生物技术前沿一周纵览(2019年11月24日)

2019-11-24 22:15 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示疫病菌Avr基因转录对寄主特异性抗性的影响
近日,科学家研究揭示了疫病菌Avr基因转录对寄主特异性抗性的影响。本研究利用CRISPR/Cas9技术对PsAvr3b自身启动子进行了原位替换,分别用Actin(组成型)、XEG1(早期诱导表达)和NLP1(晚期诱导表达)基因的启动子替换PsAvr3b自身启动子。结果显示在Actin的启动子的突变中由于PsAvr3b基因能够持续高表达,因此能被抗病基因Rps3b的识别,而在PsXEG1和PsNLP1的启动子突变中PsAvr3b基因在侵染中的转录模式发生了明显改变,进而逃避抗病基因Rps3b的识别。进一步的转录组测序和qRT-PCR验证表明,大豆中一些防卫基因转录未被激活甚至被抑制是导致XEG1和NLP1的启动子突变体逃避Rps3b识别的重要原因。该研究从基因表达层面揭示了疫病菌Avr基因转录对寄主特异性抗性的影响,丰富了“基因对基因”假说的内涵,提示病原菌可通过基因转录层面的变异逃逸寄主抗性,同时本研究利用基因编辑技术改变病菌效应子表达,也挖掘到一批先前未鉴定到的植物早期抗病相关基因,为今后设计大豆、马铃薯等农作物的疫病抗性提供了线索。(Journal of Integrative Plant Biology

揭示根毛起始和伸长的调控新机制
植物的根毛扩大了根部与土壤接触的表面积,促进了植物对养分和水分的吸收,介导了植物与土壤微生物的相互作用,在植物的生长发育和信号转导中发挥重要作用。近日,科学家首次揭示了拟南芥C2H2型锌指蛋白基因AtZP1在根毛命运决定开关GL2的下游通过直接负向调控bHLH型基因RHD6, RSL4和RSL2决定根毛的起始和伸长。科学家在筛选鉴定控制泌盐盐生植物叶片独特表皮结构(盐腺)发育基因过程中,发现了一个C2H2型锌指蛋白AtZP1,该蛋白含有典型转录抑制结构域EAR-基序(DLELRL),荧光素酶(LCU)活性实验显示其具有转录抑制活性。C2H2型锌指蛋白家族基因系统进化树显示AtZP1和控制拟南芥表皮毛和根毛发育正向调控作用的GIS家族锌指蛋白在两个不同的分支上。AtZP1过量表达株系的主根没有根毛产生,突变体根毛密度和长度显著增加,基因回补株系能够回补突变体的表型,不同基因型H细胞和N细胞的分布发现AtZP1负向调控根毛的起始和伸长。RNA-Seq分析没有根毛产生的过量表达株系,发现只有根毛起始和伸长的关键bHLH型转录因子显著下调,而根毛命运决定基因没有显著变化。该研究首次揭示了拟南芥C2H2型锌指蛋白基因AtZP1在根毛命运决定开关GL2的下游通过直接负向调控bHLH型基因RHD6, RSL4和RSL2决定根毛的起始和伸长。(The Plant Cell

我国现代稻作既增产又减排
水稻是我国最重要的口粮作物,稻田是温室气体甲烷的最大排放源。在全球气候变化谈判及国际论坛中,我国水稻生产的甲烷排放问题一直在争议中备受关注。近日,中国农业科学院作物科学研究所作物耕作与生态创新团队,证明了近50年来我国水稻品种改良与稻作技术创新在促进粮食增产的同时,也为碳减排做出了重大贡献,纠正了世界对我国现代稻作高产高碳排放的错误认识。研究团队通过多年的大样本品种比较、田间定位监测、区域调研和历史数据挖掘,综合评价了近50年来我国品种更新、栽培创新和稻作制调整等对水稻产量和稻田温室气体排放的影响。研究发现,通过稻作北移、高产品种和控水增氧耕作等创新,在实现水稻单产提高130%情况下,稻田温室气体排放下降约70%,其中甲烷减排尤为显著。该成果不仅在国际上给我国水稻产业正名,而且为全球高产低碳稻作创新指明了方向,可为世界作物生产应对气候变化提供理论参考和技术借鉴。(Environmental Research Letters

