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  • 摘要:

    经过近20年不懈努力,中国农业科学院作物科学研究所贾继增研究员与孔秀英研究员带领科研人员成功克隆小麦太谷核不育基因Ms2。该基因的克隆将大大促进作物轮回选择育种的应用范围,提高育种效率与育种水平。该项成果于4月24日召开的国际小麦遗传大会上首次公开报道。研究论文已于近期发表于国际知名学术期刊《自然-通讯(Nature Communications)》。

    太谷核不育小麦是我国科技人员高忠丽于1972年在山西太谷发现的一个显性核不育小麦材料,是由单显性核基因控制的自然突变体,其特点是雄性败育稳定彻底,不受环境条件影响,异交结实率高,是进行小麦轮回选择的理想材料。中国农业科学院作物科学研究所自上世纪就开始了对太谷核不育材料的研究,且硕果频出。作科所刘秉华研究员通过杂交构建了矮秆基因和太谷核不育基因紧密连锁的矮败小麦,该材料的利用大大提高了小麦育种效率。

    太谷核不育基因Ms2的克隆存在3个巨大的挑战:一是Ms2所在的4D染色体是小麦21条染色体中多态性最低的一条染色体;二是矮败小麦中Ms2基因所在区段重组率非常低;三是2012年之前无小麦参考基因组序列发表。矮败小麦是一个理想的轮回选择育种材料,但该材料不适合用于Ms2基因的图位克隆。研究团队最初选择了用矮败小麦构建图位克隆的群体,本想“一箭双雕”。然而当染色体步移到一定程度时,发现再也无法继续前进。进一步研究才发现,这是由于矮秆基因所在基因组片段是一个1Mb 以上的串联重复,导致该区段的重组被严重抑制(New Phytologist,2012)。为了增加4DS染色体的多态性及提高太谷不育基因区段的重组率,研究人员又用正常株高的太谷核不育材料与多样性高的人工合成小麦Am3杂交,重新配制分离群体,解决了重组问题与多样性低的问题。为了解决参照基因组的问题,他们绘制了小麦D基因组的框架图(Nature, 2013),使得小麦太谷核不育基因克隆的速度得以大幅度提升,最终成功地克隆了Ms2基因。

    研究发现,该基因没有保守的功能结构域,是仅存在于小麦族物种中的“孤儿”基因;Ms2的产生经历了一个比较复杂的进化过程;一个新的非自主型的TRIM反转录转座子插入到Ms2基因的启动子区,激活了该基因并使其在花药中特异表达,导致不育表型的产生;Ms2-TRIM插入只影响基因的表达,这与该团队以前在矮秆基因Rht3中鉴定的CAAS-TRIM插入引起基因结构改变不同(Plant Physiology, 2011),表明TRIM插入到基因附近增加了基因新功能和表型的可塑性;D基因组的Ms2-TRIM可能来自B基因组的5BL;该研究结果表明小麦多倍体化和富含转座子的特点为产生新的表型提供了丰富的遗传变异基础。

    该研究得到了国家重点研发计划、转基因生物新品种培育重大专项、国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家863计划和中国农业科学院科技创新工程等项目资助。中国农科院作科所为第一完成单位,作科所夏川、张立超、邹枨为共同第一作者,孔秀英和贾继增为共同通讯作者。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:235
  • 摘要:

    近日,中国农业科学院棉花研究所棉花抗逆鉴定课题组创建了一种简单高效的耐盐相关内源基因编辑突变体筛选方法,应用CRISPR/Cas9系统精确有效地编辑棉花的两个耐盐相关的内源基因,为棉花的基因功能研究和分子育种提供了新思路。相关论文在线发表于《科学通报(Scientific Reports)》上。

