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生物技術前沿一周縱覽(2018年06月15日)

2018-08-21 14:35 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年06月15日)

 生物技術前沿一周縱覽(20180615日)

 

擬南芥中利用CRISPR / Cas9進行超高效基因編輯

 

使用CRISPR / Cas9進行基因組編輯被認為是植物基因組工程的最佳工具。研究人員描述了一個新方法,以提高擬南芥中CRISPR/Cas9的編輯效率,該方法著眼于設計新型雙元載體(pUbiCAS9-Red pEciCAS9-Red),選取高效sgRNA,及利用細胞培養進行直接植株再生。研究表明,通過結合上述三方面取得的進展,可高效編輯大型基因簇的可遺傳定點染色體刪減,及基因間可調控序列。作者得到的結果表明這種改進的CRISPR/Cas9法可以快速、高效、經濟地編輯定點可遺傳染色體的刪減,也有助于未來進行高效率功能基因組的研究。(Nature

 

科學家在植物中實現超長基因片段高效精準無贅敲入/替換編輯

 

生物基因組的精準編輯是一項具有挑戰性的工作,主要包括基因的敲除、敲入、替換等。研究組設計并使用由卵細胞和早期胚胎細胞特異性啟動子DD45驅動的Cas9系統,“一代轉化”野生型擬南芥,獲得在雌性配子和早期胚胎特異表達Cas9蛋白的植株,檢測并挑選出Cas9活性最高的株系作為母株。再依賴細胞內源同源重組機制,將基因特異的sgRNA元件和無需帶有篩選輔助標簽的目的序列DNA,“二代轉化”擬南芥Cas9母株,以常規PCRSouthern印跡檢測子代基因型。sgRNA元件引導Cas9定位并切割基因,目的DNA作為同源重組的修復模板,從而實現了擬南芥基因原位、精準、無縫、無累贅的改變。研究人員對2個編碼擬南芥重要去甲基化酶的內源基因ROS1DME分別進行了四個外源大片段敲入測試:在ROS1蛋白C端分別敲入720bp的綠色熒光蛋白GFP和長達1653bp的熒光素酶蛋白LUC,在DME蛋白N端和C端分別敲入GFP;同時也進行了兩個單氨基酸替換測試:將DME蛋白第1633位的脯氨酸替換成丙氨酸,將DME蛋白第1648位的苯丙氨酸替換成丙氨酸。六個測試均分別獲得了穩定可遺傳的單株系,效率為5.3% ~ 9.1%。(Nature Communications

 

 

科學家撰寫“表觀遺傳修飾的靶向調控機制”綜述文章

 

表觀遺傳調控是生物體調節基因表達及染色體行為的重要機制之一,對基因表達調控、轉座子沉默、基因組穩定性以及生物體生長發育有著重要的調控作用。在植物中,表觀遺傳調控廣泛存在,并在植物響應外界環境、調控生長發育可塑性等方面發揮著重要作用。近年來隨著高通量測序技術的發展,表觀基因組調控譜圖逐漸展現在人們面前。表觀遺傳因子對靶位點的精確調控對其功能的發揮至關重要,然而,人們對于表觀遺傳因子如何在全基因組范圍內精確定位靶位點的認識仍十分有限??茖W家長期致力于高等植物表觀遺傳調控機理的研究,揭示了擬南芥組蛋白去甲基化酶JMJ14 (Cell Discov, 2015)REF6/JMJ12 (Nat Genet, 2011, 2016)在染色質上的定位機制,闡釋了水稻組蛋白甲基轉移酶SDG714 (Plant Cell, 2007)和組蛋白去甲基化酶JMJ703 (PNAS, 2013)調控基因表達和維持轉座子活性的分子機制,揭示了組蛋白修飾因子對植物生長發育的重要調控機制。(Current Opinion in Plant Biology

 

 

植物的光適應與捕光調節機制

 

光合作用為世界上幾乎所有的生命體提供賴以生存的物質和能量,放氧光合作用還維持著地球的大氣環境。研究團隊密切合作,協同攻關,以最高的效率取得了突破性進展,完成了PSI-LHCI-LHCII超級復合體3.3埃分辨率冷凍電鏡結構解析。該復合體是一個約700kDa的膜蛋白-色素復合體,結構精確指認了其中的21個蛋白亞基,定位了202個葉綠素分子,47個類胡蘿卜素分子以及眾多的其它輔因子。該工作首次解析了LHCIIN末端磷酸化位點,揭示了LHCIIPSI的相互作用方式,構建了PSI中的全部亞基,包括以往PSI晶體結構中缺失的兩個亞基PsaOPsaN,并發現這兩個亞基分別介導了LHCILHCIIPSI核心的能量傳遞。該復合體結構彌補了過去發表的PSI晶體結構中缺失的結構信息及潛在能量傳遞途徑,并為深入研究植物狀態轉換的分子機理提供了重要基礎。該項工作所提供的數據有望啟發并促進人工光合作用體系的設計優化等應用研究。(Science

 

 

棉酚生物合成途徑研究獲進展

 

棉花是重要的經濟作物,棉纖維是紡織工業主要的天然原料,深受廣大消費者歡迎。研究人員通過RNA-seq篩選在有腺體棉和無腺體棉差異表達的基因,結合VIGS和代謝產物分析,先后分離了P450單加氧酶CYP82D113、CYP71BE79、雙加氧酶2-ODD1 以及醇脫氫酶DH1,通過體外酶活反應和產物結構鑒定,確定了這些酶的功能,從而將棉酚的生物合成途徑朝前推進了四個反應步驟,為全面解析棉酚生物合成途徑奠定了基礎。研究組還獲得了數個棉酚途徑中間體,均為新發現的化合物,其中一些具有顯著的生理活性,為天然產物的研發提供了新平臺。(PNAS

 

 

二萜糖苷甜茶素的生物合成途徑研究獲進展

 

二萜類化合物是一類重要的植物源次生代謝產物,具有廣泛的生理和藥用活性。研究人員通過物種間進化分析、結合基因克隆表達與功能表征,找出了甜茶素生物合成過程中的糖基化途徑的關鍵酶基因,結果發現甜葉懸鉤子來源的UGT75L20、UGT75T4、UGT85A57和明日葉來源的UGT75L21、UGT75W2、UGT85A58參與了這一過程。在對甜葉懸鉤子來源的UGT85A57的深入研究中進一步發現,UGT85A57具有高度的底物專一性,僅催化19位具有糖基的steviol衍生物。為了研究糖基轉移酶如何專一性地識別底物,通過同源建模分析,對UGT85A57中可能影響二萜底物識別的20N端和5C端氨基酸殘基進行了定點突變,發現L141M、S149GL153F三個位點的突變使得UGT85A57的底物專一性降低,表明它們在二萜底物的專一性識別方面起到重要作用。最終在微生物細胞中實現了甜茶素的高效全細胞轉化。(Molecular Plant

 

 

科學家通過加速光呼吸使作物產量提高47

 

光呼吸對于植物是必須的。研究團隊通過設計一種模式作物來過表達與光呼吸循環過程有關的天然蛋白質。經過兩年的田間試驗發現增加植物葉片中的H-蛋白質可以使產量增加27%到47%。然而增加這種蛋白質會阻礙植物生長和新陳代謝,導致四周齡的植物僅能長成未改變植物的一半大小。(Plant Biotechnology Journal

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