生物技术前沿一周纵览(2019年4月15日)

2019-04-15 13:14 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2019年4月15日)

水稻广谱抗稻瘟病研究获进展

 

水稻病害严重影响水稻产量与品质,其中最让农民头疼的病是真菌引起的稻瘟病,又称“稻热病”、“火烧瘟”等,被列为作物十大真菌病害之首,能像瘟疫一样到处传播,是一个世界性的病害,可引起大幅度减产,严重时减产40%50%,甚至颗粒无收。研究人员2002开始,广泛筛选抗瘟种质,从起源于我国农家品种的育种材料中鉴定了一个广谱持久抗瘟性新位点Pigm。他们发现,Pigm是一个包含多个抗病基因的基因簇,编码2个功能相反的免疫受体蛋白,两者受到表观遗传的调控,既保证了水稻对稻瘟病菌的广谱抗性,又克服了高抗与高产之间的矛盾。研究人员在发掘与解析Pigm调控抗病性与产量平衡机制的基础上,继续破解为什么Pigm能控制广谱抗病的科学问题。他们最近的研究发现植物中存在一类新的转录因子家族,被他们命名为RRM,这类RRM因子可以与抗病受体PigmR等互作,进入细胞核激活下游的防卫基因,从而使水稻产生广谱抗病性。研究同时发现,如果让RRM蛋白强制性进入细胞核,即使水稻没有广谱抗病基因,也可以产生广谱抗病性,这样利用RRM基因就有可能改良不同作物的抗病性。Science

 

 

研究揭示玉米胚乳早期发育新机制

 

胚乳早期发育是籽粒发育的一个重要阶段,伴随着快速而活跃的细胞分裂过程,短时间内形成大量的胚乳细胞,是决定玉米籽粒大小和产量的关键因素。研究人员通过大规模EMS诱变,筛选到一个影响籽粒发育的突变体,与以往报道不同的是,其纯合突变体果穗上的籽粒不仅都变小,而且变小的程度不一致,表现出大小变异的籽粒,他们将这个突变体命名为varied kernel size 1vks1)。该研究发现Vks1在籽粒发育过程中的早期(授粉后23天)特异高表达,而早期正是细胞快速增殖的活跃阶段,他们进一步通过免疫荧光方法观察到马达驱动蛋白VKS1与有丝分裂过程中的微管共定位在一起,而突变体由于缺少VKS1蛋白导致微管系统紊乱。一方面,在胚乳发育的起始合胞体阶段游离核不能形成正常的核质域,表现出紧贴着胚囊壁和聚集在一起不分散,这种状态将严重影响合胞体阶段游离核的迁移。另一方面,在旺盛的细胞增殖有丝分裂过程中,突变体胚乳大量出现有丝分裂微管形态异常细胞,纺锤体两极不聚拢,成膜体异常、细胞板形成缺陷以及部分染色体等不能均等地分离到两个子细胞,形成大小核和多核细胞等不正常的胚乳细胞类型。由于早期细胞分裂是一个快速而动态的过程,而每粒种子在这两个快速连续的过程中受到的影响程度不同,缺失VKS1后,重者则籽粒大部分早期胚乳细胞都是异常的,而轻者则只有少数细胞异常,早期胚乳不同细胞数目的异常导致细胞数目减少的程度不同,最终形成变异的籽粒大小。The Plant Cell

 

  

gl6基因调控玉米表皮蜡质

 

大多数陆生植物的表面都覆盖着一层表皮蜡质。研究人员发现了一个玉米突变体glossy6gl6),该突变体具有典型的表皮蜡质累积减少的表型,且该表型缺陷导致玉米苗期对干旱敏感。研究人员定位并克隆了gl6 基因,发现gl6基因编码一个未知功能结构域蛋白。进一步的研究结果显示,此蛋白可能参与了玉米表皮蜡质的细胞内转运。该研究为解析玉米及其它植物表皮蜡质的细胞内转运机制提供了新的思路。Journal of Experimental Botany 

 

 

研究揭示蔗糖转运蛋白影响黄瓜雄性不育的机制

 

