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生物技術前沿一周縱覽(2019年11月24日)

2019-11-24 22:15 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

揭示疫病菌Avr基因轉錄對寄主特異性抗性的影響
近日,科學家研究揭示了疫病菌Avr基因轉錄對寄主特異性抗性的影響。本研究利用CRISPR/Cas9技術對PsAvr3b自身啟動子進行了原位替換,分別用Actin(組成型)、XEG1(早期誘導表達)和NLP1(晚期誘導表達)基因的啟動子替換PsAvr3b自身啟動子。結果顯示在Actin的啟動子的突變中由于PsAvr3b基因能夠持續高表達,因此能被抗病基因Rps3b的識別,而在PsXEG1和PsNLP1的啟動子突變中PsAvr3b基因在侵染中的轉錄模式發生了明顯改變,進而逃避抗病基因Rps3b的識別。進一步的轉錄組測序和qRT-PCR驗證表明,大豆中一些防衛基因轉錄未被激活甚至被抑制是導致XEG1和NLP1的啟動子突變體逃避Rps3b識別的重要原因。該研究從基因表達層面揭示了疫病菌Avr基因轉錄對寄主特異性抗性的影響,豐富了“基因對基因”假說的內涵,提示病原菌可通過基因轉錄層面的變異逃逸寄主抗性,同時本研究利用基因編輯技術改變病菌效應子表達,也挖掘到一批先前未鑒定到的植物早期抗病相關基因,為今后設計大豆、馬鈴薯等農作物的疫病抗性提供了線索。(Journal of Integrative Plant Biology

揭示根毛起始和伸長的調控新機制
植物的根毛擴大了根部與土壤接觸的表面積,促進了植物對養分和水分的吸收,介導了植物與土壤微生物的相互作用,在植物的生長發育和信號轉導中發揮重要作用。近日,科學家首次揭示了擬南芥C2H2型鋅指蛋白基因AtZP1在根毛命運決定開關GL2的下游通過直接負向調控bHLH型基因RHD6, RSL4和RSL2決定根毛的起始和伸長??茖W家在篩選鑒定控制泌鹽鹽生植物葉片獨特表皮結構(鹽腺)發育基因過程中,發現了一個C2H2型鋅指蛋白AtZP1,該蛋白含有典型轉錄抑制結構域EAR-基序(DLELRL),熒光素酶(LCU)活性實驗顯示其具有轉錄抑制活性。C2H2型鋅指蛋白家族基因系統進化樹顯示AtZP1和控制擬南芥表皮毛和根毛發育正向調控作用的GIS家族鋅指蛋白在兩個不同的分支上。AtZP1過量表達株系的主根沒有根毛產生,突變體根毛密度和長度顯著增加,基因回補株系能夠回補突變體的表型,不同基因型H細胞和N細胞的分布發現AtZP1負向調控根毛的起始和伸長。RNA-Seq分析沒有根毛產生的過量表達株系,發現只有根毛起始和伸長的關鍵bHLH型轉錄因子顯著下調,而根毛命運決定基因沒有顯著變化。該研究首次揭示了擬南芥C2H2型鋅指蛋白基因AtZP1在根毛命運決定開關GL2的下游通過直接負向調控bHLH型基因RHD6, RSL4和RSL2決定根毛的起始和伸長。(The Plant Cell

我國現代稻作既增產又減排
水稻是我國最重要的口糧作物,稻田是溫室氣體甲烷的最大排放源。在全球氣候變化談判及國際論壇中,我國水稻生產的甲烷排放問題一直在爭議中備受關注。近日,中國農業科學院作物科學研究所作物耕作與生態創新團隊,證明了近50年來我國水稻品種改良與稻作技術創新在促進糧食增產的同時,也為碳減排做出了重大貢獻,糾正了世界對我國現代稻作高產高碳排放的錯誤認識。研究團隊通過多年的大樣本品種比較、田間定位監測、區域調研和歷史數據挖掘,綜合評價了近50年來我國品種更新、栽培創新和稻作制調整等對水稻產量和稻田溫室氣體排放的影響。研究發現,通過稻作北移、高產品種和控水增氧耕作等創新,在實現水稻單產提高130%情況下,稻田溫室氣體排放下降約70%,其中甲烷減排尤為顯著。該成果不僅在國際上給我國水稻產業正名,而且為全球高產低碳稻作創新指明了方向,可為世界作物生產應對氣候變化提供理論參考和技術借鑒。(Environmental Research Letters

