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生物技術前沿一周縱覽(2015年10月23日)

2015-10-23 10:00 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 芝麻全基因組關聯分析完成

 
芝麻是重要的油料作物。芝麻為二倍體,基因組較小,是油脂相關性狀研究的理想作物。研究人員在芝麻基因組測序的基礎上,篩選來自世界29個國家的芝麻資源705份進行了全基因組測序,發掘500多萬個核苷酸變異(SNP),構建了高密度芝麻單倍型圖譜。對世界芝麻資源的遺傳多樣性和群體結構進行分析發現芝麻資源分化為南方和北方兩個生態類型。對油脂和產量相關的56個重要農藝性狀進行了全基因關聯分析,獲得關聯位點549個,候選基因46個。對芝麻含油量的遺傳分析表明芝麻含油量不僅受油脂代謝酶類調控,還受到其他基因調控,這一發現為油料作物含油量的遺傳改良提供了新的思路。通過對芝麻種子脂肪酸成分的關聯分析,初步解析了芝麻油脂代謝調控網絡。研究還發現芝麻一系列產量相關基因,這些基因的優異等位基因的積累是芝麻育成品種產量較地方種高的重要因素。(Nature Communications
 
 
發現與植物的抗病性相關的調控因子
 
VQ蛋白家族是一類植物特有的蛋白,其名稱源于它們都含有一段保守的VQ-motif。最近研究表明,擬南芥VQ12及VQ29基因受植物抗病相關激素茉莉酸(JA)及真菌型病原菌灰霉菌(Botrytis cinerea)的強烈誘導表達。VQ29單突變體及VQ12VQ29雙突變體對該病原菌的抗性明顯增強,而VQ12及VQ29的高表達導致轉基因植物對該病原菌非常敏感,表明VQ12及VQ29負調控植物對該病原菌的抗性。進一步研究表明,VQ12和VQ29蛋白不僅能自身相互作用形成同源二聚體,同時還能與其它VQ蛋白家族成員相互作用形成異源蛋白復合物。上述研究表明,VQ12和VQ29是與植物抗病性相關的調控因子,協同負調控植物對B.cinerea的抗性。(Scientific Reports
 
 
揭示花粉管導向機制
 
植物在從海洋向大陸拓展和適應性進化過程中,生殖結構和生殖機制發生了巨大的變化。精子運動能力的逐步喪失,多細胞配子體、花結構和管粉受精的出現,使得被子植物在陸生植物中占據了絕對優勢。植物花粉管導向機制對植物受精至關重要,也是構成物種間生殖隔離的關鍵機制環節。研究人員通過生化和分子遺傳學等方法,找到了一個新的基因CBP1,編碼一個在中央細胞特異表達的轉錄調控因子,其突變導致胚囊不能吸引花粉管,不能受精。研究證明,CBP1通過與轉錄因子AGL80和Mediator互作,介導RNA Pol II轉錄起始復合物的組裝,進而調控中央細胞特異基因的表達。同時還發現,中央細胞可以調控助細胞中花粉管吸引信號的產生,提出了花粉管吸引信號產生的非自主調控假說。(Plant Cell
 
 
植物花粉壁發育的遺傳和生化機制綜述
 
花藥是高等植物的雄性生殖器官,由產孢細胞周圍的四個細胞層組成,隨后它會形成成熟的花粉?;ǚ郾谑腔ǚ哿V車囊粋€多層特化細胞壁,不僅為雄配子體提供機械保護,還在植物生殖過程中起到了必不可少的作用。研究花粉壁生成的控制機制,是植物生物學領域的一個重要研究方向。擬南芥和水稻(Oryza sativa)分別是雙子葉植物和單子葉植物的常用研究模型。研究人員回顧了目前人們對擬南芥和水稻花粉壁發育的了解,特別是涉及花粉壁組分生物合成、轉運和裝配的基因。他們在文章中指出,花粉壁發育既有一定的保守性,又表現出多樣化的特征。與花粉壁發育有關的基因是協調調控的。在水稻中,花粉外壁和花藥角質的合成可能共享同樣的通路。除此之外,研究人員還探討了花粉壁相關基因的保守性和調控機制,展望了花粉壁研究目前面臨的挑戰和未來的發展前景。(Trends in Plant Science
 
 
植物microRNA轉錄和加工復合體中的新組分
 
在真核生物中,20-30個核苷酸長度的小的非編碼RNA(Small non-coding RNAs)是調控很多生物學過程的關鍵內部信號之一。研究人員對植物microRNA剪切小體(Dicing body)DCL1的作用機制進行了深入剖析,以DCL1中雙鏈RNA結合域為誘餌,通過酵母雙雜交篩選發現擬南芥DCL1與轉錄因子CDF2存在直接的相互作用。CDF2能夠作為轉錄因子起始部分miRNA基因的轉錄過程,同時直接結合由它轉錄出來的pri-miRNA,影響這些pri-miRNA的剪切過程,從而調節植物的生長發育過程。該研究進一步解析了miRNA加工過程的調控機理,同時為揭示miRNA轉錄到剪切的偶聯過程進一步奠定了基礎。(PLoS Genetics)
 
