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生物技術前沿一周縱覽(2017年11月3日)

2017-11-03 10:11 | 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(2017113日)

TMS10基因特異的在高溫條件下調控水稻花藥的發育

 

水稻是世界上主要的糧食作物之一,在生產上主要有三系雜交水稻和兩系雜交水稻之分。研究人員發現水稻tms10突變體表現出高溫雄性不育,低溫雄性可育的表型,育性轉換臨界點溫度為22-24℃。細胞學分析和基因克隆發現,TMS10編碼一個亮氨酸受體激酶,高溫條件下TMS10激酶活性在水稻花藥絨氈層的降解過程中起重要作用,而在tms10突變體中絨氈層不能正常降解導致花藥外壁發育異常。機理研究發現TMS10及其同源基因TMS10L冗余的調控水稻花藥發育,tms10 tms10l雙突變高低溫下均表現出雄性不育,暗示TMS10基因特異的在高溫條件下調控水稻花藥的發育。該研究還利用CRISPR-Cas9基因編輯技術和傳統的雜交轉育方法分別在粳稻和秈稻中獲得tms10純合突變體,所有不育系均表現出高溫不育,低溫可育的表型,表明TMS10在粳稻和秈稻中功能是保守的,為進一步在生產中應用該基因位點,研發新的溫(光)敏型不育系材料和兩系雜交生產奠定了基礎。(PNAS

        
                                  

 科學家發現生理活性顯著優于天然脫落酸的人工類似物

 

干旱是造成農作物減產的主要環境因素之一。研究人員優化AM1的分子結構,使其更好地與受體結合,從而得到一個新的ABA類似物AMF4。與AM1相比,AMF4可與PYL受體形成更多的氫鍵,導致其受體親和性較ABA高出一個數量級。進一步研究證明,AMF4具有與ABA高度相似的調控基因表達模式,表明AMF4借助植物體內的ABA信號通路發揮作用。在模式植物擬南芥和作物大豆中進行的一系列生理實驗表明,AMF4可在較ABA更低的濃度下抑制氣孔開放且持續時間更久。與ABA相比,噴施AMF4的植物表現出更強的抗旱性。在擬南芥和大豆中過表達ABA受體家族成員PYL2可進一步放大AMF4化合物的效果,化合物與遺傳改良植物聯用存在協同作用,其對植物抗旱能力的提升要顯著優于單獨使用化合物或在植物體內過表達PYL2。研究表明,借助于傳統遺傳手段,AMF4可幫助農作物更有效地對抗自然界中的干旱脅迫,從而提出通過跨學科交叉來提高作物抗逆性的新理念及技術實現。(Nature

 

 

AtHKT1調控擬南芥適鹽自然變異新機制

 

AtHKT1編碼了K+/Na+ symporter,它是植物耐鹽所必需的關鍵基因。擬南芥Col-0中的研究表明,該基因主要在根木質部表達,因而被認為控制木質部流Na+的卸載,從而減少Na+從根向地上部的轉運來減輕Na+的毒害。然而,群體遺傳學和分子生態學研究表明,沿?;騼汝懜啕}地區富集了葉片高Na+含量、根部AtHKT1低表達的擬南芥品系,這與早先在Col-0中研究結果證相矛盾。研究人員以結實率耐鹽指標,開展了一系列的遺傳學和反向遺傳學實驗,證實AtHKT1是控制沿海生態型Tsu-1適應高鹽環境的主效基因位點。進一步研究表明,與Col-0根部AtHKT1控制植株耐鹽性的機制不同,Tsu-1莖部AtHKT1的高表達決定了其高度耐鹽的特性。離子組結果顯示Tsu-1的花、果夾等生殖器官的Na+含量遠遠低于Col-0,但莖中卻積累了較多的Na+,表明Tsu-1莖部AtHKT1的高表達能夠更有效地阻止Na+向生殖器官轉運,降低了Na+對花等生殖器官的毒害,從而使植株具有更強的生殖力而適應鹽害環境。該研究首次證實了AtHKT1參與植物演化過程中的本地適應,為理解植物的耐鹽機制展示了新視角,也為培育耐鹽作物提供理論基礎。(PLOS

 

 植物春化作用表觀遺傳機制研究取得重要進展

 