    CRISPR/Cas9来自微生物的免疫系统,其利用一种Cas9酶,把一段作为引导工具的小RNA识别靶标DNA位点,就能在此处对DNA进行切断或做其他改变。以往研究表明,CRISPR/Cas9系统可以在多种植物中对靶标基因进行高效编辑。作为异源四倍体棉花的陆地棉基因组大而复杂,获得目标基因突变体的难度非常大,耐盐性的研究是世界性难题,而CRISPR/Cas9系统为获得棉花耐盐突变体提供了非常好的思路。

    科研人员研究发现,对选取的棉花两个与耐盐相关的内源基因GhCLA1和GhVP, CRISPR/Cas9在棉花的原生质体中表达后,两个基因靶标位点的突变大部分是碱基的替换,而在转基因棉花植株中,该系统造成的靶标位点突变大部分是碱基的缺失。研究还发现,CRISPR/Cas9系统在棉花细胞中具有目标特异性,即只瞄准那些为它们设定的目标基因。基于棉花基因组大而复杂的特点,该研究表明利用CRISPR/Cas9系统成功创建了一种对棉花内源基因编辑和筛选突变体的有效方法,而且高效率和特异性和特点。

    该研究得到国家十三五重大专项经费资助。棉花所陈修贵为该论文的第一作者,叶武威研究员为通讯作者。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:353
  • 3   2017-04-28 研究发现表观遗传新机制 (编译服务:基因克隆与转基因技术)     
    摘要:

    人类遗传学研究所 (蒙彼利埃大学 / 法国国家科学研究院)Giacomo Cavalli团队与法国国家农业研究所(INRA)合作研究证实了果蝇隔代表观遗传的存在。通过临时修改PcG家族蛋白的功能 — — 这类蛋白在果蝇发展中发挥重要作用 — — 研究人员获得了果蝇 DNA 序列相同但眼睛颜色不同的结果。表观遗传的一个例子,这种颜色多样性反映了不同程度的遗传,但是PCG蛋白可逆且通过基因得到抑制。这种现象在转基因和野生系的果蝇中都能观察到,而且可随着环境温度等条件发生变化。科学家们的这项研究于2017年4月24日发表于自然遗传学(Nature Genetics)杂志上。

    来源机构: 法国国家农业研究所(INRA) | 点击量:114
  • 摘要:

    在4月11日,《自然•遗传学》(Nature Genetics)刊物在线发表了华农邓秀新院士领衔的柑橘团队在无性生殖领域取得的研究进展(Genomic analyses of primitive, wild and cultivated citrus provide insights into asexual reproduction)。这项工作以柑橘原始种、野生种和栽培种的基因组为基础,采用比较基因组、遗传学和转录组等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基础,锁定了关键基因CitRWP。

    华中农大徐强教授为该论文通讯作者,博士生王霞、徐远涛、张斯淇及西南大学曹立副研究员为论文并列第一作者。华农信息学院马彬广、陈玲玲,生命科学技术学院陈春丽等多位老师及研究小组参与完成了该项目。该研究受到国家自然科学基金,中央高校基本科研业务费专项基金和973计划等项目的资助。

    该研究完成了四个柑橘代表种的基因组,利用单分子测序技术(PacBio)构建了迄今为止最为完整的柑橘基因组,其中Contig N50为2.2 Mb,是已经报道的柑橘基因组的18倍以上。基因组比较分析发现柑橘品种特有的基因组区段大部分为重复序列及未知功能的基因,大约有1/5的基因已知功能并富集在抗性、蛋白水解及果胶裂解等生物学途径。本研究进一步对本室搜集的100份代表原始、野生和栽培柑橘进行深度测序并群体比较,分析表明原始柑橘的遗传多样性最高,栽培柑橘中的生殖和能量代谢相关的基因受到了选择。

    该篇论文也是华农柑橘团队基因组研究的又一成果。2013年,该团队在《自然•遗传学》(Xu et al, 2013, Nature Genetis, 45:59-66)发表了柑橘(芸香科)第一例基因组,并解析了甜橙果实富含维生素C的分子基础。经过4年的努力,柑橘团队自主完成了5例基因组,从上游到下游建立起一套适合于多年生果树作物开展正向遗传学研究的方法,并在果实品质和无性生殖研究取得新进展。

