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生物技術前沿一周縱覽(2014年4月4日)

2014-07-02 20:55 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

國際花生基因組計劃首次完成并公布兩個二倍體野生種全基因組序列
 
花生(Arachis hypogaea),是全球重要的經濟作物或糧食作物。盡管花生普遍栽培種植,但是由于其基因組的復雜性,科研人員對花生的遺傳信息知之甚少,嚴重阻礙了基因技術在花生育種改良上的應用。目前,在田間栽培的花生是兩個祖先野生種Arachis duranensisArachis ipaensis自然雜交的后代。由于這兩個祖先是不同的物種,所以現在栽培的花生(Arachis hypogaea L.)是四倍體作物(AABB),栽培品種攜帶了兩個祖先種各自獨立的基因組,即花生屬A基因組和B基因組。由于栽培種花生基因組龐大(2.8GB)而復雜,基因組測序和分析非常困難,國際花生基因組計劃(International Peanut Genome Initiative,IPGI)首先完成了兩個二倍體野生種的全基因組測序工作,獲得的兩個二倍體野生種的序列覆蓋了花生基因組96%的基因,這一進展對于花生的基礎和應用研究具有里程碑意義,對下一步四倍體栽培種的測序、分析、拼接具有重要參考價值。同時野生種具有豐富的抗病、抗逆等栽培種中所缺乏的優異基因資源,其測序的完成也有助于深刻闡明花生的起源與進化、系統解析重要性狀形成的分子基礎、高效發掘控制重要農藝性狀的功能基因,從而必將極大地推動花生分子設計與聚合育種的開展,對于增加花生產量、提高生產效益、保障食品安全、促進產業可持續發展等方面具有重要的理論價值和應用前景。(PeanutBase
 
 
破解植物多倍化進化之謎
 
植物在進化過程中通過基因組加倍(多倍化)的擴增方式,進行自我進化和適應自然環境。隨著DNA測序技術的快速發展,越來越多的植物基因組被公布,這使得通過比較基因組學闡明植物多倍化進化機制成為可能。研究人員以之前完成的白菜基因組序列為基礎,發現白菜基因組可被劃分為三個亞基因組,而且存在一個基因數量顯著超過其他亞基因組的優勢亞基因組,該基因組在基因表達上也具有優勢。進一步研究發現,轉座子在亞基因組水平上對基因表達具有重要影響,是三個亞基因組基因表達分化的重要因素;小RNA(smRNA)通過沉默轉座子從而沉默附近基因的方式,促進優勢亞基因組的形成,從而造成基因組層面的分化。兩種分化機制的闡明將為解釋雜交優勢現象和C值悖論(物種結構復雜程度與基因組大小無關)提供指導,并對基因組進化和植物遺傳育種產生重要影響。(PNAS
 
 
揭示大豆可變剪接變化影響因子
 
作為一種重要的基因轉錄后調控機制,可變剪接在真核生物中普遍發生,在基因表達和功能多樣性調控中起著重要的作用。不同物種、同一物種的不同組織以及不同基因家族的可變剪接在形式和比例上都存在差異,然而,決定這些差異的因素還尚不為人知。研究人員通過對來自大豆不同發育時期不同組織的28個樣品的轉錄組測序及可變剪接分析發現,在大豆中63%的多內含子基因能夠發生可變剪接,這些可變剪接的數量和剪接形式在不同發育時期都發生著變化。統計分析結果顯示可變剪接發生頻率和剪接類型的變化與基因所在染色體區域的特性變化、基因自身結構變化和基因表達量密切相關,并且大豆重復基因對中可變剪接的降低與內含子長度的減小、外顯子數目的減少和表達量的下降呈正相關??勺兗艚釉谛问胶捅壤系淖兓艿交蚪M特性、基因結構以及基因表達量的影響。(Plant Cell
 
 
RNA病毒致柞蠶患吐白水病
 
柞蠶吐白水軟化病AVD (A. pernyi vomiting disease)是柞蠶三大病害之一,它對遼寧、吉林等高寒地區的柞蠶生產危害相當嚴重,給該地區的蠶農帶來經濟損失??茖W家在患病柞蠶幼蟲體內發現了一株新的小RNA病毒,即ApIV (Antheraea pernyi Iflavirus),并獲得了該病毒的全基因組序列。經柯霍氏法則實驗表明,該病毒能夠導致健康柞蠶幼蟲患吐白水病。ApIV基因組長達10163個堿基,含有天然的poly-A尾巴和一個大的開放閱讀框,此閱讀框編碼3036個氨基酸。它的N端是病毒的4個衣殼蛋白,而C端是病毒的非結構蛋白,包括RNA解旋酶、3C蛋白酶和RNA依賴性的RNA聚合酶。對ApIV基因組的分析表明,該病毒屬于Iflavirus病毒屬,是這個病毒屬的一個新種。實驗人員將從病蠶中分離得到的ApIV病毒粒子注射回健康的5齡柞蠶幼蟲體內,這些柞蠶幼蟲表現出了明顯的吐白水病病癥,并在柞蠶體內檢測到了ApIV的增殖。證實分離得到的ApIV病毒粒子,是柞蠶吐白水病的重要病原微生物之一。該發現將為柞蠶吐白水病的研究與防治提供新線索。(PloS One

