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生物技術前沿一周縱覽(2017年6月30日)

2017-06-30 11:16 | 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(2017630日)

水稻的免疫反應和抗病性研究獲進展

 

稻瘟病是水稻重大病害之一,嚴重影響水稻的產量和品質。研究人員利用廣譜高抗水稻地谷與基因組已經測序的66份非廣譜抗病水稻進行GWAS(全基因組關聯)分析,并應用高抗水稻地谷與高感材料麗江新團黑谷為親本構建的重組自交系(抗病性經多年田間自然誘發和苗期接種鑒定)進行共相關分析,發現了編碼C2H2類轉錄因子的基因Bsr-d1的啟動子自然變異后對稻瘟病具有廣譜持久的抗病性。該等位變異在提高抗病性的同時,對產量性狀和稻米品質沒有明顯影響,因而具有十分重要的應用價值。分析發現全球收集的3000份水稻中有分布于26個國家的313份水稻資源含有該變異位點,表明該位點在育種應用中已獲得一定程度的選擇,同時也表明該位點還有更大的應用空間。進一步分析發現在地谷中,基因Bsr-d1的啟動子區域因一個關鍵堿基變異,導致上游MYB轉錄因子對Bsr-d1的啟動子結合增強,從而抑制Bsr-d1響應稻瘟病菌誘導的表達,并導致BSR-D1直接調控的H2O2降解酶基因表達下調,使H2O2降解減弱,細胞內H2O2富集,提高了水稻的免疫反應和抗病性。由于先前在水稻等植物中尚未報道過C2H2轉錄因子和MYB轉錄因子如何協調減弱H2O2的降解來提高廣譜抗病性。這一新型廣譜抗病機制的發現極大地豐富了水稻免疫反應和抗病分子理論基礎。(Cell)

 

 

長非編碼RNA的多樣性及其加工成熟機制

 

基因組中存在大量被稱為基因組“暗物質”的非編碼區域,這些區域能轉錄產生各種類型的lncRNAs。啟動子、增強子區域能轉錄產生長度在200-2000 ntlncRNAs,包括PROMPTs eRNAs等?;蜷g非編碼區域轉錄產生的lincRNAsmRNAs一樣,經過剪接加工,形成具有5’端m7G帽子和3’端poly(A)尾巴的成熟RNAs。此外,還有一些lncRNAs不具有5'm7G帽子和3' poly(A)尾巴的結構,這些lncRNAs的產生與真核生物RNA的加工成熟過程緊密相關。例如核酶(RNase P)介導形成的3’端具有三螺旋結構的MALAT1lncRNAs;來自內含子、兩端有小核仁RNA和蛋白質復合物(snoRNP)保護的sno-lncRNAs;來自多順反子轉錄本、具有5’端snoRNA帽子和3’端poly(A)尾巴結構的SPAs;以及來自內含子通過關鍵核酸序列成環的ciRNAs和通過外顯子反向剪接成環的circRNAs。該研究主要對上述多種長非編碼RNA的加工生成和代謝機制進行了總結和展望。Trends Genet

 

 

浮萍高效積累淀粉機制研究取得進展

 

浮萍具有快速生長和高效積累淀粉的特性,因此它既是一種未來生物燃料最具有發展潛力的戰略性能源植物之一,又是一種研究植物高效積累淀粉分子機制的理想模式體系。研究人利用了轉錄組、代謝組及其相關酶活測定等方法,挖掘了浮萍高效積累淀粉的關鍵基因,構建了缺氮處理下浮萍淀粉高效積累的示意圖,解析了浮萍代謝流的重新分配途徑,即缺氮處理后,底物Glu-1P更易流向淀粉合成途徑,而分支途徑果膠的生物合成受阻,最終導致浮萍淀粉大量積累,從而進一步解析了浮萍淀粉高效積累的分子機制。該研究不僅為提高浮萍淀粉資源提供了理論與實踐,也為淀粉類作物改良提供理論基礎和技術支持。Biotechnology for Biofuels

 

 

CRISPR/Cas9基因組編輯技術有望應用于水稻分子育種

 

水稻突變體是進行水稻功能基因組學基礎研究和水稻分子設計育種的重要材料。常規的水稻突變體來源于自發突變或化學、物理及生物的誘變,具有很大的隨機性和局限性,不能滿足大規模的水稻功能基因組學研究和水稻分子設計育種的需求。該研究通過農桿菌介導的水稻遺傳轉化法,以水稻中花11作為受體材料,對水稻莖基部和穗部高表達的12802個基因進行高通量的基因組編輯,獲得了14000余個獨立的T0代株系,并對它們的后代進行了部分表型和基因型分析鑒定。這些研究表明,利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術大規模構建水稻突變體庫并進行功能篩選是高效便捷獲得水稻重要突變體和快速克隆對應基因的有效方法,同時能夠為水稻分子設計育種提供重要的供體材料。Molecular Plant

 

 

催化生物合成中N-N鍵形成的特殊酶:KtzT

 

酶在大多數生物學過程中扮演著關鍵角色——控制能量轉換以及遺傳信息和信號的轉錄和轉譯。含有氮-氮(N-N)鍵的分子具有多種結構和生物活性,但是迄今為止還沒有研究證明酶能催化有機分子中的N-N鍵形成。研究人員報告了一種來自血紅素依賴性酶KtzT,這種酶能催化哌嗪類生物合成中的N-N鍵形成,這是非核糖體肽構建的結構單元。研究人員在多年研究的基礎上,提出了“酶活性中心穩定化”策略,即針對酶活性中心區域柔性較高、構象易變的特點,通過定向結構修飾來提高其剛性,從而提高酶動力學穩定性。在制備突變體晶體結構時發現,在保持酶活性中心原有骨架基礎上,提高其內部二級結構穩定性是改善酶動力學穩定性的有效手段。Nature)

 

 

建立高效的CRISPR-Cpf1基因組編輯系統

 

CRISPR-Cas是當前最強有力的基因組編輯技術。研究人員開發的CRISPR-Cpf1基因組編輯方法,結合單鏈重組系統實現了基因組精細修改,最高效率達到100%;亦可實現大片段缺失和插入,將原先每輪一周的基因組編輯操作縮短到3天。以L-脯氨酸合成代謝關鍵酶 γ-谷氨酰激酶的149位甘氨酸為例,應用CRISPR-Cpf1基因組編輯系統對其實施原位飽和點突變,可成功篩選獲得抗L-脯氨酸反饋抑制的高產菌株。Nature

 

 
基因改造增加微藻油脂產量

 

人們一直在積極研究使用光養微藻所產生的油脂來制造生物柴油,以補充基于石油的運輸燃料。光養微藻是一種借助光、水和二氧化碳生長時可產生油脂的微生物。研究人員使用包括CRISPR-Cas9基因編輯技術在內的多種改造工具,來識別ZnCys因子,正是這種因子負責調控海洋富油微擬球藻的油脂累積。改造ZnCys因子后,研究團隊發現,微藻的產油效率翻了一番——最高可達每天每米5克,且生長速度未受影響。 (Nature) 

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