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    生物技術前沿一周縱覽(2019年12月08日)

    2019-12-08 22:14 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    1、科學家建立高效玉米原生質體轉染體系
    玉米是禾本科玉蜀黍屬一年生草本植物,是世界上三大谷類作物之一,是重要的糧食作物。近日,中國科學院昆明植物研究所功能基因組學與利用團隊吳建強課題組利用玉米黃化苗快速分離純化玉米原生質體,通過PEG-Ca2+介導的質粒轉染技術實現了高效玉米原生質體轉染。同時通過優化的HPLC-MS/MS分析方法,可快速測定玉米原生質體中各種類型的丁布類次生代謝物含量,本研究首次分析得到丁布類次生代謝物在玉米原生質體中含量隨時間的變化規律。此外,該研究基于昆蟲取食處理及不同玉米品系對比等實驗積累的RNA-seq大數據中挖掘了可能的玉米丁布候選調控基因,利用優化獲得的玉米原生質體瞬時表達系統沉默和過表達了部分候選基因,篩選獲得了2個可能的丁布合成調節因子,分別是轉錄因子ZmbHLH20和ZmbHLH76,為后續玉米穩定遺傳轉化和抗蟲機理研究奠定了基礎。該研究也為其它植物,特別是難以轉化的非模式植物(包括野生植物)的次生代謝產物合成和調控基因功能分析提供了借鑒。 (Plant Methods

    2、科學家揭示bZIP轉錄因子多途徑調控光誘導的花青苷合成新機制
    研究光誘導的梨著色機制對改善梨果實外觀品質具有重要的科學和實踐意義。近日,科學家通過代謝組和轉錄組關聯分析篩選出一個對光照極為敏感,且與花青苷代謝密切相關的bZIP家族新轉錄本,并解析了該轉錄因子受光誘導多途徑調控花青苷合成的分子機理,這是梨上首次利用代謝組與基因表達差異關聯分析挖掘到的品質性狀調控基因。該研究以‘滿天紅’套袋果和去袋果果皮為研究材料,進行代謝組和轉錄組關聯分析,發現一個新轉錄本PybZIPa,該基因的表達強烈響應去袋后光照,且與矢車菊素顯著正相關。過表達PybZIPa能夠促進煙草、草莓和梨中花青苷的積累。研究發現,與擬南芥、蘋果和水稻中bZIP家族成員對花青苷的調控機制不同的是,梨的PybZIPa不僅能夠不同程度的激活與花青苷合成相關的轉錄因子PyMYB114,PyMYB10和PyBBX22啟動子活性,且能夠激活自身啟動子的轉錄活性PybZIPa,還能夠單獨調控花青苷結構基因PyUFGT直接促進花青苷的合成。(Horticulture Research

    3、科學家揭示擬南芥生物鐘調控新機制
    生物鐘是地球上幾乎所有生物為適應地球自轉而產生的近24小時的內源性分子計時機制,它可以感受外界光和溫度等變化進而調節生物代謝,生長以及行為的節律性。近日,科學家研究報道了真核生物保守的蛋白激酶TOR介導關鍵代謝物葡萄糖和維生素B3(煙酰胺)來調控模式植物擬南芥生物鐘的分子機制??茖W家通過轉錄組數據比對,發現葡萄糖,維生素B3和TOR可能共同參與對擬南芥生物鐘的調控。進一步研究表明葡萄糖調控生物鐘可能通過TOR信號途徑,同時首次發現TOR信號途徑可以調控植物生物鐘。研究者通過線粒體電子傳遞鏈抑制劑AMA進一步表明葡萄糖可能是通過能量(ATP)的產生來調控TOR活性進而調控生物鐘周期。研究還發現維生素B3處理可以極大抑制葡萄糖對于細胞能量水平的提升,TOR的激活,生物鐘周期的縮短,植物根生長的促進以及根尖分生區的激活。綜上所述,該研究揭示了TOR在擬南芥中可以感知葡萄糖和維生素B3造成的能量變化來協調生物鐘周期和植物生長發育。該工作為動植物中代謝物調控生物鐘和生長發育拓展了新的思路和方向。(PNAS)

