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    生物技術前沿一周縱覽(2020年7月12日)

    2020-07-12 23:43 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    構建玉米屬綜合數據庫ZEAMAP
    玉米是我國最重要的農作物之一,總產量和種植面積躍居全國第一。近日,科學家成功整合了來自于同一玉米群體的基因組、轉錄組、表型組、代謝組、表觀基因組、遺傳變異以及遺傳定位結果等多組學數據,構建了一個玉米屬綜合數據庫ZEAMAP,并內嵌了基因組“瀏覽器”和“搜索引擎”,可以直觀地對比較基因組、基因共線性區塊、表達模式聚類、遺傳變異基因型、連鎖圖譜、遺傳定位結果、染色質交互、組蛋白修飾以及群體水平的DNA甲基化等多組學數據進行檢索和分析,并提供相應的條目鏈接,實現在不同組學數據之間進行跳轉訪問。研究人員表示,將持續維護和更新該數據庫,開放共享數據和材料,歡迎廣大科研工作者使用并提改進意見。并期待這一云端集成檢索有效促進對玉米現有組學數據資源的利用,有助于深入理解玉米遺傳變異、表型和基因之間的關系,輔助玉米的遺傳育種和改良,共同促進科學事業的發展。(iScience)

    揭示植物葉邊緣發育的轉錄調控新機制
    葉邊緣的發育對葉片的大小和形狀具有重要的決定作用,是葉片形態多樣性的關鍵指標之一。近日,研究人員首次發現了NGATHA-LIKEs家族轉錄因子通過抑制CUP-SHAPED COTYLEDON2 (CUC2)的轉錄負調控葉緣鋸齒的形成,揭示了植物葉邊緣發育的轉錄調控新機制。該研究表明NGALs蛋白參與葉邊緣的發育,CUC2作用于NGALs下游促進葉緣鋸齒的形成。通過轉錄組測序比較分析,發現包括CUC家族基因在內的許多葉片發育調控基因的轉錄水平受到NGALs的調控,NGALs對基因轉錄的調控作用依賴于CUC2。最后,利用擬南芥原生質體的報告基因系統發現NGAL1能夠直接結合CUC2的啟動子,并抑制CUC2基因的轉錄。通過這些工作,提出了一個NGAL1通過轉錄抑制CUC2負調控葉緣鋸齒形成的分子作用模型,進一步加深了對植物葉邊緣發育的調控機理的認識。(Plant Physiology

    建立高效的植物基因組片段插入和替換技術體系

    CRISPR/Cas介導的植物基因組定點敲除技術只能在基因組特定位點產生隨機插入和刪除,精準的片段插入和替換的效率一直很低,極大地限制了其在植物研究和育種上的應用。近日,科學家在植物基因組編輯領域取得了新進展,研究人員采用修飾后的DNA片段作為供體,在水稻上建立了一種高效的片段靶向敲入和替換技術,高至50%的靶向敲入效率將極大地方便植物的研究和育種??茖W家通過嘗試,發現將供體片段同時進行硫代修飾和磷酸化修飾后,能極大地增強CRISPR/Cas9引導的靶向敲入效率。在此基礎上,研究團隊巧妙地設計了一種片段精準替換的策略,稱之為重復片段介導的同源重組(TR-HDR)方法。研究人員利用現象,通過將修飾的片段靶向敲入至目標位點后,人為制造這種串聯重復結構,誘導TR-HDR去實現片段替換。采用該技術,他們在五個基因位點上實現了片段替換和原位的Flag標簽蛋白的精準融合,效率最高達到了11.4%。這一技術突破將非常有助于植物學研究,并大大促進農作物定向遺傳改良的進程。(Nature Biotechnology

    揭示易危楊樹——細葉楊的進化和生存機制
    細葉楊(Populus ilicifolia),屬于楊柳科、楊屬、胡楊組,與同組的胡楊(P. euphratica)和灰楊(P. pruinosa)有最近的親緣關系,兼具有性繁殖與克隆繁殖兩種生殖方式。近日,研究人員通過模擬細葉楊、胡楊和灰楊的種群動態歷史,發現細葉楊在1.0-1.5和0.15-0.4百萬年間經歷了兩次較大的瓶頸作用,種群規模持續下降、近親繁殖嚴重,導致基因組內遺傳多樣性顯著降低。該研究還發現,相對于胡楊和灰楊,細葉楊基因組中積累了更多數量的同義突變(SYN)、輕微有害突變(TOL)和一般性有害突變(DEL),然而卻有較少數量的極端有害突變(LOF),預示著細葉楊在群體規模長期銳減的過程中,能更有效地清除這些極端有害的突變位點,這或許有利于細葉楊在未來的存活??傊?,該研究分析了易危楊樹物種——細葉楊種群銳減后的基因組多樣性特征與有害突變的積累程度,為保護基因組學的研究提供了新的案例,并為未來瀕危物種的群體恢復提供了新的視野。(Plant Journal

