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    生物技術前沿一周縱覽(2019年10月25日)

    2019-10-27 19:30 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    岡山大學沈建仁教團隊揭示光合作用氧氣生成新機制
    光合作用是最重要的化學反應,為地球上的生命提供了氧氣和食物,光反應分解水釋放氧氣。近年來,隨著技術的發展,我們對底物水結合模式以及O2 形成的機制已有了更深入的理解,但光合釋氧機制尚未完全清楚。近期的研究利用X射線自由電子激光技術(x-ray free-electron laser, XFEL)研究了S1、S2和S3狀態下的PSII結構,詳細解析了O=O鍵形成之前的OEC的結構。該研究在S2狀態下未發現水的插入,但在向S3過渡時,D1 189位谷氨酸(Glu189)翻轉打開了水通道,并提供了加入額外氧配體的空間,從而形成了具有oxyl/oxo橋連的Mn4CaO6團簇。放氧復合體通過一系列被光氧化的S態,裂解水產生氧氣。在O=O鍵形成之前的最后一步,新的氧O6與Mn1處的空位結合。隨后,O5和O6形成O=O鍵,釋放分子氧,減少團簇,并重新開始催化循環??偟膩碚f,PSII在不同S狀態下的結構變化揭示了底物水、質子釋放和氧氣形成在光合水氧化中的協同作用。該研究加深了我們對光合放氧機制的了解;研究結果也為利用水和太陽能生產“綠色”燃料提供了理論基礎。(Science

    創建最大玉米轉座子插入資源庫,為玉米功能基因研究提供重要資源

    中國農業大學農學院宋任濤課題組和江蘇省農科院趙涵課題組合作在Plant Physiology在線發表了題為A sequence-indexed Mutator insertional library for maize functional genomics study的研究論文。該研究報道了我國獨立構建的玉米Mutator轉座子突變體資源數據庫(ChinaMu)。該數據庫是目前世界上最大的玉米插入資源庫,將成為全球玉米功能基因研究的重要資源。該研究利用玉米Mutator轉座子活性系創制了大型轉座突變體庫,并結合了分子生物學、基因組學和生物信息學手段,對2,581個轉座家系進行了所有轉座子插入位點的分離和分析,鑒定到約97,000個可遺傳的Mu插入位點。插入位點數是之前國際上最主要的Mutator插入資源庫(UniformMu)的兩倍。對其中66,565個高質量插入位點的分析表明,ChinaMu資源庫已經覆蓋了玉米20,244(45.7%)的基因,其中13,425(66.3%)個基因有兩個及以上的插入。ChinaMu和已有的UniformMu聯合使用,可以覆蓋約52.2%的玉米基因。本研究中所得的插入位點數據,可通過網站進行查詢:
    http://chinamu.jaas.ac.cn/Default.aspx
    相應的插入突變材料的分發工作正在積極籌備中,計劃年底材料將陸續對外分發。(Plant Physiology

    生物鐘對胞間連絲轉運速度的調控
    胞間連絲(Plasmodesmata, PD)是連接鄰近植物細胞胞質的圓柱形通道,可以轉運小分子、80 kDa以內的蛋白質、sRNA和病毒等,并且細胞間的PD轉運速率會響應植物發育過程和環境脅迫,因此對植物的發育至關重要。今日,科學研究在煙草中揭示了生物鐘對PD轉運速率的調控規律。該研究發現,PD的轉運在晝夜周期間發生顯著變化,白天的PD轉運量顯著高于晚上。此外,白天的PD傳輸受到光照的影響,但是夜間的PD轉運不會受到光照的影響。當生物鐘調控的關鍵基因LHY/CCA1沉默后,光照可以顯著促進PD的轉運,這證明了植物生物鐘對PD轉運的調控。該研究還表明PD轉運的晝夜變化與胼胝質積累無關,但日間PD轉運速率隨葉齡而降低而與光周期無關??傊?,該研究表明PD轉運會受到晝夜節律調控并且日間PD轉運會受到光的影響,這一發現對植物發育、生理學和發病機理均具有重要意義。(Plant Physiology

    植物中第一個外源代理報告基因系統,大幅提高基因編輯效率
    堿基編輯技術 (Base editing) 是基于CRISPR/Cas系統發展起來的新型靶基因修飾技術,依據堿基修飾酶的不同可分為胞嘧啶堿基編輯器 (cytosine base editor, CBE) 和腺嘌呤堿基編輯器 (adenine base editor, ABE)。這兩類堿基編輯系統可分別實現C/T或A/G的堿基精準替換。近日,科學家成功建立了一種基于靶向差異sgRNAs的代理報告系統(Discriminated sgRNAs based SurroGate system, DisSUGs),實現了對CBEs或ABEs編輯后細胞的高效富集。在這項研究中,經DisSUGs代理篩選后,平均75%的再生植株都實現了堿基編輯,比常規編輯方法提高了3-5倍,而且堿基純合替換材料的篩出效率也得以明顯提升;其中ABE的效率更高,平均可以達到81%左右。與常規堿基編輯方法相比,DisSUGs輕微增加了靶點依賴性的脫靶效應,但不影響靶點非依賴性序列的脫靶突變,這為通過降低胞嘧啶脫氨酶的表達水平來降低CBE脫靶提供了可能。另外,DisSUGs是植物中建立的第一個外源代理報告基因系統,也是差異sgRNA和人工優化代理靶序列首次被應用于代理篩選技術的增效優化,未來可以進一步應用于多種新的代理系統或基因組編輯技術,由于該系統使用的篩選標記已被廣泛應用,因此可以很容易地復制推廣到其他植物甚至動物細胞研究中去,并為玉米、小麥等重要農作物的精準育種提供幫助。(Molecular Plant

