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生物技術前沿一周縱覽(2015年11月13日)

2015-11-13 10:01 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 表觀遺傳調控水稻農藝性狀研究

 
表觀遺傳是指在核苷酸序列不發生改變的情況下,可遺傳的基因表達變化,表觀遺傳變異極大地豐富了生物的遺傳及表型多樣性??蒲腥藛T鑒定了一個水稻RAV6 功能獲得性表觀遺傳突變體,發現水稻RAV6 啟動子區域一個MITE轉座子及其鄰近序列的DNA甲基化下降導致RAV6 基因高表達,進而使其靶基因油菜素內酯(BR)受體及合成相關基因高表達,造成水稻葉夾角變大。RAV6 基因沉默、MITE插入及其高甲基化狀態在栽培稻中是保守的。暗示該位點的表觀遺傳狀態在進化上受到了選擇。(Plant Physiology
 
 
水稻多組學數據整合和信息共享數據庫建成
 
水稻是一種主要糧食作物,同時也是一種重要的模式生物。高通量測序技術的迅速發展促進了水稻組學數據的廣泛積累,使深入研究控制水稻重要農藝性狀、種質資源多樣性以及水稻馴化過程的機制成為可能。研究人員采用可擴展和可持續的系統架構設計,集成整合水稻的多種組學數據,開發建立了水稻多組學數據整合和信息共享數據庫IC4R(Information Commons for Rice)。IC4R具有良好的可擴展性和持續性以及維護成本低等特點,其包含的模塊主要有基于5000多株水稻重測序數據產生的變異信息數據庫、基于RNA-Seq測序數據的水稻基因表達數據庫、以稻屬為核心的植物同源數據庫、水稻蛋白不同水平翻譯后修飾數據庫、水稻文獻數據庫以及基于Wiki的水稻基因信息大眾審編(Community Curation)平臺。IC4R計劃后續整合更多類型的組學數據,并將重要的農藝性狀與多組學數據關聯起來,逐步發展成為水稻基礎研究和轉化研究的信息知識寶庫。(Nucleic Acids Research
 
 
解析豆科植物的共生固氮過程
 
氮素是植物生長發育的重要營養元素,大多農作物主要通過施用工業氮肥獲取氮源,而豆植物與根瘤菌之間的共生固氮是植物獲取氮素最為有效且經濟的形式。研究豆科植物共生固氮的分子機理,不僅有助于理解共生固氮這種生命現象的本質,也為探索非豆科植物共生固氮的潛能提供理論基礎。研究人員對共生固氮過程中根瘤菌侵染和根瘤器官發育分子機制的研究中,發現編碼WAVE/SCAR復合體中的一個組分SCAR蛋白的缺失會導致侵染線不能正常形成。通過蛋白序列分析發現,該SCAR蛋白屬于豆科植物特異的一個分支,該蛋白可能通過基因重組獲得了在共生固氮中的特殊功能,故命名為SCARN (SCAR-Nodulation)。在根瘤菌侵染的表皮細胞中SCARN特異表達,而且共生特異的轉錄因子NIN(Nodule inception)直接調控它的表達。(PLoS Genetics
 
 
基因組測序揭示棗椰樹起源
 
棗椰樹(Phoenix dactylifera L.)是干熱地區重要果樹作物之一,且有大面積栽培,尤以伊拉克為多,在當地是一種重要經濟作物,果實可供食用,樹身亦具經濟價值。目前,關于棗椰樹的起源進化,仍然還不明確。研究人員通過100 Dates!基因組測序項目,確定了棗椰樹基因組中遺傳變化的圖譜,在棗椰樹品種之間發現了700萬多個突變或單核苷酸多態性,分析了中東棗椰樹和北非地區棗椰樹之間的遺傳差異,這個重要的發現闡明了長期以來的棗椰樹進化問題。該研究還發現了對于棗果成熟、果實顏色和抗病性非常重要的基因。(Nature Communications
 
 
民豬全基因序列圖譜完成
 
民豬是列入國家品種資源保護名錄的一種地方豬品種。民豬具有繁殖力高、肉質優良、抗病、耐粗飼、能在冬季寒冷條件下生存的特點。我國科學家使用近300G的雙端測序數據,構建出民豬全基因組序列圖譜,得到的基因組大小約為2.64Gb;通過與人、鼠和杜洛克基因組的同源基因信息相比對,成功預測出20853個蛋白編碼基因,檢測出1200萬個單核苷酸突變位點和180萬個插入/缺失突變。此外,研究人員通過對民豬編碼的正選擇分析,共得到22個受到正選擇的基因。與肌肉淀粉合成酶、肌糖磷酸酶及緩激肽受體等能量代謝相關的基因受到了顯著的正選擇。民豬全基因序列圖譜的完成不僅能夠促進養豬產業、綠色食品產業的發展,而且為日后對民豬的全面研究奠定了基礎,有利于該品種資源的保護、開發和利用。(科技日報
 
