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生物技術前沿一周縱覽(2015年10月30日)

2015-10-30 15:42 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 水稻抗旱耐鹽轉錄調控通路新成員

 
隨著水資源短缺、土壤鹽堿化的趨勢日益加劇,干旱和鹽堿已成為影響農作物生產的兩大主要危害因子,威脅糧食安全。為了解決這一農業難題,長期以來國內外植物學家致力于開展作物抗逆性狀的分子調控機理研究,為作物抗逆分子育種改良提供理論基礎。研究人員在前期鑒定得到一個控制水稻抗旱耐鹽的重要轉錄因子DST (Drought and Salt Tolerance)的基礎上,通過酵母雙雜交技術尋找參與DST抗逆機制的新成員,發現了DST Co-Activator 1 (DCA1),其是一個功能未知的CHY鋅指蛋白。當過量表達DCA1時使轉基因水稻植株對鹽、旱脅迫變得更敏感,而該基因的突變體dca1卻明顯增強水稻對鹽、旱脅迫的耐受性,表明DCA1是一個抗逆負調控因子。通過進一步研究證明DCA1對DST的轉錄活性具有促進作用,并且過量表達DCA1可以增加氣孔開度而dca1可以降低氣孔開度,這種調控氣孔的開度是通過調節H2O2的量而實現的,DCA1與DST可能形成異源四聚體行使調節H2O2的功能。這些研究結果為作物抗逆機理的深入研究提供新線索,并且為作物抗逆性(抗旱和耐鹽)的分子育種提供有價值的基因專利。(PLoS Genetics
 
 
植物光呼吸的新功能
 
研究人員以小球藻為材料,發現了在培養體系中添加乙酸后高光條件可以顯著促進藻類的生長,從而揭示了植物光呼吸的新功能。研究揭示兼養藻類同化的碳主要來自乙酸根,其消耗量與生物量的積累正相關,且高光下乙醛酸循環和卡爾文循環相關酶含量顯著上調。通過代謝流比和定量蛋白質組學分析發現,高光下藻類細胞葉綠體內Rubisco催化的加氧反應增強。這一代謝途徑充分利用原本耗能的光呼吸過程所產生的乙醛酸,將其用于外源性乙酸的同化過程中,實現高光下生物量的快速積累。一般認為,盡管植物光呼吸有光保護功能,但是對于生物量的形成呈負面效應。該研究成果卻發現在特定條件下光呼吸對于藻類生物量的形成有促進作用,也解釋了在逆境條件下添加有機碳源可以強化藻類相關生物合成的機制。(New Phytologist
 
 
控制大豆種子大小基因發現
 
種子的大小是決定大豆產量的重要因素之一,但在過去90年的世界大豆育種實踐中,通過增加種子的大小提高大豆產量機理的研究進展比較緩慢。研究人員通過多年的努力,克隆了控制種子大小的GmCYP78A72基因,過量表達該基因可以使大豆的種子增加10%以上。該研究為進一步闡明大豆種子大小調控機制奠定了基礎,該基因不僅可以被廣泛地用于增加大豆不同品種的種子大小,而且可以采用類似的策略通過遺傳改良其他作物的種子大小來提高其產量。(Plant Molecular Biology
 
 
揭示草坪草狗牙根抗逆機制
 
狗牙根(Cynodon dactylon (L). Pers.)是一種暖季型草坪草,在綠化和生態防護上都起到重要的作用。狗牙根對非生物逆境具有較強的抗性,研究人員利用狗牙根作為研究材料,從生理生化以及蛋白質組學水平上解析了狗牙根對干旱和水淹脅迫的不同應答機制。研究表明,干旱脅迫促進了狗牙根體內多種生理生化代謝,多種生物學過程受到干旱脅迫的誘導。相反,水淹脅迫條件下狗牙根的多種代謝處于停滯和休眠狀態。從而解析了狗牙根應答干旱和水淹兩種脅迫的不同機制。(Journal of Pineal Research
 
 
揭示儲存水對木質藤本和樹木日間蒸騰的作用
 
對于陸生植物而言,日間由于冠層葉片強烈的蒸騰,植物傾向于優先利用靠近冠層樹干中的儲存水,因此儲存水是高大植物應對日間水分虧缺的一種重要的適應機制。研究人員選取了4種熱帶森林類型(熱帶喀斯特森林、季節雨林、河漫灘雨林、薩王納)中的代表性藤本和樹木共26科45株個體(個體長度從不足5米到60多米,其中藤本19株,樹木26株),分別研究了干濕季日間冠層與基部液流之間的時滯、日間樹干含水量的變化,同時測定了莖干的解剖特征。結果表明,藤本相比樹木具有顯著更低的木材密度和更高的飽和含水量;相比藤本,不管旱季還是雨季樹木基部和冠層液流之間更傾向于具有更長的時滯。季節間相比,植物在旱季具有顯著更長的時滯??偟膩碚f,該研究中個體時滯的長短與樹干含水量測定結果吻合,但與植株個體大小、探針之間的距離、木材密度及最大含水量無關。該研究結果預示多數熱帶樹木日間蒸騰傾向于利用更大比重的樹干儲存水,而藤本對莖干儲存水利用較少。(Tree Physiology)
 
