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生物技術前沿一周縱覽(2016年11月25日)

2016-11-25 16:10 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

生物技術前沿一周縱覽(20161125日)

 
核雄性不育基因構建水稻雄性不育系

 

盡管核雄性不育在開花植物中很常見,但是由于很難獲得一個純的雄性不育系,使得其在雜交育種和種子生產中的應用收到限制。研究人員利用一個命名為OsNP1的核基因,構建了一個水稻雄性不育系。OsNP1編碼一種假定的甲醇–膽堿氧化還原酶,在絨氈層和小孢子中特異表達。osnp1突變體植株表現出正常營養生長,但卻是對環境條件不敏感的完全雄性不育。攜帶單合子轉基因的轉基因植物的自交,可按1:1的比例產生轉基因雄性不育和轉基因的可育種子,可基于DsRed編碼的紅色熒光而被挑選出來??捎霓D基因植物與轉基因雄性不育植物的異花授粉,可繁殖出高純度的雄性不育種子。不育系可與大約1200個可用的水稻種質資源雜交。大約85%F1代單株產量超過了它們的親本,并且10%的產量超出了最好的地方品種,表明該技術在雜交水稻育種和生產中前景明朗。(PNAS

 

 

揭示水稻木聚糖乙?;揎椃肿訖C理

 

細胞壁對于植物生長發育及抗脅迫均具有基礎性作用。乙?;鳛榧毎诙嗑畚锏闹饕揎椥问?,其修飾水平和位置對細胞壁理化性質和結構產生重要影響。研究發現,水稻OsTBL1蛋白具有木聚糖乙?;D移酶活性。分離到的ostbl1ostbl2突變體及其雙突變體均表現出植株矮化,細胞壁單糖和纖維素含量未見降低,但乙?;匡@著降低,且乙?;肯陆翟从谀揪厶且阴;揎棞p少。進一步研究證明OsTBL1為主效基因,能特異添加乙?;侥揪厶呛湍竟烟巧?,最適寡糖底物為木五糖。另外,研究還發現突變體對水稻白葉枯病原菌Pxo145Pxo61均表現為更感病,表明木聚糖乙?;揎棇Π兹~枯病的抗病性極為重要。該研究揭示了水稻細胞壁多糖木聚糖乙?;揎椀姆肿訖C制,為水稻分子育種提供了新的理論依據。(Plant Physiology

 

 

CRISPR/Cas9編輯技術用于水稻育種

 

水稻(Oryza sativa L.)是全球最重要的一種主食。雜交水稻育種為提高水稻產量,提供了一種重要的策略,其中雄性不育系的培育,是雜交育種成功的關鍵。CRISPR/Cas9系統已廣泛應用于靶位點的基因組編輯,然而它們在作物遺傳改良中的應用卻鮮有報道。TMS5是中國應用最廣泛的溫敏型雄性不育(TGMS)基因,最近,研究人員利用CRISPR/Cas9系統,研究人員在TMS5的編碼區中設計了10個靶位點用于靶向誘變,并評估了打靶和脫靶效應的潛在頻率,實現了在TMS5基因中誘導特異性突變,并開發了新的“清潔遺傳改良”TGMS系。利用TGMS品系,僅在一年內就可能應用于兩個水稻亞種的雜交育種。這一系統的應用,不僅顯著加快了不育系的繁殖,而且也有利于雜種優勢的利用。(Scientific Reports

 

 

研究揭示玉米抗葉斑病的分子機理

 

木霉菌是自然界廣泛分布的一種生物防治真菌,以往主要用于生物防治土壤傳播的病害。近年來隨著以病原菌相關分子模式/微生物相關分子模式(PAMP/MAPM)為核心的植物基礎免疫學理論的提出和組學技術廣泛應用,使得人們對木霉菌生物防治植物病害機理的研究上升到一個新的階段。研究人員從植物-病原菌-生防木霉菌三方分子互作角度,揭示了哈茨木霉菌(Trichoderma harzianum)在定殖玉米種子或根系過程中,如何調控兩種纖維素酶基因表達。研究表明,纖維素酶是木霉菌系統玉米抗病性的重要激發子(elicitor),能夠激發葉片JA/ET信號上調表達和活性氧的積累,玉米根部組織釋放出纖維素降解產物纖維二糖,參與玉米防御相關基因Opr7、Erf1的上調表達和抗病性誘導。這項研究提出了哈茨木霉系統誘導植物抗葉斑病防御反應的作用模式。(Scientific Reports

 

 

miRNA在植物非生物脅迫中起重要作用

 