    揭示HYL1拮抗外切體調控miRNA加工生成新機制

    miRNA是一類長度在20-24堿基的內源小分子RNA,在動植物生長發育、細胞命運決定和轉換、以及環境應答等幾乎所有生物學過程中發揮重要作用。近日,科學家研究研究揭示了擬南芥雙鏈RNA結合蛋白 HYL1在 miRNA加工成熟過程中保護底物分子(pri-miRNA及其加工過程中間產物)免受核酸外切體(exosome)攻擊的新機制。該研究通過正向遺傳學篩選hyl1-2的表型抑制子,結合圖位克隆分離鑒定到核質外切體的另一輔助因子SOP1。研究表明,SOP1和HEN2很可能是通過外切體途徑參與miRNA調控的,SOP1選擇性參與hyl1突變體中加工方向為環到基部的pri-miRNA降解,進一步研究表明,當HYL1缺失時,環到基部加工的pri-miRNA的更多累積可以促進miRNA的生成,而基部到環加工的pri-miRNA則不能。綜上,該研究揭示了外切體在pri-miRNA生物發生中的監控作用以及加工復合體核心成員HYL1的保護功能,拓展了我們對于加工過程中pri-miRNA質量控制機制的認識。此外,該研究還系統鑒定了受HEN2、SOP1影響的差異表達基因,這些基因可作為核質外切體功能的標志基因。(PNAS

    揭示植物和真菌的乙酰羥基酸合成酶結構
    乙酰羥基酸合成酶由兩個亞基組成:(i)一個含有FAD和ThDP的催化亞基,(ii)一個可以增強或降低催化亞基活性的調節亞基。調節亞基包含酶的反饋抑制劑——支鏈氨基酸的結合位點。近日,研究人員首次成功解析了植物和真菌的乙酰羥基酸合成酶的完整三維結構。該研究揭示了催化亞基和調節亞基是如何通過相互作用為支鏈氨基酸的激活和反饋抑制提供一條通路,以及當它們結合在一起時如何增強活性。本研究還發現,結核分枝桿菌的乙酰羥基酸合成酶也存在類似的高度復雜的結構,從而證明了乙酰羥基酸合成酶的整體結構在生物的不同界中都是保守的。本研究成果是乙酰羥基酸合成酶研究領域的重要里程碑。目前,研究團隊正充分利用這一結構和功能研究的成果,積極開發新一代的除草劑和抗菌劑。(Nature

    揭示水稻主要光合電子傳遞蛋白OsFdI對水稻生長發育的影響
    鐵氧還蛋白(Fd)廣泛存在于各種植物、動物及微生物體內參與電子傳遞。近日,科學家研究揭示了水稻主要光合電子傳遞蛋白OsFdI對水稻生長發育的影響,為闡明水稻不同鐵氧還蛋白在調控光合電子向下游代謝途徑分配的分子機制奠定了基礎。研究人員通過BlastP分析發現水稻中共有7個Fd同源蛋白,其中5個Fd蛋白,2個FdC蛋白。研究人員找到了水稻中最主要的光合電子傳遞蛋白FdI,表型觀察、糖含量測定、光合參數測定等實驗證明FdI突變后會造成水稻光合電子傳遞受阻,光合碳同化過程被破壞,從而引起突變體內源光合產物合成不足,導致三葉期后突變體快速褪綠并致死的表型。進一步證明FdC2也具有光合電子傳遞能力,屬于光合型Fd,但不直接參與水稻碳同化。綜上,該研究明確了FdI是水稻中主要的光合碳同化電子傳遞蛋白,加深了對Fd參與水稻光合電子傳遞的分子機制以及Fd對水稻生長發育的影響的理解。為進一步闡明水稻不同Fd在調控光合電子向下游代謝途徑分配的分子機制奠定了基礎。(The Plant Journal

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