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生物技術前沿一周縱覽(2017年12月1日)

2017-12-01 14:16 | 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(2017121日)
 

磁性納米粒子作為基因載體的植物遺傳轉化新方法

 

發展高效、安全的新型遺傳轉化方法,一直是基因工程、分子生物學和遺傳育種等領域的研究熱點之一。研究基于磁性納米顆?;蜉d體的花粉磁轉化植物遺傳修飾方法,可以利用磁性納米顆粒Fe3O4作為載體,在外加磁場介導下將外源基因輸送至花粉內部,通過人工授粉利用自然生殖過程直接獲得轉化種子,然后再經過選育獲得穩定遺傳的轉基因后代。該方法將納米磁轉化和花粉介導法相結合,克服了傳統轉基因方法組織再生培養和寄主適應性等方面的瓶頸問題,可以提高遺傳轉化效率,縮短轉基因植物培育周期,實現高通量與多基因協同并轉化,適用范圍與用途非常廣泛,對于加速轉基因生物新品種培育具有重要意義,并在作物遺傳學、合成生物學和生物反應器等領域也具有廣泛應用前景。(Nature Plants

 

 

紫番茄形成的分子遺傳基礎

 

花青素是目前所發現的清除人體內自由基最有效的天然抗氧化劑,具有抗衰老、抗輻射、抗過敏、增進視力、改善睡眠、預防癌癥、預防心腦血管疾病等功效。研究以從美國引進的高花青素紫果番茄品種Indigo Rose為試驗材料,利用分子遺傳學研究手段,將atv位點精細定位到番茄7號染色體上約5.0 kb的區間內。該區間中只有一個基因,編碼R3 MYB轉錄抑制因子,故將該基因命名為SlMYBATV。在含有atv位點番茄材料中,SlMYBATV基因編碼區存在一個4 bp的插入,該插入導致基因移碼突變和蛋白翻譯提前終止。SlMYBATV突變蛋白喪失了對花青素生物合成的抑制作用,導致果皮中花青素大量合成和積累,從而果實呈現紫色。通過番茄全基因組分析,本研究還發現了一些可能參與阻遏花青素生物合成的MYB抑制因子,包括2R3 MYB4R2R3 MYB抑制因子?;蜣D錄水平分析表明,在番茄SlMYBATV突變體的果實表皮中,由于SlMYBATV突變蛋白失去了抑制功能,花色素苷生物合成途徑中的大多數結構基因和部分調控基因上調表達?;谏鲜鼋Y果,本研究提出了一個番茄果實表皮中花青素生物合成的基因調控網絡模型。 Journal of Experimental Botany

 

 

水稻次生壁形成調控機理

 

次生壁是地球上最豐富的可再生資源,天然次生壁常被生產成多種纖維制品,服務人們的日常生活,也可以作為造紙業和生物能源的原料,具有重要的經濟價值。研究組利用CRISPR/Cas9基因編輯技術創制iip4突變體,發現其突變體次生壁厚度明顯增加,纖維素和木質素含量略有上升,表明IIP4負調控水稻次生壁的合成。生化和分子生物學研究發現,IIP4與次生壁合成的頂層關鍵調控因子NAC29/NAC31互作,抑制其下游所調控基因、如MYB61、CESA4、CESA7、CESA9的表達,從而干擾次生壁合成。被ILA1磷酸化的IIP4亞細胞定位發生改變,由核中轉移到細胞質,導致細胞核中的互作蛋白NAC29/NAC31被釋放,促進下游基因的表達和次生壁合成。對IIP4的序列分析發現,它具有規律重復的非典型CCCH基序(C-X4-C-X10-C-X2-H)。IIP4同源蛋白在植物中廣泛存在且高度保守,暗示其功能的重要性。IIP4對次生壁合成的調控作用可以用于改良作物抗倒伏性。該研究解析了ILA1-IIP的信號轉導通路,為闡明水稻次生壁形成的分子機制以及作物高產優質分子設計育種提供了重要依據。(Molecular Plant

 

 

碳離子束輻射對擬南芥基因組誘變效應研究

 