 
植物病毒昆蟲載體的卵傳病毒機制
 
植物病毒大都由介體昆蟲傳播,該傳播過程并非簡單地攜帶和制造侵染傷口,而是具有一定的特異性,即某種病毒只能由某種或某幾種昆蟲傳播,而某種昆蟲只能傳播某種或某幾種病毒。根據昆蟲傳播的特點又將傳播分為持久性傳播和非持久性傳播等。因此,介體昆蟲在獲毒和傳毒過程中涉及多種互作機制??茖W家對植物病毒介體昆蟲的卵傳機制的研究取得的新發現將有助于解釋這種傳播途徑的復雜性和特異性。水稻條紋葉枯病毒引起的水稻條紋葉枯病對水稻生產造成嚴重的危害。該病毒由灰飛虱傳播,病毒可在灰飛虱體內生存,繁殖并能經過昆蟲卵傳播至后代昆蟲體內。對該病毒的卵傳機制進行了深入的研究發現,病毒巧妙地利用昆蟲的卵黃蛋白原受體進入昆蟲卵巢生殖區的滋養細胞中,再通過連接滋養細胞和卵母細胞的滋養絲進入到昆蟲的卵母細胞中,最終侵染后代昆蟲。其它可卵傳植物病毒可能具有類似的卵傳途徑。(PLoS Pathogens
 
 
分子水平的微藻產油過程動態規律
 
自然界中的一些微藻因產油量高、生長速度快、環境適應性強,并可在邊際土地上用海水或廢水培養,被視作一種重要的新型能源作物,但目前對其高產油的代謝和調控機制尚不清楚。
通過運用高精度的轉錄組學和脂類組學分析手段,研究人員考察了微擬球藻缺氮誘導產油過程中六個不同時間點下轉錄組和脂類代謝組的動態變化規律,構建了野生油藻產油過程動態模型。在氮源缺乏時,藻細胞中甘油三酯(TAG)含量大幅度提高,膜脂含量下降。在轉錄水平上,糖酵解、PDHC和PDHC旁路、三羧酸循環等途徑上的相關基因以及特定轉運蛋白的轉錄水平上調,推動碳流由碳水化合物、蛋白及膜脂代謝途徑流向甘油三酯合成。在TAG組裝途徑中,位于葉綠體、線粒體和胞質等不同細胞器的7個DGAT基因,在缺氮時轉錄水平上調,和上游其他上調基因一起,促進大量TAG的合成。該研究闡明了微藻亞細胞水平時間和空間上油脂合成代謝的雙重調控機制,為高產油藻的基因工程育種提供了重要的理論基礎和嶄新的研究思路。(Plant Cell
 
 
揭示微生物消減底泥污染物作用機制
 
近年來大部分水域已實現沿岸截污,但水環境質量并未得到明顯改善。這主要是水體底泥污染未能得到有效控制所致。研究人員在珠江三角洲某典型污染河涌進行了長達28個月的研究,總結出復合污染河涌水體和沉積物中典型污染物的分布特點、變化規律及其與水力水質條件的相關性,進一步研究了底泥微生物在污染治理過程中的響應機理及其作用特點。結果發現當添加硝酸鹽時,底泥中微生物的功能基因結構組成發生顯著變化,多種與碳、氮、硫、磷循環相關的功能基因豐度明顯提高,而且這些功能基因大部分來自具有復合代謝功能的微生物。這表明微生物驅動的硝酸鹽還原過程在復合污染底泥修復中發揮重要作用。經過3個月的連續硝酸鹽運行,底泥中難以降解的多環芳烴和多溴聯苯醚等多種毒害性有機污染物的去除率顯著提高。該研究為闡明復合污染河涌底泥微生物對添加硝酸鹽的響應機理提供了直接證據,也為設計河涌污染治理方案提供了重要參考。(The ISME Journal
 
 
Poly(A)尾長度變化反映翻譯調控
 
大多數真核mRNA在它們的3′端翻譯區域下游含有一個非模板化的poly(A)尾。poly(A)尾通過防止mRNA發生降解來幫助穩定轉錄體,并且還有助于mRNA向細胞質內的運輸??蒲腥藛T對來自酵母、植物、脊椎動物和哺乳動物的數百萬RNA進行了測序,并用這些序列數據來記錄poly(A)的長度。雖然尾巴長度和翻譯效率在青蛙和斑馬魚胚胎中是耦合在一起的,但這種聯系在非胚胎細胞中卻丟失了。這一發育變化或可解釋所觀察到的以下現象:由微小RNA介導的調控從翻譯抑制變為mRNA降解。該研究中所用的以單mRNA分辨率測定poly(A)尾巴長度的方法提供了反映此類翻譯調控的重要信息。(Nature
 

來源:基因農業網

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