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生物技術前沿一周縱覽(2020年2月21日)

2020-02-23 21:53 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

科學家克隆到一個小麥圓?;?/strong>
印度圓粒小麥具有籽粒圓形、株高半矮化、莖稈堅韌、葉片直立和穗型緊湊等特點,其中控制圓粒性狀的基因位于3D染色體上。近日,科學家利用RIL群體、剩余雜合系衍生的分離群體及自然群體對圓?;騎asg-D1進行了圖位克隆、進化分析并初步探討了該基因的分子機理。研究發現,圓?;騎asg-D1在BR信號傳導路徑中起負向調控作用。此外,該研究將TaSG-A1部分同源基因的TREE結構突變也能導致圓粒表型,表明該基因的三個部分同源基因對粒型發育可能具有相似的功能??茖W家進一步研究發現,圓?;騎asg-D1可能是通過BR調控路徑的影響籽粒粒型的。另外,將Tasg-D1導入到現代小麥品種中能夠促進小麥粒型的遺傳改良,進而提高小麥出粉率的潛力。綜上,Tasg-D1為印度圓粒小麥亞種形成的關鍵基因,表明單個基因的突變能產生巨大的表型變異。Tasg-D1的圖位克隆和單倍型分析增加了我們對印度圓粒小麥起源和進化的認識。(The Plant Cell

揭示雜交水稻雜種優勢位點形成遺傳機制
雜交水稻的成功培育推廣極大地提高了我國水稻的單產和總產,其原因在于雜交親本遺傳改良帶來雜交稻基因組中的雜種優勢位點。近日,科學家研究揭示了雜交水稻雜種優勢位點形成遺傳機制,同時為強雜種優勢組合親本的構建提供理論基礎。該研究利用目前商用兩系雜交稻親本構建的包含2000個組合的雜交群體,結合目前已重測序的4200余份水稻農家種/常規稻品種基因組信息,進行雜種優勢位點鑒定和溯源分析。結果表明,目前兩系雜交稻父母本均以國際水稻所育成常規稻為基礎,但存在顯著的遺傳差異:雜交父本含有少量的外源基因組的導入(平均5.74%基因組),而雜交母本含有大量的外源基因組的導入(平均22.57%基因組),外源導入基因組的主要供體為我國南方地區常規稻和粳稻,并且親本基因組導入劑量與雜交后代產量水平關聯密切。研究還發現,外源導入基因組差異與雜交稻雜種優勢位點有關,其中粳稻血緣貢獻顯著,影響大約一半的雜種優勢位點。此外,追溯雜種優勢位點變異的形成過程,發現其變異在野生稻中就已存在,在雜交稻育種過程中進一步聚合分化選擇基因獲得雜種優勢。(PNAS

科學家鑒定到一個玉米產量基因
玉米是當今世界重要的糧食、飼料、工業原料和能源作物,在保障世界糧食安全、經濟發展及緩解能源危機等方面作用巨大。近日,科學家研究克隆了一個編碼絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的基因KNR6 (KERNEL NUMBER PER ROW6),該基因通過影響雌穗小花數目、穗長和行粒數進而控制玉米產量。在不同遺傳背景的雜交種中導入有利等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒數,增強表達KNR6也可顯著提高玉米雜交種籽粒產量。研究還發現,KNR6與Arf-GTPase激活蛋白 (AGAP) 互作并磷酸化AGAP,通過調節花序發育而影響穗長和行粒數。結合KNR6蛋白的磷酸化功能,從蛋白質磷酸化組學解析KNR6可能參與的調控網絡,并從分子生物學等層面探明KNR6在玉米花序發育控制中的生物學機制,可為闡明玉米穗粒數形成的遺傳機制及調控網絡奠定基礎??偟膩碚f,該研究結果有助于解析玉米穗粒數形成的分子機制,為提高玉米雜交種產量提供了理論依據和基因資源。(Nature Communications

揭示RdDM調控水稻分蘗的機制
植物中,由小RNA介導的DNA甲基化(RdDM)在轉座子沉默和基因表達調控中起重要作用。近日,科學家研究揭示了小RNA介導的DNA甲基化在調控水稻分蘗的重要功能及機制。研究人員采用RNA干擾和CRISPR/Cas9基因編輯技術敲低或敲除了Pol IV復合體最大亞基OsNRPD1a/b,結果發現OsNRPD1/b的敲低或敲除可導致植株矮化和分蘗數顯著增多,這表明RdDM參與調控水稻分蘗和株高。進一步研究發現,水稻中RdDM的主要靶標為一類名為Miniature Inverted-repeat Transposable Elements (MITEs)的轉座子。在調控分蘗的重要基因OsMIR156d/j的啟動子區域均存在兩個相鄰的MITEs,RdDM通過介導MITEs的甲基化抑制OsMIR156d/j的轉錄,從而調控成熟miR156及其靶基因IPA1在莖基部的積累。同時,獨腳金內酯受體D14編碼基因的下游也存在兩個MITEs,RdDM通過特異性介導其中一個MITEs的甲基化促進D14在莖基部的表達,進而調控獨腳金內酯通路下游信號轉導和分蘗。綜上,該研究揭示了RdDM介導的MITEs甲基化通過抑制OsMIR156d/j和促進D14基因的表達,調控水稻分蘗。該研究還意味著,在表觀遺傳水平調控重要農藝性狀基因表達,在分子育種中有著潛在的應用價值。(Molecular Plant