    来源机构: 中国生物技术信息网 | 点击量:283
  • 5   2017-03-22 转基因技术的环保角色 (编译服务:基因克隆与转基因技术)     
    摘要:

    每年的3月21日为“世界森林日”。根据联合国粮农组织“2015 年全球森林资源评估”结果:全球森林面积从1990年约41.28 亿公顷,缩减为2015 年的39.99 亿公顷 ,森林面积减少了约1.29亿公顷。人类对森林的毁坏,使生态环境日趋恶化,灾难频繁。

    世界森林日每年只有一天,但是保护森林多样性刻不容缓,我们应该如何去做?无非从两个方面下手:减少乱砍乱伐、植树造林。

    但是,如果大量土地被用来植树造林,会不会威胁到我们的粮食安全呢?

    资源是有限的,但是科技是无穷大的,这就需要农业生物技术的帮忙了。先来看一组数据:

    2016年6月转基因作物全球社会经济和环境效益的年度报告

    1996至2014年间,转基因技术使全球大豆产量净增1.58亿吨,玉米产量净增3.22亿吨,皮棉产量净增2470万吨,油菜产量净增920万吨。

    如果没有转基因技术,要维持2014年全球农作物产量水平就需要额外开垦750万公顷的大豆田,890万公顷的玉米田,370万公顷的棉花田,和60万公顷的油菜田。

    计算下来,转基因农作物的种植总共为森林的种植节约了2070万公顷的土地资源,转基因技术缓解了土地资源压力,为森林的种植出了一大份力,从土地资源方面保护了森林的生物多样性。

    其实造成森林减少的原因除了“人祸”,还有“天灾”。比如,在生态建设上发挥着很大作用的杨树人工林,病虫害非常严重,被人们称为“绿色长城”的“三北”防护林年均受害面积达10多万公顷,危害严重的面积高达5. 33万公顷以上。杨树病虫害被人们称为“不冒烟的森林火灾”,对生态造成的损失简直无法估量。

    自古天灾不可防范,但是科学家利用转基因技术解决了这一难题,中国科研工作者将cryIAC杀虫基因导入欧洲黑杨中,获得了世界上第一棵转基因抗虫杨树,并取得了很好的抗虫效果。截至2011年,中国转基因抗虫杨已种植450公顷,在植树造林方面发挥着极大作用。

    中国的森林覆盖率只有18. 21%,且分布不均匀,而极端脆弱生态区如严重的干旱半干旱荒漠化、盐碱和石漠化等将近占国土面积的二分之一。如果能够利用转基因技术培育抗旱、耐盐碱的树种,就可以利用这部分土地资源,增加森林覆盖率。目前,这些性状是转基因杨树育种的主要目标。

    转基因技术是一项先进的科学技术,听起来高大上,但和我们的生活息息相关,比如抗虫棉解决了农民喷药中毒的问题,减少了抗虫剂的使用,保护了环境。转基因技术在医疗、农业、生态环境等各个方面都发挥着巨大潜力,想要了解更多,请关注基因农业网,掌握转基因最新资讯。

    来源机构: 基因农业 | 点击量:166
  • 6   2017-03-14 Science: DNA存储技术可最大化 (编译服务:基因克隆与转基因技术)     
    摘要:

    在发表于《科学》(Science)的研究中,研究者 Yaniv Erlich 和 Dina Zielinski 描述了一种可以最大化 DNA 分子的数据存储能力的新编码技术。该系统能够在一克DNA中存储215PB(2.15亿GB),原则上可以将人类记录的所有数据存储在几辆卡车大小和重量的容器中。