 
甲藻基因組測序與結構分析
 
甲藻是海洋生態系統中最重要的初級生產者之一。其中蟲黃藻(Symbiodinium)是珊瑚礁中必不可少的共生藻,珊瑚-蟲黃藻共生體系不僅是形成珊瑚礁的基礎,也是全球碳循環的重要組成部分。對甲藻分子遺傳機制了解的貧乏和其復雜性有關。研究人員以蟲黃藻作為模式生物,通過基因組測序,在國際上首次系統完整地分析了甲藻基因組的結構特性,描繪了珊瑚蟲和蟲黃藻共生過程中相互作用的分子機制,為今后甲藻基因組學和珊瑚-蟲黃藻共生生態系統的深入研究奠定了堅實的分子生物學基礎。(Science
 
 
液泡磷轉運蛋白對于擬南芥磷平衡至關重要
 
磷酸鹽是植物生長必需的營養素,無機磷酸鹽(Pi)主要儲存在植物細胞的液泡中,使得植物能夠適應土壤中變化的Pi供應。研究人員在擬南芥中發現了將Pi運送到液泡內的一種SPX結構域蛋白——VPT1的功能特征。vpt1突變體植物矮化,在幼苗中,VPT1對Pi儲存發揮作用,而在老組織中則負責除去高Pi。因此,破壞VPT1可導致植物對低Pi和高Pi條件過度敏感,降低了植物對Pi供應改變的適應性。由此,研究人員提出VPT1轉運蛋白在擬南芥中負責了液泡Pi儲存,對于Pi適應至關重要。(PNAS
 
 
基于轉錄組測序數據揭示反式剪接機制
 
真核生物的基因具有復雜的剪接(splicing)機制。研究人員基于大規模高通量轉錄組數據分析,從組學和進化的角度對反式剪接基因進行了系統性研究。通過收集分析insecta五個目八個物種的組學大數據,研究人員一共發現了1627個反式剪接事件,涉及2199個基因(占基因總數的1.58%),說明反式剪接對物種轉錄組只產生小規模的影響,反式剪接基因與順式剪接具有既相似又不同的特征。研究人員還發現mod(mdg4)是insecta中唯一保守的反式剪接事件,它起源于雙翅目和鱗翅目物種的共同祖先,在果蠅和蚊子分離后發生了基因結構的巨大變遷,并經歷了反式剪接exon的大規模復制擴增。該研究證明了反式剪接在基因功能多樣化中的作用,同時也說明反式剪接在進化中受到了嚴格的調控,其導致基因多樣化的功能并沒有被廣泛利用。 (Nature Communications)
 
 
組蛋白替換的表觀遺傳學意義
 
高等生物的基因組DNA圍繞著由四種組蛋白組成的八聚體,形成碟狀的核小體結構?;蚪MDNA以這樣的形式包裝成為染色質,使DNA受到良好的保護。為了維持DNA相關過程所需的正確結構,染色質需要持續更換組蛋白。研究人員在小鼠卵母細胞中刪除了一個組蛋白的分子伴侶,這種伴侶蛋白負責在染色質結構中替換組蛋白。隨后他們通過單細胞表觀遺傳學研究,分析了卵細胞發育、DNA完整性和DNA甲基化受到的影響。在卵細胞發育過程中,卵母細胞會經歷一系列的表觀遺傳學修飾,這對于卵細胞的生殖能力至關重要。在卵細胞中起作用的不同表觀遺傳學系統存在復雜的關系,組蛋白水平的異常對DNA甲基化的影響很大。這項研究展示了組蛋白替換對維持基因組保真度的重要性,以及基因組動態變化中保護其完整性的具體機制。研究卵母細胞的發育過程有助于更清晰地理解基因組動態,以及這種動態對于生殖細胞的重要意義。(Molecular Cell
 
 
新技術用于器官發育分析
 
器官生長和空間模式的調控是器官發育的兩大基礎。研究人員在納米抗體(nanobodies)的基礎上開發了一種新技術,并將其命名為“Morphotrap”,首次在果蠅中選擇性操縱和分析了Dpp的分布,Dpp是影響果蠅翅膀發育的重要成形素之一,為器官生長研究提供了新的實用工具。研究人員用Morphotrap研究了果蠅翅膀的發育過程,發現Dpp只影響器官芽中間區域的生長。Morphotrap是一種這GFP納米抗體技術,具有更快更有效地在活體內研究GFP標記蛋白的功能,這是首次將GFP納米抗體成功用于復雜的活體生物功能研究。(Nature
 
 

來源:基因農業網

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