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生物技術前沿一周縱覽(2019年2月1日)

2019-02-01 20:53 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 前沿

揭示葡萄白藜蘆醇合成反饋調節機制
白藜蘆醇(resveratrol,縮寫為Res),具有防治癌癥和心血管疾病的作用,自然界中,只有葡萄等少數植物能夠合成并積累白藜蘆醇,葡萄已成為市場上白藜蘆醇的重要來源。研究發現,葡萄WRKY基因家族成員VvWRKY8在葡萄響應UV-C輻射的過程中,與VvMYB14和VvSTSs高度共表達;在葡萄中瞬時和穩定過表達VvWRKY8,均可導致葡萄芪合酶基因成員VvSTS15/21和VvMYB14轉錄水平下降、白藜蘆醇積累減少。進一步研究發現,VvWRKY8不能直接轉錄調控VvSTS15/21和VvMYB14;VvMYB14通過其N端與VvSTS15/21啟動子結合并轉錄激活其表達,不能直接轉錄調控VvWRKY8表達;VvWRKY8通過其N端與VvMYB14的N端蛋白互作,從而抑制VvMYB14誘導的VvSTS15/21 轉錄。研究人員還發現,外源白藜蘆醇可以導致葡萄懸浮細胞中VvWRKY8表達升高、VvMYB14和VvSTS15/21表達降低。該研究結果揭示了葡萄白藜蘆醇合成存在VvMYB14-VvSTS15/21-Res-VvWRKY8的反饋調節機制,對于深入研究葡萄白藜蘆醇合成精細調控機制具有重要意義,同時對利用生物工程方法生產白藜蘆醇或培育高白藜蘆醇含量葡萄品種具有重要價值。(Journal of Experimental Botany)
鏈接:academic.oup.com/jxb/article/70/2/715/5184960


發現DNA甲基化參與調控柑橘成熟新機制
DNA 胞嘧啶的甲基化修飾(Methyl-cytosine)是真核生物中非常保守的表觀遺傳修飾,它參與調控基因表達、基因印記等多種生物學過程。最近研究發現DNA去甲基化酶表達上調導致番茄在成熟過程中 DNA 甲基化水平整體下降,進而參與調控番茄果實的成熟。研究通過整合分析五個成熟時期柑橘全基因組DNA甲基化和轉錄組數據,發現柑橘成熟過程中DNA甲基化明顯上升,這種變化與番茄成熟過程DNA甲基化水平下降呈相反的變化趨勢。進一步分析表明,柑橘成熟中DNA甲基化水平的上調與DNA去甲基化酶基因表達的下調呈相關性。研究進一步發現表達有差異的基因與DNA甲基化的變化有很強的相關性,而表達沒有差異的基因與DNA甲基化的變化不存在強相關性。該研究以柑橘為研究對象,第一次發現了果實成熟過程中的DNA 甲基化上調現象,并解釋了 DNA甲基化修飾對成熟相關基因的表達調控以及柑橘的果實成熟有重要意義。(PNAS)
鏈接:www.pnas.org/content/early/2019/01/10/1815441116


植物細胞核和質體基因差異表達會觸發植物免疫反應新機制
葉綠體是半自主細胞器,絕大部分葉綠體蛋白都是由核基因組編碼并運輸到葉綠體中的。新研究發現,葉綠體中合成的水楊酸能夠誘導轉錄調節因子SIB1的表達。SIB1基因編碼的蛋白能夠分別定位到葉綠體和細胞核中,在葉綠體中,引起光合作用相關基因表達下調;在細胞核中引起光合作用相關基因表達上調。細胞核和葉綠體基因的差異表達,會在光系統II中產生光抑制效應,從而在葉綠體中過量地積累單線態氧,而單線態氧作為脅迫信號分子,能夠被單線態氧感受器EX1蛋白感知,觸發葉綠體到細胞核的逆行信號通路。這個通路恰恰是引發細胞程序性死亡的主要誘因。 該研究首次報道了細胞核/葉綠體雙定位蛋白SIB1同步調節細胞核和葉綠體編碼的光合作用相關蛋白來調控植物細胞死亡的新機制,揭示了葉綠體在植物免疫反應體系中的重要作用。 (The Plant Cell )
鏈接:www.plantcell.org/content/early/2019/01/03/tpc.18.00813


