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生物技術前沿一周縱覽(2019年8月9日)

2019-08-09 13:21 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

植物DNA主動去甲基化獲得進展
DNA甲基化與DNA去甲基化決定了生物體內的甲基化水平和圖譜。在植物中,DNA主動去甲基是一個在去甲基酶的作用下甲基基團被移去的過程。為了鑒定新的DNA去甲基化因子,研究人員通過正向遺傳篩選體系以尋找ROS1介導的DNA去甲基化和抗沉默所需的細胞因子。研究人員鑒定到ARP6和PIE1,兩個染色質重塑SWR1復合體中的組分蛋白,以及一些已知的DNA去甲基化因子,如ROS1、IDM1和MBD7。研究結果表明,含bromo結構域的蛋白NPX1和ATMBD9能夠識別由IDM1建立的乙?;M蛋白標記,乙?;慕M蛋白標記物將SWR1復合體招募到染色質上去沉積H2A.Z;最終,在這些特定基因組DNA區域中,H2A.Z和ROS1直接相互作用從而招募ROS1去執行DNA主動去甲基化,以防止高甲基化和/或DNA甲基化的傳播。 因此,該研究發現了植物DNA主動去甲基化的完整調控途徑,詳細闡述了植物DNA主動去甲基化的最新機制。同時,該研究揭示了擬南芥SWR1復合體通過識別常染色(組蛋白乙?;?和異染色(DNA甲基化)標記物而被招募到染色質上的靶向機制。(PNAS

揭示黃瓜果實細胞增殖的表觀遺傳調控機制

植物器官的發育取決于精細的生長調控。組蛋白去乙?;福℉DACs)通過形成具有不同調節亞基的多種共抑制因子復合物來實現其在特異的組織或細胞中的功能,調節特異靶標基因的表達。黃瓜是研究瓠果果實形態建成的重要模式體系??茖W家鑒定了一個黃瓜短瓜突變體(sf2),其細胞增殖受到抑制。全基因組水平比對分析表明,SF2直接靶向并促進多種植物激素途徑和細胞周期調控關鍵基因的組蛋白去乙?;?,并在細胞增殖過程中抑制或激活它們的表達。進一步研究表明,SF2通過直接靶向細胞分裂素(CK)和多胺的生物合成與代謝來控制果實細胞增殖。該研究結果揭示了HDC1介導的果實細胞增殖的復雜調節網絡,并解析了HDC1介導的基因表達調控模型。這些發現有助于我們對組蛋白去乙?;{節在細胞增殖和果實形態建成中的作用有更加深入的理解,研究結果也有望應用到葫蘆科作物的遺傳改良中,具有比較重要的實踐意義。(Plant Physiol

ALLHiC算法解決同源高倍體組裝難題
同源多倍體基因組的組裝是世界性難題。當用Hi-C技術掛載染色體時,同源染色體之間的Hi-C交聯信號會將序列相似度極高的等位片段連接在一起,導致同源染色體被錯誤的連接到一起,形成大量嵌合的組裝。近日,科研人員在多倍體、高雜合等復雜基因組的組裝研究中取得了進一步進展。該研究系統的介紹了基于染色體構想技術掛載同源染色體的ALLHiC算法。該算法有兩處重要創新:一是結合染色體互作數據(Hi-C)解決了同源染色體分型問題,二是利用隨機優化算法解決了高倍體染色體內短序列之間的排序和定向,相比于其他算法極大得提高了短序列排序和定向的準確性。ALLHiC算法有效區分了同源多倍體甘蔗基因組內多個單倍型,并探討了多個影響基因組分型和染色體掛載的因素。除了同源多倍體外,該算法同樣適用于不同復雜度的基因組,包括簡單的二倍體基因組、高雜合基因組和異源多倍體基因組。此次公布的ALLHiC算法是一項重要突破,該方法使得一系列重要多倍體基因組直接從頭組裝成為可能,比如苜蓿、土豆等,或可用于修復已公布的多倍體物種基因組組裝序列中的錯誤。(Nature Plants

揭示鎘脅迫對根系生物鐘規律和側根形成的影響機制

植物具有較強的環境適應能力,能夠根據環境的變化改變根系的發育模式。根系形態的變化主要包括側根(lateral root ,LR)的出現以及初生根(primary root,PR)在伸長方向上的改變。擬南芥中的LR沿著主根以規則的間距出現,并且LR的出現和發育受到植物激素生長素合成、轉運和信號傳導途徑的嚴格控制。近期研究發現,Cd對擬南芥LR形成的抑制,能通過干擾根尖信號起作用,并且Cd會通過抑制LR形成過程的早期階段(而不是LRP發育)。此外,該研究還表明Cd通過破壞LRC 的PCD反應調節根系生物鐘從而抑制LR的形成。該研究發現Cd處理導致OZ中DR5振蕩的頻率(而不是振幅)降低(振蕩周期增加了1.4倍)從而抑制LR形成。并且這可能與Cd脅迫下LRC死亡延遲有關。此外,遺傳證據表明在Cd脅迫下LRC的細胞死亡與LR形成之間存在相關性,并且LRC細胞數量的增加可提高LR對Cd脅迫的耐受性??傊?,該研究表明Cd通過干擾LRC-PCD觸發的根系生物鐘來抑制LR的形成,該研究揭示了LRC動力學介導的根對Cd脅迫反應并對Cd抑制側根形成的分子機制提出了新的見解。(Plant Cell & Environment 