 
樟科植物葉綠體比較基因組研究
 
樟科植物廣泛分布于世界熱帶及亞熱帶地區,絕大多數種類為喬木,具有重要的林業資源價值和藥物開發利用潛力。研究人員近期對該科兩個潤楠屬植物進行了葉綠體比較基因組學研究,首次對樟科植物葉綠體基因組的基因和結構進行比較,定位突變位點,注釋基本基因功能,并篩選出可用于親緣進化關系分析的高變區域。樟科潤楠屬植物的葉綠體基因組大小約為153 kb,近似于近緣科蠟梅科夏蠟梅屬植物;兩個潤楠葉綠體基因共有297個突變位點,突變率與中國人參各品系間的差異相當;其中包括231次替換事件、65次插入缺失事件和一次位于ccsA-ndhD區的小倒位事件;95次替換事件發生在基因編碼區,表明具有進化選擇的可能性;36次缺失事件造就了可用于遺傳分析的SSR位點;突變位點在葉綠體基因組上呈現非隨機性分布,共有七個高聚集區,極具系統分析潛力但完全與傳統分析序列不同?! ⊙芯拷Y果揭示了樟科植物葉綠體基因組的大小和結構;找到了先前應用于樟科系統學研究的葉綠體基因片段在種屬級別上缺乏分辨力的原因,為后續該科的系統學研究提供了有效的參考;同時也明確了樟科的一些大屬如潤楠屬存在種間遺傳差異小的事實。(Frontiers in Plant Science)
 
 
獨角金內酯信號通路新的作用機制解析
 
獨腳金內酯是最近幾年新發現的一種重要的植物激素,該激素在植物生長發育及適應外界環境變化的過程中具有重要的感知和信號轉導作用。研究人員深入系統地對獨腳金內酯的受體結構與功能進行研究,闡述D14就是新型植物激素獨角金內酯的直接受體,解析了受體與激素的復合物晶體結構,并揭示了獨腳金內酯信號識別和信號轉導的重要分子機制,為闡述整個信號通路的分子機制奠定基礎,具有重要理論意義和潛在應用價值。(Cell Research
 
 
人工合成酵母基因組研究取得突破
 
“釀酒酵母基因組合成計劃(Sc2.0 project)”是合成基因組學(Synthetic genomics)研究的標志性國際合作項目,集合了中國,美國、英國、澳大利亞、新加坡等國家的多個研究機構參與其中。該項目計劃通過對酵母這類微生物的改造探索,更加透徹地了解機體的生命系統,如生物學機制、生物學反應、對各種環境的適應性以及進化過程,將有助于解決人類生存面臨的能源短缺問題。該項目現已完成5條染色體的全合成及功能驗證。下一階段,Sc2.0項目協作組計劃利用人工設計合成基因組這一技術優勢,選育在溫度、酸堿度等不同發酵條件下明顯有生長優勢的菌株,用于實際生產應用的開發,如食品改良、生物燃油等等。該項目還就生物倫理和政策監管方面的問題進行了深入的探討,并針對Sc2.0項目做出了生物倫理規范聲明。(Genetics
 
 
豬長鏈非編碼RNA基因DNA甲基化研究
 
長鏈非編碼RNAs (lncRNAs)是一類長度大于200 nt,不編碼蛋白質的RNA分子。以往的研究證實一些lincRNAs在脂肪形成和肌肉發育中發揮了作用。豬是研究脂肪形成和肌肉發育有價值的模型。研究人員鑒別出由豬基因組中4515個基因位點編碼的6621個lincRNAs,確定了脂肪和肌肉組織中豬lincRNA基因的DNA甲基化模式。研究證實,lincRNA基因的甲基化水平高于mRNA基因,且比較啟動子、外顯子和內含子區域也觀察到了相似的傾向,在lincRNA和蛋白質編碼基因的轉錄起始位點(TSS)觀察到不同的甲基化模式。研究人員鑒別出了一種lincRNA基因linc-sscg3623,在60日和120日齡的民豬和大白豬背脂肪中顯示差異性甲基化水平。他們發現在民豬和大白豬中150日和180日之間發生了脫甲基化,隨后在180日-210日之間發生了再次甲基化。這些結果有助于我們了解家畜的馴化,并鑒別出了一些與脂肪形成和肌肉發育相關的lincRNA基因。(Scientific Reports
 
 
Cell出版CRISPR技術綜述與研究特輯
 
作為新一代基因組編輯技術先鋒,CRISPR炙手可熱,這種最初被微生物學家用以了解細菌免疫力的技術方法在過去的5年里,研究人員已經轉而將CRISPR/Cas9發展為生物學研究的有力工具。CRISPR/Cas9基因組編輯系統,已經加速了科學研究,并提高了研究人員產生遺傳模型的能力。自2014年CRISPR技術應用備受關注以來,目前已經有超過1200篇相關的文章發布,全球許多實驗室都在利用CRISPR/Cas9基因組編輯系統分析各自的問題,從小鼠到蚊子,CRISPR技術為基因組學研究領域帶來了一陣旋風,取得了不敢想象的成果。在最新特輯:“CRISPR:The Next Generation”中進行了總結性報道。(Cell
 
 

來源:基因農業網

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