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生物技術前沿一周縱覽(2016年7月8日)

2016-07-08 09:58 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 水稻的病毒防御機制與miRNA有關

 
miRNA是一類長度為20-24核苷酸的單鏈小RNA。大量的研究證實miRNAs參與了植物生長發育的各個方面,包括根、葉、花等器官的形態建成、細胞分化、組織形成、新陳代謝、激素分泌、信號傳導,逆境脅迫響應等生物學過程。研究人員證實,水稻齒葉矮縮病毒(RRSV)感染可提高miR319的累積,抑制宿主植物中受miR319調控的TCP基因,尤其是TCP21基因表達。過表達miR319或下調TCP21的轉基因水稻植物顯示疾病樣表型,與野生型植物相比對RRSV的易感性顯著增高。相比之下,在過表達TCP21的RRSV感染水稻品系中只觀察到輕微的疾病癥狀。這在過表達抵抗miR319的TCP21的轉基因植物中尤為明顯。研究還證實RRSV感染及過表達miR319可導致內源性茉莉酸(JA)水平降低,及水稻中與茉莉酸生物合成和信號傳導相關的基因表達下調。而用茉莉酸甲酯(MeJA)處理水稻可以減輕RRSV引起的疾病癥狀,并減少病毒累積。研究結果表明,在水稻中RRSV感染誘導miR319抑制了茉莉酸介導的防御,促進了病毒感染和癥狀發展。(MolecularPlant
 
 
解析花器官的穩態發育過程
 
植物固著生長,因此為了適應多變環境而演化出了多種機制來調節自身的生長發育。在不同的環境條件下植物的營養生長呈現出很高的差異性,即表型可塑性,而生殖生長如花器官發育則呈現出非常穩定的特性,即表型穩態性。但目前控制花器官穩態發育的分子機制還很不清楚。研究人員通過對水稻eg1突變體的研究,發現eg1突變體在不同的生長環境下花器官呈現顯著的表型差異,表明EG1的突變影響了水稻花器官的穩態發育。生理生化實驗表明EG1是一個主要在線粒體定位的脂酶,其轉錄水平、蛋白穩定性和酶活性都具有高溫依賴特性。重要的是EG1能夠抑制大量下游基因在轉錄水平對環境的響應,其中包括一系列花器官特性決定基因。進一步的遺傳分析證明花器官決定基因OsMADS1, OsMADS6和OsG1作用于EG1的下游來保證花器官的穩態發育。這些結果表明EG1通過介導一條高溫依賴的線粒體脂酶途徑來保證花器官決定基因的正常表達,進而促進在不同環境中花器官的穩態發育。這一發現揭示了一個調控植物花器官發育的新機制。(PLoS Genetics
 
 
研究發現小麥和玉米干旱易損性關鍵因素
 
在大約40%水量減少的情況下,小麥產量下降20.6%,玉米下降39.3%,小麥比玉米下降幅度稍小。玉米傾向于干旱時減產更嚴重,部分原因是玉米來自濕潤地區。研究者也指出小麥在營養生長和生殖生長時期,敏感性比玉米更低。研究人員通過收集并分析了1980年至2015年經過同行審議、有關玉米和小麥干旱時期產量的發表文章,對所有有效數據進行匯總,結果顯示玉米和小麥在干旱條件下有著顯著性不同的產量,由此鑒定了能夠決定玉米和小麥面臨干旱時的產量易損性的環境變量和農藝因素相關的關鍵信息。研究也發現玉米在旱地與非旱地地域有相同的敏感性。雖然在地域間或不同土壤質地,未觀察到有產量差異,但是發現旱地小麥比非旱地小麥更加傾向于產量減少。(PLoS One
 