揭示黃瓜分枝調控的分子機制

黃瓜是世界上主要的蔬菜作物之一,側枝的長勢是它的一個重要農藝性狀, 側枝長勢過強, 影響主蔓生長, 同時也給黃瓜生產管理帶來諸多不便。CP家族的BRANCHED1 (BRC1) /TB1 基因是多個環境信號和發育因素的中央調控因子,特異性抑制側芽伸長。近期研究發現,在黃瓜中,BRANCHED1 (CsBRC1)在腋芽中特異表達,并且在黃瓜栽培品種 (少側枝) 中表現出比野生品種 (多側枝) 具有更高的表達水平。對黃瓜 (多側枝) 的側芽施加生長素運輸抑制劑能夠抑制其生長,進一步說明側芽的生長發育需要將積累的生長素外排到主莖中。通過體內體外實驗進一步發現CsBRC1能夠直接結合生長素外排基因CsPIN3并負調控其表達。原位雜交結果顯示CsPIN3在黃瓜側芽、側芽的葉原基、幼嫩的莖中都有較強的信號。并且在少側枝的栽培種黃瓜中過表達由CsBRC1啟動子驅動的CsPIN3能夠顯著促進側芽的抽出,并導致側芽中生長素含量的降低。因此,該研究結果表明CsBRC1能夠直接抑制CsPIN3的功能促使黃瓜側芽中的生長素積累,導致側芽生長受到抑制,建立了BRC1與生長素之間的直接聯系,也為培育不同側枝數目黃瓜品種提供新的策略。(Pans

發現促進氣孔導度和光合作用的因子

通過光合作用固定大氣中的二氧化碳對于植物的生存至關重要,也是滿足人類日益增長的食物、飼料和燃料需求的關鍵。氣孔運動會調節CO2的可用量,進而調節光合作用速率。多種光合同化物(如蔗糖和葡萄糖)可以通過調節氣孔運動對光合作用進行調節。研究人員克隆并鑒定到一個玉米突變體closed stomata 1(cst1),cst1突變體植物在籽粒灌漿期時氣孔開合度和光合作用都降低。圖位克隆cst1基因發現導致表型的突變發生在一個SWEET家族I類基因上。CST1編碼一個葡萄糖轉運因子,它在副衛細胞中表達,是調節氣孔開合度的正調節因子。在籽粒灌漿階段,CST1的突變會導致植物光合作用下降、葉片碳饑餓,最終導致植物出現早衰表型。碳饑餓能夠誘導CST1基因表達,而光合同化物的積累會抑制CST1的表達??傊?,CST1在玉米光合同化物對氣孔運動及光合作用的負反饋調節中起了關鍵作用。(Plant Cell

發現一個對形成花冠頸狀結構至關重要的ALOG家族因子

雨水滋養萬物,但同時也會帶來傷害。早在18世紀,德國博物學家Christian Sprengel就觀察到花朵的具有不同的花蜜保護裝置(nectar cover),認為它們可能讓花蜜遠離雨水帶來的破壞。研究人員以夏堇為對象,觀察到其花冠基部的頸狀結構(corolla neck)具有阻擋雨水的特性。研究通過轉錄組測序,表達模式分析以及基因編輯技術,找到了一個ALOG家族的因子,這個因子對于花冠頸狀結構的形成至關重要。研究人員將夏堇的管狀花冠分成了兩個不同的區域,頂部的錐狀區域以及基部的柱狀區域。通過轉錄組測序分析,發現這兩個區域具有截然不同的基因表達模式。進一步研究了在花冠基部高富集的一個ALOG因子TfALOG3,發現這個因子特異地在花冠頸狀結構的內外表皮表達。接著,研究人員利用CRISPR/Cas9技術,將夏堇中的TfALOG3進行了敲除,發現這個花冠基部膨大的結構居然消失了。研究人員將含有染料的溶液加入花朵中,結果發現溶液不能抵達野生型夏堇花朵基部花蜜之所在,卻能進入突變體花朵的基部,從而支持了Sprengel所提出的假說。(Development) 

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