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生物技術前沿一周縱覽(2016年3月18日)

2016-03-18 19:06 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 揭示水稻穗莖發育調控機制

 
雜交水稻的發明和大規模應用不僅解決了中國人的吃飯問題,對世界減少饑餓也作出了卓越的貢獻。雜交水稻的制種過程需要兩個親本材料——雄性不育系和恢復系,然而水稻不育系常常具有“包穗”(即抽穗期穗子被包裹在葉鞘內難以抽出)的特性,為雜交稻制種帶來很大困難。研究表明最上部莖節內活性赤霉素水平的降低是導致不育系包穗的主要原因。研究人員通過對一個水稻顯性包穗突變體ree1-D (regulator of EUI1) 的分析研究發現,HD-ZIP I類轉錄因子家族中的HOX12直接調控EUI1基因的表達,HOX12和EUI1基因在均在水稻幼穗尤其是花藥中高表達。生化分析表明,HOX12作為轉錄激活因子,可以在體內與EUI1啟動子區直接結合并促進其表達,進而控制植物內源GA4的代謝和穗莖伸長。在水稻中,GA4比GA1有更高的生物活性。在水稻生殖生長階段,GA4在花藥及稻穗中大量積累。而EUI1可降解GA4,維持植物正常生長。HOX12干涉株系中EUI1基因表達量下降,使GA4降解減緩,并從穗中向穗莖中流動,進而導致穗莖中GA4含量增加,穗莖節變長。這項研究成果為解決在水稻雜交制種中不育系的包穗問題提供了很好的解決方案。(Plant Cell
 
 
利用CRISPR/Cas9技術開發抗除草劑水稻
 
乙酰乳酸合成酶(Acetolactate synthase, ALS)是植物必須氨基酸生物合成途徑中重要的酶,也是磺酰脲類、咪唑啉酮類、三唑嘧啶類等除草劑的靶點,研究發現定點修飾小麥和玉米等重要農作物的ALS基因可以使植株獲得除草劑抗性。研究人員水稻ALS基因為研究對象,構建含有Cas9表達盒、兩個sgRNA表達盒及定點修飾ALS基因的外源片段的植物表達載體,并利用基因槍方法將載體與外源片段同時導入水稻中,獲得了ALS基因兩個位點同時定點修飾、抗除草劑的水稻植株。CRISPR/Cas9技術目前在植物中應用主要是靶標基因的定點敲除,本技術在植物中實現了基因的定點修飾替換氨基酸和外源基因的定點整合。(Molecular Plant
 
 
植物減數分裂同源重組研究取得新進展
 
減數分裂是維持物種遺傳穩定性的同時,豐富個體遺傳多樣性的基礎。在減數分裂過程中,同源染色體之間發生了一系列復雜的事件,包括同源染色體配對、聯會、重組及分離等,其中重組是減數分裂的核心事件,而配對和聯會是為重組的完成提供保障的。已有研究表明同源重組過程具有高度的保守性,但調控該過程蛋白的功能并非十分保守。研究人員鑒定到兩個保守的水稻DMC1基因:OsDMC1A和OsDMC1B。研究發現這兩個基因功能冗余,任一單基因突變不影響水稻植株生長與發育。只有當它們同時突變后,才會導致減數分裂過程中大量單價體的形成。進一步研究表明,水稻DMC1功能缺失并不影響減數分裂同源重組早期蛋白的定位,但會使重組晚期蛋白OsHEI10在染色體上定位的大量減少。有趣的是,水稻DMC1基因突變并不影響減數分裂早期同源染色體的同源搜尋和配對,但會導致聯會復合體的組裝異常,這與酵母、小鼠、擬南芥等模式生物中的研究結果完全不同。相關研究結果為深入理解減數分裂同源重組調控的分子機制奠定了堅實基礎。(Plant Physiology
 
 
茉莉酸調控植物次生代謝機理闡明
 
植物能夠合成各種次生代謝物,包括生物堿、萜類、黃酮類、硫代葡萄糖苷等。這些次生代謝物在植物適應環境的過程中扮演著非常重要的角色,他們參與調控植物的品質、生長發育、生物和非生物脅迫等各種生理生化過程。茉莉酸(Jasmonates,JAs)是植物體內一種參與調控次生代謝生物合成的重要激素。JAs主要是通過F-box受體COI,促使關鍵抑制子JAZ蛋白泛素化,然后通過26S蛋白酶體降解,進一步使得受JAZ抑制的轉錄因子激活,從而調控次生代謝途徑關鍵酶基因的表達,促使次生代謝物質的合成。受JAs調控的轉錄因子主要包括AP2/ERF、bHLH、MYB和WRKY類等,這些轉錄因子通常結合在關鍵酶基因的GCC-box、G-box、MBS和W-box等順式作用元件來調控基因的表達。此外,轉錄因子通過與其它蛋白質的互作、自身的磷酸化以及泛素化等修飾來調節自身的活性進一步影響次生代謝物質的生物合成??茖W家系統闡述了受JAs響應的轉錄因子調控植物次生代謝物質的生物合成分子機理,同時對今后該領域的研究發展方向提出了一些參考建議,特別是對棉花和牧草的次生代謝物質生物合成研究具有指導意義。(Biotechnology Advance)
 
