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生物技術前沿一周縱覽(2018年5月25日)

2018-08-21 14:39 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年5月25日)

 生物技術前沿一周縱覽(2018525日)

 

小麥TaGW2基因調控粒重及蛋白品質性狀

 

小麥是全球最重要的糧食作物之一。研究人員利用CRISPR/Cas9技術獲得了缺少TaGW2基因一個拷貝(B1D1)、兩個拷貝(B1D1)以及三個拷貝(A1, B1D1)的突變體,研究表明,TaGW2-B1-D1負調控小麥籽粒的寬度、長度、千粒重及平均單株產量,TaGW2-B1的作用效果強于TaGW2-D1,而且TaGW2http://www.cas.cn/syky/201805/W020180524595638241348.gif因的各拷貝之間存在功能上的相互作用。進一步研究表明TaGW2-B1-D1均能通過調節發育種子中外果皮的細胞數目和長度來調控小麥籽粒的大小。對突變體籽粒的蛋白質含量進行測定,發現TaGW2突變體的籽粒蛋白質含量明顯增加,相較于野生型對照,突變體的面粉蛋白質含量以及面筋強度也顯著增加。綜合考慮來自多個環境的數據以及性狀變化程度,推測TaGW2-B1的缺失在協同改良小麥粒重和蛋白品質方面具有較好的育種利用價值。(The Plant Journal

 

 

調控大豆生育期及種子性狀的基因方面取得進展

 

大豆是重要的植物蛋白和植物油來源。生育期、蛋白及油分含量是關乎大豆產量和品質的重要農藝性狀。研究人員利用IlluminaSoySNP8k iSelectBeadChip(中等密度芯片)對來自中國、日本、美國、加拿大和其他國家的235份大豆資源進行基因型分型,獲得了4471個多態性SNP分子標記,揭示了一個相對復雜的群體結構并將該群體分為7個亞群體,與品種的地理起源相對應。通過GWAS分析,共鑒定了30個與生育期相關的QTNsQuantitative trait nucleotides)位點,16個與種子蛋白及油分含量相關的QTNs位點。其中大部分QTNsSoyBase (soybase.org)中報道的已知相關性狀的QTL一致,證明了在遺傳研究及分子育種中,中等密度SNP芯片在基因分型上的重要作用,有助于有關生育期及種子蛋白和油分含量QTL鑒定及基因克隆,對農業生產具有重要的指導意義。(Frontiers in plant science

 

 

花型調控的分子機制和重要花卉植物起源研究獲進展

 

花卉的馴化被認為是植物在人工選擇下快速形態進化的典型案例。研究人員通過解剖大巖桐,發現其背部花冠筒基部產生的囊狀結構是決定野生大巖桐的花向側部開放的關鍵結構。遺傳學實驗及關聯分析顯示,大巖桐向頂部開放和輻射對稱花受單基因控制,TCP基因家族成員SsCYC第一個外顯子上10-bp的堿基缺失與頂開輻射花型極為顯著的關聯。進一步研究顯示,SsCYC基因在野生大巖桐背部花器官和囊狀結構中特異性表達,特別在囊狀結構的橫切面呈梯度表達模式,從內表皮至外表皮表達量逐漸降低,導致了細胞的不對稱生長而產生了囊狀結構;該基因第一個外顯子上的堿基缺失導致嚴重的移碼突變,產生功能完全缺失的蛋白,使得不對稱生長消失,這一突變被人工選擇從而產生了向頂部開放的輻射對稱花。通過對原始文獻的查閱、系統關系重建以及遺傳推演,研究人員確定來自里約熱內盧的2個野生大巖桐居群可能是栽培大巖桐的祖先。 (Molecular Biology & Evolution)

 

 

科學家揭示花性狀的進化機制

 

花作為植物的重要繁殖器官,是被子植物進化的重要標志。研究人員以27種被子植物的花和葉片為研究材料,利用植物系統發育分析方法研究了花和葉片功能性狀的適應與進化機制。研究發現,盡管花瓣和萼片的脈密度和氣孔密度低于葉片,并與葉片的脈密度和氣孔密度成比例變化,但是,花瓣的脈密度和氣孔密度之間沒有呈現相關性。說明花和葉片的進化選擇壓不同,提高葉片的光合速率被視為選擇小細胞的一個過程,這增加了葉片的氣孔密度和葉脈密度?;ǖ墓δ懿煌谌~片,選擇壓按比例保持花脈和氣孔組織之間協調的投資不太強烈。然而,花瓣的脈密度和氣孔密度間的較弱關系可能暗示角質層對花瓣水分維持有潛在貢獻。(New Phytologist

