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生物技術前沿一周縱覽(2018年1月26日)

2018-01-26 15:16 | 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(2018126日)

 

玉米多基因表達體系與紫胚玉米種質創制的工作取得新進展

 

花青素作為一種天然存在的強抗氧化活性物質,在一些疾病預防、功能性食品制造和食品飲品著色劑添加中均扮演重要角色。為了提高玉米籽粒中花青素的含量,研究發現多基因表達體系在引入兩個轉錄因子ZmC1ZmR2以及兩個結構基因ZmBZ1ZmBZ2后,首次以基因工程的方式在玉米胚中實現花青素的生物合成與積累,創制了高花青素的紫胚玉米種質。研究利用前期工作挖掘的一個玉米胚特異性雙向啟動子PZmBD12A連接肽為關鍵支撐點,利用多個可視化報告基因和花青素合成相關的基因,建立了一個可同時驅動11個基因同步表達的多基因表達體系。無論是通過基因槍介導的幼胚瞬時表達體系還是穩定表達的轉基因玉米植物中,均可檢測到報告基因和花青素相關基因的表達。實驗結果表明該體系具有載體構建簡便快捷、基因表達高效同步的特點。(Plant biotechnology Journal

 

 

解析基因疊加對玉米轉錄組代謝組的影響

 

 基因疊加(Gene stacking)是當前轉基因作物研發的趨勢,即在一個植物中同時轉入兩個或兩個以上外源基因。該研究以我國自主研發的轉基因玉米12-5IE034為研究材料,將上述2個轉基因玉米材料進行雜交后,分別對比了轉基因雜交玉米12-5×IE034和兩個親本轉基因玉米以及6個常規玉米品種中的轉錄譜和代謝譜的差異。結果顯示,轉基因玉米育種復合所帶來的基因表達和代謝物的變化數量介于常規玉米品種間的變異范圍之內。(Plant Journal

 

 

植物細胞全能性分子調控新機制

 

植物細胞極高的全能性是植物可重復再生的基礎,基于植物細胞全能性的植物激素誘導的離體再生體系已被廣泛應用于農業生產和基因改良中。研究人員以擬南芥為材料,在前期發現受生長素誘導的LBD轉錄因子能直接調控愈傷發生的基礎上,進一步發現bZIP類轉錄因子能夠與LBD以異源二聚復合體的形式,調控生長素誘導的愈傷發生過程。研究顯示,bZIP59LBD在愈傷形成過程中高度重疊表達,生長素能夠維持bZIP59蛋白的穩定性并增強其與LBD形成復合體的能力;在擬南芥中超表達bZIP59基因能夠引起在無外源生長素的培養基上自發愈傷組織的發生;bZIP59LBD16具有共同的靶基因,表明bZIP59LBD是以復合體的形式參與調控愈傷起始的體細胞編程過程。研究揭示了bZIP-LBD復合體是控制愈傷形成中體細胞重編程的關鍵因子,建立了植物再生體系中生長素信號和細胞全能性獲得的分子聯系。(Nature Plants 

 

 

植物天然免疫平衡調節器

 

與動物相同,植物具有天然免疫系統,通過免疫受體蛋白感受各種病原微生物分子,并將信號傳遞給細胞內的其它蛋白激活防衛反應。近期研究人員發現了植物精確調控免疫活性的分子機理。研究表明E3泛素連接酶PUB25PUB26通過對BIK1蛋白進行泛素化修飾,促進其通過蛋白酶體途徑進行降解,負向調節免疫反應和抗病性。PUB25/26的活性受到G蛋白CPK28的雙重調控;靜息狀態下,G蛋白與PUB25/26直接相互作用,抑制其泛素連接酶的活性,從而增強BIK1的穩定性,確保在病原來襲時能快速啟動免疫應答;而免疫激活狀態下,CPK28直接磷酸化PUB25/26,增強其泛素連接酶的活性,促進BIK1的降解,防止免疫反應的過度激活。研究人員還發現,PUB25/26特異地靶向非激活形式的BIK1,而對已經激活的BIK1沒有作用,這說明植物一方面通過降解尚未激活的BIK1,避免過多積累激活狀態的BIK1,另一方面維持已經激活的BIK1,形成免疫平衡,確保免疫反應的進行。該研究成果表明,E3泛素連接酶PUB25/26、G蛋白和CPK28三者組成一個免疫平衡調節器,精細調控BIK1的穩定性。(Molecular Cell