 
棉花抗黃萎病研究進展
 
大麗輪枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)是一種具有毀滅性的植物病原真菌,寄主非常廣泛,它引起的棉花黃萎病是世界棉花種植區危害最為嚴重的真菌病害,不僅顯著降低棉花產量而且大大降低纖維質量。大麗輪枝菌屬于土傳病菌,在土壤中形成微菌核抵抗不良環境存活達十年以上,至今生產上沒有任何有效殺菌劑,因此,培育抗病棉花品種被認為是防治黃萎病的重要手段。研究人員從天麻中克隆到一個天麻抗真菌蛋白基因,命名為GAFP,并證明GAFP對包括黃萎病在內的多種真菌具有較好抗性,進一步篩選天麻基因組文庫發現,天麻中存在著4個GAFP基因。通過對4個成員的活性比較研究發現,一個新的成員GAFP4在體內和體外都具有最強的抑菌活性,且帶有胞間質定位的信號肽可以明顯增強抗性。將GAFP4轉入2個陸地棉栽培品種,并在山西運城、河南安陽和河北廊坊三地黃萎病病圃中進行連續三年黃萎病鑒定試驗表明,GAFP4對不同生理型黃萎病菌株都具有非常明顯的抗性,是一個有效的高抗棉花黃萎病蛋白。尤為重要的是,GAFP4轉基因棉花在纖維產量上也有20.7% -51.7%的增加,因此,這項研究成果為通過植物基因工程手段攻克棉花的“不治之癥”提供了可能。(Molecular Plant
 
 
發現植物氮固定的缺失環節
 
鈣的運輸是向植物釋放信號,即氮固定細菌就在附近,觸發根部的根瘤發育以儲存這些細菌。鈣移動發生在植物細胞的中心核。研究人員發現了一系列極為重要的蛋白,稱為環核苷酸門控通道15s(CNGC15s),對鈣向核內移動非常重要。CNGC15s促進鈣向核內移動,使植物傳遞信息:氮固定土壤細菌就在附近。這使植物啟動細胞和發育過程,有利于細菌共容,建立氮固定共生關系,進而實現氮固定。雖然,鈣移動受限于植物細胞核內,卻對整株植物將如何生長有巨大影響。(Science
 
 
RdDM介導的DNA甲基化與雜種優勢無關
 
雜種優勢是一種普遍而重要的生物學現象,已被廣泛應用到作物育種中。植物雜種優勢機制解析一直是國內外植物科學研究的重點和熱點,DNA甲基化狀態在雜種與親本的變化和雜種表現的關系受到越來越多的關注。研究人員開發出一種新算法,在雜種中鑒定出將近3000個甲基化相互作用的區域。研究發現發生甲基化相互作用的區域富集了大量的siRNA。研究人員構建了調控RdDM途徑的2個關鍵基因NRPD1和NRPE1的雙突變體nrp1 nrpe1親本,并獲得了nrp1 nrpe1的F1雜交子代。研究發現,以上鑒定到的甲基化相互作用區域在nrp1 nrpe1的F1代中不再發生相互作用(A),表明RdDM是甲基化相互作用的主要調控因子。進一步分析發現,nrp1 nrpe1雙突變的F1代依然保持著雜種優勢(B),說明RdDM并沒有參與到擬南芥雜種優勢的調控中。該研究表明,盡管RdDM途徑是植物DNA甲基化產生的主要途徑,RdDM途徑在雜種DNA甲基化模式與水平變化中起到重要的調控作用,但卻不是調控雜種優勢產生的表觀遺傳修飾因子。該發現首次明晰了DNA甲基化不能顯著調控雜種優勢的形成,為今后進一步解析雜種優勢的表觀遺傳調控機制提供了重要線索。(PNAS
 
 
蛙類具有重要農業生態服務作用
 
從生態學角度看,蛙類常常被認為是稻田里的捕食者,它捕食各種各樣的無脊椎動物。早期的觀察研究發現蛙類主要取食鱗翅類lepidoptera、鞘翅類coleoptera、直翅類orthoptera、同翅類homoptera 和半翅目hemiptera等。它們是稻田害蟲,將導致稻谷生產損失嚴重。因此,蛙類可能提供了非常重要的生態系統服務功能。研究人員在尼泊爾低地稻田區域開展蛙類農業生態系統服務功能的研究。在插秧3-4周之后,分旱季和雨季分別調查蛙類,并采用沖洗胃的辦法獲得所見蛙類的食性,籍此獲得農田景觀中蛙類提供生態服務的證據。發現蛙類取食高比例的作物害蟲,但在季節間、物種間、甚至個體間均存在差異,其中旱季取食害蟲最高。蛙類提供的生態服務不僅局限于作物害蟲的控制,觀察也發現其取食大量動物傳染性疾病的重要帶病者。因此,研究者鼓勵農民和保護設計者在農業景觀中發展蟲害管理策略時考慮蛙類為重要的生物蟲害的防控者。(Agriculture, Ecosystems and Environment
 
 

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