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生物技術前沿一周縱覽(2017年3月31日)

2017-03-31 10:14 | 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(2017331日) 


WOX家族基因STF影響植物葉型發育

 

葉片是植物進行光合作用的主要器官,葉片的形態、結構等葉型性狀直接決定植物的光合作用效率進而影響其生物產量,因此開展葉型性狀遺傳改良是培育高光效作物新品種的有效途徑。研究發現過表達WOX家族基因STF能夠引起水稻、二穗短柄草和柳枝稷等禾本科植物的葉片變寬、加厚,莖稈粗壯,光合效率明顯提高,抗倒伏能力顯著增強。統計分析發現過表達STF柳枝稷的生物產量增加近一倍,同時刈割后柳枝稷材料再生能力顯著增強,表明葉型控制基因STF在提高禾本科作物生物產量方面的巨大應用潛力。進一步研究發現STF基因通過直接抑制植物細胞分裂素氧化酶家族基因表達,導致植物體內植物激素細胞分裂素的動態平衡發生改變。上述研究工作初步揭示了WOX家族基因STF影響植物葉型發育的分子調控機制,為作物高光效遺傳改良和育種實踐提供了重要的理論基礎。(PLoS Genetics

 

 

成功培育了可表達阻斷棉鈴蟲激素合成dsRNA的轉基因棉花

 

植物寄主介導的RNAi技術,對于植物鞘翅目和鱗翅目害蟲的防治具有巨大的潛力。研究人員通過大量RNAi靶標的篩選,確定控制昆蟲保幼激素代謝的關鍵基因為最佳靶標。培育了可表達阻斷棉鈴蟲激素合成dsRNA的轉基因棉花,該轉基因棉表現出很強的抗蟲性,尤其對于Bt耐受性棉鈴蟲系有很好防治效果。分子檢測結果表明,轉基因棉花成功表達了高量dsRNA,受試昆蟲體內靶基因表達明顯下調,保幼激素本身合成被顯著抑制。聚合上述RNAiBt的轉基因棉花抗蟲效果進一步增強。(Plant Biotechnology Journal

 

 

植物抗逆分子育種候選基因研究獲進展

 

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是一類重要且廣泛存在于植物中的轉錄因子超家族,,是植物抗逆分子育種的理想候選基因。研究人員以沙漠耐干苔蘚齒肋赤蘚為研究材料,以齒肋赤蘚轉錄組數據庫為基礎,通過生物信息學方法從齒肋赤蘚中共鑒定出80AP2/ERF家族基因。且基于AP2結構域個數、多序列比對、進化樹分析和motif預測對80個基因進行明確的亞家族分類,結果表明齒肋赤蘚的80AP2/ERF基因包含5AP2亞家族成員、72ERF成員、1RAV基因和2Soloists基因。齒肋赤蘚AP2/ERF家族各個亞家族成員基因所占的比例與模式蘚類小立碗蘚基本一致,但相對被子植物擬南芥來說,齒肋赤蘚ERF亞家族成員出現明顯擴張,相應的AP2RAV亞家族家族數量變小。對研究最為透徹且抗逆通路中起主導作用的DREB亞家族的分析表明:從齒肋赤蘚中鑒定出來的DREB亞家族成員大部分基因屬于A-5DREB,且不同DREB基因對苔蘚植物特有的干旱復水過程的響應模式不同,大部分A-5類基因主要在復水階段強烈誘導表達。(Frontiers in Plant Science

 

                                                             

利用CRISPR/Cpf1系統簡單高效實現水稻多基因定點編輯

 

CRISPR/Cas9系統在基因定點編輯方面已經得到了大量的應用,然而CRISPR/Cas9系統依然存在著一定的局限性。研究人員利用Francisella novicida Cpf1 (FnCpf1) Lachnospiraceae bacterium ND2006 Cpf1 (LbCpf1)對水稻進行單位點和多位點基因敲除的測試,研究表明上述兩個Cpf1只需一條非常短的20-21bp的直接重復序列(direct repeats, DR)加上22-24bp的靶位點識別序列(guide)即可實現單基因敲除,更重要的是,把多個DR-guide單元直接串聯,只需要一個啟動子驅動即可簡單高效地實現多基因敲除。該研究利用4DR-guide單元組成的CrRNA短陣列分別對水稻RLKCYP81A家族的四個基因進行編輯,各位點的敲除效率達到40-75%。該系統簡單、高效地在水稻中實現了多基因定點編輯,拓展了CRISPR系統在植物中的應用,為水稻基因組定點編輯提供了一個新利器。(Molecular Plant

