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生物技術前沿一周縱覽(2015年8月28日)

2015-08-28 08:54 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

解析水稻芒長及產量相關基因功能
 
水稻是最重要的糧食作物之一。在水稻的馴化過程中亞洲栽培稻和野生稻之間有許多的性狀發生了顯著的改變。芒通常是作物重要的光合器官之一,水稻的芒與小麥芒的結構不同,只有一個維管束,可能不參與光合作用,因此現在大部分栽培稻是無芒或短芒品種。水稻芒的遺傳學研究很早就受到科學家們的關注,然而目前為止大多數對控制水稻芒性狀基因的研究局限于相關QTLs的初定位。研究人員新克隆出An-2基因,并證實它編碼了一種叫做OsLOGL6的蛋白,OsLOGL6可催化了野生稻細胞分裂素合成的最后一步。包含野生型等位基因An-2的近等基因系顯示An-2通過增加細胞分裂促進了芒延伸,但卻通過減少每穗粒數及單株分蘗數降低谷物產量。An-2基因遺傳變異可縮短芒長并提高栽培稻中的分蘗和粒數。(Molecular Plant)
 
 
發現提高水稻千粒重的基因
 
中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究人員通過對一水稻大粒顯性突變體(Big grain1, Bg1-D)的研究,發現BG1編碼一個受生長素特異誘導的早期響應的未知功能蛋白,在水稻莖和穗的維管組織中特異表達。BG1過表達株系生長素極性運輸能力顯著增強,并導致水稻籽粒顯著增大。田間試驗表明,BG1過量表達株系與對照相比千粒重增加25%,產量增加21%。BG1過量表達植株生物量也顯著提高。進化分析表明BG1在高等植物中具有高度保守性。過表達BG1同樣使雙子葉植物擬南芥種子增大及生物量增加,暗示BG1在單、雙子葉植物生物量及作物產量改良中均具有極大的應用潛力(PANS)
 
 
植物耐熱基因揭示
 
全球氣候變化帶來的頻繁高溫脅迫是植物面臨的主要非生物脅迫之一,嚴重影響了植物的生長發育和作物產量,是持續農業所面臨的緊迫問題。中科院上海生命科學研究院的研究人員證實,過表達類受體激酶ERECTA可以改善水稻和番茄的耐熱性。ERECTA是從擬南芥中分離得到的一個富含亮氨酸重復序列的類受體激酶基因。它是被研究的最多的類受體激酶之一。在擬南芥、水稻和番茄中過表達擬南芥ERECTA可增強這些作物耐熱性,擬南芥ERECTA突變株對熱非常敏感。水稻ERECTA同系物發生功能喪失性突變,及減少番茄ERECTA等位基因表達均可降低這兩個物種的耐熱性。研究人員證實在多個季節及中國的多個地點,過表達擬南芥ERECTA的轉基因番茄和水稻品系在室溫及田地測試中均顯示耐熱力提高。此外,過表達ERECTA的轉基因擬南芥、番茄和水稻的生物量均增加。(Nature Biotechnology
 
 
CRISPR實現大豆基因組編輯
 
大豆(Glycine max(L.)Merrill.)是一種古老的多倍體植物,是具有重要經濟價值的豆科作物。大豆基因組非常復雜,很多基因高度重復。因此,研究大豆基因功能和基因組工程,就必需精確和簡單的方法。最新的CRISPR/Cas9技術可克服了傳統方法的不足,成功應用于大豆基因功能的研究。在本研究中,研究人員應用II型CRISPR/Cas9系統,在大豆中獲得并評估了靶基因的基因組編輯。研究人員在大豆毛狀根中檢測到了靶基因突變。結果表明,這種自定義的CRISPR/Cas9系統,可以相同的效率,對大豆毛狀根中的內源性和外源性基因進行編輯。研究人員還檢測CRISPR/Cas9系統僅使用一個自定義sgRNA同時編輯兩個大豆內源性基因的潛力??偟膩碚f,產生和檢測CRISPR/Cas9介導的大豆毛狀根靶基因的基因組修飾,可以迅速評估每個靶位點的效率。具有較高效率的靶位點,可用于常規的大豆遺傳轉化。此外,該方法提供了一種強大的工具,用于大豆根特異性功能基因組學的研究。(PLoS One
 