模式植物金魚草的基因組被破譯
金魚草(Antirrhinum majus L.)車前科多年生草本植物,在古羅馬時代就已完成了馴化。近三十年來一直被作為分子和發育遺傳學的模式作物,很多關鍵基因是在金魚草中被首次發現,金魚草中內在活躍的轉座子促進了基因的分離和分析。中國科學家利用第二代Illumina基因組測序平臺和第三代PacBio單分子測序技術,結合遺傳圖譜輔助組裝策略,完成了對栽培金魚草(Antirrhinum majus cv. JI7)的全基因組序列測定。通過對序列的比較分析顯示,車前科與茄科在大約六千二百萬年前從其最近的祖先處分開并在大約四千六百萬到四千九百萬年前發生了全基因組復制事件,該全基因組復制對金魚草中與花不對稱性相關的TCP基因家族進化具有重要貢獻。此外,該研究發現金魚草的假S位點(ψS-locus)在大約2Mb的序列上含有102個基因,其中包含37個SLF基因但缺失S-RNase,提示該花柱因子的丟失是栽培金魚草獲得自交親和性狀的主要原因,并發現栽培金魚草S-位點與野生金魚草S-位點之間具有高度的共線性。金魚草基因組的破譯將極大加速這個模式生物的基因組學和進化研究。(Nature Plants)
鏈接:www.nature.com/articles/s41477-018-0349-9


科學家完成糜子全基因組精細圖譜
糜子(broomcorn millet,Panicummiliaceum L.),又稱黍、稷、禾祭、糜,在禾谷類糧食作物中,是生產單位重量籽粒的需水量最低的。隨著全球水資源危機日益嚴重,糜子高效的水分利用效率可為人類未來糧食安全提供保障。最新研究完成了糜子基因組精細圖譜,為未來該作物的分子育種和功能基因組學研究奠定了基礎;該研究還通過比較基因組和轉錄組分析揭示糜子進化歷程和其特殊的C4光合作用模型。研究人員結合全基因組三代PacBio測序、二代illumina測序、HiC以及高密度遺傳連鎖圖譜構建技術,獲得了糜子基因組18條染色體精細圖譜,其總長度為855Mb;注釋得到了55,930個蛋白編碼基因,其中99.3%的基因可定位在染色體上。通過糜子與其它作物基因組的比較和轉錄組分析發現,糜子基因組中NADP-ME型和NAD-ME型相關的酶和轉運蛋白不但同時存在,而且在光合作用組織中維持較高的表達水平。研究人員認為C4途徑三種亞型可能同時存在于糜子中,這些機制可能有助于糜子更好地應對田間環境的動態變化。(Nature Communications)
鏈接:www.nature.com/articles/s41467-019-08409-5


氣候與碳循環敏感性關系研究取得進展
陸地生態系統碳循環與氣候關系研究的不確定性是預測未來氣候變化的關鍵限制因子?;谀P湍M的研究表明,水分限制生產力是生態系統凈碳交換(net ecosystem carbon exchange:NEE)的決定因子(Ahlstrom et al., 2014 Science, Poulter et al., 2014 Nature),而基于大氣觀測的研究表明溫度控制呼吸作用是生態系統NEE的決定因子(Anderegg et al., 2015 PNAS)。中國科學家利用通量觀測、模型模擬和衛星觀測數據,采用先進統計技術深入研究了碳循環的氣候敏感性。結果表明,生態系統NEE對降水的敏感性存在閾值效應。在較干旱區域,水分限制的生態系統生產力是NEE的控制因子,而在較濕潤的區域,水分限制的生態系統呼吸作用是NEE的控制因子,兩者變化的年降水閾值在750–950 mm yr-1。該研究表明地球系統模式模型可能夸大了生態系統生產力對陸地生態系統NEE的影響,模型需要更加精確地模擬呼吸作用過程。(Nature Communications)
鏈接:www.nature.com/articles/s41467-018-05948-1


揭示朱鹮群體演化歷程
國家一級保護動物朱鹮是世界瀕危鳥類保護的旗艦物種,也是人工保育最為成功的物種之一?;跉v史樣品的全基因組重測序數據,結合保育區現生朱鹮群體數據,研究團隊發現,朱鹮群體下降早在約一萬年前就開始了。通過歷史生態位重構,進一步支持了此發現。研究揭示,現代朱鹮群體失去了將近一半的歷史群體遺傳多樣性,同時,現生群體由于長期的近交積攢了較高的有害突變積累,展現出明顯的近交效應。由此說明,今后對朱鹮保育工作需要同分子遺傳學更好地結合,高效避免近親交配,基于個體遺傳背景針對性地增加重要基因的遺傳多態性。該研究不僅為朱鹮的遺傳恢復工作提供了一個遺傳信息背景,更為其他瀕危物種的保育工作提供了一個新的利用博物館樣品開展遺傳研究的范例。(Current Biology)
鏈接:www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)31609-9
 

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