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生物技術前沿一周縱覽(2018年10月12日)

2018-10-12 17:31 | 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(20181012日)

 

研究發現藍光有助于植物合成堅硬細胞壁

 

高等植物直立生長依賴于維管組織細胞通過細胞壁加厚提供的機械支撐力和形成的長距離運輸通道。研究人員通過對擬南芥cry1突變體研究發現,花序軸莖稈中纖維細胞壁加厚存在缺陷,細胞壁變薄,莖稈機械強度降低;而過表達CRY1則促進次生細胞壁合成,細胞壁增厚,莖稈機械強度增加。分析表明CRY1突變體中,次生壁加厚的轉錄調控網絡不能正常啟動。對該轉錄調控網絡解析發現NST1主導的次生壁加厚轉錄程序受藍光誘導,而MYC2/MYC4可以直接結合NST1啟動子并激活其表達。實驗證明通過響應藍光信號,MYC2/MYC4激活次生壁合成程序,促進花序軸莖稈纖維細胞中次生細胞壁加厚。研究首次發現了光調控次生細胞壁加厚的證據并解析了其分子機制。研究結果為利用光來調控細胞壁形成,開發新的技術指導農業生產提供了重要依據。(The Plant Cell

 

 

科學家開拓改善水稻營養品質育種新路徑

 

人類70%的糧食來自禾本科作物的胚乳。研究人員創建了一種半粒種子篩選體系,并利用這一體系篩檢了近3萬粒水稻種子,獲得了一個糊粉層增厚的水稻品系ta2,其糊粉層從野生型水稻的1層細胞增加到410層,使水稻的蛋白質、脂肪酸、維生素、微量元素和膳食纖維等營養因子得到了普遍提升。這是國際上首次提出的一種改善水稻營養品質的新途徑,并為培育高營養水稻提供了新型遺傳材料。研究人員通過基因克隆發現,糊粉層增厚表型是由于一個DNA去甲基化酶基因OsROS1顯性負突變產生的。該研究組還通過自主開發的水稻TILLING平臺獲得了一批OsROS1基因等位突變新材料,其營養品質得到了不同程度提高。目前,研究人員正在嘗試利用基因編輯技術調控小麥、玉米等作物中去甲基化酶ROS1基因的表達活性,有望開拓禾本科作物營養品質育種的新路徑。(PNAS

 

 

花粉粒極性建立和囊泡運輸的機制研究獲進展

 

花粉粒的萌發和花粉管的伸長對于開花植物完成雙受精從而進行繁殖至關重要。研究以雙子葉模式植物擬南芥為材料,利用轉盤式激光共聚焦顯微鏡對花粉粒內微絲的動態變化進行長時間的實時追蹤觀察,發現微絲骨架在花粉粒萌發前建立極性并標記萌發位點。微絲骨架系統首先在花粉粒內進行旋轉,而后在未來的萌發位點處形成一個類似刷狀環的結構。Formin 家族成員 AtFH5 是調控上述過程中微絲動態的關鍵因子。在微絲的旋轉時期,AtFH5 定位于囊泡上,引導微絲的旋轉運動;在微絲形成類似刷狀環結構的時期,AtFH5 定位于未來萌發位點的細胞膜上,起始并促進類似刷狀環結構中微絲的組裝。進一步的藥理學和遺傳學實驗結果表明,AtFH5 和微絲以相互依賴的方式促進花粉粒中囊泡的運輸。囊泡定位的AtFH5促進微絲聚合和延伸,而微絲的快速組裝反過來為  AtFH5 所標記囊泡的運動提供推動力。上述運輸方式不同于經典的以微絲作為運輸軌道的細胞內物質運輸方式。研究揭示了微絲骨架系統調控花粉粒萌發過程中細胞極性建立的分子機制,并發現了一種植物細胞內物質運輸的全新方式。(Molecular Plant 

 

 

菌根共生中脂肪酸營養交換的調控分子機制

 

