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生物技術前沿一周縱覽(2020年01月24日)

2020-01-27 16:38 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

種子休眠基因調控低溫響應的分子機制
種子休眠和萌發會隨著季節發生變化,種子對季節低溫反應的遺傳基礎知之甚少。近日,科學家揭示了DOG1調控擬南芥種子的低溫響應和季節性生活史的機制。該研究表明,種子對低溫反應的自然變異與開花時間和衰老有關,從而表現出了一系列的季節性生活史表型。研究還發現,種子對低溫反應與繁殖時間之間的相關性可能導致了冬、夏兩種季節的生活史。DOG1變異是低溫脅迫誘導次生休眠的關鍵因素,可以抑制種子季節性發芽,也可能影響開花時間。在鑒定出的其他位點中,許多也與開花時間的變化有關,這表明種子萌發等一系列生活史特征可能是由除DOG1外的多個位點之間相互作用造成的。此外,DOG1單倍型的系統發育分析表明,擬南芥種子萌發的季節性變化與當前和過去的氣候有關。綜上所述,種子對低溫的響應與已知休眠基因DOG1的功能變異密切相關,一系列研究數據揭示了DOG1調控低溫萌發和休眠反應的新機制,進而可能導致了冬季年輪與春季年輪交替進行的生活史。(PNAS

首次發現玉米粗縮病抗病基因
粗縮病是一種世界性的玉米病毒病,一旦發病無法防治,因而也被稱為玉米的“癌癥”。近日,科學家首次報道了玉米粗縮病的隱性數量抗病基因,并對抗病的分子機制進行了詳細的剖析。研究人員通過圖位克隆的方法鑒定到一個編碼囊泡運輸關鍵的Rab GDP 解離抑制因子(Rab GDP dissociation inhibitor alpha)基因與玉米粗縮病抗病有關。進一步研究發現,RBSDV編碼的P7-1蛋白是病毒的致病因子,病毒侵染玉米后,P7-1蛋白與ZmGDIα蛋白的exon10和C端結合,利用寄主ZmGDIα的囊泡運輸功能幫助病毒P7-1 蛋白在胞內移動,從而有利于病毒的復制和通過胞間連絲通道在細胞間的移動,導致感病。然而,P7-1 蛋白與抗病 ZmGDIα-hel 蛋白中新的exon 10結合能力很弱,不利于P7-1/ZmGDIα移動復合體的組裝,從而影響病毒的復制和細胞間的移動,達到部分抗病的目的。ZmGDIα-hel 的克隆,有利于發掘其它作物(如小麥,水稻等)類似的抗斐濟屬病毒的基因,從而為作物的安全生產提供必要的保障。(Nature Communications

病原菌操縱植物胞間連絲促進侵染
丁香假單胞菌Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000是革蘭氏陰性細菌病原體,可以侵染番茄(農作物)以及擬南芥(模式作物),它通過III型分泌系統將36種與毒力相關的效應蛋白注射到植物細胞中,以調節植物的細胞過程。近日,科學家研究揭示了Pst DC3000靶向PD完成侵染的分子機制。該研究通過活細胞成像發現Pst DC3000的效應子之一HopO1-1靶向擬南芥中的PM和PD,并且Pst DC3000在感染過程中需要HopO1-1才能發揮其毒力作用和細菌致病性。此外,該研究表明,HopO1-1的ADP-RT域(編碼ADP核糖基轉移酶)對其在PD定位是必需的。該研究還通過microparticle bombardment approach驗證了HopO1-1的作用方式??傊?,該研究表明,致病細菌不僅操縱宿主細胞自主免疫功能,還通過操縱PD介導的宿主細胞間通訊,以最大程度地擴大細菌感染的傳播。該研究為植物中PD生物學和新型作物抗病策略提供了新見解。(Plant Cell