重離子輻射誘變育種是植物品種改良的重要手段,輻射誘變效應及分子機制的研究是涉及多學科交叉的重要共性課題。目前,對重離子輻射誘變效應的研究集中在表型、染色體畸變、遺傳物質多態性及特定基因序列分析等方面,而分子水平的突變特征研究仍相對薄弱,欠缺全基因組水平大視角、多方位及大樣本量數據支持。研究人員采用200Gy的碳離子束,傳能線密度(LET)為50keV/µm,輻照誘變擬南芥干種子,構建突變種子資源庫。通過高通量測序技術,對11M3代突變材料進行全基因組重測序分析,共檢測到320個堿基置換(substitutions)和124個小的插入缺失(small INDELs),研究結果表明,200Gy的碳離子束(LET:50keV/µm)輻射對擬南芥基因組的突變率為3.37×10-7,為自發突變的47倍。堿基置換以G:C>A:T為主,Ti/Tv0.99,遠低于自發突變中的比值(2.73)。有67.2%C>T變異發生在嘧啶二核苷酸處。單堿基INDEL更傾向于發生在AT堿基處,且該類型的突變與homopolymerpolynucleotide repeats相關。(Frontiers in Plant Science)

 

 

表觀基因組數據庫MethBank 3.0

 

中國科學院北京基因組研究所生命與健康大數據中心發布表觀基因組數據庫MethBank 3.0。Methbank 3.0整合了大量DNA甲基化數據。作為表觀修飾的重要組成部分,DNA甲基化在人類疾病與衰老、動物胚胎發育以及植物生長發育過程都起重要作用。MethBank 3.0提供了4577個健康人外周血樣本的450K芯片數據,并編審成34個不同年齡組的參比甲基化組(consensus reference methylomes,CRMs);提供不同年齡組健康人基因組胞嘧啶位點甲基化水平的分布范圍,整合5個重要經濟作物(水稻、大豆、木薯、菜豆和番茄)不同發育階段多個組織的336個單堿基精度甲基化組(single-base resolution methylomes,STMs)和兩個模式動物(斑馬魚和小鼠)的配子與早期胚胎發育的18個單堿基精度甲基化組。Methbank 3.0配備友好的瀏覽、查詢與可視化功能,用戶可通過基因ID/ymbol、基因組位置等檢索甲基化信息,瀏覽指定物種差異甲基化啟動子或高甲基化CpG島,通過ftp下載所有相關注釋數據與分析結果。Nucleic Acids Research

 

 

蔬菜廢棄物中溫厭氧消化研究獲進展

 

蔬菜作物種植產生的大量蔬菜廢棄物有較高的含水率和有機質含量,且極其易腐,不適用于填埋、焚燒等生活垃圾的主流處理技術。研究人員通過沖擊負荷試驗,開展了蔬菜廢棄物中溫厭氧消化失穩預警研究。首先,對蔬菜廢棄物中溫厭氧消化過程的液相和氣相,共13個一級參數進行動態連續監測。然后,在一級參數的基礎上耦合創制5個二級參數。最后,分析共計18個運行參數對負荷沖擊的響應敏銳度,遴選出甲烷與二氧化碳比值(CH4/CO2)、總揮發性脂肪酸與碳酸氫鹽堿度比值(VFA/BA)、丙酸、正丁酸和異戊酸等5個預警能力較強的參數作為失穩預警指標,并確定這5個參數的輕度失穩和重度失穩預警閾值。研究結果表面,失穩主要是由于較高可溶性碳水化合物和較低氨氮的原料特性造成的碳酸氫鹽堿度不足,進而導致的厭氧消化系統緩沖能力不足。研究同團隊認為,可通過回流沼液、添加外源堿度物質或沼氣促進劑等方式,提高蔬菜廢棄物穩定運行有機負荷率和池容產氣率。(Bioresource Technology

 

 

降水變化影響土壤微生物研究獲進展

 

土壤微生物對于亞熱帶森林的巨大碳庫有著顯著的反饋作用,但當前研究在關于微生物群落應對降水變化的敏感性認識方面較為缺失。研究人員依托鶴山站常綠闊葉林模擬降水季節變化控制試驗平臺,分別對真菌和細菌群落在物種多樣性和共存網絡方面的響應進行了研究,通過模擬減少干季降水、增加濕季降水、保持年降雨量不變等變量,控制降水的季節分配(MAPS。研究結果表明,MAPS顯著地減少了真菌群落的物種多樣性,而對于細菌群落多樣性的影響不大。糞殼菌綱(Sordariomycetes)的物種豐度和個體多度在MAPS處理下顯著減少,而外生菌根真菌的多度大幅提升。(Soil Biology and Biochemistry

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