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生物技術前沿一周縱覽(2017年9月8日)

2017-09-08 11:57 | 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(201798日)

反式剪接的翻譯調控功能被揭示

 

基因在翻譯水平受到廣泛的調控。5UTR參與翻譯的起始,被認為是翻譯調控的關鍵元件。研究人員通過分析翻譯組學(Ribo-seq)數據,發現反式剪接的基因有更高的翻譯效率。通過合作研究突變反式剪接的關鍵位點,觀察到突變體有較低的翻譯效率。進一步研究表明,反式剪接主要是通過減少5UTR中的上游起始密碼(uAUG)和減弱mRNA的二級結構實現的。該研究揭示了5UTR調控翻譯的分子機制,為進一步研究翻譯水平的調控奠定了基礎。 (Genome Research )

                                          

 
苦蕎基因組測序揭示蘆丁的生物合成及耐逆機制

 

苦蕎是少有的藥食兩用作物之一,具有良好的經濟價值和開發潛力。研究人員首次獲得了苦蕎高質量的參考基因組489.3Mb序列,并注釋了33366個蛋白編碼基因。研究發現,苦蕎約六千萬年前經歷了一次最近的獨立全基因組復制事件,導致基因組中很多耐逆相關基因的擴增和保留?;诒容^基因組學和轉錄組學的研究,鑒定了編碼蘆丁代謝途徑上編碼各類酶的基因及調控這些基因表達的MYB類轉錄因子。研究表明,苦蕎中大量可能與植物耐鋁、抗旱和耐寒相關的新基因,其產物包括一些轉運蛋白以及相關的轉錄因子??嗍w的耐受高水平非生物脅迫的能力很可能是由于參與信號轉導、膜轉運和基因轉錄調控等相關基因家族的擴增引起的。這一研究有助于將苦蕎變為研究耐逆的模式植物??嗍w雜交育種在生產實踐中具有較高難度,其主要原因是其花器官太?。s2mm)。此參考基因組的獲得將有助于通過突變體篩選結合比較基因組研究來創制大花的苦蕎,使雜交育種變成常規育種工作,從而盡快提高苦蕎的產量,或是增加種子大小,使苦蕎的加工變得容易,并消除苦蕎的苦味因子(種子中的蘆丁水解酶),從而促進苦蕎產業的發展。(Molecular Plant

 

 

完成橡膠草基因組序列解析

 

天然橡膠是與石油、鋼鐵、煤炭并重的世界四大工業原料之一,2015年全球消耗總量達12.14百萬噸,產值約170億美元。橡膠草Taraxacum kok-saghyzTKS)被認為是最有可能成為替代生產天然橡膠的經濟作物和科學研究的模式植物。研究人員通過PacBio單分子實時(SMRT)測序技術獨立組裝完成了高質量的橡膠草基因組草圖,該基因組大小為1.29Gb,包含46,000多個基因和~70%重復序列。橡膠草基因組也是目前能夠產生高分子量橡膠的植物中唯一完成基因組測序的草本植物。通過產膠植物與非產膠植物之間的比較基因組研究,鑒定了橡膠草中橡膠合成途徑和菊糖合成途徑,并闡述了橡膠鏈延長過程中CPT/CPTLREF/SRPP兩個重要基因家族的進化歷程。(National Science Review

 

 
痕量植物激素分析研究獲得進展

 

植物激素是植物體內合成的調控植物生長發育的信號分子,準確檢測植物體內激素的種類和含量對于深入揭示植物生命現象具有至關重要的作用。研究團隊針對極少量植物樣品(亞毫克級),發展了一種新型的micro-scale MSPD方法,這種方法集研磨、浸提、凈化于同一離心管中,不需要任何樣品轉移步驟,有效地降低了前處理過程中的損失。同時,針對赤霉素本身離子化效率低,研究人員研發了一種新型的衍生試劑3-溴丙基三甲基溴化銨(BPTAB),通過化學衍生后,檢測靈敏度提高34個數量級,是目前的最好水平。這種衍生試劑具有低毒性,這一性質使得其在后續的研究中具有很好的應用潛力。該團隊將此方法運用到單片擬南芥葉中赤霉素分布的分析中,實現其空間分布測定,空間分辨率達2X2mm2。此外,該方法對于其他酸性植物激素的時空分布測定也具有適用性。(Analytical Chemistry

