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生物技術前沿一周縱覽(2019年3月01日)

2019-03-07 17:50 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 八倍體草莓基因組公布
八倍體栽培種草莓(Fragaria × ananassa)有八組染色體 (2n=8x =56),因味美清香而深受廣大消費者喜愛。在這項研究中,研究人員對該八倍體草莓的基因組進行了組裝和注釋,共鑒定出10萬多個草莓基因。研究人員對草莓屬(Fragaria)二倍體種(擁有兩組染色體的草莓品種)的31組RNA分子進行了測序,并將二倍體種的表達基因序列與F. × ananassa 的表達基因序列進行了對比。隨后,通過演化分析鑒定出了Fragaria vesca、 Fragaria iinumae 以及此前未知的Fragaria viridis 和 Fragaria nipponica 是F. × ananassa 的四個二倍體祖先種。結合現存種的地理分布分析表明,八倍體草莓起源于北美。此外,研究人員還對八倍體草莓的四個亞基因組開展了演化動力學分析,發現了一個占支配地位的亞基因組,能在很大程度上控制草莓的代謝和抗病性狀。該研究所獲得的八倍體草莓高質量基因組以及草莓演化和起源信息為栽培種草莓品質和抗病育種奠定了重要基礎。(Nature)
論文鏈接:doi.org/10.1038/s41588-019-0356-4


小麥小花育性的遺傳調控機制
小麥的每個小穗都會產生小花附在小穗軸上,小花的育性決定了每個小穗的穗粒數。為了揭示小穗中可育小花數量形成的遺傳基礎,科學家首先對重組近交系小麥(硬粒小麥品種LDN和DIC-2A株系)的群體特征進行了研究。研究發現LOD(log10 odds,優勢對數計分法,遺傳連鎖的一種計算,定義為連鎖基因的可能性數據與非連鎖基因的可能性數據之比率的log10)得分最高的單個主要QTL(quantitative trait loci)定位于染色體2AL(占表型變異的61%)。進一步的回交重組系群體結果將小花育性的變化歸因于基因Grain Number Increase 1-A (GNI-A1),其包含26個推定基因,其中一個可以編碼HD-Zip I(homeodomain leucine zipper class I)轉錄因子。研究使用RNA干擾(RNAi)沉默GNI-A1后,發現小麥每小穗產生的小花和谷粒數量顯著增加,這表明GNI-A1對小麥小花的發育具有抑制作用。該研究還研究了小麥科植物中GNI1的進化,發現小花育性與倍性水平呈正相關,GNI1是由小麥科植物的基因復制進化而來,而有利于增加谷物產量的突變小麥進化過程中被選擇。(Pans)
論文鏈接:www.pnas.org/content/early/2019/02/20/1815465116


解析植物開花調控新機制
開花是植物生長發育階段的重要組成部分,直接影響植物生長的世代長短和繁殖速度。研究發現,FTL9不僅在短日照條件促進開花,而且在長日照條件抑制開花。解析其機制發現,在短日照條件FT1不表達時,FTL9形成活性較弱的開花復合物,誘導開花;在長日照條件FT1大量表達時,FTL9通過與FT1競爭,影響了FT1開花復合物對下游基因的激活能力,從而抑制開花,說明FTL9具有雙重開花調控功能。同時,該研究還鑒定了FTL9的上游作用因子,即正向調控FT1基因表達的CONSTANTS(CO)同源蛋白CO1,同時可以抑制FTL9表達。因而,CO1對不同FTs的雙層調控機制,縮短了二穗短柄草在長日照條件下的開花時間。該研究揭示了植物開花調控新的分子機制,研究結果可為指導麥類作物廣適性育種提供參考。(Nature)
論文鏈接:www.nature.com/articles/s41467-019-08785-y



揭示轉錄因子NIN在根瘤菌侵染時的關鍵作用
豆科結瘤固氮的研究對可持續性農業生產的發展具有重要意義,因此根際固氮細菌成功進入豆科植物并啟動建立互惠互利的共生器官-根瘤的機理是重要的基礎生物學問題。近年來,Jeremy Murray研究組通過根毛轉錄組的分析(Breakspear et al., 2014; Plant Cell)揭示了根瘤菌侵染細胞呈現活躍的極性生長特征,表現在參與細胞壁修飾、赤霉素生物合成等的基因被激活,同時生長所需的重要營養元素(氮、磷、鉀)的吸收和同化基因也被誘導高度表達。該文通過進一步的分析發現侵染細胞里這些生長元件的表達都受NIN的調節,表明了NIN作為的NLPs家族(NIN-Like Proteins,NLPs)的成員,也有其他NLPs家族成員類似的基因調控功能,揭示了NIN在根瘤形成和進化過程中的重要角色。 另外,NIN的表達也影響了茉莉酸的生物合成以及信號傳導,揭示出NIN對根瘤菌入侵的防御調控。同時,NIN的表達也分級激活了結瘤關鍵轉錄因子NF-YA1及其調控網絡,使其成為了根瘤菌侵染的中心調節樞紐。 (plant physiol)
論文鏈接:www.plantphysiol.org/content/early/2019/02/01/pp.18.01572.long



