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生物技術前沿一周縱覽(2019年4月15日)

2019-04-15 13:14 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2019年4月15日)

水稻廣譜抗稻瘟病研究獲進展

 

水稻病害嚴重影響水稻產量與品質,其中最讓農民頭疼的病是真菌引起的稻瘟病,又稱“稻熱病”、“火燒瘟”等,被列為作物十大真菌病害之首,能像瘟疫一樣到處傳播,是一個世界性的病害,可引起大幅度減產,嚴重時減產40%50%,甚至顆粒無收。研究人員2002開始,廣泛篩選抗瘟種質,從起源于我國農家品種的育種材料中鑒定了一個廣譜持久抗瘟性新位點Pigm。他們發現,Pigm是一個包含多個抗病基因的基因簇,編碼2個功能相反的免疫受體蛋白,兩者受到表觀遺傳的調控,既保證了水稻對稻瘟病菌的廣譜抗性,又克服了高抗與高產之間的矛盾。研究人員在發掘與解析Pigm調控抗病性與產量平衡機制的基礎上,繼續破解為什么Pigm能控制廣譜抗病的科學問題。他們最近的研究發現植物中存在一類新的轉錄因子家族,被他們命名為RRM,這類RRM因子可以與抗病受體PigmR等互作,進入細胞核激活下游的防衛基因,從而使水稻產生廣譜抗病性。研究同時發現,如果讓RRM蛋白強制性進入細胞核,即使水稻沒有廣譜抗病基因,也可以產生廣譜抗病性,這樣利用RRM基因就有可能改良不同作物的抗病性。Science

 

 

研究揭示玉米胚乳早期發育新機制

 

胚乳早期發育是籽粒發育的一個重要階段,伴隨著快速而活躍的細胞分裂過程,短時間內形成大量的胚乳細胞,是決定玉米籽粒大小和產量的關鍵因素。研究人員通過大規模EMS誘變,篩選到一個影響籽粒發育的突變體,與以往報道不同的是,其純合突變體果穗上的籽粒不僅都變小,而且變小的程度不一致,表現出大小變異的籽粒,他們將這個突變體命名為varied kernel size 1vks1)。該研究發現Vks1在籽粒發育過程中的早期(授粉后23天)特異高表達,而早期正是細胞快速增殖的活躍階段,他們進一步通過免疫熒光方法觀察到馬達驅動蛋白VKS1與有絲分裂過程中的微管共定位在一起,而突變體由于缺少VKS1蛋白導致微管系統紊亂。一方面,在胚乳發育的起始合胞體階段游離核不能形成正常的核質域,表現出緊貼著胚囊壁和聚集在一起不分散,這種狀態將嚴重影響合胞體階段游離核的遷移。另一方面,在旺盛的細胞增殖有絲分裂過程中,突變體胚乳大量出現有絲分裂微管形態異常細胞,紡錘體兩極不聚攏,成膜體異常、細胞板形成缺陷以及部分染色體等不能均等地分離到兩個子細胞,形成大小核和多核細胞等不正常的胚乳細胞類型。由于早期細胞分裂是一個快速而動態的過程,而每粒種子在這兩個快速連續的過程中受到的影響程度不同,缺失VKS1后,重者則籽粒大部分早期胚乳細胞都是異常的,而輕者則只有少數細胞異常,早期胚乳不同細胞數目的異常導致細胞數目減少的程度不同,最終形成變異的籽粒大小。The Plant Cell

 

  

gl6基因調控玉米表皮蠟質

 

大多數陸生植物的表面都覆蓋著一層表皮蠟質。研究人員發現了一個玉米突變體glossy6gl6),該突變體具有典型的表皮蠟質累積減少的表型,且該表型缺陷導致玉米苗期對干旱敏感。研究人員定位并克隆了gl6 基因,發現gl6基因編碼一個未知功能結構域蛋白。進一步的研究結果顯示,此蛋白可能參與了玉米表皮蠟質的細胞內轉運。該研究為解析玉米及其它植物表皮蠟質的細胞內轉運機制提供了新的思路。Journal of Experimental Botany 

 

 

研究揭示蔗糖轉運蛋白影響黃瓜雄性不育的機制

 

