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生物技術前沿一周縱覽(2019年3月15日)

2019-03-15 17:13 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

發現植物內源RNAi抑制CRISPR編輯效率
CRISPR/Cas9介導的基因編輯技術將對農作物的基因改良帶來一場技術革命。但植物內源的轉基因沉默機制是Cas9蛋白有效表達的潛在障礙,進而影響基因編輯的效率??茖W家以擬南芥為模式植物,系統評估了內源RNAi對不同啟動子驅動的Cas9系統編輯效率的影響。研究結果顯示,組成型表達的強啟動子,如35S CaMV啟動子驅動的Cas9表達,受內源RNAi的影響較大。而胚特異性表達的啟動子,如EC1.2啟動子驅動的Cas9表達,則不受內源RNAi的影響。在擬南芥RNAi突變體rdr6和dcl2 dcl3 dcl4背景下,35S-Cas9系統的基因編輯效率較WT背景下有顯著提高?;谠摻Y果,該研究利用人工miRNA(amiRNA)抑制擬南芥內源RNAi通路關鍵基因RDR6。將amiR-RDR6與Cas9元件構建在一起,可以有效提高35S-Cas9系統的基因編輯效率。同時,利用amiR-RDR6的發育表型,可有效地篩選不含Cas9 T-DNA插入的純合突變體。該研究為CRISPR/Cas9介導的農作物基因編輯技術的改良提供了思路。(Science China Life Sciences)
原文鏈接:engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-019-9514-9

揭示環狀RNA在非生物脅迫應答中的功能
研究玉米應對干旱脅迫的分子機制、挖掘抗旱分子標記,對加快玉米抗旱新品種培育意義重大。研究通過大規模測序和轉基因的方法揭示了circRNA在玉米和擬南芥應對環境干旱脅迫中扮演的重要作用,為作物的抗旱遺傳改良提供了新的思路與理論基礎,為玉米抗旱育種提供了潛在的新型分子標記。在該研究中,研究人員通過對不同干旱程度的玉米及擬南芥苗期葉片進行 circRNA 及轉錄組測序,分別檢測到了2174和1354個高可信度的 circRNA,其中大部分在干旱處理前后存在表達量差異,表明在植物中存在大量與干旱脅迫應答相關的circRNA,后續的PCR及熒光定量PCR結果也證實了這一結論。為進一步驗證circRNA的功能,研究人員在擬南芥中超量表達了 circGORK (guard cell outward-rectifying K+-channel),發現轉基因家系的種子萌發對 ABA 超敏感,且植株表現出更加耐旱的表型,表明circGORK是擬南芥干旱脅迫應答正調控因子,為 circRNA 直接調控干旱脅迫應答提供了有力證據。(Wiley Online Library )
原文鏈接: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14267

揭示水稻秈粳亞種鎘積累差異的分子遺傳機制
鎘是一個對植物和人類都高度毒害的重金屬元素,稻米是以水稻為主食的人群的主要攝入源。水稻不同品種間存在鎘積累差異。最新的研究克隆了一個調控重金屬鎘積累差異的數量性狀位點(QTL),該QTL在鎘轉運蛋白基因OsHMA3啟動子存在秈粳亞種間的自然變異,從而部分導致了秈粳亞種間的鎘積累差異。為了尋找秈粳亞種鎘積累差異QTL,研究利用以鎘高積累超級稻品種93-11和鎘低積累品種培矮64S為親本構建的重組自交系群體進行QTL分析,鑒定了3個QTLs,接著采用近等基因系分離群體對其中的一個QTL GCC7進行高密度圖譜的精細定位,最終將目的基因限定在一個較小區間內。結合序列分析及轉基因互補驗證,該研究克隆了GCC7,發現GCC7在兩品種間的差異主要體現在鎘轉運蛋白基因OsHMA3表達的差異。通過一系列的遺傳、生理、生化等實驗,該研究證明了OsHMA3啟動子-683 bp至-557 bp區域的序列變異是導致兩品種間OsHMA3表達差異的原因,從而最終導致鎘積累的差異。該研究首次發現了秈粳亞種鎘積累差異的分子遺傳機制,并為降低秈稻籽粒鎘積累提供切實可行的遺傳改良方法,即通過雜交將粳稻OsHMA3低鎘積累等位基因導入到秈稻品種中。(Wiley Online Library)
原文鏈接:onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.12794

揭示SULTR3在葉綠體硫酸鹽吸收和ABA生物合成中的作用

硫是植物必需的常量營養元素并參與植物的許多生物過程。新的研究發現了 SULTR3s 對葉綠體硫酸鹽的吸收及 ABA 生物合成的影響。該研究通過亞細胞定位發現 SULTR3 家族其他成員(SULTR3;2至SULTR3;5)與 SULTR3;1 一樣定位于葉綠體。通過進一步構建 SULTR3 亞家族的雙重、三重、四重和五重突變體,該研究發現所有 SULTR3 對葉綠體中硫酸鹽吸收速率的貢獻幾乎相等,證明了所有 SULTR3 在硫酸鹽跨越葉綠體膜轉運過程中的功能冗余。與野生型相比,sultr3 五重突變體株系的葉綠體對硫酸鹽的吸收減少了50%以上并且半胱氨酸和 ABA 的含量顯著降低;硫酸鹽、半胱氨酸和 ABA 含量中之間呈現正相關關系。除外,sultr3 五重突變體的種子萌發對外源 ABA 和鹽脅迫的敏感性增加,而通過外源補充硫化物可以提高植株的抗性,這證實了 SULTR3 轉運蛋白在 ABA 和鹽脅迫響應中的作用??傊?,該研究表明了 SULTR3 在葉綠體硫酸鹽轉運中的關鍵作用以及隨后促進應激誘導的半胱氨酸合成、觸發 ABA 生物合成以調節氣孔關閉的重要作用。(Plant Physiology)
原文鏈接:www.plantphysiol.org/content/early/2019/03/05/pp.18.01439

