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生物技術前沿一周縱覽(2016年5月6日)

2016-05-06 12:56 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

玉米葉片衰老過程中的MicroRNA依賴基因調控網絡
 
玉米籽粒產量主要取決于功能葉片的光合效率,它是由一系列基因網絡和其他因素控制的。MicroRNAs (miRNAs)是一種小RNA分子,在植物發育調控中發揮著重要作用。研究人員已經發現幾個與衰老相關的miRNAs (SA-miRNAs)通過調節目標基因的表達水平來調控葉片衰老過程。研究人員用一個滯綠品系Yu87-1和一個早期葉衰老品系ELS-1來確定候選miRNAs。研究發現ELS-1和Yu87-1之間存在16個差異表達miRNAs。分析兩個品系確定了這16個差異表達的miRNAs為候選的SA-miRNAs。進一步分析表明,這些候選的SA-miRNAs可能通過它們的目標基因,主要是轉錄因子調節葉片衰老,并有可能控制葉綠素降解途徑。(BMC Plant Biology
  
 
煙草的育性恢復相關蛋白發現
 
雄性不育植物的育性恢復是在雜交種子生產中一個關鍵要求。在先前的研究中發現,半胱氨酸蛋白酶在絨氈層細胞中的表達會導致轉基因煙草植物的完全雄性不育??茖W家使用野生花生(Arachis diogoi)的一個半胱氨酸蛋白酶抑制劑基因,為半胱氨酸蛋白酶誘導的雄性不育轉基因煙草植物開發了一個基于基因的植物修復系統,該基因編碼一種半胱氨酸蛋白酶抑制劑。研究人員確認了半胱氨酸蛋白酶和野生花生半胱氨酸蛋白酶抑制劑之間的相互關系。表達半胱氨酸蛋白酶抑制劑基因的轉基因煙草植物的花粉,在半胱氨酸蛋白酶誘導的雄性不育煙草植物中恢復了育性。這證實了在絨氈層細胞中半胱氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶抑制劑的相互作用,以及半胱氨酸蛋白酶的失活和其對花粉育性調控的負面影響。(Plant Science
 
 
植物免疫系統與營養需求間的關系解析
 
長期以來科學家們認為,植物免疫系統的作用只是辨別敵友,以及抵御病原體,但在需要時它也參與調節植物中的有益微生物。研究人員在模式植物擬南芥和真菌Colletotrichum tofieldiae之間發現了這種關系。當需要時,植物會忍受這種真菌,幫助它們從土壤中獲取可溶性磷酸鹽,而如果它能自行完成這一任務則會拒絕微生物。只有從土壤中獲取可溶性磷酸鹽,植物才能生長。大多數植物保留菌根——它們根系周圍的一種真菌網,給它們提供重要的土壤養分。擬南芥是少數沒有菌根的植物之一。相反,它與土壤真菌Colletotrichum tofieldiae之間存在一種有益的關系,它將土壤中的不溶性磷酸鹽轉化為可溶性磷酸鹽,并通過真菌網向其宿主釋放生長所需的營養物。研究人員發現了一個完整的先天免疫系統是共生關系所必需的,并在植物不能靠其自身獲得足夠的土壤磷酸鹽時,允許真菌定居在植物根系。但是,如果磷酸鹽是豐富的,植物就會產生一個巨大的免疫反應。(Cell
 
 
發現植物的生物鐘基因
 
通常條件下,植物在下午就已經準備好了應對日落后的低溫。通過這種方式,植物利用他們的生物鐘預先應對由時間引起的周邊環境的變化。研究人員發現在日出時生成的一個生物鐘蛋白CCA1,與參與目標基因PRR5表達的一段特定的DNA序列結合。研究人員應用染色質免疫沉淀(ChIP)技術收集了結合到DNA的CCA1蛋白,通過快速DNA測序分析了DNA序列,發現PRR5基因在調節區域出現的頻率較高,研究數據表明CCA1蛋白直接與PRR5基因的調節區域相互作用,對其有重大影響。研究還發現了CCA1生物鐘蛋白在植物細胞染色體中的目標DNA區域。在晚上表達的許多基因都在CCA1結合的DNA區域附近。這些基因中的一部分是負責植物應對干旱脅迫、植物激素脫落酸的信號傳播、打開和關閉氣孔的調控、蠟的生產等過程。(Plant Cell
 
 
微生物使用植物激素來保護植物
 
植物有益微生物通過干擾病原體或通過增強宿主來介導病害的生物控制,但微生物生產的植物激素,包括細胞分裂素,以前并不被認為是一種生物控制機制。研究人員首次發現由一種有益微生物產生的植物激素可通過誘導植物抗性,保護植物免受病原微生物的侵害。這是一種通過細菌產生的細胞分裂素,可以有效地控制病原體對一種模式植物的感染,使植物保持組織的完整性和最終生物量產量。研究還揭示了植物生長刺激激素與碳水化合物代謝調節之間的緊密聯系,并可能與微生物活性聯系起來。(Scientific Reports
 