 
總結植物生長調控網絡
 
植物能夠對來自內部和環境中各種各樣的信號做出響應,這種能力對于它們的生存和適應至關重要。植物需借助高度結構化的細胞內網絡來整合這些信號以確保協調的細胞反應,此外激素和肽類在時空上發揮作用協調了局部的細胞分裂并遠距離調控了生長和生理。此外,信號互作和信號輸出也會隨發育而發生顯著的變化。在最新綜述文章中,科學家揭示了細胞間的通訊對多細胞生物生存的重要性,生長和發育都需要在細胞間協調細胞的增殖和分化。生物體要生存還必須正確地響應廣泛的環境信號,這樣的適應性反應要求細胞內的信號傳導及信息從接收信號的細胞流向機體其他的部位。植物主要依賴于激素和分泌的小分子肽進行通訊。此外,植物是無法移動的,必須通過改變生長、發育和代謝來適應環境。因此,植物進化出了強大的細胞內信息加工系統和復雜的細胞間信號傳導網絡。文章概述了將多個信號整合成細胞決定的一些細胞內回路,以及局部和整體編程發育的一些細胞間信號回路,還論及一些植物激素和肽信號,以及它們與調控莖與根生長的環境信號之間的互作。­­­(Cell
 
 
鯉魚基因組的修飾和遺傳育種研究
 
普通鯉魚(Cyprinus carpio)作為一種雜食的濾食性魚,在世界范圍廣泛養殖。鯉魚也是生態學、進化、環境毒理學、生理學、營養學、免疫學、發育學、育種和轉基因研究的一種模式生物。由于其成熟期較長,急需開發基因組編輯工具。研究人員證明TALEN和CRISPR-Cas9都是修改普通鯉魚基因組的高度有效的工具,為促進鯉魚遺傳學研究和育種,開辟了新的途徑。(Scientific Reports
 
 
真菌聚酮化合物組合生物合成領域取得新進展
 
聚酮化合物是天然產物中的一大家族,化學結構和生物活性多樣,在農業和臨床上具有重要價值,如殺蟲劑阿維菌素和降血脂藥洛伐他汀等。天然聚酮化合物一般要經過結構改造才能提高藥效,但天然聚酮含有較多立體異構和取代基等復雜的化學結構,利用化學合成和修飾非常困難,因此,在闡明其生物合成途徑的基礎上,利用微生物代謝途徑的多樣性,通過不同合成模塊的重新組合是實現復雜手性化合物結構改進和藥效提高的有效措施。研究人員在真菌聚酮程序化生物合成機制和合成模塊相互作用規律的基礎上,通過重新組合具有抗癌、消炎、殺蟲、提高植物耐熱等生物活性的苯二酚內酯生物合成模塊,在釀酒酵母中實現了活性提高的系列新型真菌聚酮化合物的一步合成。本研究繼續拓寬真菌聚酮化合物組合生物合成的范圍,通過苯二酚內酯合成模塊與具有抗真菌生物活性的嗜氮酮合成模塊的組合,生物合成了新型聚酮化合物。研究成果不僅為揭示天然聚酮類化合物的程序化生物合成機制奠定了重要理論基礎,而且也為大規模實現新型真菌聚酮類抗生素的工程化生物合成提供了創新方法。(Organic Letters
 
 
揭示食線蟲真菌和宿主間相互作用的分子機制
 
據了解,全世界每年由于植物寄生線蟲造成的農業損失高達1570億美元。殺線蟲化學農藥對環境造成巨大傷害,而利用真菌控制植物寄生線蟲低毒環保,是實現綠色防控的有效手段。真菌掘氏梅里菌(Drechmeriaconiospora)是一種專性食線蟲真菌,可以寄生并殺死多種農作物病害線蟲,如番茄根結線蟲等,具有極強的宿主專一性和依賴性,在感染線蟲時還能合成具有殺線蟲活性的次級代謝產物梅里霉素,在作物寄生線蟲的綠色防控中具有廣泛的應用前景。研究人員通過結合二代和三代測序技術以及轉錄組數據,利用基因組測序和轉錄組分析,成功組裝了包括重復序列集中的著色粒和大部分端粒序列的全染色體序列,基因組完整度達到了國際頂尖水平。系統解析了掘氏梅里菌專性侵染秀麗隱桿線蟲的分子基礎,篩選出一系列與殺線蟲相關的功能基因。該研究加深了對真菌寄生過程的認識,為進一步研究食線蟲真菌和宿主間相互作用的機理打下了堅實的基礎。研究結果也有助于利用異源生物合成系統,高效生物合成梅里霉素,用于植物寄生線蟲的綠色防控。(Scientifc Reports
 
 

來源:基因農業網

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