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生物技術前沿一周縱覽(2017年5月5日)

2017-05-05 10:55 | 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(201755日)

小麥雄性不育基因克隆成功

 

普通小麥屬于自花授粉作物,由于遺傳基礎狹窄,致使高產雜交育種研究的難度非常大。小麥圖位克隆成敗的關鍵取決于能否建立目標基因所在區域的物理圖譜。研究團隊投資構建了“矮敗魯麥15”的基因組人工染色體文庫,該文庫包括大約70.6萬個單克隆,覆蓋普通小麥基因組5倍左右。他們利用Ms2區域的特異標記,篩選并獲得了8個陽性克隆,成功建立了Ms2區域的物理圖譜,分離到太谷核不育Ms2基因,并通過反向遺傳學驗證了該基因的功能。Nature

 

 

大麥基因組破解

 

大麥是全球第四大禾谷類作物,且集飼用、啤用和糧食作物于一體,在我國也曾是栽培面積達一億畝以上的重要農作物之一。高質量的大麥基因組參考序列是大麥遺傳與育種研究取得突破性成果的重要支撐。大麥基因組全長5.1 Gb,約為水稻基因組的11倍,含有3.9萬多個蛋白編碼基因,且多數為多拷貝,形成了復雜的基因家族,并富含轉座因子,因此全基因組測序工作難度巨大。國際大麥測序聯盟耗費了近10年時間,綜合運用包括染色體構象作圖和生物納米作圖等多種最先進的測序和組裝技術,利用約2.5Tb大麥基因組測序數據,組裝完成了一個包含4.79 Gb的大麥高質量參考基因組序列,每條染色體均被排成一個線性分子, 其中94.8%的組裝序列明確定位在大麥各條染色體上??茖W家首次對大麥在長達一萬年之久的馴化與選擇過程中基因組發生遺傳侵蝕(genetic erosion)的全面剖析,為有效拓寬栽培大麥日趨狹窄的基因庫提供了應對策略。以此為基礎,研究人員對大麥麥芽品質相關基因進行了深入分析,明確了大麥麥芽品質相關基因的結構變異,為高品質大麥育種指明了方向,該工作對大麥種質資源利用及相關基因的克隆和鑒定工作都具有重要意義。Nature

 

 

科學家創建了一種簡單高效的棉花內源基因編輯篩選方法

 

CRISPR/Cas9來自微生物的免疫系統,其利用一種Cas9酶,把一段作為引導工具的小RNA識別靶標DNA位點,就能在此處對DNA進行切斷或做其他改變。以往研究表明,CRISPR/Cas9系統可以在多種植物中對靶標基因進行高效編輯。作為異源四倍體棉花的陸地棉基因組大而復雜,獲得目標基因突變體的難度非常大,耐鹽性的研究是世界性難題,而CRISPR/Cas9系統為獲得棉花耐鹽突變體提供了非常好的思路。科研人員研究發現,對選取的棉花兩個與耐鹽相關的內源基因GhCLA1GhVP, CRISPR/Cas9在棉花的原生質體中表達后,兩個基因靶標位點的突變大部分是堿基的替換,而在轉基因棉花植株中,該系統造成的靶標位點突變大部分是堿基的缺失。研究還發現,CRISPR/Cas9系統在棉花細胞中具有目標特異性,即只瞄準那些為它們設定的目標基因?;诿藁ɑ蚪M大而復雜的特點,該研究表明利用CRISPR/Cas9系統成功創建了一種對棉花內源基因編輯和篩選突變體的有效方法,而且高效率和特異性和特點。Scientific Reports

 

 

科學家育成新型高抗低殘留抗草甘膦棉花

 

雜草不僅和農作物存在水、肥、光和空間等競爭,而且易滋生病蟲害,嚴重影響作物生長發育,造成產量降低、品質下降,因此雜草防治成為農業生產中的重要環節??蒲袌F隊將從草甘膦嚴重污染土壤微生物中克隆到的兩個關鍵的抗草甘膦基因GR79 EPSPSGAT進行植物偏愛性密碼子改造,構建僅含GR79 EPSPSGAT單基因和同時含有雙基因的植物表達載體。結果發現,轉基因煙草同時表達GR79 EPSPSGAT基因對草甘膦的抗性顯著高于GR79 EPSPSGAT單基因煙草。進一步利用農桿菌介導法將GR79 EPSPS-GAT雙基因載體轉化棉花,利用多種分子檢測手段,獲得含有一個和兩個EPSPS-GAT表達盒插入的轉基因棉花GGCO2GGCO5,且GR79 EPSPSGAT基因在轉錄和翻譯水平均高表達。濃度耐受性測定表明,GGCO轉基因棉花在田間可耐受5倍于生產用草甘膦除草劑的濃度,而且生長發育和農藝性狀不受影響。更重要的是,由于GAT可以快速乙?;莞熟⒋渭壈坊鶊F,生成對植物和動物無毒的乙酰草甘膦,因此噴施草甘膦5天后,與GR79 EPSPS單基因抗草甘膦棉花相比,GGCO雙基因棉花草甘膦殘留量降低了81%-89%。 田間測算結果表明,與傳統的利用栽培措施除草相比,種植GGCO轉基因棉花每畝可節約成本150-200元,顯著降低了棉花的生產成本。目前,GGCO2和多個抗蟲棉配組獲得40多個抗蟲和抗草甘膦雙抗新品系,為我國抗除草劑棉花新品種的培育提供了豐富的種質資源。Plant Biotechnology Journal

