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生物技术前沿一周纵览(2021年1月10日)

2021-01-11 14:43 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示可变剪接响应光强调控黄瓜下胚轴伸长的机制
黄瓜是重要的蔬菜作物,生产中在亚适宜温光条件下控制黄瓜幼苗下胚轴伸长是培育壮苗、高产稳产的关键。近日,研究人员揭示了可变剪接响应光强调控黄瓜下胚轴伸长的分子机制。研究人员从全基因组层面分析了强光和弱光下黄瓜幼苗转录本可变剪接的差异,发现赤霉素代谢关键酶Gibberellin 2-beta-dioxygenase8 (CsGA2ox8)具有两个转录本:CsGA2ox8.1和CsGA2ox8.2。与CsGA2ox8.1相比,CsGA2ox8.2的第二个内含子在转录过程中被保留了下来,该内含子含有的终止密码子TGA造成翻译提前终止,导致CsGA2ox8.2成为了“无功能”转录本。进一步研究发现,随着光照强度增加,CsGA2ox8.1表达量逐渐升高,CsGA2ox8.1的高表达显著降低了活性赤霉素的含量,可能导致幼苗没有足够的赤霉素维持正常生长。研究者还发现,水稻和拟南芥中的GA2ox8均存在与黄瓜相似的“无功能”转录本,从而推测植物中可能广泛存在这一响应强光的调控机制。(Horticulture Research

发现光周期介导的染色质开放程度变化具有组织细胞特异性

开花时间是植物从营养生长向生殖生长的重要转变,它与植物的环境适应性和农作物产量密切相关。近日,科学家研究揭示了光周期诱导成花转化过程中,染色质开放程度(chromatin accessibility)在叶片维管和表皮细胞中的特异性变化。研究团队首先构建了拟南芥维管和表皮细胞特异表达分选标记的遗传材料,利用INTACT(Isolation of nuclei tagged in specific cell types)细胞核分选技术分选富集了高纯度的维管和表皮细胞核,并结合ATAC-seq技术检测不同光周期条件下染色质开放程度变化。在随后的研究中,研究人员鉴定了一个新的开花调控基因TPS9,借助amiRNA技术发现TPS9在叶片维管组织中具有调控成花转化的功能。综上,该研究揭示了光周期介导的染色质开放程度变化具有显著的组织细胞特异性及维管组织在植物营养-生殖转化过程中的重要作用。(The Plant Cell

揭示水稻低氮适应性的遗传基础
施用氮肥可以显著提高作物产量,但会对整个生态系统带来多种不利的影响。近日,科学家研究揭示了水稻耐受土壤低氮适应性的机制。该研究主要发现OsLBD37/39-OsTCP19-DLT(DWARF AND LOW-TILLERING)通路是决定水稻N响应及分蘖的关键,还发现OsTCP19启动子区域29 bp的Indel是决定不同水稻品种在低N水平下对分蘖数起关键调控作用的自然变异。该研究表明DLT位于OsTCP19下游,受OsTCP19的直接转录抑制。进一步分析发现,携带OsTCP19-H水稻种质的起源地与土壤中总N含量呈显著负相关,N缺乏地区正是Aus型水稻的起源地,而在N富足的区域,则以OsTCP19-L型水稻品种为多。综上,分蘖数是影响水稻产量的三要素之一,且对N的响应相对敏感,是可以用于提高低N条件下作物产量的关键性状;而该研究发现的LBD37/39-TCP19-DLT途径除具有新颖的理论意义外,也可用于水稻等禾本科植物的遗传改良。其中已分离的N高效型OsTCP19自然变异是作物改良的优异资源。(Nature

发现一个油菜角果开裂调控基因

角果开裂对植物繁衍具有重要意义,它使成熟的果实释放出种子,为繁荣种族、提高植物的适应性提供有利条件。近日,科学家研究鉴定到一个油菜角果开裂调控基因。研究团队克隆了油菜中半纤维素酶基因(BnaA07g12390D,BnMAN7A07),并证明了其在油菜角果开裂过程中的功能。研究发现BnMAN7A07在营养和生殖器官中都有表达,并显著高表达于可以发生脱落或开裂的器官,比如叶,花和角果中。亚细胞定位实验表明BnMAN7A07定位在细胞壁或细胞间隙中,符合外泌蛋白的特性。通过原核表达系统分离纯化的BnMAN7A07蛋白的生物活性被证实可催化木聚糖分解为木糖。RNA干扰(RNAi)株系的表型分析表明,油菜中BnMAN7A07的下调表达可以显着增强角果的抗裂性。另外,BnMAN7A07-RNAi植株中上游角果发育调控因子的表达也发生了改变,表明角果开裂调控网络中可能存在反馈调控机制。该科研成果可以为培育利于机械化收获的抗裂角油菜的育种实践提供可用的基因资源。(Plant Cell Reports