 
植物生態式物種形成研究
 
栽培稻近緣野生種Oryza rufipogon O. nivara是近期分化的姊妹種,在形態、生境和生殖等方面存在顯著差異,因此是研究物種形成的理想體系。研究人員通過對2個野生種3個生殖相關組織的轉錄組進行測序,發現約8%的基因在種間發生了顯著的表達分化,并隨機分布在基因組上。其中,約62%差異表達基因的表達模式受方向性選擇的影響;相對于編碼區,差異表達基因上游區域比非差異表達基因進化速度更快,說明基因調控在物種分化中起到了關鍵作用。進一步功能注釋分析發現,差異表達基因顯著集中在與生殖和逆境響應相關的基因上,這與2個野生種在表型和生態上的分化相一致。該研究首次在全基因組水平上探討了基因調控在植物物種形成中的作用,說明生態式物種形成伴隨著廣泛且具有適應性的表達分化,為進一步理解植物物種形成提供了重要證據。(Molecular Biology and Evolution
 
 
首個基因敲除狗模型建立
 
隨著TALEN技術和CRISPR/CAS9技術等基因敲除技術的出現,牛、羊、豬、猴等大型哺乳動物都通過CRISPR/CAS9技術實現了基因敲除。由于狗生殖生理較為特殊,基因敲除狗的培育難度較大。研究人員選取肌肉生長抑制素基因作為第一個敲除目標基因,該基因對骨骼肌生長具有抑制作用,被敲除后,肌肉生長發育能力增強。所獲得的基因敲除狗的肌肉在4月齡時就顯得比普通狗更為發達,成年以后將具有更強的運動能力,研究組將兩只狗分別命名為大力神和天狗。狗在營養代謝、生理解剖等方面與人類極其相似,因此狗是研究人體生理和疾病發生機理的理想實驗動物?;蚯贸返呐嘤龑槿祟惣膊≈委熀退幬镅邪l提供新的實驗動物模型,也將加速培育更多含優良遺傳性狀的新品系狗。(Journal of Molecular Cell Biology
 
 
CRISPR獲取新間隔序列的分子機制
 
細菌和古菌等原核生物不斷地遭受外界病毒的侵染以及水平核酸轉移,成簇的且有規律間隔的短回文重復序列和它的輔助蛋白(Cas)構成了原核生物一個重要的免疫防御系統——CRISPR/Cas系統。研究人員通過深入的研究,解析了Cas1-Cas2與多種類型DNA的復合物的晶體結構,證明了被Cas1-Cas2所獲取的外源核酸片段是以雙叉的構象存在的,通過一種類似切割-拷貝的方式將獲取的外源核酸片段插入到了自身的CRISPR位點。該研究發現了Cas1-Cas2識別外源入侵DNA分子機制,揭示了外源核酸片段的長度是如何確定的,同時也解釋了該階段中的核心蛋白Cas1和Cas2各自的功能。因此,該成果為揭示原核生物這一新的抵御病毒及遺傳物質的入侵的機制奠定了重要的理論基礎。(Cell)
 
 
無需DNACRISPR技術
 
植物科學家們正在廣泛采用CRISPR/Cas9技術來開展實驗,韓國科學家改進了這一技術,使得它能夠在不引入外源DNA的情況下刪除掉特定的植物基因,該過程完全避開了基因轉化,通過在植物外組裝Cas9酶和它的導向RNA序列,并利用溶液讓生成的蛋白質復合物進入到植物中。這一技術能夠有效發揮作用敲除煙草、水稻、萵苣和擬南芥中的所選基因。目前還不清楚監管部門對CRISPR編輯植物持何立場。(Nature
 
 
提高Cas9靶向范圍和精度的突破性技術
 
由于易于使用且高效,CRISPR-Cas9基因組工程系統正在徹底地改變生物科學。一個美國研究小組開發了一項新技術通過融合可編程的DNA結合結構域(pDBD)和Cas9,可顯著提高Cas9的精度及擴大它的靶向范圍。研究人員證實通過整合進諸如Cys2-His2鋅指蛋白(ZFPs)或轉錄激活子樣效應因子(TALEs)一類的pDBD,可降低Cas9的固有DNA結合親和力,生成的Cas9-pDBD嵌合體會大大提高Cas9的精度及增大靶向范圍。由于可以輕易地調控這一平臺的特異性和親和力,Cas9-pDBDs為我們提供了一個靈活的可定制系統,在幾乎所有的基因組位點來實現極其精確的基因組編輯。(Nature Methods
 
 
I型和IIICRISPR基因組編輯技術
 
CRISPR基因組編輯技術主要被分為3個主要類型:I型、II型和III型。在三種主要的CRISPR系統中,II型系統進行DNA干擾只需要一個稱作為Cas9的蛋白,已被廣泛用于許多不同的真核生物?,F在研究人員開發出了一種利用I型和III型CRISPR進行基因組編輯的方法,實現了對冰島硫化葉菌的遺傳操控。這種方法是基于原核生物自身具有CRISPR系統。他們構建出了攜帶人工迷你CRISPR簇和包含非靶向序列供體DNA的一種新型基因組編輯質粒(pGE)。將pGE質粒轉化到宿主細胞后,人工CRISPR簇提供的crRNA會與內源CRISPR系統提供的Cas蛋白形成核酸蛋白復合體crRNP,對靶標基因進行DNA干涉。利用這一策略,研究人員生成了不同類型的突變,包括刪除、插入和點突變。研究人員表示,這種方法可簡便適用于所有具有內源CRISPR-Cas系統的細菌和古細菌,同源重組的參與極大程度上避免了脫靶效應,增強了編輯特異性;更高的編輯效率,篩選陽性率高;流程簡單,操作周期短,大大減輕了原核生物基因組編輯的工作量。(Nucleic Acids Research
 

來源:基因農業網

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