    4、科學家揭示柑橘原花青素調控機制
    柑橘是世界第一大水果,其豐富的種質資源為果實品質形成調控機制研究及品質改良奠定了材料基礎。近日,科學家研究發現柑橘CsPH4-Noemi復合體以反饋調節環的方式調節原花青素的生物合成,為后續柑橘果實品質改良提供了良好的理論基礎。該研究通過對原花青素差異積累的“暗柳” “紅暗柳”和“埃及糖橙”甜橙的種子及幼果進行轉錄組測序,發現轉錄因子CsPH4和Noemi與柑橘原花青素的積累高度相關。研究表明,在柑橘愈傷組織和擬南芥中超表達CsPH4和Noemi,兩個轉錄因子均能誘導原花青素途徑基因上調表達,從而促進原花青素的積累。同時,在超表達CsPH4的柑橘愈傷組織中還觀察到Noemi被顯著誘導表達。隨后的生化實驗進一步證實,CsPH4和Noemi能夠相互作用形成復合體,直接結合到原花青素途徑基因啟動子的MRE元件從而激活其表達,同時該復合體也可與Noemi啟動子直接結合,誘導Noemi上調表達,進一步促進原花青素的積累。該項研究成果豐富了人們對植物原花青素積累及轉錄調控機理的認識,完善了柑橘原花青素積累的調控機理,為柑橘果實品質改良奠定了理論基礎。(Journal of Experimental Botany

    5、科學家揭示根毛極性生長的調控新機制

    根毛的極性生長與頂端胞質內游離鈣的周期性振蕩密切相關,然而,鈣通道CNGC14的精細調控機制尚不清楚。近期,科學家研究發現鈣結合蛋白CaM7通過調控CNGC14的鈣離子通道活性來調節根毛的極性生長。本研究首先證實鈣調素CaM7(屬于鈣結合蛋白家族成員)和CNGC14之間存在直接的相互作用,雙電極電壓鉗實驗進一步發現過量的CaM7可以完全抑制CNGC14介導的Ca2+內流活性。這表明CaM7與CNGC14共同形成了調控鈣離子內流的復合體;遺傳分析也發現了與這種重組作用模式一致的表型:CaM7高表達植株與cngc14突變體都表現出短根毛的表型。因此,該研究鑒定的CaM7-CNGC14互作蛋白復合體是維持根毛頂端鈣波動、調控頂端極性生長的重要組分。(Journal of Integrative Plant Biology

    6、科學家實現小麥單倍體植株的高效率誘導
    近年來,以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術已逐步成為植物遺傳改良的重要工具,在擬南芥、水稻、玉米等二倍體植物中的應用非常成功,但在小麥中的編輯效率還比較低。 近日,中國農業科學院作物科學研究所作物轉基因技術與應用創新團隊利用優化的CRISPR技術體系編輯小麥 TaMTL 基因,成功實現了小麥單倍體植株的高效率誘導。研究團隊通過比較試驗,創建了一套包括雙靶點、優選啟動子和CRISPR蛋白的小麥基因編輯策略。研究人員進一步對編輯后的植株進行表型、分子和細胞學鑒定,發現編輯植株繁茂性和結實率等性狀顯著降低,單倍體籽粒誘導率達18.9%,同時,首次在禾谷類作物 MTL 基因編輯植株中發現了胚缺失型、胚和胚乳雙缺失型籽粒表型 。該項研究成果為利用CRISPR編輯技術對小麥重要基因進行高效遺傳修飾和在小麥中實現目標基因的定點插入等研究奠定了基礎,為探究 TaMTL 基因沉默導致胚胎和胚乳的敗育機理提供了材料。獲得的突變體材料將作為誘導系誘導小麥雜交后代產生單倍體,加速優良基因型純合,對小麥單倍體育種具有較好應用價值。(Journal of Experimental Botany

    7、油菜素甾醇調控根向地性生長的新機制
    油菜素甾醇(BR)主要在植物的生長發育中發揮作用,包括莖葉生長、根部發育、維管組織的分化、種子萌發、頂端優勢的維持、植物光形態建成等。BR信號影響根部PIN2的分布和穩態,然而BR對轉錄后的調控機制以及與生長素之間的重要關系還不是很清楚。近日,科學家研究揭示了油菜素甾醇通過干擾PIN2內吞作用影響植物根部細胞伸長的新機制。該研究發現BR可能參與調控泛素化PIN2的信號轉導,進一步研究發現GA生物合成對BR調控泛素化PIN2沒有明顯影響,而BR信號途徑組分BRI1和GSK3參與了泛素化PIN2的轉運。通過遺傳學分析,發現BR拮抗泛素化PIN2的內吞作用,且與泛素化PIN2新生蛋白的合成沒有明顯關系。對野生型PIN2分析發現,BR也可以調節野生型 PIN2的內吞作用。進一步研究發現,BR信號可以通過調節生長素轉移影響根的生長。綜上所述,該研究發現了BR調控根系發育的新通路,即通過調節PIN2的內吞影響了生長素在根兩側的分布,調控根系的向重力性生長。為生長素和油菜素甾醇協同調控根系發育提供了證據。(Nature Communications
     

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