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生物技術前沿一周縱覽(2019年4月8日)

2019-04-09 08:35 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2019年4月8日)

生物技術前沿一周縱覽(201948日)

 

miR156-OsSPL3/OsSPL12-OsMADS50 通路調控水稻不定根發生的機制

 

不定根是須根系植物根系的主要組成部分。研究人員通過篩選水稻突變體庫,獲得了一個少不定根的突變體lcrn1lower crown root number1)。該突變體不定根原基發育緩慢,不定根原基的起始被部分抑制,表現為少不定根數。圖位克隆發現LCRN1編碼一個含SBP結構域的轉錄因子OsSPL3。lcrn1OsSPL3點突變干擾了miR156對它的轉錄后抑制,導致OsSPL3轉錄產物高積累,蛋白含量增加,抑制了不定根的發育。進一步通過RNA-seqChIP-seq分析,研究人員找到了OsSPL3的下游靶基因OsMADS50,OsSPL3直接結合在OsMADS50的啟動子區調控其表達。遺傳學分析表明,過表達OsMADS50 抑制水稻不定根數目,而在lcrn1背景下敲除OsMADS50可部分恢復不定根數目。此外,該工作還表明OsSPL3的同源基因OsSPL12也參與調控不定根數目。The Plant Cell 

 

 

OsPIDa基因有望提高雜交育種產量和質量

 

水稻的柱頭發育正常與否直接關系到水稻能否正常受粉和結籽。研究通過反向遺傳篩選發現OsPID基因突變之后水稻的柱頭發育出現了嚴重的缺陷。其中OsPID-1突變體是一個表型比較強的突變體,主要表現出柱頭完全退化的性狀,完全不能結實。OsPID-2為弱等位突變體,該突變體的柱頭會發生退化,其上的毛刷狀結構會變得稀疏,但是該突變體可以保持30%左右的結實率。隨后,研究人員通過遺傳互補試驗成功地回補了OsPID-1的突變表型。但是在互補的植株中,發現當OsPID的表達量升高后柱頭的數目反而會增加,因此推測OsPID可以正調控水稻柱頭的發育。該研究進一步將OsPID在水稻中進行了組成型表達,結果顯示,OsPID的組成型表達植株中,有較多的小花出現了柱頭增多的性狀。這說明,OsPID可以正向調節柱頭的數目。OsPIDa基因功能的缺失直接導致水稻的柱頭退化消失,從結構上消除了花粉粒的附著位置,直接導致水稻產生無滲漏的雌性不育。該特性可以被用于雜交水稻制種,為創造優良的雌性不育的恢復系提供可能,從而避免雜交種收獲時不小心混入恢復系種子的情況,確保所產雜交種子的純度,而且便于實現雜交水稻種子的機械化生產和輕型化栽培,如混直播或混拋秧等。Plant Physiology

 

 

研究人員鑒定了兩個植物抗病的關鍵基因,并揭示了其作用機制

 

研究以模式植物擬南芥為研究對象,通過突變體和轉基因植物表型分析,研究人員發現BT4BTB  TAZ 4)基因參與植物對丁香假單胞菌的防衛反應,增強寄主對Pst DC3000的免疫力,并且BT4基因受到水楊酸和乙烯抗病信號途徑的調控。進一步通過對Pst DC3000和水楊酸信號相關轉錄組數據再分析以及突變體和轉基因植物抗病表型研究,發現乙烯應答因子ERF11Ethylene response factor)正調控擬南芥對Pst DC3000的抗病性,同時ERF11基因也受到水楊酸和乙烯抗病信號途徑的調控。研究還發現BT4ERF11基因的突變削弱了外源水楊酸誘導的植物抗病過程。利用分子生物學以及遺傳學手段,研究人員進一步發現乙烯應答因子ERF11AP2結構域可以直接結合BT4基因啟動子區的GCC-box,激活BT4基因的表達,從而影響下游抗病基因的表達。該研究結果為闡明植物對丁香假單胞菌抗病機理和抗病育種提供重要依據。Plant Physiology