 

 

發現植物光合作用中高效捕光的超分子機器結構

 

光合作用是地球上最為重要的化學反應之一。研究團隊解析了處于兩種不同條件下的豌豆C2S2M2超級復合物的單顆粒冷凍電鏡結構,分辨率分別達到2.7埃和3.2埃,其中2.7埃分辨率的結構是目前世界上通過冷凍電鏡單顆粒法解析獲得的分辨率最高的膜蛋白結構。該項工作首次展示了植物C2S2M2型超級復合物的精確三維結構,該復合物總分子量達到140萬道爾頓,是一個同源二聚體的超分子體系。兩個結構中的每個單體分別包含了2827個蛋白亞基、159個葉綠素分子、44個類胡蘿卜素分子和眾多的其它輔因子。該項工作首次解析了CP24M-LHCII的結構,并指認了M-LHCII所特有的Lhcb3亞基;展示了不同外周捕光蛋白彼此之間以及它們與核心復合物之間相互識別和裝配的位點和機制;在對豌豆C2S2M2超級復合物內部高度復雜的色素網絡進行深入分析的基礎上,揭示了外周天線捕獲光能并向核心復合物傳遞能量的途徑。同時,兩種不同狀態的C2S2M2結構的比較分析結果顯示,超級復合物中的外周捕光復合物M-LHCIICP24的結合位置可變,提示高等植物光系統II超級復合物可對環境條件的變化做出響應,通過整體結構的變化實現對捕光過程的調節。上述研究結果對于進一步在分子水平深入理解高等植物光系統II超級復合物中的能量傳遞和光保護機理具有重要意義。(Science

 

 

葉片非對稱發育的生物力學調控

 

在發育過程中,動植物的器官如何獲得不對稱的形狀?大量的分子遺傳學研究發現了諸多調控基因,但仍未完全解答這個基本的發育生物學問題:人們尚不了解基因如何指導器官形狀的建立。葉片作為典型的植物器官,是一個研究器官不對稱性產生的很好體系。發現了生物力學在器官形狀不對稱性產生中扮演的重要角色。(Nature Plants)

 

 

脫落酸誘導植物抗病研究獲得進展

 

脫落酸(Abscisic acid,ABA,S-ABA)是植物五大內源激素之一,在植物生長發育中具有重要作用。研究團隊田間試驗發現,使用低濃度外源S-ABA (以下簡稱ABA,2~4 mg/L)處理作物后,可提高多種作物的廣譜抗病特性。為研究ABA誘導的抗病分子機制,研究人員以番茄為材料,整合轉錄組及microRNAsmiRNAs)組學分析外源ABA對番茄基因表達的作用。轉錄組分析顯示,外源低濃度的S-ABA (2 mg/L,7.58 μmol/L)噴施葉面,引起番茄葉片中大量基因對ABA產生響應。超過21,700(55%)unigenesABA產生響應,其中約13%的基因(2,787)表達發生變化,上調的為1,952個,是下調的2.3倍(下調的為835個)。進一步分析顯示,ABA不僅能提高非生物脅迫抗性基因的表達,而且能上調大多數抗病相關基因如NBS-LRRs,AP2/EREBPs,serine/ threonine-protein kinases,PAL、PPO、POD、幾丁質酶等的表達,同時與抗病相關的水楊酸、乙烯,茉莉酸信號通路上的基因也上調。關聯miRNAs分析,ABA顯著改變miRNAs的組成和表達豐度, 大多數miRNAs下調表達,相應的抗病、抗逆靶基因表達上調。miRNAs與靶基因表達呈負相關,通過誘導靶基因mRNA的降解或抑制蛋白翻譯參與轉錄和轉錄后調控。ABA (S-ABA)誘導植物對病原菌的抗性,途徑之一可能是通過調節miRNAs和相關基因的表達,啟動植物的防御機制,從而引起一系列生理生化變化來實現的。(BMC Genomics

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