揭示OsmiR396調控水稻對褐飛虱的抗性機制

越來越多的研究發現microRNA(miRNA)參與植物和病原體的互作。在植物與昆蟲的互作中,miRNA的作用也漸漸凸顯。為揭示參與水稻和褐飛虱互作的miRNA,研究人員進行了miRNA測序,并鑒定出BPH響應的OsmiR396。通過在三個不同遺傳背景的水稻品種中超表達靶基因類似物(MIM396)以封閉OsmiR396,揭示出OsmiR396負調控水稻對褐飛虱的抗性。過表達一個BPH響應的OsmiR396的靶基因,OsGRF8,表現出對BPH的抗性。此外,MIM396和GRF8OE植株中類黃酮的含量均增加。通過對39份天然水稻品種進行分析,發現水稻材料中類黃酮含量的增加和褐飛虱抗性呈現正相關的趨勢。人工施加類黃酮能夠增加野生型水稻對褐飛虱的抗性。類黃酮生物合成途徑中的BPH響應基因,黃烷酮3-羥化酶(OsF3H)基因受OsGRF8的直接調控。OsF3H的遺傳功能分析顯示其正調控水稻類黃酮含量和BPH抗性。OsmiR396和OsF3H之間的遺傳相關性分析表明,OsF3H的功能下調(通過RNAi)回復了MIM396植株對BPH的抗性,同時也降低了MIM396植株中的類黃酮含量。 (Plant Biotechnology Journal)
論文鏈接:onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13091



首次在個體水平上發現單堿基編輯系統存在脫靶效應
近日,中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究組在植物中對BE3(基于融合rAPOBEC1胞嘧啶脫氨酶的CBE系統)、HF1-BE3(高保真版本BE3)與ABE單堿基編輯系統的特異性進行了全基因組水平評估,首次在體內利用全基因組測序技術全面分析和比較了這三種單堿基編輯系統在基因組水平上的脫靶效應。該研究對經過不同單堿基編輯系統轉化的56棵T0代水稻植株與21株對照植株進行全基因組測序。研究發現,與CBE系統相反,ABE系統表現出非常高的特異性。ABE處理的植株與對照植株在全基因組范圍內的SNVs數量基本一致。該研究表明現有BE3和HF1-BE3系統,而非ABE系統,可在植物體內造成難以預測的脫靶突變,因此,需要進一步優化提高其特異性。該工作創新性地利用相似遺傳背景的克隆植物及全基因組重測序解決了以前大量異質細胞序列分析的復雜性。(Science)
論文鏈接:science.sciencemag.org/content/early/2019/02/27/science.aaw7166



植物所等破譯構樹基因組
構樹雌雄異株,種子數量多,易繁殖,生長快,表型性狀和遺傳多樣性豐富,基因組緊湊,可作木本植物研究的模式材料。近日,中國科學院植物研究所沈世華研究組與多家單位合作,利用二代Illumina和三代PacBio單分子測序技術,結合mate-pair大片段文庫、光學圖譜、遺傳圖譜以及Hi-C等輔助組裝策略,報告了一個高質量的、染色體級別的構樹基因組(2n = 2x = 26)。該基因組序列386.83Mb,覆蓋度接近100%,其中99.25%的序列掛載到了13條染色體上,注釋了30512個蛋白編碼基因。研究人員對基因組數據進行了分析,結果表明構樹葉片蛋白含量高的特性可能與黃酮合成的增強有著密切關系。該研究揭示了構樹用于造紙、飼料養殖、入藥和適應性強的遺傳基礎,為蛋白木本飼用資源植物的研究和開發提供了重要的理論依據,為構樹藥物分子合成、纖維木質結構和抗逆性狀形成的分子遺傳機制研究,以及構樹分子設計育種和高產、優質、多抗新品種培育提供強有力的支撐。(Molecular Plant)
鏈接:www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30052-8


來源:基因農業網

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