 

 

赤霉素在擬南芥胚胎發育中的作用機制

 

赤霉素(GA)作為一種重要的激素,在植物發育的眾多方面都起著關鍵作用。 科研人員發現,在擬南芥胚胎發育過程中,活性赤霉素的合成呈現出先升高后降低的時空特異性變化,并在晚期胚胎膨大階段達到頂峰。在此時期,赤霉素生物合成或信號轉導缺陷都會導致胚胎發育異常,具體表現為胚胎子葉伸展受抑和胚軸縮短。相反,赤霉素過量積累則會導致成熟胚明顯變大。進一步研究發現,赤霉素信號負調控因子DELLA可與植物胚胎發育的關鍵調控因子LEAFY COTYLEDON1LEC1)相互作用,在胚胎膨大階段,赤霉素通過降解DELLA蛋白來釋放DELLALEC1的抑制作用,從而促進胚胎相關基因的表達以及生長素的合成以促進胚胎發育。該研究揭示了赤霉素通過GA-DELLA-LEC1信號模塊以一種時空特異的方式調控晚期胚胎發生,闡明赤霉素在胚胎發育中的具體角色,為理解植物激素如何調控胚胎發育提供了新的視角。(Nature Plants

 

 

研究發現植物病原真菌致病新機制

 

大麗輪枝菌是一種感染植物根部的土傳性病原真菌,侵染包括棉花在內的多種雙子葉植物。病原菌分泌的效應蛋白在克服植物免疫反應、幫助病菌定殖寄主的過程中發揮重要作用。研究人員前期的工作中構建了高效精準的大麗輪枝菌基因敲除系統(Wang et al., 2016;Phytopathology)。在此基礎上,對大麗輪枝菌基因組編碼的數百個分泌效應蛋白開展規?;耐蛔兎治?,從中分離了一個大麗輪枝菌的關鍵致病因子VdSCP41。研究發現VdSCP41從真菌分泌后轉運到植物細胞核內,直接靶向植物的重要免疫調控因子CBP60gSARD1,干擾其轉錄因子活性從而抑制植物免疫相關基因的誘導,幫助大麗輪枝菌侵染植物。此外,還發現了CBP60g-C端蛋白的顯性抑制活性,以及VdSCP41誘導CBP60g在植物細胞核的積累,表明病原菌改造植物免疫靶標為誘餌蛋白從而干擾植物免疫的致病新策略。該研究分離了大麗輪枝菌的關鍵致病因子VdSCP41,闡明了其操控植物免疫的機理和在大麗輪枝菌致病過程中的功能。目前研究團隊正在對其它重要效應蛋白的致病功能進行深入解析。(eLIFE

 

 

富集開放染色質間相互作用的新方法

 

真核細胞核中的染色質通過折疊成高度復雜、動態的高級結構,調控細胞中DNA轉錄、復制、損傷修復等重要功能??蒲腥藛T結合FAIRE-seq技術及Hi-C技術的關鍵步驟,開發出了一種可以不依賴蛋白抗體及靶序列的OCEAN-C技術。在OCEAN-C技術中,染色質首先被甲醛交聯;隨后,染色質被限制性內切酶(MboI)消化;DNA末端修復時被連入帶有生物素標記的脫氧核糖核苷酸;隨后空間存在相互作用的DNA被連接;超聲打斷染色質后,開放染色質被酚-氯仿抽提;最后,存在相互作用的開放染色質因為連有生物素信號,能被磁力架富集。與其他技術相比,1OCEAN- C 技術不僅能檢測到TAD、compartments等三維基因組結構,而且同時富集開放染色質區域及這些開放染色質之間的相互作用; 2)我們在三種 B 細胞相關細胞系(U266,RPMI8226,GM12878)中應用了 OCEAN-C 技術,發現三種細胞中均有近 10000 個開放染色質相互作用中心(HOCI)。HOCI長度在 1 kb 左右、以活躍啟動子及增強子為主、并結合有大量轉錄相關蛋白。許多HOCI也與Super-enhancer、broad H3K4me3區域有重合,幫助理解這些新發現的重要調控區域內部和之間的互作;3HOCI作為相互作用網絡的重要節點,與其他開放染色質互作,形成全基因組開放染色質相互作用網絡,調控基因表達。(Genome Biology

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