 

 

GmILPA1基因可調控大豆葉柄夾角大小

 

理想株型是現代作物品種重要的代表性農藝性狀。大豆葉柄夾角影響冠層結構、光合作用效率,并最終影響產量,是大豆重要農藝性狀之一;但調控葉柄夾角的調控機制尚不明確。研究人員通過分析大豆葉柄夾角增大的Gmilpa1突變體,鑒定并分離了控制大豆葉柄夾角的GmILPA1基因。該基因編碼APC8-like蛋白,可以與GmAPC13a直接相互作用,通過APC復合體行駛功能。研究發現伽馬射線誘變導致GmILPA1基因第4外顯子及側翼序列缺失,突變體葉枕發育異常、葉柄夾角增大(如圖);GmILPA1基因主要在葉原基基部細胞表達,通過促進細胞增殖及分化控制葉枕的形態構成。該研究不僅首次揭示了調控大豆葉枕結構調控葉柄夾角的遺傳機制,而且證明在不同大豆品種中,GmILPA1基因表達水平越高,葉柄夾角越小,兩者呈顯著負相關。相關研究成果對于通過優化葉柄夾角,改良大豆株型具有重要意義。(Plant Physiology

 

 
科學家揭示大豆生態適應性遺傳機制

 

大豆長童期(LJ)性狀在上世紀70年代被發現,并成功應用于低緯度地區大豆育種。LJ性狀的導入,突破了大豆在低緯度地區產量極低的限制,使大豆在低緯度得以快速擴張和推廣。上世紀90年代,研究發現J是控制大豆LJ性狀的關鍵位點,然而其編碼基因和分子調控機制一直未明確。研究團隊通過正向遺傳學的方法圖位克隆了J基因,發現J基因是擬南芥ELF3的同源基因,通過功能互補實驗和近等基因系等方法驗證了基因的功能。J基因多種變異的產生是大豆適應低緯度地區和產量增加的重要進化機制,低緯度地區的環境壓力是J基因產生變異的主要驅動力。(Nature Genetics

 

 

大豆殘體轉化的微生物分子特征研究取得進展

 

農田有機質含量降低是黑土退化的重要表征之一,秸稈還田被認為是維持土壤有機質含量、改善土壤生態環境的重要手段之一。研究人員采用13C標記示蹤技術,在明確大豆根殘體向黑土土壤碳庫歸還量大于莖和葉殘體的基礎上(Lian et al., 2016, Biology and Fertility of Soils),進一步解析了13C標記的大豆莖稈殘體向低、高有機質含量黑土(SOC含量分別為1450 g/kg)的轉化情況。研究發現秸稈碳轉化在不同有機質含量黑土中存在明顯分異。相同量的秸稈碳向有機質含量高的黑土各有機碳庫(粗顆粒有機碳、細顆粒有機碳和礦物結合有機碳)貢獻量顯著高于低有機質含量的黑土;此外,秸稈還田對土壤固有有機碳產生了激發效應,其效應在低有機質含量的黑土上體現更為顯著;同時采用高通量測序技術分析了秸稈添加對黑土土壤微生物群落結構的影響,在屬以及OTU水平上揭示了土壤碳庫變化與微生物群落結構的響應關系;發現在低有機質含量黑土中,Verrucosispora、XanthomonadalesSteroidobacter對秸稈還田響應顯著,而在高有機質含量黑土中,Anaerolineaceae_uncultured是主要的響應菌屬。另外,土壤微生物群落結構與碳沉積等因子的典范對應(CCA)分析揭示了土壤細菌群落結構與不同SOC碳庫的關聯。(Biology and Fertility of Soils 

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