春化作用是指某些植物必須經歷一段時間的持續低溫,才能由營養生長階段轉入生殖階段生長的現象。營養生長階段的植株經歷春化作用后,FLC位點的組蛋白攜帶大量的H3K27me3等標記,處于沉默狀態,直至受精作用完成。在胚胎發育早期(原胚)FLC被一個種子特有的“先驅”轉錄因子(Pioneer transcription factor)重新激活,組蛋白上的抑制轉錄的H3K27me3被逐步消除,促進FLC表達的組蛋白修飾被大量地添加上去,FLC的激活表達持續整個胚胎發育時期;此激活狀態在種子發芽出苗后,因組蛋白標記在細胞分裂中的傳遞得以維持,形成了苗期的“胚胎FLC表達記憶”,從而防止植物在過冬前或過冬時開花。研究揭示了植物早期胚胎染色質狀態重編程的嶄新分子機制,闡述了胚胎中的基因激活如何傳遞到發育后期的表觀遺傳機理,是開花調控分子與遺傳機制的重要突破。該研究具有重要的理論意義,也為其在作物花期調控的生產應用提供了新的作用靶點。(Nature Genetics

 

 

樟科植物葉綠體比較基因組學研究獲進展

 

楠木是中國傳統的名貴木材之一,主要來源于樟科潤楠-鱷梨屬群樹種。研究人員通過比對發現,樟科楠屬植物的葉綠體基因組大小約為153kb,與近緣屬潤楠屬和鱷梨屬植物相似;兩個楠木葉綠體基因組共有222個突變位點,包括146次替換事件、73次插入缺失事件和3次小倒位事件;突變位點在葉綠體基因組上呈現非隨機性分布,共有38個聚集區?;谠撗芯拷Y果,研究人員對楠屬植物葉綠體基因組的基因和結構進行比較,定位突變位點,并利用高變區域構建進化樹,明確了十二種國產楠屬植物的親緣關系。研究結果再次證實了樟科植物葉綠體基因組存在種間遺傳差異小的事實,明確了樟科植物葉綠體基因組的高聚集區序列與傳統分析序列不同,并初步劃定了國產楠屬植物的四個主要分組。(Tree Genetics & Genomes

 

 

解密最古老樹木生長模式

 

泥盆紀尤其是中泥盆世至晚泥盆世時期(距今約3.9-3.6億年)是陸生植物演化與分異的重要時期,古環境發生劇烈變化,使這一時期成為陸地生態系統發展的關鍵節點。研究人員在我國新疆塔城地區開展了多年的地層古生物學野外考察工作,采集并研究了該地區獨特而精美保存的多門類化石。目前,該研究團隊聯合英美學者對新疆塔城地區晚泥盆世(距今約3.7億年)硅化保存的枝蕨類化石進行研究,并取得了重要的理論性進展。新疆硅化保存的枝蕨類植物最大直徑達70厘米,是最早的硅化木,其內部結構獨特,至少30枚獨立的莖維管束交錯排列,構成雙環狀的圓柱形維管束群,維管束群外圍布滿了根,這些維管束均具有明顯的次生木質部和加粗生長,也具有生長輪(年輪)。此類枝蕨類植物的莖維管束彼此交錯成復雜的立體網格,植物體在生長過程中,通過增大單個莖維管束的直徑以及不斷分生出新的根,而改變維管束群的立體網格結構,進而完成加粗生長,同時,植物變得越發高大。構成早期森林的枝蕨類植物這種加粗生長的方式,與現代植物中的某些單子葉植物具有一定的相似性。(PNAS

 

 

中國科學院北京基因組開發國際領先基因組序列變異庫

 

中國科學院北京基因組研究所生命與健康大數據中心開發了國際領先、國內首個規模最大的基因組序列變異庫——GVMGenome Variation Map)。該庫基于人工審編整合了多個物種的大量基因組序列單核苷酸多態位點和小的插入與刪除變異信息,是基因組序列變異信息匯交、管理與檢索的資源庫。GVM作為生命與健康大數據中心的核心數據資源庫之一,搜集了以二代測序和芯片技術為主要檢測手段的全基因組序列變異檢測的原始數據,通過標準化的變異位點鑒定與注釋,獲得包括人、畜牧動物、主要農作物和其他資源物種在內的19個物種共約50億的變異信息,8,884個個體的基因型數據,并通過人工審編收錄了13,262條高質量非人物種的基因型與表型知識數據,整合了180,911條人變異位點的知識信息。其中,大熊貓、虎鯨、毛竹、橡膠、小麥是GVM數據庫所特有的物種。GVM開發了友好的數據提交、瀏覽、搜索和可視化功能。用戶可通過基因組位置、變異影響、基因名稱和基因功能等檢索變異位點信息,并下載數據;可通過ftp服務下載VCFFASTA文件格式的全基因變異信息;可在線或離線方式向系統提交數據,這方便了科研人員的數據共享。(Nucleic Acids Research 

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