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生物技術前沿一周縱覽(2019年1月18日)

2019-01-18 16:12 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2019年1月18日)

 ABFs通過促進開花調控植物避旱響應的分子機制

 

干旱是常見的非生物脅迫因子,嚴重影響植物的生長和發育。研究發現,abf3 abf4  雙突在長日照條件下表現為晚花并對 ABA 不敏感。ABF3 ABF4 在葉脈組織中異位表達可誘導早花,而在莖尖表達則不能。此外 ,ABF3 SRDX 轉錄抑制域結合可以延遲開花。CHIP-seq 數據分析發現,在避旱響應中擬南芥 ABF3/ABF4 的一個下游靶基因為SOC1 (SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1)。隨后的研究發現,ABF3 ABF4 轉錄因子與 SOC1 的啟動子區結合并調節其轉錄。ABF3 ABF4 NF-YCs 互作,在干旱條件下通過誘導 SOC1 轉錄促進開花。在干旱條件下ABF3、ABF4、NF-YCs SOC1 組成的調控網絡對擬南芥加速開花具有重要作用。(Molecular Plant 

 

 

植物防御真菌侵染的新機制

 

黑穗病 (Maize smut disease) 是玉米生產中的主要病害之一,其致病菌為活體營養型真菌玉米黑粉菌 (Ustilago maydis),真菌侵染植物時,分支酸變位酶(chorismate mutaseCmu1特異性高表達。研究人員對Cmu1結構解析發現,Cmu1以同源二聚體形式存在,其中每個單體含有9個α-螺旋,螺旋α2和相鄰的Loop環區域形成調控色氨酸和酪氨酸的結合位點,同時發現螺旋α2周圍存在額外的α-螺旋(α2a)和Loop環區域(extensive loop region, ELR),此結構可能是其對玉米胞質中氨基酸水平的波動表現出抗性的原因。研究人員通過免疫共沉淀(co-IP)結合LC-MS的方式發現了一個玉米蛋白 (annotation: GRMZM2G073114),其與來自獼猴桃的kiwellin蛋白(KWL1)存在氨基酸序列同源性。研究人員解析了Cmu1ZmKWL1復合體的晶體結構,發現ZmKWL19條β-鏈(命名為β1至β9)和一條連接β8和β9的短α-螺旋區組成。Cmu1-ZmKWL1主要通過極性和非極性相互作用結合,環L1、L2L3ZmKWL1Cmu1的相互作用至關重要。兩個ZmKWL1分子聚集在Cmu1同源二聚體的活性位點附近,隱藏氨基酸底物的催化位點。Kiwellins存在于大多數植物中,許多單子葉植物編碼超過20kiwellins。ZmKWL1在玉米細胞中產生,可能通過N-端信號肽分泌到質外體;在質外體,ZmKWL1結合Cmu1并抑制其活性。除了ZmKWL1之外,玉米基因組還編碼19kiwellin蛋白,而這些蛋白的同源靶標依然未知。ZmKWL1中與Cmu1相互作用所需的所有區域在玉米的不同kiwellin蛋白中是高度可變的。對ZmKWL1的三種不同旁系同源物的研究表明:它們不能與Cmu1相互作用且不能抑制分支酸變位酶活性。因此,研究人員推測玉米其他kiwellins可能特異性地針對另外一些未知的真菌效應物。(Nature

 

 

OsPIL15 調控水稻籽粒大小的分子機制

 

水稻籽粒大小是決定水稻產量的重要農藝性狀并且受許多轉錄因子的調控,bHLHbasic helix-loop-helix)轉錄因子不僅是植物發育和逆境響應中的關鍵調節因子,還可以通過調控小穗縱向細胞數、細胞伸長等影響水稻籽粒大小。研究分析了水稻 OsPILs 基因在籽粒中的表達模式,發現 OsPIL15 可能在籽粒發育過程中起重要作用。該研究通過 CRISPR/ Cas 9 技術創建了 OsPIL15-KO(敲除)株系,發現OsPIL15 的沉默表達導致細胞數量增加,從而增加了籽粒大小并提高了水稻產量。研究還發現,OsPIL15 與嘌呤通透酶基因 OsPUP7 啟動子的 N1-box 基序(CACGCG)結合。OsPIL15 的突變導致 OsPUP7 表達減少,而 OsPIL15 的過表達則促進了其表達。研究提出水稻 OsPIL15 在調節粒度方面的功能模型:OsPIL15 直接結合 OsPUP7 啟動子的 N1-box 基序以上調 OsPUP7 基因的表達,從而影響 CTK 轉運。OsPIL15-KO 系的 OsPUP7的表達降低,減少了從小穗到其他組織的 CTK 轉運,從而促進細胞分裂并增加籽粒大小。(Plant Biotechnology Journal 

