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    生物技術前沿一周縱覽(2020年7月05日)

    2020-07-06 22:12 | 作者: 生物技術前沿一周縱覽 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    開發植物DNA-free基因編輯新系統
    病毒載體系統是外源基因體內遞送和瞬時表達的理想工具,是轉基因穩定表達系統的重要補充。近日,科學家首次利用一種工程化的植物負鏈RNA彈狀病毒載體向植物體內系統遞送CRISPR/Cas9核酸內切酶,并高效產生可穩定遺傳的靶向基因編輯。研究團隊前期實現了植物負鏈RNA病毒遺傳操作技術的突破,為病毒載體構建提供了可能。研究發現,病毒載體遞送的CRISPR/Cas9對多個內源基因靶點均表現出較高的編輯頻率(40-91%不等)。進一步研究表明,產生的基因編輯可在后代中穩定遺傳,傳遞規律符合經典的孟德爾遺傳定律。RNA病毒復制過程不涉及DNA階段,病毒基因組無法整合到寄主植株染色體,因而編輯植株不含有外源DNA片段??傊?,該研究提供了一種不依賴于遺傳轉化、無需分離特定的受體細胞或組織、通過簡單易行的病毒侵染方法,可在植株個體水平遞送CRISPR/Cas核酸酶進行高效基因組編輯的新方法,為作物DNA-free基因組編輯提供了新的思路。在病毒學領域,研究結果揭示了彈狀病毒獨特的生物學特性,發展了病毒載體新的應用方向。(Nature Plants

    解析植物細胞器基因組超低突變率相關機制
    擬南芥msh1突變體細胞器線粒體基因組出現大量短重復序列介導的異常重組,同時該蛋白的MutS1特定結構域GIY-YIG可以識別DNA錯配或損傷,但在植物中是否具有該功能一直存在疑問。近日,研究人員利用Duplex sequencing測序技術檢測了擬南芥七個與細胞器DNA復制、重組、修復相關基因的突變體植株中處于異質體(heteroplasmons/cytohets)狀態的超低頻突變,為陸生植物細胞器基因組低突變率維持機制研究提供了新的研究思路。該研究首先在原有的Duplex-seq測序技術基礎上進行優化改進,使其檢測精度接近2 ×10-8。通過檢測7個突變體中的超低頻突變,本研究發現僅msh1突變體出現葉綠體和線粒體等細胞器基因組突變大量增多的現象。并通過微滴數字PCR(ddPCR)技術驗證了部分單堿基的突變可以遺傳到下一代。這些結果在實驗上證明了MSH1基因參與到植物細胞器基因組突變的識別與修復過程,與陸生植物細胞器基因組低突變率維持密切相關。(PNAS

    揭示光信號調控水稻響應鹽脅迫的新機制
    光信號在幼苗形態發生和轉換中發揮著重要作用。近日,科學家研究揭示了光信號調控水稻響應鹽脅迫的新機制。研究團隊長期開展光信號轉導機制的相關研究,研究人員對水稻光敏色素互作因子(OsPIL)的功能和分子機理展開研究,發現分別過量表達6個OsPILs基因(OsPIL11-16)均能促進黑暗下水稻中胚軸的伸長,其中OsPIL14表現最為明顯。而赤霉素信號轉導核心抑制因子DELLA蛋白(SLR1)負調控水稻中胚軸伸長。進一步研究發現,OsPIL14與SLR1能相互作用,這種互作使SLR1抑制了OsPIL14對下游細胞伸長相關基因的轉錄激活能力。特別是,研究發現鹽處理促進了OsPIL14蛋白的降解,增強了SLR1蛋白的穩定性。過量表達OsPIL14使水稻幼苗在黑暗中對鹽具有較高的耐受性,并顯著提高了鹽脅迫下水稻覆土直播的出苗率。綜上,該研究揭示了水稻光敏色素互作因子OsPIL14整合光信號與赤霉素信號調控水稻在鹽脅迫下生長的分子機制,對通過分子設計提高水稻直播出苗率和鹽脅迫條件下的生長性能具有重要的指導意義。(Plant Physiology

    科學家揭示凱氏帶形成的分子機制

    在植物根部內皮層細胞垂周和橫向細胞壁的特定區域,形成以木質素為主要組分的凱氏帶,阻斷物質運輸的質外體途徑,使得營養物質只能通過共質體途徑才能進入中柱并向上運輸。凱氏帶與動物細胞緊密連接的不同之處在于,細胞壁從物理上隔離了相鄰細胞的質膜。近日,科學家研究發現擬南芥漆酶家族成員LAC3在根部內皮層細胞胞外形成特異的表達域,與凱氏帶質膜定位蛋白CASP共同提供凱氏帶的定位信息。研究者通過基因表達譜發現漆酶基因LAC3特異表達在內皮層細胞。利用proLAC3::LAC3-eGFP轉基因報告材料,發現LAC3在凱氏帶發育的整個過程中都圍繞著CASP表達域以及木質素域。運用化學遺傳方法抑制漆酶表達后,研究者發現凱氏帶變得更加彌散且在靠近皮層一側出現依賴SGN3通路的異位木質素沉積,同時發現CASP1的定位也失去清晰邊界而變得更加彌散。以上結果提示LAC3可能在胞外確定凱氏帶的位置信息,與CASP蛋白相互配合,從而指導形成極性定位的凱氏帶結構。(PNAS

