生物技术前沿一周纵览(2019年11月03日)

2019-11-03 14:14 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

光系统II捕光复合体被证明为非光化学猝灭主要位点
叶绿素分子吸收光后,会由基态变为第一重激发态,其中能量的一个去向是以热能的形式放出,回到基态。这个去向由热耗散引起的荧光淬灭,被称之为非光化学淬灭(non-photochemicalquenching, qN或NPQ)。近日,科学家证实了非光化学猝灭主要发生在光系统II捕光复合体LHCII,并且在光系统II中还存在其它的猝灭位点。研究人员利用amiRNA(artificial microRNA)沉默了Lhcb1和Lhcb2,从而敲除了体内的LHCII三聚体,这些植株被命名为NoLHCII。在NoLHCII植株中,未发现其它LHC的表达变化,也未发现新的替代三聚体的形成。因此,NoLHCII植株是验证LHCII对NPQ贡献的理想材料。该研究发现,NoLHCII突变体植株的NPQ下降了大约60%,而剩余的NPQ与缺乏叶绿素b(Chlb)的突变植株相似。这个结果表明,依赖于PsbS的NPQ主要发生在LHCII中,但在光系统II中还有一个额外的猝灭位点。因此,该研究为LHCII作为主要猝灭位点提供了直接的正据,解决了多年的学术争议。(Nature Plants

揭示MYB类转录因子调控八倍体草莓果实着色的机制
草莓果实颜色是果实的重要品质性状,同时它的颜色形成的分子机制为果实着色的调控、新种质的创制提供重要基础。近日,科学家研究揭示了MYB类转录因子调控八倍体栽培草莓果实颜色的机制。该研究以八倍体栽培草莓红色品种“甜查理”和白色品种“白雪公主”为试验材料,通过对草莓果实发育过程中关键时期转录组测序、相关基因表达分析,以及关键激素和色素成分测定等,获得草莓果实颜色形成中的主导调节基因MYB类转录因子。花青素合成的负调控转录因子FaMYB9和FaMYB11,可以形成MBW复合体,作用于酶基因FaLAR,调控黄醇类的一个分支原花青素。ABA作为草莓果实成熟的激素和信号分子,诱导FaMYB1和FaMYB10基因的转录和表达,形成MBW复合体,调控花青素合成路径多种酶基因,进一步调控花青素的生物合成与积累。以上研究首次阐明八倍体草莓果实颜色的分子调控机制,该研究成果为草莓果实颜色育种、新种质的创制提供理论依据,对其它果树相关研究也具有重要科学参考价值。同时也为园艺作物花色育种提供重要的借鉴。(Plant Biotechnology Journal

转录调控网络控制触摸响应基因表达和茉莉素水平
植物不断地受到环境机械刺激,如刮风,下雨,动植物触摸。这些机械刺激影响植物的生长发育,比如开花时间、病原体防御和植物结构。近日,科学家通过喷水模拟降雨机械刺激,揭示了MYC2/MYC3/ MYC 4依赖的转录调控网络直接控制喷水诱导的触摸响应基因表达和茉莉酸素水平。为了研究MYC2对上述TF基因的调控机制,研究人员构建了在myc2突变体背景下表达自身启动子驱动FLAG标记MYC2 的转基因植株(myc2 pMYC2:MYC2- FLAG),在不同时间进行喷水处理并分析喷水响应基因的动态转录图谱。通过ChIP-seq和荧光素酶报告基因系统分析发现,MYC2直接结合并激活超过1300个基因启动子。本研究提供了一个高分辨率拟南芥喷水诱导触摸响应的转录组、激素组和蛋白质组图谱。对拟南芥喷水诱导触摸响应进行了深入的多组学分析,发现了一个MYC2/MYC3/MYC4依赖的转录调控网络控制喷水诱导的触摸响应基因表达和茉莉酸素水平。然而值得注意的是,这个MYC2/MYC3/MYC4依赖的转录调控网络似乎并不影响一些经典触摸marker基因,如TCH3和TCH4,这说明存在更多的触摸信号通路有待发现。(PNAS

揭示新的水稻环境敏感型不育分子机制
两系杂交水稻使用可育条件下的环境敏感型不育系作为保持系和不育条件下的环境敏感型不育系作为不育系,几乎所有的正常水稻都可以作为恢复系,最大限度的利用了杂种优势。近日,科学家研究揭示了水稻HMS1与HMS1I基因互作调控特长链脂肪酸的合成和花粉壁含油层的形成,进而控制湿度敏感雄性不育的分子机制,为两系杂交水稻育种提供了更多的选择。该研究鉴定了一个湿度敏感不育突变体hms1,通过图位克隆和功能互补表明HMS1编码一个β-酮脂酰辅酶A合酶 (β-ketoacyl-CoA synthase, KCS)。该酶需要与HMS1I互作才能催化C26和C28等特长链脂肪酸的合成,而这些特长链脂肪酸的缺少影响花粉壁中含油层的形成,花粉壁的缺陷导致花粉保水能力降低,在低湿条件下,以极快的速度皱缩,失去活性。低湿条件下,花粉壁的缺陷也影响了花粉在柱头上的附着、水合和萌发,导致湿敏不育突变体不能正常结实。而在高湿条件下,湿敏不育突变体的花粉在柱头上的附着、水合和萌发能力部分恢复,导致结实正常。该研究进一步发现,粳稻和籼稻水稻品种中HMS1的突变均会导致湿度敏感型雄性不育。该研究揭示了一种新的特长链脂肪酸介导的湿度敏感不育分子机理,在杂交育种中具有潜在的价值。(New Phytologist

