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生物技術前沿一周縱覽(2018年9月7日)

2018-09-07 17:11 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年9月7日)

 生物技術前沿一周縱覽(201897日)

 

水稻產量與抗病性協同調控機制

 

作物病害嚴重影響作物生長,造成產量損失,并威脅糧食安全。研究人員發現,IPA1不僅能增加水稻產量,還可以提高水稻對稻瘟病的抗性。進一步研究發現,IPA1的磷酸化修飾是平衡產量與抗性的關鍵調節樞紐。IPA1受稻瘟病菌誘導磷酸化,該磷酸化能改變IPA1DNA序列的結合特性。通常情況下,IPA1結合DEP1等穗發育相關基因的啟動子,促進其表達,負責水稻理想株型的建成,調控水稻產量;而受稻瘟病菌誘導磷酸化后的IPA1更傾向于結合抗病相關基因WRKY45的啟動子,促進其表達,增強免疫反應,提高抗病性。(Science

 

 

OsOAT介導氮素再利用調節水稻籽粒發育的機制

 

氮素再利用對于植物新生組織的發育尤為重要。近期研究表明,OsOAT在氮素再利用過程中發揮著重要作用。OsOAT是水稻中鳥氨酸d-氨基轉移酶的同源蛋白,催化鳥氨酸與a-酮戊二酸反應生成谷氨酸和谷氨酸g-半醛,從而降低植株體內鳥氨酸濃度,解除鳥氨酸對精氨酸酶的抑制作用。OsOAT對精氨酸酶活性的調控作用,保證了精氨酸的正常分解代謝。OsOAT突變體中的精氨酸酶活性受到過度積累的鳥氨酸抑制,以精氨酸形式儲存的氮源無法被再次利用,最終突變體表現出結實率降低和粒型異常的表型,而增施尿素可以恢復突變體的表型。(The Plant Journal

 

 

水稻白枯病抗性新機制

 

白枯病是一種由白枯菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)引起的病害,對水稻產量有重大影響。研究人員篩選到了一個水稻磷酸丙糖異構酶TPI1.1triosephosphate isomerase, OsTPI1.1)。TPI是一種糖酵解酶,它可以催化磷酸二羥丙酮與甘油醛-3-磷酸的相互轉化。TPI在糖酵解、糖異生、磷酸戊糖途徑以及甘油代謝中都有重要作用。通過酵母雙雜交發現,TPI的可變剪切中只有TPI1.1XA3/XA26發生互作。通過轉基因和RNAi構建TPI1.1過表達和基因沉默的材料,發現在XA3/XA26抗病途徑中,TPI1.1發揮重要作用。TPI1.1過表達材料有更高的NADPH/NADP+比值,導致碳代謝流更多的流向磷酸戊糖途徑,使細胞內H2O2含量(ROS)升高,從而增強了抗病性。而在RNAi材料中,NADPH/NADP+比值降低,ROS也降低,抗病性減弱。(Plant Physiology)

 

 

核糖體RNA基因拷貝數變異和表達調控方面獲進展

 

核糖體是細胞中最重要的細胞器之一,負責將細胞轉錄出來的信使RNAmessenger RNA,簡稱“mRNA”)翻譯成蛋白質。研究人員通過利用玉米一個高多態性的育種群體(maize 282 diversity panel)重測序數據,對每個玉米的自交系的45S rRNA以及其它高度串聯重復元件的基因拷貝數進行準確估算,發現玉米群體中45S rRNA存在廣泛變異(1,061~17,347 copy),并且受到玉米群體結構的影響。廣泛遺傳力分析表明這些串聯重復元件具有較高的遺傳力,然而再利用GWAS分析時,卻很難定位已知的遺傳位點,表現出常見的“遺傳力丟失”現象(missing heritability)。研究人員通過3mRNA-seq技術,在測序數據中發現了大量來源于rRNA的序列數據。深入分析發現,這些數據應該是源于45S基因序列中存在許多類似于polyA)的序列片段,通過與引物上的polyT)不完全匹配后完成了對45S轉錄本的部分區域的測序。又將45S rRNA的表達水平與各個組織中的基因表達水平進行了共表達分析,結果發現大量的與45S rRNA共表達的基因,GO分析顯示與核糖體合成相關的基因數量顯著,其中包括大量的核糖體蛋白基因(r-protein genes)。此外,不同組織中都存在與自身發育相關的共表達基因,比如在幼苗的根部和芽部,大量的抗性基因與45S rRNA表達量顯著相關,表明在幼苗發育時期需要構建大量的防御系統來保護自身的生存。最后,研究人員將45S rRNA的拷貝數以及表達水平與群體的田間性狀進行了相關分析,發現兩者都與開花相關性狀顯著相關;然而,后續分析表明兩者可能是通過不同的途徑對開花性狀進行了干預。(Genome Research 