首次發現植物胞外過氧化氫受體
過氧化氫(雙氧水,H2O2)作為最主要的活性氧(ROS)成分,在單細胞到多細胞生物體內作為信號分子發揮著重要的生物學功能。近日,科學家研究首次發現了植物細胞表面過氧化氫受體HPCA1,并揭示了其作用機制。研究人員在采用基于細胞內鈣成像的正向遺傳篩選法成功克隆植物滲透感受器OSCA1和植物鹽受體GIPC的基礎上,進一步篩選獲得了胞外過氧化氫激活細胞內鈣離子濃度增加的缺陷型擬南芥遺傳突變體(hpca1)。研究表明,hpca1只影響胞外過氧化氫鈣信號傳導,這意味著它不僅會影響過氧化氫誘導,同時還會影響ABA誘導的氣孔關閉。研究還表明,HPCA1蛋白具有激酶活性,且施加的過氧化氫可劑量依賴性激活其自磷酸化水平,進一步的遺傳學實驗也證實其激酶活性是蛋白功能所必須的??傊?,該研究對進一步揭示植物適應全球環境變化的生理生態效應及分子機制具有重大的理論意義,同時也對培育提高抗逆性農作物品種有極其廣泛的應用前景。(Nature

揭示核輸入蛋白KETCH1調控雌雄配子體發育的機制
雌雄配子體的發育是植物有性生殖的基礎。近日,科學家研究揭示了核輸入蛋白KETCH1 (karyopherin enabling the transport of the cytoplasmic HYL1) 通過促進核糖體蛋白的核積累,從而調控雌雄配子體發育的分子機制。該研究發現,擬南芥核運入蛋白KETCH1參與雌雄配子體發育。通過酵母雙雜,BIFC和質譜等方法,研究人員發現KETCH1與多種核糖體蛋白互作。這些核糖體蛋白在核內受到26S蛋白酶體途徑降解,而KETCH1保護這些核糖體,使其免受降解,從而保證其在核內豐度。進一步研究發現, 帶有上游開放閱讀框 (uORF) 的基因,其蛋白質翻譯效率因KETCH1水平降低 (即核糖體蛋白核內水平降低)而顯著下降。此外,在葉表皮細胞中下調KETCH1的水平,同樣干擾有絲分裂的進程。綜上,該研究揭示了擬南芥核運入蛋白KETCH1通過促進核糖體蛋白的核積累,從而保證有絲分裂的進程,調控雌雄配子體發育的分子機制。研究結果為揭示雌雄配子體發育過程中的有絲分裂調控機制提供了信息,也為理解蛋白質翻譯與有絲分裂間的聯系提供了新的線索。(The Plant Cell

發現茉莉酸應答機械損傷的調控新機制
植物受到昆蟲取食或機械損傷后,能夠迅速合成植物激素茉莉酸,在短時間內恢復到損傷前水平。近日,科學家研究揭示了茉莉酸信號途徑中核心轉錄因子MYC2、 MYC3及MYC4通過結合在多個茉莉酸合成及降解基因的啟動子區域,共同調控機械損傷后茉莉酸的快速合成及降解。該研究通過分析MYC2、MYC3、MYC4基因的單突變體及二重、三重突變體中機械損傷后茉莉酸含量,發現這些突變體中的茉莉酸含量均有所降低,其中以myc2 myc3 myc4三重突變體中茉莉酸的水平最低,說明這三個基因均參與損傷后茉莉酸水平的調控。進一步的ChIP-qPCR及原生質體轉錄激活實驗發現,MYC2能夠結合在多個茉莉酸合成和降解基因的啟動子區域,而且還有近期發現的茉莉酸的重要調控基因JAV1及JAM1,并激活這些基因的轉錄。有趣的是,該研究發現MYC2可以結合在其自身的啟動子區域,抑制MYC2基因的轉錄,從而形成一種自我的逆調控。因此,該研究揭示了茉莉酸信號系統中MYC2/3/4在調控機械損傷誘導的茉莉酸積累中的核心作用,拓寬了人們對MYC2/3/4功能的理解。(Journal of Integrative Plant Biology



 

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