發現一個新的鹽脅迫應答基因,解析NAD調控鹽脅迫應答機制
近日,科學家揭示了細胞內眾多脫氫酶的輔酶NAD(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)在植物鹽脅迫應答中的作用機制。通過早期EMS化學誘變試驗,該實驗室篩選和分離到一個對鹽脅迫超敏感的擬南芥突變體植株hss(hypersensitive to salt stress)。利用Mutmap技術鑒定到,hss的單堿基突變位于NAD早期生物合成中喹啉酸合成酶(QS)高度保守的NadA的結構域中。研究進一步揭示了hss突變體中NAD合成不足會顯著抑制脅迫誘導并依賴于該輔酶的ABA和脯氨酸的生物合成,而ABA的合成不足會降低脅迫誘導且依賴ABA的抗逆基因的表達,脯氨酸不足會使細胞對滲透壓敏感,并誘導ROS的大量積累。有趣的是,外源添加ABA和脯氨酸只能部分恢復不能完全互補hss突變體對鹽脅迫的超敏感性,說明NAD影響的其他途徑也參與了鹽脅迫的應答。該研究不僅克隆和發現了一個新的鹽脅迫應答基因,而且揭示了NAD調節鹽脅迫應答的部分作用機制。(The Plant Journal

揭示人工選擇對黃瓜重要商品性狀改良的重要影響
黃瓜 (Cucumis sativus L.) 是重要的蔬菜作物。在長期的人工選擇及馴化過程中,目前世界各地的黃瓜主栽品種已經在果實品質、性別形成以及環境適應性等方面發生了明顯變化。然而,有關黃瓜諸多性狀在遺傳基礎上究竟發生了哪些變化尚不清晰。近日,科學家初步揭示了人工選擇對黃瓜重要商品性狀改良所產生的重要影響。該課題組利用自主創制的56份商品性狀具有典型代表性的種質材料進行重測序表明,這些種質材料在基因組層面可劃分為兩大類型(Group 1和 Group 2)。這兩大類型的種質材料分別形成了各自獨特的遺傳結構。通過選擇信號分析發現,Group 1和 Group 2分別具有各自特有的選擇信號區間,這些區間不僅包含了某些已知重要性狀的QTL或基因(例如果實苦味基因、抗病基因、開花基因及果實長度基因等),同時還鑒定出一些未見報道的基因位點,為黃瓜商品品質遺傳改良提供了理論支撐。(Horticulture Research

科學家在耐低氮優異基因自然變異及其調控網絡研究中取得新進展

氮素是最重要的大量營養元素之一,也是植物生長發育重要的限制因子。近日,南京農業大學萬建民院士團隊在耐低氮優異基因自然變異及其調控網絡研究中取得了最新進展。該研究通過基于三年大田試驗的基因組關聯分析,結合過表達和基因敲除等功能驗證,克隆了雙親和硝酸根轉運子OsNPF6.1,發現OsNPF6.1的優異單倍型增強氮素吸收和提高NUE,進而提高水稻在低氮下的產量。電生理和調控機制研究闡明了OsNPF6.1的優異自然變異及其增強NUE的分子機制。同時,該研究還鑒定了一個新的調控水稻氮高效的轉錄因子OsNAC42,該轉錄因子結合OsNPF6.1啟動子上的CACG元件,并導致激活OsNPF6.1的表達差異。后續的基因功能和調控網絡的解析正在深入展開,對破譯植物耐低氮性狀的遺傳基礎研究具有重要的科學意義。(Nature Communications

科學家通過小墊柳全基因組分析為橫斷山高山植物多樣性起源提供證據
斷山(中國西南山地)是全球生物多樣性熱點地區之一,具有豐富的生物多樣性,尤其是高山植物多樣性極為顯著。關于橫斷山生物多樣性成因,傳統的假說之一是橫斷山的快速隆升造成復雜的地形地貌、多樣的生境和劇烈的氣候波動等因素的作用導致物種種群的隔離和分化,進而促進物種形成。近期科學家研究表明小墊柳具有顯著的種群分化,盡管其具有長距離傳播的能力,但種群間的基因流微弱。小墊柳自晚中新世以來的群體波動與劇烈的氣候波動耦合。天空島效應、多樣而異質的生境和氣候波動可能是驅動小墊柳種內群體分化的重要因素。小墊柳的擴張基因家族和快速演化基因家族顯著的富集到DNA修復和花青素合成等通路,這些通路可能與高海拔地區強烈的紫外輻射導致的DNA損傷的修復相關。小墊柳的15號染色體與其它柳屬相比具有大量的大片段重組事件,說明柳屬的性別決定區域的演化是動態的,具有物種特異性,其性染色體的演化尚未完成。自然選擇在小墊柳高、低海拔群體中的作用區域和強度都具有顯著的差異,說明分布于橫斷山區海拔高差大、生境多樣而異質的物種可能在自然選擇的作用下發生種下的種群分化。(Nature Communications

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