生物技术前沿一周纵览(2019年1月18日)

2019-01-18 16:12 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2019年1月18日)

 ABFs通过促进开花调控植物避旱响应的分子机制

 

干旱是常见的非生物胁迫因子,严重影响植物的生长和发育。研究发现,abf3 abf4  双突在长日照条件下表现为晚花并对 ABA 不敏感。ABF3 ABF4 在叶脉组织中异位表达可诱导早花,而在茎尖表达则不能。此外 ABF3 SRDX 转录抑制域结合可以延迟开花。CHIP-seq 数据分析发现,在避旱响应中拟南芥 ABF3/ABF4 的一个下游靶基因为SOC1 (SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1)。随后的研究发现,ABF3 ABF4 转录因子与 SOC1 的启动子区结合并调节其转录。ABF3 ABF4 NF-YCs 互作,在干旱条件下通过诱导 SOC1 转录促进开花。在干旱条件下ABF3ABF4NF-YCs SOC1 组成的调控网络对拟南芥加速开花具有重要作用。(Molecular Plant 

 

 

植物防御真菌侵染的新机制

 

黑穗病 (Maize smut disease) 是玉米生产中的主要病害之一,其致病菌为活体营养型真菌玉米黑粉菌 (Ustilago maydis),真菌侵染植物时,分支酸变位酶(chorismate mutaseCmu1特异性高表达。研究人员对Cmu1结构解析发现,Cmu1以同源二聚体形式存在,其中每个单体含有9个α-螺旋,螺旋α2和相邻的Loop环区域形成调控色氨酸和酪氨酸的结合位点,同时发现螺旋α2周围存在额外的α-螺旋(α2a)和Loop环区域(extensive loop region, ELR),此结构可能是其对玉米胞质中氨基酸水平的波动表现出抗性的原因。研究人员通过免疫共沉淀(co-IP)结合LC-MS的方式发现了一个玉米蛋白 (annotation: GRMZM2G073114),其与来自猕猴桃的kiwellin蛋白(KWL1)存在氨基酸序列同源性。研究人员解析了Cmu1ZmKWL1复合体的晶体结构,发现ZmKWL19条β-链(命名为β1至β9)和一条连接β8和β9的短α-螺旋区组成。Cmu1-ZmKWL1主要通过极性和非极性相互作用结合,环L1L2L3ZmKWL1Cmu1的相互作用至关重要。两个ZmKWL1分子聚集在Cmu1同源二聚体的活性位点附近,隐藏氨基酸底物的催化位点。Kiwellins存在于大多数植物中,许多单子叶植物编码超过20kiwellinsZmKWL1在玉米细胞中产生,可能通过N-端信号肽分泌到质外体;在质外体,ZmKWL1结合Cmu1并抑制其活性。除了ZmKWL1之外,玉米基因组还编码19kiwellin蛋白,而这些蛋白的同源靶标依然未知。ZmKWL1中与Cmu1相互作用所需的所有区域在玉米的不同kiwellin蛋白中是高度可变的。对ZmKWL1的三种不同旁系同源物的研究表明:它们不能与Cmu1相互作用且不能抑制分支酸变位酶活性。因此,研究人员推测玉米其他kiwellins可能特异性地针对另外一些未知的真菌效应物。(Nature

 

 

OsPIL15 调控水稻籽粒大小的分子机制

 

水稻籽粒大小是决定水稻产量的重要农艺性状并且受许多转录因子的调控,bHLHbasic helix-loop-helix)转录因子不仅是植物发育和逆境响应中的关键调节因子,还可以通过调控小穗纵向细胞数、细胞伸长等影响水稻籽粒大小。研究分析了水稻 OsPILs 基因在籽粒中的表达模式,发现 OsPIL15 可能在籽粒发育过程中起重要作用。该研究通过 CRISPR/ Cas 9 技术创建了 OsPIL15-KO(敲除)株系,发现OsPIL15 的沉默表达导致细胞数量增加,从而增加了籽粒大小并提高了水稻产量。研究还发现,OsPIL15 与嘌呤通透酶基因 OsPUP7 启动子的 N1-box 基序(CACGCG)结合。OsPIL15 的突变导致 OsPUP7 表达减少,而 OsPIL15 的过表达则促进了其表达。研究提出水稻 OsPIL15 在调节粒度方面的功能模型:OsPIL15 直接结合 OsPUP7 启动子的 N1-box 基序以上调 OsPUP7 基因的表达,从而影响 CTK 转运。OsPIL15-KO 系的 OsPUP7的表达降低,减少了从小穗到其他组织的 CTK 转运,从而促进细胞分裂并增加籽粒大小。(Plant Biotechnology Journal 

