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生物技術前沿一周縱覽(2020年4月3日)

2020-04-06 09:40 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

發現大豆和根瘤菌共生固氮過程中進行長距離轉運的RNA
豆科植物與根瘤菌形成互惠共生關系,根瘤菌能夠直接將大氣中分子態氮轉化成氨,供宿主植物吸收利用。近日,科學家研究發現了大豆和根瘤菌共生固氮過程中進行長距離轉運的RNA分子。該研究發現大豆的兩個栽培品種Peking和Williams在全基因組范圍內存在高頻率的單核苷酸多態性 ( SNP)。進而通過對這兩個大豆品種進行異源嫁接,根據SNP的差異確定了嫁接植株中RNA的來源和移動性。該研究共鑒定了4552個能產生可移動RNA的基因。該研究表明,這種在大豆植株之間的RNA轉移是特異的,與RNA豐度無關,在結瘤早期從地上部分轉移到根部的RNA參與了許多與結瘤相關的生理過程。此外,發現許多已知的共生相關基因受到根瘤菌的侵染后可以在地上部分和根部之間進行長距離的轉移。該研究首次發現大豆和根瘤菌共生固氮過程中進行長距離轉運的RNA分子,這項發現有助于深入理解豆科植物與根瘤菌共生固氮過程中的系統性調控機制,也為更好地研究根瘤發育和生物固氮提供了新的理論依據。(SCIENCE CHINA Life Sciences

SUMO化修飾提高植物耐熱性的機制
高溫脅迫對植物的生長發育造成嚴重影響,導致了世界范圍內的糧食損失。植物細胞中存在一個重要的轉錄因子調控網絡以參與高溫脅迫應答,DREB2A是該網絡中的核心轉錄因子之一。近日, 科學家研究發現SUMO化修飾提高植物耐熱性的機制。該研究首次發現DREB2A在高溫下的穩定性受SUMO化修飾調控。DREB2A的第163位賴氨酸殘基是其SUMO化修飾位點,而該保守位點正好位于DREB2A的負調控結構域(NRD)。在高溫條件下,SUMO化抑制了DREB2A與泛素連接酶組分BPM2的相互作用,進而促進了DREB2A蛋白的穩定性。同時,植物熱耐受性和標志基因表達的分析結果表明,DREB2A的SUMO化修飾是其發揮熱脅迫應答功能所必需的。該研究揭示了SUMO化在高溫條件下參與DREB2A蛋白穩定性維持的重要作用,有利于我們深入理解植物熱脅迫應答的調控機制。(Plant Physiology

剖析根尖質子分泌應答不良土壤環境過程中的關鍵作用
近日,科學家剖析了根尖質子分泌在應答土壤脅迫過程中的關鍵作用,對提高作物應答不良土壤環境的能力具有重要的參考價值。人們知道根外分泌的質子能酸化根際環境提高土壤養分的活化利用,但一直以來有所忽視根內質子的轉運與分泌作用,然而根內外質子的轉運與分泌能酸化細胞壁促進根系生長與提高根際庫容,進而提高土壤養分與水分的利用能力。該文指出根尖不同區域(根冠、分生區、過渡區、伸長區、成熟區)質子的轉運與分泌對于維持根細胞生存、根毛發育、主根與側根生長、土壤水分及養分的活化與利用起到關鍵作用。(Trends in Plant Science

揭示金銀花花色動態變化分子機制
金銀花面臨種質退化、花期短、產量低等問題,市場供不應求,其花色調控、品質形成等分子機制研究備受關注。近日,科學家首次破譯忍冬科植物金銀花染色體水平基因組。研究團隊對金銀花不同花期的轉錄組及化學分析揭示金銀花花色變化與類胡蘿卜素含量變化密切相關。研究發現金銀花類胡蘿卜素合成及代謝相關基因如編碼八氫番茄紅素合成酶(PSY)、類胡蘿卜素裂解雙加氧酶(CCD)等的進化與該WGD事件相關。金銀花為川續斷目的模式物種,該研究解碼川續斷目植物第一個基因組,將為該目植物形成及物種進化提供重要參考。此外,在金銀花基因組也發現三個不同的染色體區域編碼微小RNA(MIR2911),該微小RNA可直接結合流感病毒A實現跨界調控,可能是金銀花抗流感病毒A的新型活性分子。該研究對于金銀花花期調控、藥材品質形成機制及分子遺傳育種等具有重要科學意義,將推動中藥基因組數據庫建設及本草基因組學科發展。(New Phytologist

