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生物技術前沿一周縱覽(2018年2月2日)

2018-02-02 11:41 | 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(201822日)

 

水稻單堿基編輯升級版系統

研究人員前期成功開發出水稻單堿基編輯系統rBE3rBE4工具盒,實現了堿基C·GT·A的替換。由于所有APOBEC1(鼠源胞嘧啶脫氨酶)具有TC偏好性,對GC編輯效率很低。據此,研究人員引入人源AID胞嘧啶脫氨酶,開發出rBE5rBE9升級版系統,成功、高效實現了對水稻中多個靶基因的高效定點編輯。該系統避免了APOBEC1(鼠源胞嘧啶脫氨酶)對TC偏好性的問題,對TC,AC,GCCC具有同樣較高的編輯效率,大大擴展了單堿基編輯技術在植物上的應用,對水稻功能基因組學和現代分子育種研究具有重大推進作用。(Molecular Plant

 

 

研究發現水稻低溫適應性的“分子開關”

植物協調應對逆境脅迫的防御反應和器官發育的環境塑造,是植物在長期的進化過程中適應多變環境的基本條件。研究人員發現,水稻MADS-box轉錄因子家族OsMADS57協同其互作蛋白OsTB1,能夠調控水稻的低溫耐受性,具有平衡器官發生和防御反應的分子開關特性。研究發現,OsMADS57OsTB1對低溫防御反應的調控依賴于二者的共同靶基因OsWRKY94。常溫下OsMADS57OsTB1蛋白互作,抑制獨腳金內酯受體基因D14的轉錄,促進水稻側芽的分化及分蘗的形成;而在低溫下,OsMADS57OsTB1通過直接激活OsWRKY94的轉錄,啟動防御反應。OsMADS57作為調控水稻側芽發育和低溫耐受性的分子開關,平衡水稻的生長發育和脅迫響應的分子調控網絡,控制植物對低溫環境的適應性。(New Phytologist

 

 

種子功能權衡研究取得進展

種子具有攜帶遺傳信息、擴散、定植及耐受逆境等多重功能,由于有限的資源被用于一種功能,其它功能獲得的資源將減少。研究人員對中國西南山地生物熱點地區1119個物種(393個木本,726個草本)的主要種子功能性狀進行分析。研究發現,種子大小與種子萌發所需時間顯著正相關,而與種子數量顯著負相關,排除植物系統發育、生長型的影響,這些相關性依然顯著,并且上述兩種相關性在目、科級水平上呈系統發育離散狀態。這些結果表明種子植物在產生高適合度幼苗與快速占據新生境之間進行權衡。該研究在區域尺度上證實種子功能權衡的存在,并為中國西南山地物種共存與多樣性提供了解釋維度。(Ecology and Evolution

 

 

植物病毒與宿主細胞間的博弈新機制

病毒導致的病害在全世界范圍內造成嚴重的農業生產損失,并成為糧食安全的致命威脅。研究發現,在植物病毒與宿主細胞的博弈之戰中,調控植物生長發育的受體蛋白BAM1可以促進細胞之間RNAi的擴散。BAM1蛋白在細胞中定位于細胞膜和胞間連絲中。胞間連絲是臨近細胞間連接的通道,并可能有助于小RNA攜帶的信息傳播。然而,作為演化過程中宿主和病原菌共同進化的結果,如果一個宿主蛋白在免疫反應中作用突出,致病病原菌也必須不斷進化來對抗宿主蛋白的效力。此外,該研究組發現了名為C4的病毒蛋白可以與BAM1結合,C4可以干擾RNAi細胞間的傳播。(PNAS

 

 

植物激素調控花分生組織維持及分化的分子機制研究中獲進展

高等植物中,植物體所有胚后發育的組織和器官都來源于各級分生組織。研究人員以擬南芥花分生組織為研究材料,系統研究生長素反應因子AUXIN RESPONSE FACTOR3(ARF3)介導生長素及轉錄因子AGAMOUS(AG)對細胞分裂素活性調節進而調控FM維持及分化的分子機制。研究表明,細胞分裂素的內穩態對于FM的維持及分化非常重要。生長素可以通過促進ARF3的表達來抑制細胞分裂素的活性進而促進FM的分化。在這個過程中ARF3可以直接抑制細胞分裂素的合成基因IPT3/5/7的表達,同時間接抑制合成基因LOG家族基因的表達,導致細胞分裂素含量的降低。在分生組織組織中心(organizing center, OC),ARF3可以直接抑制細胞分裂素受體AHK4的表達,從而降低OC區細胞分裂素的活性,導致干細胞活性維持基因WUSCHEL表達的程序化終止。同時對花器官決定及FM分化起關鍵作用的轉錄因子AG對于ARF3的表達有動態調節,在花發育的3-4期,AG通過抑制ARF3的表達,維持細胞分裂素的活性,促進細胞周期基因的表達,保證細胞的分裂從而保證分生組織的維持及花器官的產生,在花發育的5-6期,AG和生長素一起促進ARF3的表達來抑制細胞分裂素活性,保證FM的程序化分化。(Plant Cell

 

 

脫落酸迅速合成于葉片

脫落酸(abscisic acid,ABA)能夠調節植物對不同環境信號以及內源性信號的反應,影響植物的水分脅迫、種子發育、休眠、性別決定等生理適應及生長發育過程。研究人員采用施加外部壓力的方法,研究了花、根和葉片組織中ABA對水分持續虧缺的響應,發現在干旱脅迫下,葉片中快速合成ABA,而花和根組織中沒有表現出顯著增加。在番茄ABA生物合成途徑中,一個關鍵的編碼基因類胡蘿卜素降解的限速酶(9'-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED1)在葉片中大幅上調,而在花和根組織中變化較小。這表示ABA迅速合成發生在葉片中,而不是在花或者根組織中。研究結果進一步證實了ABA在植物水分虧缺響應中的作用,并指出葉片是ABA合成的主要器官,推翻了過去一直認為根是合成ABA的主要器官的觀點。(Journal of Experimental Botany

 

 

圖位克隆法分離分析關鍵抗蟲害基因

稻飛虱是水稻生產中發生面積最大、造成危害最嚴重的害蟲之一。Bph6是一種新型抗蟲基因,編碼一種前人從未研究的蛋白。BPH6蛋白與胞泌復合體亞基EXO70E1互作,調控水稻細胞分泌,維持細胞壁完整性,阻礙褐飛虱取食。Bph6可以協同SAJA,正調控水稻抗蟲性,同時發現細胞分裂素在抗蟲中也有很重要的作用,正是由于這種特殊的機制,使帶有Bph6的水稻對褐飛虱具有趨避性、抗生性和耐蟲性。Bph6具有廣譜抗蟲性,高抗褐飛虱所有生物型和白背飛虱同時對農藝性狀沒有負效應。Bph6基因起源于野生稻并保留在亞洲熱帶地區的秈稻品種中。(Nature Genetics

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