 

 

研究人員利用三代測序技術挖掘不同玉米自交系間轉錄組差異

 

W64A 玉米自交系,曾經在生產和育種過程中被廣泛使用,屬于 NSS (non-stiff stalk) 種質群。研究人員對 W64A 開花后16天胚乳進行大規模 (16SMRT cell) 的全長轉錄組測序,得到1,057,799條原始序列,并從中嚴格篩選出166,693條高質量全長轉錄本并用于下游分析。通過與玉米B73基因組對比,鑒定出3,399個新基因位點,并找到590W64A特異轉錄本序列。結合W64A與其它常用自交系構建的遺傳群體,開發了基于全基因組基因座的1,051個串聯重復序列 (SSR) 標記和243個插入缺失 (InDel) 標記,其中63.0%58.8%的分子標記得到 PCR 驗證,此項工作將有效加快 W64A 優良性狀控制基因的定位工作。通過對高質量的玉米全長轉錄本序列進行比較分析,揭示了不同玉米自交系間存在大量的基因位點變異和編碼區變異,同時針對其開發的插入和缺失標記,對后續 W64A 優良性狀的挖掘和利用奠定了重要的工作基礎,對玉米的遺傳改良有巨大的指導意義。(Plant Biotechnology Journal 

 

 

藍光促進根尖中油菜素內酯生物合成的機制

 

植物的形態建成是由各種植物激素之間的相互作用介導的,其中油菜素內酯(brassinosteroids,BRs)是調控植物發育的關鍵激素。研究檢測了初級根尖中的 DWF4 積累模式及其在單色光下的生長,發現在相同強度的單色光下,藍光比紅光可以更有效地促進 DWF4 的積累和隨后的根生長。而BCGbottom-half covered growth)測試結果表明,地上部的感知在該過程中發揮著重要作用。研究對光受體進行了進一步研究,發現在白光條件下,cryptochrome1/ 2 雙突變體的根生長受到抑制,表明cryptochrome 1CRY1)和 CRY2 在下胚軸伸長和根生長中協同作用。而phytochromeBphyB)和 phyAphyB 雙突變體的根系發育及 DWF4 表達水平均沒有受到影響,說明藍光與DWF4 表達水平以及初生根生長之間的聯系。(Plant Cell & Environment

 

 

研究人員開發出高效、開放、易用的番茄CRISPR/Cas9多基因編輯系統

 

CRISPR/spCas9介導的基因編輯被廣泛用于植物基因功能解析及農作物遺傳改良應用研究。隨著植物基因組數據急劇膨脹,但對這些植物基因進行功能解析的工作仍然進展緩慢。因此研發具有潛在高通量特性的CRISPR/Cas9系統對于高通量解析植物基因功能具有重要的潛在意義。然而在植物中進行CRISPR/Cas9系統的高通量應用仍然存在篩選陽性再生苗周期長、工作量大,后期篩選非轉基因突變體困難等問題。本研究創新性的提出了可視化CRISPR/Cas9系統的技術路線(在CRISPR/Cas9系統中添加能夠促進花青素積累的生物磚結構)。使用可視化的ReCRISPR/Cas9系統進行的遺傳轉化能夠在再分化30天內分化出淺紫色再生芽,從而有效提高了基因編輯篩選效率。(Horticulturesearch

 

 

植物響應季節性環境變化的分子機制

 

季節性變化是全球環境變化的主要因素,由于大多數生物在自然季節環境中進化,其分子系統會響應季節變化而變化。研究選擇了與擬南芥密切相關的多年生植物Arabidopsis halleri subsp. Gemmifera 作為研究材料,并于20117月至20136月每周中午收集葉片樣品進行測序分析,研究證明了植物如何使用多種類型的環境信息來適應季節性環境。(Nature Plants

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