微生物所揭示氣孔在植物免疫中的新功能
氣孔是由一對保衛細胞構成的植物葉表皮上的開孔,可響應環境因子刺激控制植物氣體交換和水分蒸騰。作為植物表面的天然開孔,氣孔也是許多病原菌入侵的通道,當然,植物也可以主動關閉氣孔來阻止病原菌的入侵。最新研究發現,水稻Osaba1突變體對水稻白葉枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae, Xoo)的廣譜性抗性是由于氣孔開放程度(氣孔導度)的增加引起的。人為降低該突變體的氣孔導度可部分恢復其對白葉枯病菌的感病性。通過藥物或環境因子誘導野生型植物氣孔的開放也能增強水稻對白葉枯的抗性。與之對應,水稻氣孔導度增加的突變體es1-1也同樣表現出對白葉枯病的極強抗性。有趣的是,Osaba1和es1-1突變體對水稻細菌性條斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola, Xoc)也具有很強的抗性。進一步研究表明,開放的氣孔賦予水稻對病原細菌的侵入后抗性,而這種抗性可能是氣孔開放造成植物葉片水勢降低所導致的。這項工作揭示了一個新的氣孔參與植物免疫的方式,為研究植物、病原與環境三者互作提供了一個新的視角。(Molecular Plant-Microbe Interactions)
原文鏈接:apsjournals.apsnet.org/doi/10.1094/MPMI-06-18-0162-R

揭示植物葉綠體分裂調控的分子機制
葉綠體(Chloroplasts)為光合作用的發生提供場所,并負責合成脂肪及氨基酸,因此是藻類和植物細胞中必不可少的一類細胞器。最新的研究揭示了植物葉綠體分裂調控的的分子機理。研究人員首先選擇了一種近年來發現的在細胞內表達更穩定、亮度更強的新型綠色熒光蛋白mNeonGreen (mNG),將之融合到 ARC3 蛋白的C端,構成了 ARC3-mNG 融合蛋白。通過構建由 ARC3 天然啟動子介導的 ARC3-mNG 表達載體在 arc3 突變體中穩定表達的遺傳材料,研究人員發現 ARC3-mNG 可以恢復 arc3 突變體中葉綠體分裂缺陷的表型。進一步的研究發現, ARC3-mNG 特異性的定位于葉綠體,并且其在葉綠體中呈現兩種不同的分布形式:一種彌散的分布于葉綠體基質中;另外一種是在葉綠體分裂位點處形成類環狀結構,并且在葉綠體分裂裝置收縮(constriction)時仍然存在?;谒械难芯拷Y果,研究人員提出了一個新的工作模型用以解釋位于葉綠體分裂位點處的 ARC3 的功能及其活性調控的分子機理。該研究對于進一步了解植物葉綠體細胞器分裂的精細調控的分子機理有重要意義,同時相關的發現對原核細胞的細胞分裂的調控機制研究具有重大的啟示意義。(The Plant Cell)
原文鏈接:www.plantcell.org/content/early/2019/03/01/tpc.18.00948

揭示作物離體細胞胚性分化啟動機理
單個體細胞如何成為整株植物?這在科學界被認為是人類至今未解的25大科學之謎之一。最新的研究在探索這個秘密的道路上取得重要進展,研究發現并破解了能量細胞器在介導細胞極性建立、細胞命運改變和全能性表達方面的重要調控作用,進一步揭示了細胞全能性與植株再生機理。研究基于早期挖掘出的棉花體胚發生相關蛋白,進一步探討了脂質轉運蛋白(SE-associated lipid transfer protein, SELTP)和相應的淀粉酶調控棉花離體細胞胚性分化啟動的細胞學過程與生物學功能,鑒定出體細胞胚性起始再分化的分子與生化標記。研究發現,在體胚分化過程中,脂質轉運蛋白特異性地定位于細胞器淀粉體質膜上,組裝的淀粉質體細胞器構成了細胞中強大的能量電池。兩個顯著的細胞事件決定了體細胞向胚性細胞的轉變:首先脂質轉運蛋白(SELTP)組裝的淀粉體介導了體細胞進行不對稱分裂,建立細胞極性;隨后細胞中的淀粉體被激增的淀粉酶裂解,淀粉質體電池急劇放電,驅動細胞啟動全能性,促進細胞胚性分化與植株再生。該研究將為現代高效植物細胞工程與作物無性精準育種提供創新性理論依據,同時也為棉花等作物細胞工程中胚性細胞的早期鑒定診斷提供了分子與生化標記工具。(Plant Biotechnology Journal)
原文鏈接:onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13107
 

來源:基因農業網

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