利用ScCas9擴展水稻基因組編輯范圍
CRISPR/Cas系統作為強大的基因組編輯工具,為種質資源創制以及基因功能研究等工作提供了極大的便利。近日,科學家研究發現ScCas9在水稻中可有效地識別NNG PAM并具有較高的基因編輯效率。為了檢測ScCas9在水稻中的基因編輯情況,研究團隊在水稻的愈傷組織和植株中對ScCas9識別NNG PAM的基因編輯情況進行了檢測。研究結果顯示,ScCas9在水稻中可以有效地識別NNG PAM并具有較高的基因編輯效率,但對NCG位點的識別效率較低。此外,根據ScCas9的同源比對結果在SpCas9上替換了兩個關鍵區段獲得了SpCas9-LK變體,以期可以獲得識別NNG的SpCas9變體, 但并未檢測到有效編輯的產生。以上研究結果表明,ScCas9可在水稻中有效識別NNG PAM,這極大的擴展了水稻基因組的可編輯范圍。(Science China Life Sciences

揭示茉莉素介導擬南芥光形態建成的新機制
近日,科學家研究發現了植物激素茉莉素調控植物下胚軸生長的新功能,并揭示了光信號通過茉莉素途經促進幼苗光形態建成的分子機制。該研究以模式植物擬南芥為研究對象,發現植物幼苗能根據環境的光照強度的變化調控茉莉素合成,進而調控下胚軸的生長速度,促進幼苗的光形態建成。植物種子在黑暗(土壤)中萌發,黃化苗的茉莉素保持在極低的水平,以便下胚軸快速生長直至成功地破土而出。然而,幼苗出土見光后,光受體(如紅光/遠紅光受體Phys 和藍光受體CRYs)感知到光信號,誘導茉莉素的生物合成。茉莉素受體COI1識別茉莉素信號分子,招募抑制因子JAZ進行降解,從而激活轉錄因子MYC2/MYC3/MYC4。這些轉錄因子進一步激活光形態建成調控基因HY5的表達,抑制下胚軸生長,促進幼苗進行光形態建成。(Science China Life Sciences


發現植物防御根瘤農桿菌的分子機制
細菌鞭毛是由成千上萬的鞭毛蛋白單體組成的細胞外細絲,是細菌運動的主要細胞器。近日,科學家在葡萄中發現了可識別flg22Atum的FLS2XL,并分析了其對根癌農桿菌抗性的影響。該研究通過測試一系列植物物種對根癌農桿菌flg22Atum的響應發現,一種葡萄品種(Vitis riparia)對flg22Atum具有高度敏感性,并推測V. riparia中存在兩個不同的flg22-感知系統,一個系統僅對flg22做出響應,而另一個對flg22和flg22Atum均可以做出響應。該研究進一步通過分析V. vinifera(V. riparia的近緣種,對flg22Atum沒有響應)的基因組序列,發現V. riparia中的VrFLS2和FLS2 XL兩個基因序列。該研究還在煙草中檢測了FLS2 XL對flg22Atum的識別是否會影響對根癌農桿菌的防御反應。研究發現,用c-FLS2 XL轉化的植株可識別flg22Atum,并產生活性氧,抑制病原體的生長和根癌的形成,表現出對根癌農桿菌的抗性,但是用VrFLS2轉化的植株不能識別flg22Atum,也不能改變植株對農桿菌的抗性。該研究是宿主-病原菌“軍備競賽”中的典范案例,并且為未來植物,尤其是經濟作物,育種提供了新思路。 (Nature Plants

順式作用元件在景天酸代謝光合途徑演化中的作用

景天酸代謝(crassulacean acid metabolism, CAM)光合途徑是一種區別于C3和C4植物的CO2固定通路。隨著基因組學的發展,近年來包擴蝴蝶蘭、水果菠蘿、玉吊鐘和紅菠蘿等CAM植物的全基因組序列相繼被測定,一些研究進展使得探討CAM光合作用的起源和演化有了分子生物學基礎。近日,福建農林大學基因組與生物技術研究中心明瑞光教授團隊在線發表了相關的綜述文章。文章通過比較基因組學的方法探討了順式作用元件在CAM途徑CO2固定相關基因和氣孔運動相關基因中的分布,并以水果菠蘿為例分析了CAM相關基因在光合組織中的動態表達,提出CAM光合作用是通過改變順式作用元件演化而來、并且受晝夜節律調控的觀點。(Horticulture Research

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