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    生物技術前沿一周縱覽(2020年01月17日)

    2020-01-17 17:29 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    研發新型番茄雄性不育系統,高效用于雜交種子生產
    番茄屬于常異花授粉作物,其雜種優勢明顯,雜種整齊度高、抗逆性強,因此番茄生產主要以雜交種為主。近日,科學家研究提出了一種利用生物技術在番茄骨干自交系背景中快速創制雄性不育系和保持系,并有效應用于雜交種子生產的策略。該研究首先在番茄基因組中鑒定到154個在雄蕊中特異表達的基因,選取其中的一個基因SlSTR1作為靶標基因。在此基礎上,利用CRISPR/Cas9基因編輯技術對番茄骨干自交系TB0993的SlSTR1基因進行定向敲除,一年內快速創制出TB0993背景的雄性不育系。為了將該雄性不育系用于雜交種子生產,該團隊通過巧妙設計,將正常功能的SlSTR1基因和控制花青素合成的SlANT1基因連鎖在一起,共同轉回到雄性不育系中,最終獲得了育性恢復的紫色保持系。當以雄性不育系為母本,以雜合的紫色保持系為父本進行雜交,其子代按1:1比例分離出轉基因的保持系(紫色)和非轉基因的不育系(綠色)。非轉基因的不育單株很容易通過幼苗顏色挑選出來并用于雜交種子生產。(The Plant Journal

    科學家揭秘銀杏古樹長壽機制
    長壽機制一直是生命科學領域關注的焦點和研究的熱點之一,銀杏作為著名的長壽樹種之一,自然而然成為了科學家研究長壽機制的首選材料。研究團隊歷經7年時間,選用銀杏樹干維管形成層為主要研究材料,綜合運用細胞學、生理學、多組學和分子生物學等手段,揭示了銀杏古樹長壽的內在機制。 該研究通過對比不同年齡段的銀杏樹,發現古樹中維管組織生長變緩,銀杏古樹形成層干細胞仍具有較強的持續不斷的分裂能力。進一步測定了古樹葉片光合指標、種子繁殖能力、衰老相關的標記基因和miRNA及靶基因和自噬相關基因等,均未發現有顯著變化。這些形態、生理和分子水平上的結果揭示,銀杏古樹在整體上仍處在健康的成年狀態,依舊保持“青春活力”,尚未進入衰老階段。該研究發現銀杏古樹長壽并非某單一的長壽基因調控,而是生長與衰老過程中多個因素綜合平衡的結果,該研究成果對揭示樹木在個體水平上的生長與衰老調控機制具有重要科學意義。(PNAS

    鑒定到調控水稻內稃發育、影響稻米產量和品質的基因
    水稻作為世界半數以上人口的主食,水稻花發育直接決定了稻米產量和品質,了解其發育的調控機制具有重要意義。近日,科學家鑒定了一個調控水稻內稃發育的基因AFG1,并闡述了其對稻米產量和品質產生的影響。在之前的報道中,OsMADS6編碼一個MADS box蛋白,通過調節其他花器官特征基因的表達,調控花分生組織特征及花器官的形成。在這項研究中,研究人員鑒定到一個osmads6的新等位突變體afg1。與osmads6不同的是,afg1突變體籽粒變寬變短、直鏈淀粉含量降低、蛋白質和可溶性糖含量升高、糊化溫度升高、結實率降低。同時,afg1突變體內稃的結構形態發生了改變,丟失了光滑的邊緣結構且變寬,導致了內外稃間空間增大,為種子增大提供了潛能。以上結果表明,AFG1在內稃和籽粒發育過程中起到重要作用。綜合以上結果,該研究揭示了AFG1基因不僅影響了水稻早期花發育,而且在調控籽粒大小及品質中也具有十分關鍵的作用。研究結果為水稻增產和改良稻米品質提供了新的參考。(SCIENCE CHINA Life Sciences)

