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生物技術前沿一周縱覽(2019年11月03日)

2019-11-03 14:14 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

光系統II捕光復合體被證明為非光化學猝滅主要位點
葉綠素分子吸收光后,會由基態變為第一重激發態,其中能量的一個去向是以熱能的形式放出,回到基態。這個去向由熱耗散引起的熒光淬滅,被稱之為非光化學淬滅(non-photochemicalquenching, qN或NPQ)。近日,科學家證實了非光化學猝滅主要發生在光系統II捕光復合體LHCII,并且在光系統II中還存在其它的猝滅位點。研究人員利用amiRNA(artificial microRNA)沉默了Lhcb1和Lhcb2,從而敲除了體內的LHCII三聚體,這些植株被命名為NoLHCII。在NoLHCII植株中,未發現其它LHC的表達變化,也未發現新的替代三聚體的形成。因此,NoLHCII植株是驗證LHCII對NPQ貢獻的理想材料。該研究發現,NoLHCII突變體植株的NPQ下降了大約60%,而剩余的NPQ與缺乏葉綠素b(Chlb)的突變植株相似。這個結果表明,依賴于PsbS的NPQ主要發生在LHCII中,但在光系統II中還有一個額外的猝滅位點。因此,該研究為LHCII作為主要猝滅位點提供了直接的正據,解決了多年的學術爭議。(Nature Plants

揭示MYB類轉錄因子調控八倍體草莓果實著色的機制
草莓果實顏色是果實的重要品質性狀,同時它的顏色形成的分子機制為果實著色的調控、新種質的創制提供重要基礎。近日,科學家研究揭示了MYB類轉錄因子調控八倍體栽培草莓果實顏色的機制。該研究以八倍體栽培草莓紅色品種“甜查理”和白色品種“白雪公主”為試驗材料,通過對草莓果實發育過程中關鍵時期轉錄組測序、相關基因表達分析,以及關鍵激素和色素成分測定等,獲得草莓果實顏色形成中的主導調節基因MYB類轉錄因子?;ㄇ嗨睾铣傻呢撜{控轉錄因子FaMYB9和FaMYB11,可以形成MBW復合體,作用于酶基因FaLAR,調控黃醇類的一個分支原花青素。ABA作為草莓果實成熟的激素和信號分子,誘導FaMYB1和FaMYB10基因的轉錄和表達,形成MBW復合體,調控花青素合成路徑多種酶基因,進一步調控花青素的生物合成與積累。以上研究首次闡明八倍體草莓果實顏色的分子調控機制,該研究成果為草莓果實顏色育種、新種質的創制提供理論依據,對其它果樹相關研究也具有重要科學參考價值。同時也為園藝作物花色育種提供重要的借鑒。(Plant Biotechnology Journal

轉錄調控網絡控制觸摸響應基因表達和茉莉素水平
植物不斷地受到環境機械刺激,如刮風,下雨,動植物觸摸。這些機械刺激影響植物的生長發育,比如開花時間、病原體防御和植物結構。近日,科學家通過噴水模擬降雨機械刺激,揭示了MYC2/MYC3/ MYC 4依賴的轉錄調控網絡直接控制噴水誘導的觸摸響應基因表達和茉莉酸素水平。為了研究MYC2對上述TF基因的調控機制,研究人員構建了在myc2突變體背景下表達自身啟動子驅動FLAG標記MYC2 的轉基因植株(myc2 pMYC2:MYC2- FLAG),在不同時間進行噴水處理并分析噴水響應基因的動態轉錄圖譜。通過ChIP-seq和熒光素酶報告基因系統分析發現,MYC2直接結合并激活超過1300個基因啟動子。本研究提供了一個高分辨率擬南芥噴水誘導觸摸響應的轉錄組、激素組和蛋白質組圖譜。對擬南芥噴水誘導觸摸響應進行了深入的多組學分析,發現了一個MYC2/MYC3/MYC4依賴的轉錄調控網絡控制噴水誘導的觸摸響應基因表達和茉莉酸素水平。然而值得注意的是,這個MYC2/MYC3/MYC4依賴的轉錄調控網絡似乎并不影響一些經典觸摸marker基因,如TCH3和TCH4,這說明存在更多的觸摸信號通路有待發現。(PNAS

揭示新的水稻環境敏感型不育分子機制
兩系雜交水稻使用可育條件下的環境敏感型不育系作為保持系和不育條件下的環境敏感型不育系作為不育系,幾乎所有的正常水稻都可以作為恢復系,最大限度的利用了雜種優勢。近日,科學家研究揭示了水稻HMS1與HMS1I基因互作調控特長鏈脂肪酸的合成和花粉壁含油層的形成,進而控制濕度敏感雄性不育的分子機制,為兩系雜交水稻育種提供了更多的選擇。該研究鑒定了一個濕度敏感不育突變體hms1,通過圖位克隆和功能互補表明HMS1編碼一個β-酮脂酰輔酶A合酶 (β-ketoacyl-CoA synthase, KCS)。該酶需要與HMS1I互作才能催化C26和C28等特長鏈脂肪酸的合成,而這些特長鏈脂肪酸的缺少影響花粉壁中含油層的形成,花粉壁的缺陷導致花粉保水能力降低,在低濕條件下,以極快的速度皺縮,失去活性。低濕條件下,花粉壁的缺陷也影響了花粉在柱頭上的附著、水合和萌發,導致濕敏不育突變體不能正常結實。而在高濕條件下,濕敏不育突變體的花粉在柱頭上的附著、水合和萌發能力部分恢復,導致結實正常。該研究進一步發現,粳稻和秈稻水稻品種中HMS1的突變均會導致濕度敏感型雄性不育。該研究揭示了一種新的特長鏈脂肪酸介導的濕度敏感不育分子機理,在雜交育種中具有潛在的價值。(New Phytologist