 
植物激素調控基因研究獲進展
 
植物中復雜的分子網絡調控著關鍵的生物功能,如生長發育和應激反應。這些分子網絡被大量的“開關”調控,如果被錯誤地開或關,基因表達也會被錯誤地開啟或關閉,并導致疾病的發生。研究人員在植物中發現了一個與人體中特定信號機制非常相似的重要的分子機制,該機制與人類早期胚胎發育和癌癥等疾病有著密切聯系。這個命名為‘Topless’的重要蛋白在植物生長發育過程中是不可或缺的一個因子,與關鍵抑制因子相互作用,共同構成植物中的基因沉默。因此,它參與調控植物所有激素基因的表達。這項研究不僅對植物激素調控生長發育的研究產生深遠的影響,更加有助于確定其整個信號通路的分子結構及其開發應用研究。(Science Advance
 
 
CRISPR/Cas9技術應用于豬基因組工程研究
 
CRISPR/Cas9用一個單導向RNA(sgRNA),來產生位點特異性的DNA斷裂,隨著這項技術的出現,大大增強了家畜的遺傳工程。然而,sgRNA活性的巨大差異所帶來的不確定性,妨礙了這一系統制備轉基因豬的效用。來自中科院動物研究所等單位的研究人員開發出一種單胚泡基因分型系統,可提供一種簡單而快速的方案,來評估和比較sgRNA在一個給定基因位點誘導插入突變的效率。評估sgRNA的誘變效率,可以在從sgRNA設計的10天內完成。這個系統所選擇的最有效的sgRNA,可通過同源指導修復,以超過13%的頻率,成功用來誘導位點特異性插入。此外,研究人員在豬成纖維細胞(可作為體細胞核移植的供體細胞)中證實,通過選擇的sgRNA可高效的進行基因刪除。該研究進一步表明,Cas9 mRNA的直接細胞質注射,以及有利的sgRNA注入受精卵,可以高達100%的效率,產生雙等位基因敲除豬。因此,這種方法大大降低了不確定性,并擴展了基因組工程在家畜中的實際可能性。(Scientific Reports)
 
 
控制基因表達的新方法
 
活細胞有多種機制來控制和調節基因表達過程,合成生物學研究人員一直試圖設計某種細菌,以實現一系列重要的醫療和工業功能,從制造藥物,到解毒污染物,以及增加生物燃料的產量。由美國科學家開發出一種控制基因表達的新方法。這種方法的關鍵是一個可調的開關,由一個小非編碼RNA分子制成,被稱為riboregulator。riboregulators由順式抑制物(crRNA)和反式激活物RNA(taRNA)構成。crRNA自然地折疊成一種結構,可隔絕核糖體結合序列,防止下游基因的翻譯;從而阻斷了基因的表達。taRNA被獨立轉錄,并且這兩個調控RNA元件之間的結合和隨后的結構轉型決定轉錄的mRNA是否將被翻譯成蛋白質產品。該系統已模塊化,包括一個向導序列,能夠獨立地靶定特異基因,從而使這些riboregulators能夠獨立地調控多個基因。(ACS Synthetic Biology
 
 
大規?;蚪M分析研究繪制真核基因進化史
 
著名古生物學家Stephen Jay Gould曾提出“間斷平衡(punctuated equilibrium)”的進化理論,即盡管進化通常是一個緩慢的過程,有時候會在相對較短的時間空間里發生大步飛躍?;谠摾碚?,一個國際研究小組通過一次有史以來最大規模的基因組分析研究繪制出真核基因的進化史,并提供了有關最早期生命形式進化機制的一些新見解。傳統的模型表明,原核生物中會發生橫向基因轉移(LGT),由此可以解釋原核生物相比真核生物所具有的巨大多樣性。研究發現,真核生物并沒有像原核生物那樣進行持續的基因交換,但一旦發生基因交換,則是非常重要的事件,如早期進化過程中細胞器的起源。細胞器是科學家們用來區分真核細胞和原核細胞的細胞元件。真核生物具有線粒體和葉綠體一類的結構,這些小型工廠在細胞中發揮作用為生物提供能量。研究表明,線粒體和葉綠體都是由兩個細胞結合在一起共享基因及形成“雜種”生物體進化而來。研究證實,這次進化大飛躍可能發生在原核生物與真核生物在一次內共生事件中混合它們的基因之時。這些證據強有力地支持了間斷式進化理論,并可以解釋地球上復制生命的起源。(Nature
 
    

來源:基因農業網

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