发现甜菜碱通过促进光系统II修复循环提高植物的耐热性
高温胁迫严重影响作物生长和产量形成,而光合作用是对高温胁迫最为敏感的生理过程。近日,科学家将土壤球形节杆菌中合成甜菜碱的codA基因转入番茄植物中,围绕PSII修复循环,研究了高温胁迫下甜菜碱促进PSII修复循环的作用机理,揭示了甜菜碱提高转基因植物耐热性的分子机制。研究发现,codA转基因番茄体内能够合成和积累甜菜碱,同野生型番茄相比,转基因番茄耐热性显著提高。甜菜碱也能够促进和加快D1蛋白的从头合成,这种促进作用与甜菜碱上调psbA基因表达,以及减少活性氧(ROS)的积累,降低高温胁迫对D1蛋白翻译的抑制作用有关。进一步研究发现,甜菜碱能够稳定D1蛋白和类囊体PSII复合体的稳定性。总之,该研究阐明了甜菜碱在高温胁迫下对PSII修复循环的作用机制,为揭示甜菜碱能够提高植物对多种逆境胁迫的抗性和作为有效的保护物质提供了理论基础,同时为甜菜碱在提高作物抗逆性的应用提供了重要的实践指导价值。(Photosynthesis Research

揭示膜结合多聚核糖体在sRNA生物合成和功能发挥中的调控作用
植物small RNA(sRNA)是一类长度为21 nt ~ 24 nt的小片段RNA,在植物的生长、发育、生殖以及逆境响应等过程中发挥重要的调控作用。近日,科学家研究揭示了膜结合多聚核糖体(MBP)在sRNA生物合成和功能发挥中的重要调控作用。该研究以单子叶模式植物玉米和水稻为对象,通过对多聚核糖体(polysome)结合的sRNA和3' RNA切割片段进行高通量测序分析,发现miRNA及部分21/22-nt siRNA在膜结合多聚核糖体(MBP)的富集现象,表明MBP介导的富集作用是sRNA胞质内分配的一种保守机制。团队进一步研究揭示了MBP在miRNA-靶基因互作中的独立调控功能,在生殖组织MBP上鉴定到了miR2118对21PHAS(21-nt phasiRNA-generating)前体以及miR2275对24PHAS(24-nt phasiRNA-generating)前体的高频切割作用,进一步研究表明MBP在phasiRNA的生物合成和功能发挥中具有重要而广泛的调控作用。该研究为sRNA的作用机制提供了新的见解,并加深了人们对内质网(ER)生物学功能的理解。(Genome Biology

揭示幼苗顶端弯钩形成的调控新机制

顶端弯钩(apical hook)是双子叶种子黑暗条件下萌发后下胚轴顶端形成的弯曲结构。近日,研究人员揭示了生长素和HGs甲酯化修饰协同调控顶端弯钩形成的分子机制。该研究通过遗传、分子、生化和细胞生物学手段,探究顶端弯钩形成的内在机制。研究不仅证实了生长素的不对称分布对于顶端弯钩的形成至关重要,还发现HGs甲酯化修饰水平也是不对称分布的,且调控顶端弯钩的形成。更重要的是,生长素水平和HGs甲酯化修饰水平正相关,且形成正反馈调控环——顶端弯钩内外两侧生长素的的不对称分布促进HGs甲酯化修饰的不对称分布;HGs甲酯化修饰的不对称分布通过影响生长素的极性运输,调控生长素的不对称分布。综上,该研究提出了一个模型:顶端弯钩内侧生长素浓度高,相应的HGs甲酯化修饰水平高,增强细胞壁坚硬度,从而抑制细胞伸长生长;顶端弯钩外侧生长素浓度低,相应的HGs甲酯化修饰水平低,细胞壁相对柔软,细胞伸长生长更快,从而形成顶端弯钩。(Current Biology

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