導OST1的降解,從而實現ABA信號的變阻式調控機制。該研究發現,E3泛素連接酶HOS15促進OST1(SnRK2.6)蛋白的降解,在干旱引起的ABA信號脫敏中發揮關鍵作用,PP2C磷酸酶ABI1/2能夠穩定維持HOS15和OST1之間的相互作用。有意思的是,在ABA處理6小時后,OST1的積累停止增加,即使ABA信號依然存在,其積累也開始減少,最終引起ABA信號的脫敏。這種變阻式調控機制一方面可以防止ABA信號的在脅迫條件下過度激活,減少對植物生長發育和生理活動的影響,另一方面,在恢復正常的生長條件時可以確保ABA信號及時終止??傊?,該研究表明了HOS15誘導的OST1降解在干旱脅迫響應和ABA信號傳導中的關鍵作用,該研究還為通過促進SnRK2激酶的降解來終止ABA信號傳導以及OST1/SnRK2.6和ABI1/2之間的動態相互作用提供了新的見解。(Molecular Plant

    來源:基因農業網

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