发现一个新的盐胁迫应答基因,解析NAD调控盐胁迫应答机制
近日,科学家揭示了细胞内众多脱氢酶的辅酶NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)在植物盐胁迫应答中的作用机制。通过早期EMS化学诱变试验,该实验室筛选和分离到一个对盐胁迫超敏感的拟南芥突变体植株hss(hypersensitive to salt stress)。利用Mutmap技术鉴定到,hss的单碱基突变位于NAD早期生物合成中喹啉酸合成酶(QS)高度保守的NadA的结构域中。研究进一步揭示了hss突变体中NAD合成不足会显著抑制胁迫诱导并依赖于该辅酶的ABA和脯氨酸的生物合成,而ABA的合成不足会降低胁迫诱导且依赖ABA的抗逆基因的表达,脯氨酸不足会使细胞对渗透压敏感,并诱导ROS的大量积累。有趣的是,外源添加ABA和脯氨酸只能部分恢复不能完全互补hss突变体对盐胁迫的超敏感性,说明NAD影响的其他途径也参与了盐胁迫的应答。该研究不仅克隆和发现了一个新的盐胁迫应答基因,而且揭示了NAD调节盐胁迫应答的部分作用机制。(The Plant Journal

揭示人工选择对黄瓜重要商品性状改良的重要影响
黄瓜 (Cucumis sativus L.) 是重要的蔬菜作物。在长期的人工选择及驯化过程中,目前世界各地的黄瓜主栽品种已经在果实品质、性别形成以及环境适应性等方面发生了明显变化。然而,有关黄瓜诸多性状在遗传基础上究竟发生了哪些变化尚不清晰。近日,科学家初步揭示了人工选择对黄瓜重要商品性状改良所产生的重要影响。该课题组利用自主创制的56份商品性状具有典型代表性的种质材料进行重测序表明,这些种质材料在基因组层面可划分为两大类型(Group 1和 Group 2)。这两大类型的种质材料分别形成了各自独特的遗传结构。通过选择信号分析发现,Group 1和 Group 2分别具有各自特有的选择信号区间,这些区间不仅包含了某些已知重要性状的QTL或基因(例如果实苦味基因、抗病基因、开花基因及果实长度基因等),同时还鉴定出一些未见报道的基因位点,为黄瓜商品品质遗传改良提供了理论支撑。(Horticulture Research

科学家在耐低氮优异基因自然变异及其调控网络研究中取得新进展

氮素是最重要的大量营养元素之一,也是植物生长发育重要的限制因子。近日,南京农业大学万建民院士团队在耐低氮优异基因自然变异及其调控网络研究中取得了最新进展。该研究通过基于三年大田试验的基因组关联分析,结合过表达和基因敲除等功能验证,克隆了双亲和硝酸根转运子OsNPF6.1,发现OsNPF6.1的优异单倍型增强氮素吸收和提高NUE,进而提高水稻在低氮下的产量。电生理和调控机制研究阐明了OsNPF6.1的优异自然变异及其增强NUE的分子机制。同时,该研究还鉴定了一个新的调控水稻氮高效的转录因子OsNAC42,该转录因子结合OsNPF6.1启动子上的CACG元件,并导致激活OsNPF6.1的表达差异。后续的基因功能和调控网络的解析正在深入展开,对破译植物耐低氮性状的遗传基础研究具有重要的科学意义。(Nature Communications

科学家通过小垫柳全基因组分析为横断山高山植物多样性起源提供证据
断山(中国西南山地)是全球生物多样性热点地区之一,具有丰富的生物多样性,尤其是高山植物多样性极为显著。关于横断山生物多样性成因,传统的假说之一是横断山的快速隆升造成复杂的地形地貌、多样的生境和剧烈的气候波动等因素的作用导致物种种群的隔离和分化,进而促进物种形成。近期科学家研究表明小垫柳具有显著的种群分化,尽管其具有长距离传播的能力,但种群间的基因流微弱。小垫柳自晚中新世以来的群体波动与剧烈的气候波动耦合。天空岛效应、多样而异质的生境和气候波动可能是驱动小垫柳种内群体分化的重要因素。小垫柳的扩张基因家族和快速演化基因家族显著的富集到DNA修复和花青素合成等通路,这些通路可能与高海拔地区强烈的紫外辐射导致的DNA损伤的修复相关。小垫柳的15号染色体与其它柳属相比具有大量的大片段重组事件,说明柳属的性别决定区域的演化是动态的,具有物种特异性,其性染色体的演化尚未完成。自然选择在小垫柳高、低海拔群体中的作用区域和强度都具有显著的差异,说明分布于横断山区海拔高差大、生境多样而异质的物种可能在自然选择的作用下发生种下的种群分化。(Nature Communications

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