 

科學家揭示miR156f-OsSPL7-OsGH3.8途徑調控水稻株型的機理

 

分蘗數和株高是直接影響水稻產量的兩個主要株型特征。生長素和microRNA156廣泛參與植物發育和生理過程的調控,暗示兩者之間可能存在一定的關聯。該研究篩選得到一個水稻T-DNA多蘗矮稈(cd)突變體。T-DNA插入位置非常接近miR156f基因并造成其上調表達。過表達miR156f的植株的株型與cd突變體類似。相比而言,過表達miR156f靶向模擬物(MIM156fOE)的植株分蘗數減少,株高增加。遺傳分析表明,OsSPL7miR156f的靶標,可調節植物株型。過表達OsSPL7的植株分蘗數減少,而OsSPL7 RNAi植株的分蘗數增加,株高降低。研究人員還發現OsSPL7可與OsGH3.8啟動子直接結合以調控其轉錄。過表達OsGH3.8OsGH3.8 RNAi分別部分互補了MIM156fOEcd突變體在株型方面的表型?! ≡撗芯拷Y果表明,miR156f-OsSPL7-OsGH3.8途徑可調控水稻的分蘗數和株高,從而介導miR156與生長素之間的交互作用。(Journal of Experimental Botany

 

 

植物精細胞譜系發育的分子路徑

 

植物的精細胞譜系(sperm cell lineage)發育過程十分獨特。研究組分離了番茄小孢子、生殖細胞和精細胞;通過轉錄組研究發現小孢子具有全能性細胞的分子特征,從小孢子向精細胞的定向發育伴隨著細胞全能性、體細胞發育、代謝相關基因的轉錄抑制以及生殖細胞和精細胞優勢表達的基因顯著上調。同時,激活型組蛋白修飾H3K4me3 H3K9ac水平的降低,抑制型組蛋白修飾H3K9me1/2/3水平的升高。進一步研究顯示,精細胞譜系比非精細胞譜系細胞的轉錄組含有更高比例的長鏈非編碼RNA,而且位于共表達網絡重要節點的長鏈非編碼RNA 在生殖細胞顯著富集,表明長鏈非編碼RNA在精細胞譜系發育過程中可能起重要調控作用。(Plant Journal

 

 

干旱對植物群落的調控機制

 

氮和磷被認為是影響陸地生態系統植物生存、生長和繁殖的主要因子。研究人員以植物群落養分計量為核心,基于草地樣帶調查和控制實驗的多源數據開展定量評估,闡釋植物對長期和短期水分脅迫的響應機制。以往干旱研究主要關注生產力、群落結構、碳周轉、水循環等過程,該研究以群落養分計量為全新理念和視角,探究水分脅迫對生態系統結構和功能影響的內在機制和過程,厘清種內和種間的競爭作用關系對群落結果和動態的影響,旨在為理解草地退化機制、加快退化草地恢復提供重要參考。該研究發現:長期水分脅迫下,植物通過內穩態機制來提高養分濃度,增強群落的抵抗能力,物種周轉是該過程的主要影響因素;然而,短期干旱條件下,群落養分對水分脅迫的響應更加復雜,整體而言,群落氮濃度呈上升趨勢,而磷濃度呈下降趨勢,此時,種內競爭和物種周轉共同影響該生態過程。此外,不同區域群落養分響應程度具有明顯差異。極度干旱地區,植物群落養分抵御水分脅迫的能力最強,響應最為遲緩。未來研究應該建立大型聯網干旱實驗平臺,緊密結合控制實驗和自然梯度實驗,提高實驗結果的準確性和有效性,為建立草地生態系統自然評估體系提供重要理論依據。(Ecology

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