科学家发现一种新的十字花科植物花粉管吸引信号
开花植物的精细胞中没有鞭毛,不能自主运动,需要通过极性生长的花粉管将精细胞运输到胚囊。近日,科学家研究发现了拟南芥及其近缘物种中一种新的花粉管吸引信号,这种信号参与植物的高效受精,以及物种间的生殖隔离。该发现对于人们理解花粉管吸引信号的性质,物种专一性以及生殖隔离具有重要价值。前期研究表明,拟南芥中央细胞表达的转录因子CCG在胚珠吸引花粉管生长中起到了关键作用。CCG通过非细胞自主的方式调控助细胞基因的表达,其中有三个助细胞表达的未知功能的分泌型小肽。随后,研究人员将这三个小肽命名为AtTICKET。AtTICKET亚家族包括AtTICKET1, AtTICKET2和AtTICKET3三个成员。最新研究发现,AtTICKET2和AtTICKET3可以吸引拟南芥花粉管,但AtTICKET2不能吸引近缘种A. lyrata和C. rubella的花粉管。AtTICKET三个基因的缺失会导致胚珠吸引花粉管的效率降低。AtTICKET在A. lyrata和C. rubella中的直系同源基因,分别是AlTICKET和CrTICKET。AlTICKET和CrTICKET只能吸引同种花粉管,而不能吸引拟南芥的花粉管。并发现,该基因在进化中受到正向的自然选择。这些发现表明,TICKET是一个十字花科植物中有物种特异性的花粉管吸引信号。(Science China Life Science

揭示西瓜果实品质性状进化分子机制
近日,科学家研究完成了新一代西瓜基因组精细图谱绘制和驯化历史解析,首次系统揭示了西瓜果实品质性状进化的分子机制。该研究采用单分子测序、光学图谱与Hi-C三维基因组联合分析策略,完成了全新一代西瓜基因组高质量精细图谱绘制,基因组组装大小365 Mb,N50提高到21.9Mb,包括138个scaffold,其中仅31个scaffold就构成了11条人工染色体,覆盖了西瓜基因组组装大小的99.3%,是迄今为止最高质量的西瓜基因组序列图谱。通过进化和驯化分析,系统解析了野生西瓜到栽培西瓜的基因组驯化历史,鉴定获得了果实大小、果肉含糖量、苦味、瓤色、质地、风味等重要品质性状的选择区域及候选基因,并对参与光合产物卸载的α-半乳糖苷酶基因ClAGA2等重要基因进行了功能验证。研究发现,西瓜各个进化阶段受选择的基因具有明显差异。与西瓜物种自然分化阶段相比,品质驯化改良阶段受选择基因数量显著增加。该研究还发现了人类利用野生西瓜种质进行抗性改良的基因组渗入痕迹,揭示了人类及动物活动在西瓜品质形成进化中的重要作用,为西瓜功能基因深入研究及优异基因资源的利用提供了重要数据支撑和理论基础,具有重要实践意义和科学价值。(Nature Genetics

揭示青稞适应高原高水平UV-B的机制

青稞的基因组相对较大,但是青稞基因组信息的发表、青稞遗传资源材料的获取、青稞大麦进化路径的深入研究使得青稞更适宜作为阐述作物逆境适应性,尤其是UV-B新型紫外响应机制研究的理想材料。近日,科学家研究揭示了青稞适应高原中高水平的UV-B的代谢及基因基础,为青稞品种改良及其它作物生物和非生物胁迫分子遗传机制的研究提供参考。该研究利用196份青稞和大麦的种子、叶片为研究材料,构建了青稞和大麦中27类512个已知代谢物和1419个未知代谢物的数据库。基于代谢组全基因组关联分析(mGWAS),发现了苯丙烷代谢通路代谢物GWAS的一些定位位点受到富集和选择,且在青稞中呈现出高含量代谢型,这些结果表明青稞选择了整个苯丙烷代谢通路来进行紫外和低温胁迫的适应。该研究进一步解析了整个苯丙烷代谢途径的遗传和生物化学机制的过程中,鉴定了25个新的基因,并通过体外酶活等方法验证了3类苯丙烷通路合成及调控相关的蛋白,包括黄酮阿拉伯糖碳糖苷合成的糖基转移酶、苯环酚胺羟基肉桂酰基转移酶和酚胺调控相关的MYB转录因子,这些蛋白对于青稞紫外逆境适应性过程中共选择整个苯丙烷代谢途径有着重要的作用。(Molecular Plant
 

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