雄性不育是一种重要的农艺性状,广泛应用于作物杂交育种。黄瓜(Cucumis sativus)蔗糖转运蛋白CsSUT1是一种定位于质膜的高亲和力蔗糖/H+同向转运蛋白。该研究发现,CsSUT1在雄花中表达,编码的蛋白主要位于绒毡层、花粉以及萼片、花瓣、花丝和花梗韧皮部的伴胞(companion cell)。与野生型相比,CsSUT1-RNAi株系的雄花在发育后期蔗糖,己糖和淀粉含量降低,并与雄性不育呈高度相关性。转录组分析显示,在CsSUT1-RNAi株系中,与糖代谢,转运,信号传导,以及生长素信号传导相关的许多基因被下调,而大多数MYB转录因子基因在这些CsSUT1-RNAi株系中上调。研究结果表明,RNAi介导的CsSUT1表达下调可以诱导雄性不育,这一过程主要通过影响碳水化合物的转运,糖和激素信号传导的改变,以及特定MYB转录因子的上调实现的。研究结果为诱导农作物的雄性不育提供了一种新的方法。Plant Physiology

 

 

研究发现玉米种子棉子糖生物合成调控新通路

 

棉子糖在植物抗逆和种子抗老化过程中发挥重要作用。玉米肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol Synthase, GOLS)和棉子糖合成酶(Raffinose Synthase, RAFS)是棉子糖合成的关键酶。该团队在前期研究中发现了一个玉米早萌突变体 (viviparous 1, vp1),其种胚中棉子糖含量显著降低。之后,研究人员综合运用生物信息学,生物化学与分子生物学技术,发现了转录因子ZmVPIZmABI5互作,共同调控控制棉子糖合成的肌醇半乳糖苷合成酶基因的表达,从而控制棉子糖的合成。这一研究结果为调控玉米种子活力,改善玉米营养成分提供了新的通路。Journal of Agricultural and Food Chemistry

 

 

研究揭示植物叶片衰老启动的分子机制

 

高等植物的叶片是特化了光合器官,发育成熟后行驶光合功能;到了功能期后期,在内外因子的作用下叶片逐步黄化启动衰老。研究发现一种H3K27me3去甲基化酶, RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 (REF6), 通过自身锌指结构域直接结合到主要衰老调控基因(EIN2ORE1NAPAtNAC3NTL9)和功能基因 (NYE1/2LOX1PAD4PPDK) 上,促进它们的表达;这些基因涉及主要植物激素的信号转导、生物合成,以及叶绿素降解等。关键的机制是随着叶龄的增加,REF6能够实质性地促进上述基因启动子和/或编码区的 H3K27me3 去甲基化。研究结果表明,H3K27me3甲基化是一种阻止关键SAGs过早转录表达的表观遗传机制解释了衰老研究领域长期困扰的一个问题,即衰老启动的“叶龄依赖”现象。PLoS Genetics 

 

 

研究揭示黄瓜果长调控新机制

 

黄瓜是重要的蔬菜作物之一,其果实具有较高的食用价值和经济价值。研究人员150份不同果长的黄瓜材料进行序列分析,发现了单个氨基酸位点发生变化的2CsFUL1等位基因,分别命名为CsFUL1ACsFUL1C。其中,CsFUL1A特异性地存在于东亚型长果黄瓜中,而CsFUL1C则存在于野生、半野生型、以及其他栽培黄瓜中。利用黄瓜稳定遗传转化体系发现,干扰表达CsFUL1A导致果实变长,过量表达CsFUL1A导致果实变短,而CsFUL1C的表达变化不影响果实长短。因此,在东亚型黄瓜选育中,CsFUL1A是一个获得性等位基因,抑制黄瓜果实伸长。为了进一步揭示CsFUL1A参与黄瓜果实发育的分子机制,研究人员利用分子生物学及生物化学等试验方法发现,发现CsFUL1A直接抑制CsSUP基因的表达进而调控细胞分裂和扩张;同时,CsFUL1A直接抑制两个生长素运输基因CsPIN1CsPIN7的表达进而减少生长素积累。The Plant Cell 

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