 

 

長鏈非編碼RNA與表觀遺傳對克隆胚胎的影響

 

克隆技術發展幾十年,但包括豬在內的大動物克隆效率仍然十分低下。研究人員通過基因編輯技術,定點失活XIST基因,可以拯救下調的基因,從而提高豬克隆胚胎的體外發育質量和體內發育的潛能,將豬的克隆效率提高約7倍。研究進一步發現,XIST敲除克隆胚胎的發育能力提高與胚胎中組蛋白H3K9me3的水平有密切關系。研究人員主動下調克隆胚胎中H3K9me3水平,同樣可以顯著地提高豬早期克隆胚胎發育效率,但主動下調H3K9me3水平會解除其對XIST的抑制作用,誘導XIST基因在克隆胚胎中的異常高表達,因此,通過向豬克隆胚胎中注射H3K9me3去甲基化酶來下調H3K9me3水平,并不能像小鼠那樣提高克隆效率,反而導致豬克隆胚胎在體內發育能力變低。(STEM CELL REPORTS

 

 

不同RNA修飾間的互作調控機制

 

迄今為止,多達100多種的RNA修飾已在體內被發現,其中m6A修飾及A-to-I編輯是存在于(m)RNA上最普遍的兩種RNA水平的表觀修飾,且均發生于腺苷(adenosine, A)上。研究人員利用計算和實驗相結合的系統研究方法,對m6A陽性和m6A陰性的RNA-seq數據進行A-to-I編輯的比較分析,揭示m6A修飾與A-to-I編輯之間存在一定的負相關關系;通過分析m6A甲基化酶METTL3/METTL14敲除樣本中的A-to-I編輯進一步揭示m6A修飾對A-to-I編輯的負向調控作用;通過對多個內源轉錄本和構建的報告質粒在正常條件和METTL3/METTL14雙敲條件下進行比較分析,發現ADAR1m6A陽性轉錄本的結合能力較弱,而在METTL3/METTL14雙敲抑制m6A時,ADAR1m6A陰性轉錄本的結合能力則顯著提高,這提示m6A修飾對A-to-I編輯的負向調控作用可能是通過調節其與ADAR1的結合能力而實現。(Molecular Cell

 

 

雙生病毒致病新機制

 

雙生病毒在經濟和糧食作物上造成毀滅性危害。云南番茄曲葉病毒(TLCYnV)是從云南番茄上分離到的雙生病毒,研究發現TLCYnV編碼的C4蛋白是癥狀決定因子和RNA沉默抑制子,但目前對其致病機制尚不明確。該研究利用TLCYnV C4作為誘餌從煙草中成功篩選到與C4互作的肝糖原合成酶激酶3蛋白NbSKη。利用細胞生物學等手段發現C4NbSKη互作后改變了NbSKη的亞細胞定位,使NbSKη在細胞核中的積累量降低。進一步研究發現,在健康植物中NbSKη通過磷酸化細胞周期蛋白D (NbCycD1;1)促進26S蛋白酶體對NbCycD1;1的降解從而負調控細胞分裂;而C4NbSKη互作后引起NbSKη在細胞核中積累量的下降,干擾了NbSKη對NbCycD1;1的磷酸化,增加了NbCycD1;1的穩定性,促進已分化的植物細胞進入細胞周期,從而創造有利于雙生病毒復制的細胞環境,并在葉表面引起組織突起癥狀。(PLoS Pathogens

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