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生物技術前沿一周縱覽(2016年12月2日)

2016-12-02 15:07 | 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(2016122日)

 5000年“棒子”揭示玉米馴化

 

玉米是世界上分布最廣的作物之一,最重要的糧食作物之一。從北緯58度到南緯3540度的地區均有大量栽培,墨西哥類蜀黍是玉米的古老祖先,每一根棒子比你的小拇指還要短,并且僅有12個谷粒隱藏在堅硬的鞘中。研究人員在圣馬科斯洞穴發現了幾個具有5000年歷史的新標本。他們使用鳥槍法測序了3根玉米棒子,并提取了DNA,隨后將其分割為小的片段進行測序。計算機軟件之后將這些DNA片段重新組裝起來,最后重建了超過35%的古玉米基因組。研究團隊發現有8個基因影響了玉米的關鍵特征,其攜帶了tb1(使植物更加容易收獲)和bt2(有助于促進淀粉含量并提高谷粒甜味)的現代變體。PNAS)

 

 

玉米穗節間發育過程中響應激素信號的miRNA及其靶基因的鑒定

 

節間長度是影響植物高度(PH)和穗位高度(EH)的決定性因素之一,而這與玉米的抗倒伏性、生物量和谷物產量密切相關。為了確定miRNA及其靶基因在玉米穗節間發育過程中的作用,研究者利用兩個節間長度不同的近交系“Xun928”和“Xun9058”的第7、第8和第9個節間構建了6miRNA2個降解組文庫。測序結果顯示,兩個品系的玉米在第7、第8和第9個節間的相應比較組(兩個品系中相同節間比較)中共有4554miRNA顯示出明顯差異。其中表達差異顯著的31miRNA在兩個品系的三個節間相應的比較組中相同。通過將“Xun9058”與'Xun928'的三個節間miRNA的表達進行比較,發現“Xun9058”品系的第7個節間上調和下調的miRNAs數目分別為1136,第8個節間的分別為945,第9個節間的分別為925。此外,與“Xun9058”的相應節間相比,包含45個成員的10miRNA家族至少在“Xun928”的兩個節間表現出顯著差異?;跍y序數據,從 5個保守的miRNA家族中篩選出與激素信號傳導相關的20miRNA,利用qRT-PCR對其進行表達譜分析。降解組測序分析表明,5個保守miRNA家族為zma-miR160,zma-miR167,zma-miR164,zma-miR169zma-miR393,這些miRNA的靶基因分別為編碼生長素響應因子,含N-乙酰半胱氨酸結構域的蛋白,核轉錄因子Y和生長素信號傳導基因F-BOX2。miRNA可通過調節他們的靶基因來響應激素信號,從而調節玉米節間伸長及穗位發育。本研究結果為理解玉米節間長度可能的調節機制提供了寶貴的參考。PLoS  ONE

 

 

研究發現甘薯耐瘠薄和鐵吸收的新機制

 

甘薯是全球重要薯類作物,耐瘠薄,可在貧瘠的山坡地種植,對鐵缺素耐受性強,深入了解其調控機制對提高薯類產量和礦質營養具有重要意義。研究人員發現,鐵素缺乏條件下甘薯氫離子焦磷酸化酶IbVP1表達顯著上調。IbVP1基因在六倍體甘薯基因組中只有一個拷貝,也受生長素誘導表達,可通過提高根際的酸化增強對鐵的獲取。進一步研究表明過表達bVP1基因可顯著提高該酶及質膜H+-ATPase的活性,導致根際酸化加強。正常有鐵缺素的條件下IbVP1過表達甘薯植株長勢變強,根系增加,并通過上調鐵吸收相關基因的表達提高對鐵的吸收,鐵含量增加。同時,碳水化合物的代謝加強,上調AGPaseSUT1的表達和下調β-amylase基因的表達,轉基因甘薯抗氧化能力提高,抗逆性增強,產量提高。Plant Biotechnology Journal

 

 

研究揭示種子休眠與萌發的表觀遺傳調控機制

 

種子休眠與萌發是植物由生殖生長過渡到營養生長的重要發育轉變進程,涉及大量基因的激活或者沉默。組蛋白修飾介導的表觀遺傳基因轉錄調控可能在其中發揮關鍵作用,但其分子機制尚不完全清楚。研究人員利用遺傳和生理生化等手段,揭示了擬南芥SNL1SNL2調控種子休眠和萌發的分子機制。2013年,研究人員發現SNL1能夠結合組蛋白去乙?;?/span>HDA19,調控組蛋白H3K9K18的乙?;?,影響基因轉錄。SNL1/SNL2功能缺失影響脫落酸和乙烯相關基因的表達,增強了乙烯對脫落酸的拮抗作用,降低了種子休眠。研究人員近期研究工作表明,SNL1/SNL2功能缺失導致生長素相關基因特別是AUX1的表達升高,增強了生長素在胚根的水平和分布,進而激活下游CYCDs介導的細胞分裂,提高了突變體種子萌發速率。為利用分子輔助育種解決農業生產中存在的種子萌發不齊和穗萌發現象提供了理論基礎。Plant Cell)(Nature Communications

 

 

研究人員闡釋植物K+吸收機制

 