 
雙子葉胚乳型種子基因組DNA甲基化研究
 
DNA甲基化是一種非常重要的表觀修飾因子,參與異染色質的形成、轉座子的沉默、基因表達的調控以及印跡基因的發生。在植物中,DNA甲基化主要發生在CG、CHG和CHH序列上(其中H代表非G的堿基類型);同時,開花植物中還存在DNA的主動去甲基化過程?;蚪M最終的甲基化水平是由DNA甲基轉移酶和去甲基化酶的活動共同決定。蓖麻種子是典型的雙子葉胚乳型種子,是種子生物學研究的模式材料,也為研究雙子葉植物胚乳基因組低甲基化的生物學意義提供了理想的材料。研究人員對蓖麻胚和胚乳組織的基因組DNA甲基化及其生物學意義進行了深入研究,揭示了蓖麻種子基因組中CHH甲基化是主要的甲基化形式,和胚乳基因組CG和CHG低甲基化相比,CHH 的甲基化沒有展示顯著的低甲基化。研究還揭示了蓖麻胚乳CG和CHG甲基化水平的下降,與MET1和CMT1甲基轉移酶的表達抑制以及DME去甲基化酶的表達激活有關,也與胚乳偏愛性基因的表達密切相關,這些基因廣泛地參與了胚乳的發育過程。同時,研究發現胚乳中高豐度的CHH甲基化與24-siRNAs介導的RdDM途徑以及DRM3甲基化轉移酶的表達激活有關。該研究不僅嶄新地揭示了雙子葉胚乳型種子基因組甲基化的規律,而且為研究植物種子基因組甲基化的生物學意義提供了重要依據。(Plant Physiology)
 
 
氣候變化下天敵昆蟲調控外來入侵植物群落動態變化的機制
 
氣候變化如何影響外來生物入侵是目前生態學研究的一個熱點問題??招纳徸硬?Alternanthera philoxeroides)是我國目前危害最為嚴重的入侵物種之一。為控制該草,我國于1986年從美國引進天敵昆蟲蓮草直胸跳甲(Agasicle hygrophila)開展生物防治。該天敵昆蟲在我國不僅危害空心蓮子草(主要寄主),也取食本土植物蓮子草(Alternnathera sessilis)(次要寄主)。為闡明氣候變暖下生防天敵將如何影響本地與入侵植物競爭關系及其群落變化,研究人員開展了緯度梯度調查和田間模擬增溫實驗,探討氣候變暖下生防天敵對空心蓮子草和蓮子草競爭關系的調控作用。野外調查發現:25.8°N以南地區,蓮子草為多年生植物;26.5°N以北地區蓮子草為一年生植物且空心蓮子草在混發群落中占據優勢地位。21°N~30.5°N區域均有生防天敵發生。田間模擬增溫使得蓮子草生活史由一年生變化為多年生,同時相對提高了生防天敵對空心蓮子草的抑制能力,因此直接和間接地增強了本地植物蓮子草的競爭能力。其結果是,當生防天敵發生時,氣候變暖可使原來入侵種空心蓮子草占優勢的群落變化為本地種蓮子草占優勢的群落。該研究表明:植食性昆蟲對外來植物入侵響應氣候變暖及其群落組成變化具重要調控作用,因而預測氣候變化下外來植物入侵風險需充分考察生物因子的作用。(New Phytologist
 
 
兩種密碼子優化Cas9的基因敲除效率比較
 
斑馬魚具有飼育容易、體外受精、體外發育、胚胎透明、組織器官再生能力強等諸多優點,從而成為研究脊椎動物發育與人類遺傳疾病的重要模式動物。由于斑馬魚產卵量較大且易于顯微注射,以CIRSPR/Cas9基因組編輯技術為基礎,研究者先后在斑馬魚中實現了基因組水平的定點敲入、多基因平行敲除、同源序列介導的精確整合等。為在斑馬魚中獲得特異且高效的基因敲除,多個實驗室獨立人工合成了序列彼此不一的Cas9 cDNA序列,并克隆入不同的體外轉錄載體。研究人員選取兩種斑馬魚密碼子優化的Cas9編碼序列(zCas9_bz和zCas9_wc),對斑馬魚胚胎中的7個基因(外源egfp及內源chd、hbegfa、th、eef1a1b、tyr、tcf7l1a)分別進行敲除,通過PCR產物測序、克隆測序和表型分析比較了兩種Cas9的敲除效率。結果發現,zCas9_wc在各種情況下都顯現出較高的敲除效率,而zCas9_bz的效率相對較低。對突變靶點的序列詳細分析表明,這兩種Cas9蛋白導致的靶位突變并不存在序列上的偏好性,因此這兩種Cas9敲除效率的差異應該不是由于Cas9識別靶位的特異性所導致,而可能是由于密碼子優化、Kozak序列、核定位信號、N端標簽等諸多因素的存在與否所綜合導致。該研究為日后在斑馬魚中開展CIRSPR/Cas9介導的基因敲除時選擇Cas9編碼序列提供了有益的參考。(遺傳
 
 

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