絕大多數陸生植物借助自身的根系,通過與菌根真菌形成互利共生,高效從環境中獲取磷、氮等營養,并把碳源傳遞給菌根真菌,向生態系統輸入碳源。研究人員發現,轉錄因子 WRI5a 受到菌根真菌分泌的 Myc Factor 的誘導,并結合在目標基因啟動子的 AW-box 區域以激活目標基因的表達。通過一系列實驗證明,WRI5a 可以與 STR 啟動子上的 AW-box 結合,從而激活脂肪酸轉運蛋白STR的表達,調控脂肪酸的轉運。在 WRI5a 基因突變體中,菌根真菌的侵染率降低,而 WRI5a 基因過表達后,菌根真菌侵染顯著增加,并且植物總脂肪酸和 C160 脂肪酸含量均明顯提高,表明 WRI5a 基因在菌根真菌侵染過程中,對植物脂肪酸的合成具有正調控作用。研究還發現,WRI5a基因可以激活植物磷轉運蛋白 MtPT4 的表達,對植物從菌根真菌中吸收磷也有重要的調控作用。(Molecular Plant  

 

科學家優化人工microRNA基因沉默技術,拓展其在植物基因沉默中的應用

 

CRISPRCas9 技術是目前植物基因敲除的主流工具,但其無法獲得帶有致死突變的純合突變體,也無法獲得僅在特定組織、細胞或發育階段敲除基因的純合突變體,而且無法特異敲除同一基因多個可變剪切體中的特定剪切體。研究首先優化了候選 amiRNA 的設計,通過生物信息學手段建立了擬南芥中靶向27136 個基因(基因組覆蓋率98.87%)的 533429 個優化的候選 amiRNA 序列。優化設計的候選 amiRNA 其基因沉默效率普遍高于 WMD3 設計的候選 amiRNA。該研究隨后嘗試了通過 tRNA-pre-amiRNA 串聯重復的策略產生多個 amiRNA,實現對多個靶基因的同時沉默。利用 amiRNA 的優化設計和 ETPamir 方法可以快速篩選出高效沉默靶基因的amiRNA。研究發現在轉基因植株中,熒光蛋白的水平可以反映出 amiRNA 的基因沉默效果。使用這種報告系統表達通過 ETPamir 方法篩選出的高效 amiRNA,93% GFP陽性植株表現出類似 cngc2 缺失突變體的最佳基因沉默表型,而通過常規的轉基因抗性篩選,僅有 31% 的抗性植株表現出最佳基因沉默表型。(Plant Physiology

 

 

糖信號調控植物脂肪酸合成的新機制

 

糖信號傳導在調節脂質合成方面發揮重要作用。WRI1WRINKLED 1)是一種AP2APETALA2)轉錄因子。研究發現,在甘藍型油菜懸浮細胞培養基中添加T6P或者在煙草中過表達大腸桿菌 T6P 合酶 OtsA,均會顯著增加 T6P 水平、WRI1 水平和脂肪酸合成速率。該研究還使用微尺度熱泳(MST,microscale thermophoresis)技術,發現T6P直接與純化的重組 KIN10 結合,這種結合削弱了 KIN10 GRIK1 之間的相互作用。進一步研究發現GRIK1GEMINIVIRUS REP-INTERACTING KINASE1)與KIN10Kd 19±3μM)結合并通過磷酸化激活它。GRIK1-KIN10 關聯在 T6P 存在下會減弱三倍以上,造成 KIN10 的磷酸化及其活性的降低。該研究還發現,擬南芥 grik1  grik2 突變體的提取物中 T6P 依賴性的 SnRK1 活性降低,而 grik1 grik2 提取物中的 SnRK1 活性被 T6P 增強,表明 SnRK1 T6P 敏感性是 GRIK1/ GRIK2 依賴性的。(Plant Cell 

 

 

薺菜亞基因組表達分化研究中取得新進展

 

基因組多倍化對植物進化起著重要作用,一直是生命科學研究領域的一個熱點。研究人員對25個薺菜個體進行了基因組測序,揭示這些個體可分為三組:西北地區(新疆)、西部高海拔地區和東部低海拔地區。此外,通過比較32個薺菜個體的轉錄組測序數據,對這些個體的總體表達量和亞基因組表達量分化進行了分析。在總體表達量上,雖然西北地區的個體能夠和其它個體分開,但是在中國的大部分地區,總體表達量均沒有分化。然而,亞基因組的相對表達量卻顯示出與遺傳結構一致的分化,即分為西北地區、西部高海拔地區和東部低海拔地區。此外,兩個亞基因組相對表達量的改變也呈現負相關。而亞基因組的表達分化并沒有檢測到與基因組分化相對應的適應性信號。這些發現與compensatory drift model一致,揭示亞基因組的表達漂變可能是重復基因進化的主要驅動力。這種中性漂變作用在短期內驅使薺菜亞基因組表達發生了居群分化,而在長期進化中可能會導致重復拷貝最終丟失。(New Phytologist

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