鉀(K+)在植物生長發育中起著至關重要的作用。在自然環境中,土壤中鉀的有效性相對較低且波動性較大。研究人員發現在擬南芥中,轉錄因子ARF2Auxin Response Factor 2)調節著K+轉運基因HAK5High Affinity K+ transporter 5)的表達。在低鉀含量的培養基上,ARF2突變體植株表現出類似于HAK5過表達品系的抗性表型,其主根長度比野生型植株的長。在這些植物中,高親和力的K+吸收顯著增加。ARF2過表達品系和Hak5突變體,都對低鉀脅迫非常的敏感。在arf2突變體中的Hak5中斷,可消除arf2的低鉀抗性表型。作為一個轉錄抑制因子,ARF2可直接結合到HAK5啟動子,并在K+充分的條件下抑制Hak5表達。在低鉀處理后,ARF2可被磷酸化,這會消除其與HAK5啟動子的DNA結合活性,并解除對HAK5轉錄的抑制。因此,在K+缺乏的條件下,HAK5轉錄本可以被誘導,HAK5介導的高親和力K+吸收得以增強。結果表明,ARF2在擬南芥響應外部鉀供應中發揮重要的作用,并相應地調節HAK5轉錄。Plant Cell

 

 

科學家揭示瓜蔬好吃的秘密

 

消費者常抱怨有的蔬菜和水果不好吃,缺少了其應有的味道。而味道的獲得與丟失和植物中次生代謝產物的分布和積累情況密切相關??茖W家將基因組等大數據與代謝研究相結合,嘗試將大數據研究應用到植物次生代謝研究中。在闡明了黃瓜苦味物質生物合成、調控及馴化的機制之后,又迅速研究葫蘆科植物如西瓜、甜瓜等是否存在類似的分子機制。終于揭示了葫蘆科植物苦味性狀趨同馴化與差異進化的分子機制。利用這一趨同馴化的特點,育種家可實現對西瓜、甜瓜根和果實中苦味合成分別進行精確調節,一方面確保果實中不積累苦味物質,保證商品品質,另一方面提高根中的苦味含量用于抵御土壤中的病菌、害蟲的侵害。此外,該研究首次利用比較基因組學闡明了不同苦味物質間結構細微差異產生的原因,為研究結構異常豐富的植物次生代謝產物多樣性提供了重要借鑒。Nature

 

 

TALE蛋白功能與應用研究獲突破

 

科研人員在利用TALEN技術對模式植物擬南芥靶基因進行敲除的過程中發現,部分轉基因植株雖然表現出靶基因突變后的表型,但其靶基因序列卻未發生任何變化。進一步的研究表明,這些植株中靶基因的轉錄水平出現不同程度的下調,說明TALEN蛋白對植物中靶基因位點的特異性結合,可以引起靶基因的轉錄抑制,并且這種抑制作用可以不依賴于TALE所連接的功能結構域。研究采用模塊組裝法對TALE載體進行構建,建立了過表達和誘導表達2套系統,通過瞬時和穩定表達針對靶基因序列設計的TALEs,表明TALE可對擬南芥中的靶基因轉錄產生不同程度的抑制作用。據了解,TALE最早被發現于黃單胞菌中,能夠在病原菌感染宿主植物的過程中精確靶向作用于植物防御的相關基因,影響靶基因的表達,從而干預植物的防御反應。而TALEN技術就是利用TALE蛋白對DNA堿基特異性識別及結合能力而產生的一項基因編輯技術。Molecular Plant

 

 

編碼基因重建新方法

 

近年來,高性能計算技術和高通量測序技術的快速發展促進了大量基因組測序計劃的實施完成,從而獲得了海量的生物組學數據。研究人員針對轉錄組數據分析中的編碼基因識別問題,開發了一種基于密碼子de Bruijn圖的新算法inGAP-CDG。該方法不依賴于參考基因組,直接從未拼接的轉錄組測序數據中進行基因識別。通過使用模擬數據集和公共數據庫的真實轉錄組測序數據,他們對預測基因的長度、靈敏度、冗余度、錯誤率和雜合度進行了系統性的評估。與其它方法相比,inGAP-CDG構建出的編碼基因序列具有長度更長、冗余度更低和特異度更高的優勢。該研究為基因識別提供了新的思路和方法,進而對此后的系統發育和功能基因組學研究具有重要的應用價值。inGAP-CDG已公開發布在免費的開源網站SourceForge上。Genome Biology

 

 

研究揭示類黃酮糖基化分子機制

 

類黃酮化合物是對植物、動物和人類健康都具有益處的一大類植物次生代謝產物,主要以糖基化的形式廣泛存在于植物不同部位。研究人員在基因組水平上,從茶葉和百脈根中分別鑒定了178188UGT基因,通過對這些基因進行的系統進化、組織表達譜和分子對接分析,從中篩選了30多個UGT主要候選基因。通過體外酶活檢測,研究人員最終發現了參與合成茶葉澀味類黃酮糖苷以及百脈根主要成分黃酮醇糖苷的關鍵UGT基因,并分析比較了這些糖基轉移酶的酶動力學參數和體內外功能。類黃酮的糖基化是由UGT基因編碼的糖基轉移酶所催化的。UGT家族基因在植物進化的過程中不斷擴增、分化和特化,形成了具有不同底物特異性和區域特異性的UGT基因家族,進而合成了不同植物中成分和功能多樣的類黃酮糖苷。Journal of Experimental Botany

 

 

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