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1月植物领域进展:水稻泛基因组图谱;猕猴桃基因组编辑系统;...

已有 2900 次阅读 2018-1-16 11:10 |个人分类:水稻研究|系统分类:科研笔记| 基因编辑;pan基因组

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1中国科学家在水稻基因组复杂变异研究中取得重要进展

1月16日,上海师范大学黄学辉教授团队、中科院植物生理生态研究所韩斌院士团队和中国水稻所魏兴华研究员团队合作在Nature Genetics上以长文形式在线发表了题为“Pan-genome analysis highlights the extent of genomic variation in cultivated and wild rice”的研究论文。该研究构建了水稻泛基因组图谱,鉴定出水稻基因组中的各类遗传变异,发现很多功能基因存在有多种等位基因类型。此外,该研究还系统鉴定到栽培稻和普通野生稻中几乎饱和的编码基因集及其在不同品种中的“存在-缺失”变异。



   为此,研究团队选取了66个来自不同水稻类群的栽培稻品种和野生稻株系,对它们进行深度测序、从头序列组装和基因注释分析,获得了水稻各类群材料的精细基因组图谱,鉴定出了水稻基因组中各类复杂的遗传变异,发现很多功能基因存在有多种等位基因类型。此外,该研究系统鉴定到栽培稻和普通野生稻中几乎饱和的编码基因集及其在不同品种中的“存在-缺失”变异;其中新鉴定的很多编码基因存在有转录产物和蛋白质功能结构域,暗示可能存在一定的生物学功能。该研究成果将有助于精确发掘复杂农艺性状的关键变异位点,有力推动水稻的功能基因组学研究;此外,该研究将有助于育种家充分利用各类群水稻中丰富的遗传变异,为进一步提升我国水稻的产量潜力、抗逆特点等提供了重要的基础信息。

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2华南植物园构建一种高效的猕猴桃基因组编辑系统

 2018年1月13日Plant Biotechnology Journal在线发表了中国科学院华南植物园黄宏文研究员刘义飞副研究员为通讯作者的题为“Optimized paired-sgRNA/Cas9 cloning and expression cassette triggers high-efficiency multiplex genome editing in kiwifruit”的研究论文。

   猕猴桃是一种重要的水果作物。然而,在猕猴桃功能基因组和遗传改良方面的可选策略则较为有限。CRISPR-Cas基因编辑系统已成功应用于多种作物的遗传改良,但其编辑能力依赖于合成的向导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白表达装置的不同组合。因此,需在特定物种中优化其使用条件,以实现高效的基因组编辑。在该研究中,作者开发了一种新的克隆策略,以产生包含四个靶向猕猴桃八氢番茄红素脱氢酶基因(AcPDS)的sgRNA成对sgRNA/Cas9载体。与先前的成对sgRNA克隆方法相比,该策略仅需要合成两种含gRNA的引物,从而大幅降低了成本。研究人员进一步比较了包含不同sgRNA表达装置的成对sgRNA/Cas9载体的效率,包括多顺反子tRNA-sgRNA体系(PTG)和传统CRISPR表达体系。作者发现,PTG/Cas9系统的诱变频率比CRISPR/Cas9系统高10倍,与两种不同表达体系中sgRNA的相对表达一致。具体而言,该研究鉴定了由PTG/Cas9系统的成对sgRNA诱导的染色体大片段缺失。最后,作者发现两种系统均能成功地诱导由G418抗性愈伤组织再生的猕猴桃幼苗白化表型。


以上结果表明,在猕猴桃基因组编辑方面,PTG/Cas9系统比传统的CRISPR/Cas9系统更为强大,为其它植物CRISPR/Cas9编辑系统的优化提供了有价值的线索



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3德国科学家揭示油菜素内酯调控植物热形态建成的分子机制


2018年1月11日Current Biology在线发表了德国Martin Luther University Halle-WittenbergLeibniz Institute of Plant Biochemistry Marcel Quint为通讯作者的题为“Brassinosteroids Dominate Hormonal Regulation of Plant Thermomorphogenesis via BZR1”的研究论文。


   热形态建成(thermomorphogenesis)为植物适应环境温度升高所产生的一系列形态变化。迄今为止,温度诱导信号转导的分子机制仍不甚清楚。光信号转导中的光受体可感知环境温度的变化,如抑制温度信号的中心整合因子PIF4的蛋白活性。此外,PIF4转录物的积累受到evening complex成员EARLY FLOWERING 3的严格调控。PIF4可通过诱导生长素生物合成和信号转导以直接激活生长促进基因的表达,从而促进细胞伸长。基于温度诱导的下胚轴伸长有缺陷的拟南芥突变体筛选,研究人员发现PIF4和生长素均依赖于油菜素内酯而发挥作用。

   遗传和生化分析表明,油菜素内酯在PIF4和生长素的下游起作用。作者发现转录因子BRASSINAZOLE RESISTANT 1(BZR1)介导油菜素内酯的信号转导,高温条件下BZR1在细胞核中积累,从而诱导生长促进基因的表达。此外,研究人员发现,高温下BZR1可与PIF4的启动子结合,从而诱导PIF4的表达。


以上结果表明,BZR1形成一个放大的前馈回路以参与PIF4的激活。已有研究报道了许多PIF4负调控因子,而本研究发现BZR1为温度依赖的PIF4正调控因子,在植物生长发育中起着协调作用


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