雄性不育是一種重要的農藝性狀,廣泛應用于作物雜交育種。黃瓜(Cucumis sativus)蔗糖轉運蛋白CsSUT1是一種定位于質膜的高親和力蔗糖/H+同向轉運蛋白。該研究發現,CsSUT1在雄花中表達,編碼的蛋白主要位于絨氈層、花粉以及萼片、花瓣、花絲和花梗韌皮部的伴胞(companion cell)。與野生型相比,CsSUT1-RNAi株系的雄花在發育后期蔗糖,己糖和淀粉含量降低,并與雄性不育呈高度相關性。轉錄組分析顯示,在CsSUT1-RNAi株系中,與糖代謝,轉運,信號傳導,以及生長素信號傳導相關的許多基因被下調,而大多數MYB轉錄因子基因在這些CsSUT1-RNAi株系中上調。研究結果表明,RNAi介導的CsSUT1表達下調可以誘導雄性不育,這一過程主要通過影響碳水化合物的轉運,糖和激素信號傳導的改變,以及特定MYB轉錄因子的上調實現的。研究結果為誘導農作物的雄性不育提供了一種新的方法。Plant Physiology

 

 

研究發現玉米種子棉子糖生物合成調控新通路

 

棉子糖在植物抗逆和種子抗老化過程中發揮重要作用。玉米肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol Synthase, GOLS)和棉子糖合成酶(Raffinose Synthase, RAFS)是棉子糖合成的關鍵酶。該團隊在前期研究中發現了一個玉米早萌突變體 (viviparous 1, vp1),其種胚中棉子糖含量顯著降低。之后,研究人員綜合運用生物信息學,生物化學與分子生物學技術,發現了轉錄因子ZmVPIZmABI5互作,共同調控控制棉子糖合成的肌醇半乳糖苷合成酶基因的表達,從而控制棉子糖的合成。這一研究結果為調控玉米種子活力,改善玉米營養成分提供了新的通路。Journal of Agricultural and Food Chemistry

 

 

研究揭示植物葉片衰老啟動的分子機制

 

高等植物的葉片是特化了光合器官,發育成熟后行駛光合功能;到了功能期后期,在內外因子的作用下葉片逐步黃化啟動衰老。研究發現一種H3K27me3去甲基化酶, RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 (REF6), 通過自身鋅指結構域直接結合到主要衰老調控基因(EIN2、ORE1、NAP、AtNAC3、NTL9)和功能基因 (NYE1/2、LOX1、PAD4、PPDK) 上,促進它們的表達;這些基因涉及主要植物激素的信號轉導、生物合成,以及葉綠素降解等。關鍵的機制是隨著葉齡的增加,REF6能夠實質性地促進上述基因啟動子和/或編碼區的 H3K27me3 去甲基化。研究結果表明,H3K27me3甲基化是一種阻止關鍵SAGs過早轉錄表達的表觀遺傳機制解釋了衰老研究領域長期困擾的一個問題,即衰老啟動的“葉齡依賴”現象。PLoS Genetics 

 

 

研究揭示黃瓜果長調控新機制

 

黃瓜是重要的蔬菜作物之一,其果實具有較高的食用價值和經濟價值。研究人員150份不同果長的黃瓜材料進行序列分析,發現了單個氨基酸位點發生變化的2CsFUL1等位基因,分別命名為CsFUL1ACsFUL1C。其中,CsFUL1A特異性地存在于東亞型長果黃瓜中,而CsFUL1C則存在于野生、半野生型、以及其他栽培黃瓜中。利用黃瓜穩定遺傳轉化體系發現,干擾表達CsFUL1A導致果實變長,過量表達CsFUL1A導致果實變短,而CsFUL1C的表達變化不影響果實長短。因此,在東亞型黃瓜選育中,CsFUL1A是一個獲得性等位基因,抑制黃瓜果實伸長。為了進一步揭示CsFUL1A參與黃瓜果實發育的分子機制,研究人員利用分子生物學及生物化學等試驗方法發現,發現CsFUL1A直接抑制CsSUP基因的表達進而調控細胞分裂和擴張;同時,CsFUL1A直接抑制兩個生長素運輸基因CsPIN1CsPIN7的表達進而減少生長素積累。The Plant Cell 

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