 

 

PINE1轉錄因子協調水稻節間伸長和光周期信號

 

水稻葉片感知短日照后,其韌皮部伴侶細胞中的Hd3a(編碼HEADING DATE 3A)和RFT1(編碼RICE FLOWERING LOCUS T 1)的表達被激活。其同源蛋白通過植物導管到達莖尖分生組織(shoot apical meristem, SAM)并作用于生殖發育(開花)。研究通過光周期試驗和轉錄組學數據分析,鑒定了隨短日照表達降低的PREMATURE INTERNODE ELONGATION 1PINE1)基因(編碼鋅指轉錄因子PINE1)。該研究發現,PINE1SAM及周圍分生組織中轉錄并且其轉錄水平在短日照條件下顯著降低。Nature Plants

 

 

研究揭示植物側根發育調控新機制

 

側根發生是初生根形成后植物根系建成的關鍵。研究發現MKK4/MKK5-MPK3/MPK6信號通路功能缺失導致植物生長發育早期側根顯著減少。進一步分析發現在mkk4 mkk5 以及mpk3 mpk6 條件雙突變體中,參與細胞壁重塑(cell wall remodelling, CWR) 關鍵酶的編碼基因表達顯著下調,導致側根原基的外圍細胞壁果膠不發生降解,細胞不能進行正常分離,從而使側根突破受阻。突變體中側根原基和外圍組織細胞相互擠壓,最終強行突破的側根使初生根細胞發生嚴重破損。鑒于MAPK級聯信號在不同植物中高度保守,因此該研究結果對深入理解作物的根系建成機制具有重要的參考價值。Nature Plants

 

 

種子休眠表觀遺傳調控機制

 

種子休眠是一種重要的農藝性狀,影響作物的產量和品質。研究人員曾發現,休眠水平的母系遺傳是通過種子休眠的負調控基因ALLANTOINASEALN)的母本等位基因在胚乳的表達來實現的;同時,還發現,種子發育過程中的低溫抑制了種子包括ALN在內的許多MEGs基因的表達,顯著增加了擬南芥種子的休眠水平。 該研究團隊又發現,ALN母體等位基因的優先表達依賴于父本等位基因通過非經典的RdDM甲基化(RDR6AGO6參與)而不是通過MET1DNA METHYLTRANSFERASE 1)的實現的甲基化。ALN 啟動子中CG位點的低豐度表明,CG甲基化不參與抑制ALN表達。 相反,位于ALNTSS上游的POGO區域的CHH甲基化與低ALN表達正相關。 這表明,RdDM介導的CHH甲基化調控ALN基因的表達。同時,研究還發現,位于ALNTSS上游的POGO區域的CHH甲基化水平受到種子發育期間的溫度影響,低溫抑制ALN表達,從而促進種子休眠。 有意思的是,依賴于低溫和RDR6-RdDMCHH甲基化在種子中觀察到了,而在花中并沒有觀察到。 這說明,RDR6-RdDM的組織特異性活性。同時,萌發后,幼苗中低溫誘導的CHH甲基化消失。eLife

 

 

研究人員揭開番茄斑萎病毒屬病毒神秘面紗

 

植物負義鏈RNA病毒嚴重威脅農業生產,特別是其中的番茄斑萎病毒屬(Tospovirus)和纖細病毒屬(Teniuvirus)的成員在農業生產上的危害尤為嚴重。番茄斑萎病毒屬病毒及其典型成員番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt virus, TSWV)寄主范圍極廣且較難控制,每年在全球范圍內造成數十億美元的經濟損失。研究人員發表 Paving the Way to Tospovirus Infection: Multilined Interplays with Plant Innate Immunity 的綜述論文,全面而系統地總結了番茄斑萎病毒屬病毒如何劫持和利用寄主因子成功侵染植物以及病毒與寄主先天免疫系統的相互博弈過程,還對該領域今后的研究方向和內容進行了展望。Annual Review of Phytopathology

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