    四川大學劉建全課題組發表高質量獼猴桃基因組

    野生獼猴桃(Actinidia)是多年生木質藤本植物,原產于中國,后經新西蘭和中國科學家的近期馴化,成為世界著名水果。近日,科學家研究綜合利用PacBio和Hi-C技術對獼猴桃參考基因組進行了從頭組裝及基因注釋,進一步提升了獼猴桃基因組注釋的完整度和準確度,獲得了高質量的獼猴桃基因組注釋新版本。與前兩個版本比較,新版基因組的序列連續性分別提升了365倍和448倍,并且gaps數量和長度大大減少。此外,研究人員在新版參考基因組中預測到了40,464個編碼蛋白基因,高于前兩個版本;前兩個版本中存在的序列丟失及組裝錯誤可能是基因數量較少的主要原因。該基因組為獼猴桃新品種的培育提供了重要的遺傳信息。全基因組加倍是雙子葉植物進化的重要動力。獼猴桃的進化歷史上經歷了兩次特有的全基因組加倍事件。其中距今較遠的一次加倍發生在著名的K-T界線附近,這段期間發生了大規模的物種滅絕。這次加倍是否與其它科共享還存在爭議。研究人員利用獼猴桃新版基因組,與杜鵑、茶樹的同源基因進行系統發育樹構建,成功驗證了這次加倍事件為獼猴桃科、杜鵑花科和茶科共享、分化之前發生的。(Horticulture Research

    科學家揭示紫色番茄形成的分子機制
    花青素是目前發現的最有效的天然抗氧化性劑,具有抗衰老、增進視力、預防癌癥、預防心血管疾病等功效。近日,科學家研究揭示了Aft-SlMYBATV調控紫色番茄形成的分子機制。該研究以紫果番茄品種‘Indigo Rose’為試驗材料,通過分子遺傳學手段將Aft精細定位于番茄10號染色體約145kb的范圍內,該區間僅含有SlAN2-like轉錄因子。該研究進一步通過CRISPR/Cas9基因編輯的方法證實Aft編碼R2R3-MYB轉錄因子SlAN2-like,正調控番茄果實中花青素的積累。該研究也利用CRISPR/Cas9基因編輯的方法,通過突變SlMYBATV基因提高番茄果實花青素的含量,進一步證實了SlMYBATV負調控花青素的積累。酵母單雜試驗、酵母雙雜交試驗和雙熒光素酶報告系統試驗表明,Aft可直接結合SlMYBATV基因的啟動子激活SlMYBATV基因的表達,SlMYBATV蛋白則與Aft競爭性結合SlJAF13蛋白,進而抑制Aft基因的功能和番茄果實中花青素的積累。而當ATV基因突變后, atv蛋白抑制功能喪失,Aft則與SlJAF13結合激活SlAN1和SlAN11等基因的表達,促進番茄果實中花青素的積累。(New Phytologist

    中國農科院植保所揭示細胞核自噬介導的病毒蛋白降解機制
    細胞自噬是細胞質中進化保守的降解途徑,已成為對抗入侵病原物的重要防御機制。然而,植物中是否存在細胞核自噬以及其作用機理并不清楚。近日,科學家研究發現了植物中的一種新型細胞核自噬能夠降解病毒蛋白進而抑制病毒的復制和侵染的機制。該研究表明,云南番茄曲葉病毒(Tomato leaf curl Yunnan virus, TLCYnV)的核蛋白C1(病毒復制必須蛋白)能夠誘導細胞自噬,并直接與核心自噬相關蛋白ATG8h相互作用。ATG8h與C1的相互作用導致了C1蛋白從細胞核向細胞質轉移和C1蛋白積累的減少,而轉移過程依賴于exportin1 (XPO1) 介導的核輸出途徑。C1的降解能夠被自噬抑制劑阻斷,當自噬相關基因 (ATGs) ATG8h、ATG5或ATG7被敲低時,C1的降解受到阻礙。同樣,這些ATGs的沉默也會促進TLCYnV在煙草和番茄植物上的感染。進一步研究發現C1中存在一個潛在的ATG8相互作用基序 (AIM)。將C1中的AIM突變后 (C1mAIM),C1mAIM不能與ATG8h在細胞質中互作,反而與核仁中的纖維蛋白Fibrillarin1相互作用,且C1mAIM不會被細胞自噬途徑降解;而攜帶AIM突變的TLCYnV在茄科植物中致病性增強。該研究闡明了一種新型的細胞核自噬介導的病毒蛋白降解進而限制了植物病毒感染的機制,研究結果為植物病毒病害的防控提供了新思路和新靶標。(New Phytologist


     

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