研究人員利用模式植物擬南芥為研究材料,發現miR165/166對于干旱、低溫等非生物脅迫響應以及ABA穩態的維持發揮著極為重要的作用。擬南芥在種子萌發過程中和萌發后,通過降低miR165/166的表達水平,破壞miR165/166介導的靶標抑制,可導致植物產生干旱和低溫耐受表型以及ABA高靈敏度。ABA信號轉導途徑中的轉錄因子ABI4作為miR165/166介導通路的下游因子,直接被miR165/166靶標所調控。進一步研究證實,miR165/166表達降低所導致的ABA水平升高,部分是通過miR165/166靶標直接增加了BG1的表達水平,進而將不活躍的ABA轉化為活躍的ABA。該項研究證明miRNAABA響應及內穩態調控中具有關鍵作用,同時也為利用生物技術培育新型抗性農作物提供了新的作用靶點,對進一步培育抗干旱、低溫脅迫農作物,解決水資源短缺及低溫脅迫引起的農業問題具有重大意義。(PLoS

 

 

研究揭示葉綠素生物合成機制

 

葉綠素生物合成對于葉綠體發育和植物光合作用非常關鍵。BRAHMA (BRM)編碼一個SWI2/SNF2染色質重塑ATPase。研究人員發現,對BRM進行敲除、敲低和RNA干擾會影響擬南芥,使其在光照下轉綠率(greening rates)更高,累積較少的原葉綠素酸酯,生產較少的活性氧。原葉綠素酸酯氧化還原酶PORA、PORBPORC負責催化葉綠素生物合成的關鍵一步。研究顯示,BRM通過N端結構域與轉錄因子PIF1相互作用。BRMPIF1依賴的方式被直接招募到PORC的順式調控區域。在brm突變體中,PORC位點的H3K4me3水平升高。研究指出,染色質重塑酶BRM通過與PIF1互作調控PORC的表達。植物從異養生長轉變為自養生長的時候,通過這種機制調控葉綠素的生物合成。(Molecular Plant

 

 

森林根系分泌物的生態學效應

 

森林根系分泌物日益被認為是驅動生態系統過程的重要調控因子。研究人員通過模擬控制試驗,探究了不同C:N化學計量特征的根系分泌物對亞高山兩種森林類型(天然林和人工林)土壤C激發效應及相關的微生物過程影響的差異。研究發現:根系分泌C添加對兩種林分土壤均誘導C正的激發效應(即土壤C降低),而N添加則緩和乃至抑制土壤C正激發效應。兩種林分土壤微生物和胞外酶特性對根系分泌物C添加表現出截然不同的響應趨勢。對人工林土壤(低N)而言,根系分泌物C添加導致人工林土壤微生物生物量與胞外酶活性均增加,與傳統的微生物共代謝理論(microbial co-metabolism)一致。相反地,對天然林土壤(高N)而言,天然林土壤微生物量與胞外酶活性卻呈現出明顯的降低趨勢,這暗示著非微生物作用機制也是調控根系分泌物激發效應的另一重要途徑。該研究進一步豐富了森林根系分泌物對土壤C-養分循環過程影響機制的全面認識。(Applied Soil Ecology

 

 

我國發現全新植物北川驢蹄草

 

四川省北川縣小寨子溝國家級自然保護區管理局經過三年科考論證,確認該保護區發現一種新的植物:北川驢蹄草。通過野外調查、文獻查閱和標本比對,并得到核基因和葉綠體基因聯合建樹分析的分子系統學結果的支持,認為該種以葉緣具細密鋸齒、花梗彎垂、花猩紅色、雄蕊藥隔寬大扁平等特征,與驢蹄草屬已知種類均明顯有別,最終確認其為一新物種——北川驢蹄草。北川驢蹄草生長環境為常綠落葉闊葉林帶、針闊混交林帶、亞高山針林帶、高山草甸,該物種通常生長于山谷溪邊或濕草甸,有時也生長在草坡或林下較陰濕處。(Phytoaxa

 

 

研究人員首次發現昆蟲與蕨類的動態偽裝過程

 

昆蟲和蕨類植物均為地球上較古老的生物類群,距今已共同生活了超過3.5億年。研究人員在近年來的野外調查中,發現了一種奇特的鱗翅目昆蟲幼蟲。它能根據蕨類植物友水龍骨孢子囊群形態和葉片顏色的變化,動態改變其身體上的斑點:草綠色的幼蟲幼時的斑點為紅褐色圓點,恰似友水龍骨綠色葉背紅褐色的圓形孢子囊群;當昆蟲取食蕨類葉片后,葉片枯萎顏色變為深褐色,綠色幼蟲體表的斑點連成一片,也恰似枯萎的葉片。經形態學鑒定和DNA比對,研究人員發現這是一種夜蛾科路夜蛾屬昆蟲。研究人員將昆蟲幼蟲采集回實驗室培養,發現其在取食蕨類植物葉片時將蕨類植物的孢子也一同取食。通過檢測昆蟲腸道中的殘渣,他們發現,這些孢子的外壁多數被消化。但經多次人工孢子培養,均未能成功萌發,因此昆蟲幼蟲取食行為對蕨類植物孢子的擴散意義未能得到證實。American Fern Journal

 

 

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