科學家發現一種新的十字花科植物花粉管吸引信號
開花植物的精細胞中沒有鞭毛,不能自主運動,需要通過極性生長的花粉管將精細胞運輸到胚囊。近日,科學家研究發現了擬南芥及其近緣物種中一種新的花粉管吸引信號,這種信號參與植物的高效受精,以及物種間的生殖隔離。該發現對于人們理解花粉管吸引信號的性質,物種專一性以及生殖隔離具有重要價值。前期研究表明,擬南芥中央細胞表達的轉錄因子CCG在胚珠吸引花粉管生長中起到了關鍵作用。CCG通過非細胞自主的方式調控助細胞基因的表達,其中有三個助細胞表達的未知功能的分泌型小肽。隨后,研究人員將這三個小肽命名為AtTICKET。AtTICKET亞家族包括AtTICKET1, AtTICKET2和AtTICKET3三個成員。最新研究發現,AtTICKET2和AtTICKET3可以吸引擬南芥花粉管,但AtTICKET2不能吸引近緣種A. lyrata和C. rubella的花粉管。AtTICKET三個基因的缺失會導致胚珠吸引花粉管的效率降低。AtTICKET在A. lyrata和C. rubella中的直系同源基因,分別是AlTICKET和CrTICKET。AlTICKET和CrTICKET只能吸引同種花粉管,而不能吸引擬南芥的花粉管。并發現,該基因在進化中受到正向的自然選擇。這些發現表明,TICKET是一個十字花科植物中有物種特異性的花粉管吸引信號。(Science China Life Science

揭示西瓜果實品質性狀進化分子機制
近日,科學家研究完成了新一代西瓜基因組精細圖譜繪制和馴化歷史解析,首次系統揭示了西瓜果實品質性狀進化的分子機制。該研究采用單分子測序、光學圖譜與Hi-C三維基因組聯合分析策略,完成了全新一代西瓜基因組高質量精細圖譜繪制,基因組組裝大小365 Mb,N50提高到21.9Mb,包括138個scaffold,其中僅31個scaffold就構成了11條人工染色體,覆蓋了西瓜基因組組裝大小的99.3%,是迄今為止最高質量的西瓜基因組序列圖譜。通過進化和馴化分析,系統解析了野生西瓜到栽培西瓜的基因組馴化歷史,鑒定獲得了果實大小、果肉含糖量、苦味、瓤色、質地、風味等重要品質性狀的選擇區域及候選基因,并對參與光合產物卸載的α-半乳糖苷酶基因ClAGA2等重要基因進行了功能驗證。研究發現,西瓜各個進化階段受選擇的基因具有明顯差異。與西瓜物種自然分化階段相比,品質馴化改良階段受選擇基因數量顯著增加。該研究還發現了人類利用野生西瓜種質進行抗性改良的基因組滲入痕跡,揭示了人類及動物活動在西瓜品質形成進化中的重要作用,為西瓜功能基因深入研究及優異基因資源的利用提供了重要數據支撐和理論基礎,具有重要實踐意義和科學價值。(Nature Genetics

揭示青稞適應高原高水平UV-B的機制

青稞的基因組相對較大,但是青稞基因組信息的發表、青稞遺傳資源材料的獲取、青稞大麥進化路徑的深入研究使得青稞更適宜作為闡述作物逆境適應性,尤其是UV-B新型紫外響應機制研究的理想材料。近日,科學家研究揭示了青稞適應高原中高水平的UV-B的代謝及基因基礎,為青稞品種改良及其它作物生物和非生物脅迫分子遺傳機制的研究提供參考。該研究利用196份青稞和大麥的種子、葉片為研究材料,構建了青稞和大麥中27類512個已知代謝物和1419個未知代謝物的數據庫?;诖x組全基因組關聯分析(mGWAS),發現了苯丙烷代謝通路代謝物GWAS的一些定位位點受到富集和選擇,且在青稞中呈現出高含量代謝型,這些結果表明青稞選擇了整個苯丙烷代謝通路來進行紫外和低溫脅迫的適應。該研究進一步解析了整個苯丙烷代謝途徑的遺傳和生物化學機制的過程中,鑒定了25個新的基因,并通過體外酶活等方法驗證了3類苯丙烷通路合成及調控相關的蛋白,包括黃酮阿拉伯糖碳糖苷合成的糖基轉移酶、苯環酚胺羥基肉桂?;D移酶和酚胺調控相關的MYB轉錄因子,這些蛋白對于青稞紫外逆境適應性過程中共選擇整個苯丙烷代謝途徑有著重要的作用。(Molecular Plant
 

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