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生物技術前沿一周縱覽(2018年04月27日)

2018-08-21 14:42 | 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(20180427日)

 

糖信號調控植物生長發育

 

糖類是植物生長發育過程中重要的調控信號分子。研究人員前期揭示了油菜素內酯受體BRI1BAK1介導的糖信號轉導的新機制。研究結果表明BRI1BAK1的功能缺失突變體表現出對糖反應不敏感的表型,BRI1BAK1之間的蛋白互作和磷酸化水平受到糖濃度調控,而且BRI1BAK1蛋白在細胞膜上的定位也受糖濃度所調控。進一步研究發現,BRI1BAK1G蛋白作用在同一遺傳途徑中參與糖信號的調控。相關的生化分析表明BRI1BAK1不僅能夠與G蛋白亞基在體內和體外互作,而且還在體內和體外磷酸化G蛋白亞基。BRI1BAK1G蛋白的磷酸化影響了GPA1AGB1/AGGs的解離,從而調控了植物生長發育。(Nature Communications

 

 

天麻與蜜環菌共生

 

植物和真菌(菌根)之間的共生關系始于4.5億年前,共生植物可以從菌根中獲得碳和其他營養。由于沒有光合作用的能力,天麻完全依靠共生菌提供營養。研究團隊發現獨角金內酯是天麻與蜜環菌共生關系建立的重要信號,其作用機制與促進植物和從枝菌根共生的機制類似。在天麻中,獨角金內酯生物合成和運輸關鍵基因carotenoid cleavage dioxygenasesCCDs)和ABC transportersPDRs)的數量增加,且受控實驗證明獨角金內酯可以促進蜜環菌菌絲分支,有助于建立天麻和蜜環菌的共生關系。而天麻中鈣調素依賴性蛋白激酶DMI3基因的數量也增加,有助于進一步調控蜜環菌在天麻上中定植(侵染共生)。顯微結構分析表明,定植(侵染共生)后蜜環菌菌絲的生長將主要限制在天麻的皮層,這與PDRs基因在皮層中轉錄水平最高相一致。皮層是天麻最主要的代謝中心,在該組織中水解酶、轉運體等基因的轉錄水平也基本為最高。endo-β-1,4-D-xylanase和β-glucosidase基因在天麻中的數量增加,二者被認為在水解蜜環菌菌絲壁中發揮了關鍵的作用,其為天麻提供的碳源。此外,基因數量增加的還有glutamate N-acetyltransferaseureases,它們是精氨酸生物合成以及尿素代謝的關鍵基因,被認為在天麻氮素轉運中發揮了關鍵的作用。該論文以天麻為研究對象,繪制了第一個完全依賴于菌根異養植物的高質量基因組圖譜。(Nature Communication

 

 

水稻精準育種再上臺階

 

中國農業科學院作物科學研究所牽頭,聯合國際水稻研究所、上海交通大學、華大基因、深圳農業基因組研究所、安徽農業大學、美國亞利桑那大學等16家單位共同完成的3000份亞洲栽培稻基因組研究。研究人員征集全球89個國家和地區的3000份水稻,代表了全球78萬份水稻種質資源約95%的遺傳多樣性。該研究對亞洲栽培稻群體的結構和分類進行了更為細致和準確的描述和劃分,由傳統的5個群體增加到9個;首次揭示了亞洲栽培稻品種間存在的大量微細結構變異;構建了亞洲栽培稻的泛基因組,發現了1.2萬個全長新基因和數千個不完整的新基因。研究通過對大量重要進化相關基因的單倍型和泛基因組分析發現,秈稻攜帶的很多基因不存在于粳稻中,粳稻的很多基因也不存在于秈稻中。此外,不同地理來源的水稻品種群體都帶有特異的基因家族。為此,他們首次提出了秈、粳亞種的獨立多起源假說,并恢復使用秈(Oryza sativa subsp. xian)、粳(Oryza sativa subsp. geng)亞種的正確命名,以取代日本學者加藤茂范于1928年提出的將“秈”“粳”稱為indicajaponica。 ( Nature )

 

 

科學家破譯青蒿“基因密碼”

 

研究人員對高產青蒿素青蒿品種——滬蒿1號進行了全基因組測序、組裝、注釋及相關分析,測序共產生450 Gb的龐大數據,測序深度達到260倍左右,共組裝出了約1.74 Gb基因組總長,預測鑒定出了63226個編碼蛋白基因,屬于基因數量較多的物種之一。研究發現,整個基因組中存在大量重復序列(高達61.57%),這可能是整個菊科植物基因組普遍較大且較為復雜的原因,青蒿中還存在許多菊科特有的基因家族及基因。該研究團隊建立了能夠高效促進青蒿素合成途徑整個代謝流的上、中、下游多基因轉化策略,成功培育出了高產青蒿素的代謝工程改良青蒿品種,其青蒿素的含量達到了葉片干重的3.2%左右。(Molecular Plant

 

 

全球湖泊抗生素與抗性基因研究取得進展

 

研究人員收集整理了全球湖泊中抗生素和抗性基因方面的研究數據,評估了當前湖泊中抗生素的生態風險,分析了影響抗生素抗性基因傳播的因素和潛在的風險。通過數據整合分析,比較分析了抗生素在全球湖泊水體和沉積物中的含量。此外,還進一步詳細分析了影響抗生素抗性基因分布和傳播的因素(化學污染、湖泊理化指標和人類活動),并提出了下一步研究方向。(Environment International 

 

 

早期陸生植物適應性進化研究取得進展

 

早期陸生植物形態結構相對簡單,卻具有極強的環境適應能力。研究人員根據小立碗蘚hemerythrin基因起源于真菌向早期陸生植物的水平基因轉移事件,hemerythrin基因在小立碗蘚中通過改變蛋白編碼順序(Shifting of reading frames),演化出一個新雙編碼基因(Dual-coding geneYAN/AltYAN。分子遺傳學及生理生化證據表明,YAN/AltYAN通過參與小立碗蘚脂肪酸、油體、蠟質結晶等脂類代謝過程,介導了小立碗蘚的脫水耐受生物學過程。令人驚奇的是,現有的證據顯示hemerythrin也極可能同樣參與到植物油體形成與抗干旱過程。該研究對于認識物種特有基因的演化方式以及揭示陸生植物如何適應特殊環境提供了新的理論觀點及實驗證據。Nature communications

 

 

轉錄因子二聚作用研究取得進展

 

轉錄因子蛋白FOXA1屬于叉頭框家族(forkhead family)成員之一,在細胞增殖、分化、胚胎成長、器官發育、腫瘤的產生與發展等過程中起著重要的作用。課題組在前期研究中,利用新的生物信息學算法分析得到了包括FOXA1同源二聚體結合位點的一批新的轉錄因子二聚結合基序位點,緊接著圍繞著FOXA1的同源二聚體基序開展進一步的研究。該研究首先利用生物化學技術體外驗證了FOXA1蛋白能夠以二聚體形式結合在新基序上,蛋白結構模擬顯示FOXA1蛋白分子的二聚結合是由DNA基序介導的,基因組測序結果顯示FOXA1在乳腺癌和肝癌細胞中FOXA1蛋白在二聚體基序上富集并能夠在PI3K信號通路被抑制的時候調控染色質動態變化,其次,進一步通過生物信息學以及細胞生物學技術篩選出了能夠影響FOXA1二聚結合的與疾病相關的單核苷酸多態性(SNP),其中有著與骨質疏松及帕金森疾病相關的致病SNP,為未來相關疾病的研究治療提供了新的方向。(Nucleic Acids Research

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