 

 

研究人员利用三代测序技术挖掘不同玉米自交系间转录组差异

 

W64A 玉米自交系,曾经在生产和育种过程中被广泛使用,属于 NSS (non-stiff stalk) 种质群。研究人员对 W64A 开花后16天胚乳进行大规模 (16SMRT cell) 的全长转录组测序,得到1,057,799条原始序列,并从中严格筛选出166,693条高质量全长转录本并用于下游分析。通过与玉米B73基因组对比,鉴定出3,399个新基因位点,并找到590W64A特异转录本序列。结合W64A与其它常用自交系构建的遗传群体,开发了基于全基因组基因座的1,051个串联重复序列 (SSR) 标记和243个插入缺失 (InDel) 标记,其中63.0%58.8%的分子标记得到 PCR 验证,此项工作将有效加快 W64A 优良性状控制基因的定位工作。通过对高质量的玉米全长转录本序列进行比较分析,揭示了不同玉米自交系间存在大量的基因位点变异和编码区变异,同时针对其开发的插入和缺失标记,对后续 W64A 优良性状的挖掘和利用奠定了重要的工作基础,对玉米的遗传改良有巨大的指导意义。(Plant Biotechnology Journal 

 

 

蓝光促进根尖中油菜素内酯生物合成的机制

 

植物的形态建成是由各种植物激素之间的相互作用介导的,其中油菜素内酯(brassinosteroidsBRs)是调控植物发育的关键激素。研究检测了初级根尖中的 DWF4 积累模式及其在单色光下的生长,发现在相同强度的单色光下,蓝光比红光可以更有效地促进 DWF4 的积累和随后的根生长。而BCGbottom-half covered growth)测试结果表明,地上部的感知在该过程中发挥着重要作用。研究对光受体进行了进一步研究,发现在白光条件下,cryptochrome1/ 2 双突变体的根生长受到抑制,表明cryptochrome 1CRY1)和 CRY2 在下胚轴伸长和根生长中协同作用。而phytochromeBphyB)和 phyAphyB 双突变体的根系发育及 DWF4 表达水平均没有受到影响,说明蓝光与DWF4 表达水平以及初生根生长之间的联系。(Plant Cell & Environment

 

 

研究人员开发出高效、开放、易用的番茄CRISPR/Cas9多基因编辑系统

 

CRISPR/spCas9介导的基因编辑被广泛用于植物基因功能解析及农作物遗传改良应用研究。随着植物基因组数据急剧膨胀,但对这些植物基因进行功能解析的工作仍然进展缓慢。因此研发具有潜在高通量特性的CRISPR/Cas9系统对于高通量解析植物基因功能具有重要的潜在意义。然而在植物中进行CRISPR/Cas9系统的高通量应用仍然存在筛选阳性再生苗周期长、工作量大,后期筛选非转基因突变体困难等问题。本研究创新性的提出了可视化CRISPR/Cas9系统的技术路线(在CRISPR/Cas9系统中添加能够促进花青素积累的生物砖结构)。使用可视化的ReCRISPR/Cas9系统进行的遗传转化能够在再分化30天内分化出浅紫色再生芽,从而有效提高了基因编辑筛选效率。(Horticulturesearch

 

 

植物响应季节性环境变化的分子机制

 

季节性变化是全球环境变化的主要因素,由于大多数生物在自然季节环境中进化,其分子系统会响应季节变化而变化。研究选择了与拟南芥密切相关的多年生植物Arabidopsis halleri subsp. Gemmifera 作为研究材料,并于20117月至20136月每周中午收集叶片样品进行测序分析,研究证明了植物如何使用多种类型的环境信息来适应季节性环境。(Nature Plants

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