揭示植物溫敏雄性核不育恢復機制
在長期的植物雄性不育機理研究過程中,楊仲南教授團隊在偶然條件下獲得了一種名為可逆雄性不育(rvms)的擬南芥溫敏核雄性不育株系,該株系在常溫(24℃)時表現為完全不育,而在低溫(17°C)下育性轉換為完全可育。近日,科學家通過對模式植物擬南芥可逆雄性不育品系rvms的研究,揭示了低溫恢復溫敏雄性核不育系的分子機制。通過花藥發育分析,研究表明了低溫明顯延緩小孢子發育和花粉形成,進一步誘變rvms獲得恢復子res1。進一步研究表明,低溫導致的緩慢生長是rvms育性恢復的機制。此外,該研究還鑒定了其他幾種擬南芥溫敏核雄性不育系,而上述篩選獲得的恢復子res1同樣能夠在常溫恢復上述突變體的育性。研究人員認為低溫減慢了小孢子的發育。即使基因突變,緩慢的發育也能通過積累足夠的物質和減輕生長壓力來保護花粉??紤]到植物雄性生殖發育是相對保守的,綜合整個研究提出,在不同植物種類的溫敏核雄性不育系中,緩慢發育是恢復溫敏雄性核不育系育性的通用機制。(Nature Plants

發現植物適應低鉀脅迫的新分子機制
鉀(K)是植物生長發育所必需的三大營養元素之一,鉀離子在植物體內的動態分配和平衡是植物適應環境中鉀短缺和不穩定供應的關鍵機制。近日,科學家首次研究揭示了鈣信號介導的液泡內鉀離子“再利用”是植物適應外界低鉀脅迫的一種重要機制。研究發現,在這些突變體中鉀離子從液泡內腔運輸到細胞質中的過程受阻。TPK家族是目前唯一比較清楚的液泡膜定位的鉀離子通道。體外重組實證明CBL2/3-CIPK3/9/23/26組分可以有效地激活TPK1/3/5的活性,而且該激活依賴于細胞質中的鈣濃度。這一實驗進一步解釋了CBL-CIPK解碼的鈣信號激活液泡鉀離子釋放到細胞質的分子機制。通過比較新發現的液泡膜途徑和先前的質膜途徑,研究者認為植物細胞動員并利用液泡內的鉀離子可能是植物響應低鉀脅迫的“首要”反應。這項研究不僅在基礎研究水平揭示了植物響應營養匱乏的信號轉導機制,而且還具有潛在的應用前景,為提高農作物對低鉀環境的耐受性提供理論基礎。(Nature Plants

在穩定轉化植物材料中實現任意類型的堿基替代
堿基變異造成了大量的優異等位基因,是骨干育種材料的遺傳基礎,實現任意堿基的自由編輯因此為功能基因組學和分子育種專家所期待。最近,科學家成功建立了一種高效的引導編輯技術,突破了原來堿基編輯技術的限制,實現了堿基轉換(C:G>T:A和A:T>G:C)及堿基顛換 (C:G>G:C,A:T>T:A,C:G>A:T和A:T>C:G),尤其在面對多堿基編輯時,該技術更加高效和精準。該研究首先對動物中報道的引導編輯技術系統進行了啟動子置換和密碼子優化,并在穩定轉化的幼苗材料進行了測試,發現該系統雖然工作,但與動物細胞中相比,效率普遍較低,不過該技術的精確度是可以信賴的。該研究選擇的目標靶點大部分都是在生產實踐中有重要應用價值,且現有編輯技術不能編輯或編輯效率極低的靶點,如吡氟氯禾靈除草劑抗性位點和乙酰乳酸合成酶抑制劑抗性位點等,部分展示了引導編輯技術在作物快速精確育種中的潛在價值??傊?,該系統可以很容易地復制推廣到其他植物中去,為植物功能基因組學研究及水稻、玉米、小麥等重要農作物的快速精準育種提供技術支撐。(Molecular Plant

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