    揭示miR319—PtoTCP20調控毛白楊次生維管組織發育的機制
    次生維管組織發育作為樹木重要特征是木材形成的生物學基礎,它的發育需要植物激素、轉錄因子和miRNAs等多種調控機制協同調控。近日,科學家研究揭示了miR319a的靶基因PtoTCP20通過在蛋白水平上與PtoWOX4a相互作用、在轉錄水平上激活PtoWND6A/B的表達,進而調控毛白楊次生維管組織發育的機制。該研究發現,miR319a在莖頂端分生組織-原形成層-形成層發育過程中表達量逐漸降低,而PtoTCP20的表達量變化則與之相反;進一步證實,miR319a對PtoTCP20的靶向切割作用。研究表明,miR319a的靶基因PtoTCP20 調控毛白楊次生維管組織發育。進一步研究發現,PtoTCP20能夠與維管組織發育相關因子PtoWOX4a相互作用并且激活PtoWND6A/B的表達。研究人員驗證了PtoTCP20與PtoWOX4a和PtoWND6A/B的相互作用關系,揭示了PtoTCP20通過與PtoWOX4a互做促進形成層細胞增殖,通過激活PtoWND6A/B的表達促進形成層向次生木質部細胞分化,進而促進毛白楊次生維管組織發育。研究結果為揭示樹木次生維管組織發育調控機制提供了實驗依據,并為樹木的速生和木材品質改良提供理論基礎。(New Phytologist

    多組學聯合分析揭示自噬對玉米代謝的調控作用
    植物在生長過程中,會通過各種適應性響應維持其細胞生長發育所需的養分,細胞內存在的回收途徑涉及到胞內蛋白質、脂質、碳水化合物和核酸的自噬-周轉,從而在細胞穩態的維持和后續養分的供應中發揮重要作用。近日,研究人員結合代謝組學、轉錄組學、蛋白組學和離子組學的方法,通過對玉米自噬突變體atg12對固碳抑制的響應研究,揭示了自噬在細胞代謝穩態維持中的關鍵作用。研究表明,與脅迫、光合有機物相關的mRNA表達水平上調而與碳水化合物、能量和氮代謝相關的過程受到抑制。該研究還揭示了碳應激期間的新陳代謝變化及自噬反應過程的重要性??傊?,該研究通過多組學聯合分析的方法表明,在不存在自噬的情況下,固碳抑制會調節呼吸底物的選擇從而改變氨基酸、核苷酸和碳水化合物等代謝過程。該研究揭示了自噬通過代謝調控從而影響植物生理過程的關鍵作用,為未來利用自噬相關過程調節作物代謝并優化產量和逆境適應性提供了理論基礎。(The Plant Cell

    發現油菜COL轉錄因子參與植物干旱脅迫耐受性的調控
    油菜是世界上重要的油料作物,也是抗逆性較差的作物。近日,研究人員通過對油菜FOX擬南芥庫進行篩選與鑒定,得到干旱響應關鍵基因BnCONSTANS-LIKE2(BnCOL2),進而揭示BnCOL2可能通過影響ABA信號通路及干旱脅迫相關基因的表達負調控植物對干旱脅迫的耐受性。在前期的研究中,研究團隊利用RNA-seq篩選獲得了70個受非生物脅迫顯著誘導的差異表達油菜基因。經過篩選和鑒定共獲得20個脅迫響應的油菜基因,其中過表達BnCOL2基因擬南芥在干旱脅迫下葉片溫度與WT有顯著差異。據此推測該基因可能參與干旱脅迫響應。進一步研究發現,BnCOL2是一個具有轉錄激活活性的核定位轉錄因子,BnCOL2主要在葉中表達且受PEG6000誘導下調表達。BnCOL2過表達擬南芥種子萌發及萌發后幼苗階段的抗逆性分析結果表明,在PEG6000處理下,與野生型擬南芥相比,過表達BnCOL2顯著降低轉基因擬南芥滲透脅迫的耐受性?;虮磉_分析表明,BnCOL2可能通過影響干旱脅迫相關基因的表達進一步參與了植物對干旱脅迫的響應。(Environmental and Experimental Botany

    來源:生物技術前沿一周縱覽

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