 

樟科植物DNA條形碼研究取得進展

 

樟科植物作為常見的重要經濟林木,在林業、輕工、醫藥等領域都占有重要的地位,大多數種類集中分布于長江以南各省區。為研究人員將DNA條形碼技術與樟科形態學特征相結合,分別從條形碼的鑒定能力、物種糾錯能力和系統演化等三個方面進行了分析與探討。研究發現,國際條形碼組織推薦的核心條形碼matKrbcL與補充條形碼trnH-psbA、ITSITS2,除對基部的部分類群有好的鑒定表現外,整體上對樟科植物的物種鑒定能力較弱;但是條形碼ITS,如果不考慮序列的擴增與測序困難問題,其鑒定能力最佳,推薦作為樟科植物的有力條形碼;條形碼技術與形態鑒定相結合,對樟科物種鑒定糾錯率高達10.8%;條形碼數據可以一定程度地重建樟科植物的系統演化。此項研究對林業、輕工、醫藥領域利用樟科植物資源具有較高的參考價值,對樟科植物的分類與系統發育研究以及種質資源保護也有重要的意義,同時該研究也為正在開展的東南亞等地區樟科植物調查提供了數據參考。(PLoS ONE

 

 

SnRK2蛋白激酶調控miRNA合成的新機制被揭示

 

microRNAmiRNA)是一種廣泛存在于動植物體內的長度為20-24個核苷酸的非編碼的小RNA。通過調控mRNA的剪切和翻譯,miRNA參與了植物生長發育、脅迫應答等許多生物學過程。III型核糖核酸酶DCL1、鋅指蛋白SE以及雙鏈RNA結合蛋白HYL1miRNA合成復合體的核心組分。已知植物激素脫落酸和滲透脅迫應答途徑能夠影響miRNA的積累,但詳細的分子機制并不清楚。研究人員發現植物激素脫落酸和滲透脅迫應答途徑的核心組分SnRK2蛋白激酶能調控miRNA合成途徑中的核心組分,并調控miRNA的合成。在模式植物擬南芥中,SnRK2蛋白激酶家族共有10個成員(SnRK2.1-SnRK2.10)。其中,snrk2.2/2.3/2.6三突變體對ABA不敏感,而缺失所有SnRK2成員的snrk2十突變體缺乏適應滲透脅迫的能力,對滲透脅迫敏感。研究組發現snrk2.2/2.3/2.6突變體中,miR160miRNA的含量降低,對應的miRNA的前體(pri-miRNA)以及靶基因表達增加。在snrk2三突變體和十突變體中HYL1蛋白含量降低。進一步的研究表明HYL1SE蛋白可能是SnRK2蛋白激酶的磷酸化底物 。該研究發現了SnRK2蛋白激酶在miRNA合成過程中的重要作用,并初步揭示了ABA和滲透脅迫調控miRNA合成的分子機制。(PLoS Genetics

 

 

首次成功破譯茶樹基因組

 

茶樹高質量基因組圖譜的成功繪制揭示了決定茶葉適制性、風味和品質以及茶樹全球生態適應性的遺傳基礎,必將大大加速茶樹功能基因組學研究和優異新基因發掘,加快旨在提高茶葉品質和適應性的茶樹新品種培育。研究表明,茶樹基因組中最大的長末端重復序列反轉錄轉座子家族約占茶樹基因組的36.79%,這是單個長末端重復序列反轉錄轉座子家族在植物基因組里擴張和生存長達5,000萬年的首次報道。研究還發現,茶樹近期曾經發生過一次全基因組重復事件;茶樹基因組里與茶葉的香氣、風味與品質密切相關的諸如黃酮、萜類等生物合成相關的基因家族顯著地擴增;除了參與黃酮和萜類生物合成的基因家族的大量擴增可以促進茶樹環境適應性以外,發現強烈的自然選擇促進了茶樹抵抗生物和非生物逆境的抗病基因家族的大量增長,詮釋了為什么茶樹可以在全球擴散并廣泛地種植在亞洲、非洲、歐洲、北美、南美和大洋洲的不同氣候條件下的多樣化生境中而成為世界性的飲料植物。研究進一步比較轉錄組學發現,茶多酚和咖啡因代謝通路相關基因的不同表達模式決定了山茶屬植物作為茶飲的適制性、茶葉的品質和滋味;茶多酚和咖啡因代謝通路相關基因表達的巨大差別導致了茶組不同物種中茶多酚和咖啡的不同富集進而形成了多種多樣的茶葉的風味。研究表明,茶樹的野生近緣物種厚軸茶含有非常高的茶多酚但是極低的咖啡因,具有培育茶樹新品種的巨大潛力,茶組中的栽培茶樹的野生近緣物種因蘊藏著豐富的優異新基因,是未來茶葉品質改良的巨大寶庫。Molecular Plant 

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