    揭示親本植株蔭蔽促進種子萌發的機制
    種子萌發受一系列內源因子和外源環境因素的精密調控,是植物生命周期中最重要階段之一。近日,科學家初步揭示了種子發育期間的蔭蔽環境影響隨后種子萌發的生理及分子機制。該研究發現,在玉米-大豆間作種植系統中,大豆冠層光合有效輻射以及紅光與遠紅光的比值均有不同程度的下降,導致大豆受到蔭蔽脅迫。而間作大豆種子的萌發速率較凈作大豆種子快,且萌發期間的抗逆性更強;進一步生理測定結果表明,間作大豆種皮厚度以及種皮中不可溶性原花青素含量與凈作大豆無明顯差異,而種皮中可溶性原花青素則顯著降低;且間作大豆種子中α-亞麻酸和油酸含量顯著降低,亞油酸顯著增加。qPCR及激素含量分析表明,間作大豆種子中ABA含量降低,活性GA4含量升高。因此,該研究發現親本植株受到蔭蔽會影響到種子中原花青素、相關脂肪酸和關鍵植物激素的合成,進而促進隨后的種子萌發。(Journal of Experimental Botany

    開發精短型小核RNA啟動子,為植物多基因編輯提供有力工具
    CRISPR/Cas9介導的多基因編輯為植物功能基因組學和作物育種提供了重要的工具。最新的研究在野生型水稻U3/U6啟動子基礎上,開發了一套更精干短小的啟動子(mOsU3, mOsU6a, mOsU6b和mOsU6c),利用這些啟動子和Golden Gate連接方法,單輪連接克隆可以實現多達20個sgRNA表達盒的組裝,利于進行多靶點多基因的同時編輯,為植物多基因編輯的實現提供了強有力的工具??茖W家通過一系列的操作,獲得了精短型小核RNA啟動子mOsU3, mOsU6a, mOsU6b和mOsU6c。進一步研究表明,精短型U3/U6啟動子的轉錄活性和作用的水稻基因組編輯效率與野生型U3/U6啟動子的活性和效率相當或更高。由于其長度較短,大大減少了每個sgRNA表達盒的長度,提高了多靶點sgRNA克隆構建載體的效率。與利用野生型U3/U6啟動子驅動sgRNA的多個表達盒的較低克隆效率相比,使用短小型啟動子在單輪GoldenGate連接中可以實現多達20個sgRNA表達盒的組裝。這套啟動子將在單子葉植物的多基因編輯研究和遺傳改良中發揮重要作用。(Science China Life Sciences

    細菌產生的脂肪酸激發植物免疫響應的分子機制
    脂多糖(LPS)是革蘭氏陰性細菌細胞外膜的一個重要組成部分,在臨床上,LPS是激發人體免疫、導致熱休克的主要物質。近日,科學家報道了細菌產生的脂肪酸激發植物免疫響應的分子機制。這項研究發現了丁香假單胞菌在侵染過程中可以分泌一個磷酸酶,該酶可以直接結合并靶向LORE、去除3-OH-C10:0激發導致的LORE受體上的酪氨酸位點的磷酸化,進而抑制LORE介導的植物免疫,實現侵染。因此,該發現進一步詮釋了病菌和植物兩者識別和進化的過程,即細菌在合成LPS的過程中不可避免地會產生3-羥基脂肪酸,但是卻可以分泌一個蛋白干擾植物的防御過程,進而也使得丁香假單胞菌成為一個具有廣泛寄主的致病菌。中等鏈長的3-羥基脂肪酸無疑正成為一類重要的激發植物防御反應的物質,但它們是否會被不同種類的植物識別?植物中是否存在解除病菌磷酸酶功能的機制?這些問題的揭示將進一步豐富我們對植物抵御病菌入侵機制的認識,同時也進一步推動了植物識別脂多糖及相關分子的研究進展。(The EMBO Journal

    研發木質素合成的精準調控
    木質素和纖維素、半纖維素都是地球上最為豐富、人類必需的可再生資源,但這一豐富的生物資源目前還未能獲得有效利用。近日,科學家對木質素合成進行細胞特異性精準調控,實現了木質纖維生物質利用效率的顯著提高,同時增加植物木質纖維生物質的積累。之前研究發現了一個控制木質素合成的“感應開關”,科學家利用該開關基因LTF1的作用原理,對LTF1基因進行了改造,研究發現在纖維細胞中調控木質素合成,改變了木質素含量、單體組成和結構,顯著提高了木質纖維生物質的積累和利用效率。而在導管細胞中,調控木質素合成導致木質素含量降低和單體組成改變,但植物正常生長受到影響,木質纖維生物質的積累顯著降低。該研究不僅揭示了導管和纖維細胞具有不同木質素單體組成,以及導管細胞中木質素合成對植物生長的重要性,而且建立了細胞特異精準調控木質素合成的技術,為木質纖維生物質能高效利用和木材材性改良提供了新的技術方案。(New Phytologist

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