    人类面临着数据存储的难题:过去2年中产生的数据比之前人类历史产生的全部数据还要多。信息的洪流可能很快就会超过硬盘的承受力。现在好了,研究人员称,他们已经找到了一种新的方法来编码DNA中的数字数据,以创建前所未有的最高密度大规模数据存储方案。该系统能够在一克DNA中存储215PB(2.15亿GB),原则上可以将人类记录的每一点数据存储在几个卡车大小和重量的容器中。但是,这项技术能否推进可能取决于它的成本。

    在发表于《科学》(Science)的研究中,Yaniv Erlich 和Dina Zielinski 描述了一种可以最大化DNA 分子的数据存储能力的新编码技术。

    来源机构: 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 点击量:216
  • 摘要:

    近日,中国农业科学院哈尔滨兽医研究所基础免疫团队郑永辉研究员和王斌博士在国际上首次阐明了埃博拉病毒囊膜糖蛋白的合成机制,为抗埃博拉病毒药物的研发提供了新的理论依据。相关研究成果于2月14日在国际著名学术期刊《生物化学杂志(The Journal of Biological Chemistry)》上在线发表。

    埃博拉病毒于上世纪70年代被发现,感染人可引起严重的埃博拉出血热,致死率最高可达90%,但自病毒发现以来到2014年前未造成大范围的流行。2014年初,非洲出现的埃博拉疫情共导致一万余人的死亡,给国际社会造成严重的经济和社会负担。由于该病毒的超强致死率,其被视为是生物恐怖主义的工具之一。目前尚没有获得许可在临床应用的疫苗,也没有特效的抗病毒药物。

    据了解,病毒粒子表面的囊膜糖蛋白是介导病毒感染靶细胞的唯一蛋白,因此被认为是疫苗研发的首选抗原以及抗病毒制剂开发的理想靶标,但其在宿主细胞内的成熟机制尚不明确,因此深入研究囊膜糖蛋白的生物合成过程具有重要意义。

    科研人员经过系统研究,发现内质网分子伴侣钙连蛋白和钙网蛋白参与了囊膜糖蛋白的成熟过程。同时发现,囊膜糖蛋白的GP2亚基N-糖基化在调控蛋白的表达和病毒组装过程中发挥重要作用。进一步研究发现,GP2亚基的N-糖基化通过参与蛋白的剪切、蛋白糖链的加工、多聚体的形成以及蛋白折叠等多个过程而影响病毒的组装和感染。

    据郑永辉研究员介绍,病毒必须借助宿主细胞的内环境来完成自身蛋白的成熟及病毒粒子的组装,这是一个涉及多个生物学事件的精密调控过程,其中任何一个环节的异常或缺失都可能导致病毒无法装配和感染。本研究阐明了细胞通过囊膜蛋白糖基化而调控蛋白功能的详细机理,将为抗埃博拉病毒药物的研发提供新的理论依据。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:113
  • 摘要:

    创建高产植物的常见策略是杂交育种 - 使两个不同的近交系杂交以获得优于每个亲本的特征。 然而,把自交系放在第一位可能是件麻烦事。 自交系由遗传上一致的个体组成,并通过多代自交而产生。 在玉米中,使用所谓的“单倍体诱导物”为这种繁琐的程序提供了捷径,允许仅在一代中产生近交系。 今天在The EMBO Journal上发表的Laurine Gilles及其同事的一项研究揭示了单倍体诱导背后的遗传学。 这项研究的资深作者INRA 研究人员 Thomas Widiez博士说,“了解单倍体诱导的分子特性是完全了解植物受精过程的重要突破,希望能够将这种育种工具应用于其他物种。“

    来源机构: 法国国家农业研究所(INRA) | 点击量:175
  • 摘要:

    【目的】异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G protein)作为植物生物体内重要的信号转导分子,在感受外界环境刺激、参与植物抗逆反应和跨膜信号转导等方面发挥着重要作用。克隆异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1,并在烟草中过量表达MdGPA1,对其进行生物学功能鉴定和生理指标分析,为多年生木本植物响应环境因子信号转导过程中的分子机理研究提供参考。【方法】本研究以‘嘎拉’苹果(Malus × domestica ‘Royal Gala’)为研究试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆获得MdGPA1。使用MEGA5.0构建GPA1物种间系统进化树;利用qRT-PCR方法检测该基因在苹果受非生物胁迫诱导表达及组织特异性表达情况。构建MdGPA1植物过表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶片,比较干旱胁迫条件下野生型和转基因株系的表型与生理指标,验证MdGPA1在植物干旱胁迫条件下的生物学功能。【结果】克隆得到苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1(基因序列号:MDP0000881842),该基因长为1 173 bp,编码390个氨基酸。进化树分析表明MdGPA1与白梨PbGPA1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGPA1主要在叶片中表达,在根系中的表达量次之,在茎和果实中的表达量较低。定量分析表明,该基因参与干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫响应,在150 mmol·L-1NaCl、150 mmol·L-1甘露醇、10% PEG和4℃胁迫条件下表达量明显下调,在5% H2O2胁迫处理下表达量明显上调。在烟草中过量表达MdGPA1,发现MdGPA1转基因烟草表现出对干旱敏感的表型特征,其叶片鲜重、叶绿素含量以及脯氨酸含量明显低于野生型烟草。在地下部,MdGPA1转基因烟草同样表现出对干旱敏感的表型特征;其根系形态相比于野生型较小,干重也明显低于野生型。【结论】MdGPA1参与了植物感受外界环境刺激的过程,对干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫都存在着不同程度的响应。在烟草中异源表达MdGPA1后,提高了烟草对干旱的敏感性,转基因烟草表现出不耐干旱的表型,受干旱胁迫比野生型烟草更为严重,说明MdGPA1在响应植物抗旱胁迫中起着负调控作用。

    来源机构: | 点击量:95
  • 摘要:

    【目的】从陆地棉中克隆GhNAC7,分析其结构和功能,研究其在棉花不同组织中以及叶片不同发育时期的表达量。并转入拟南芥进一步探究其在棉花叶片衰老过程中的作用。【方法】利用中国农业科学院棉花研究所棉花生物学国家重点实验室建立的棉花衰老叶片cDNA文库中的序列,获得1个含有NAM结构域的EST,使用Oligo 6.71设计引物,重新在陆地棉叶片cDNA中进行克隆。使用Gene Structure Display Server软件分析GhNAC7结构,使用在线工具PlantCARE分析启动子序列,利用在线工具GenScan进行氨基酸序列翻译。同时,利用拟南芥基因组数据库(TAIR)进行序列比对,选取得分较高的NAC家族基因,使用MEGA 6.06软件和GeneDoc软件进行进化树分析和氨基酸比对。以XbaⅠ和SacⅠ为酶切位点构建35S::GhNAC7-GFP融合表达载体,分析其在洋葱表皮细胞中的瞬时表达,进行亚细胞定位。利用实时荧光定量PCR技术分析GhNAC7在棉花不同组织、不同叶片发育时期以及在200 μmol·L-1 ABA调控下的表达量。通过构建pGhNAC7-GUS融合表达载体并转拟南芥,分析其启动子特异性。以EcoRⅠ和SalⅠ为酶切位点,利用pBI101和pBI121载体,分别构建融合表达载体并转拟南芥进行过表达分析。【结果】从陆地棉中成功克隆GhNAC7,其全长为1 064 bp,包含3个外显子,2个内含子。生物信息学分析结果表明,GhNAC7开放阅读框为834 bp,可编码277个氨基酸,其蛋白质分子量为31.35 kD,等电点为9.22。结构域分析表明其属于NAC转录因子的NAM亚家族,进化树分析显示GhNAC7与ANAC041、ANAC083同源性最高,其中,GhNAC7与ANAC083结构域位置均为17—58 aa。其启动子核心元件包含一系列与衰老、激素、胁迫相关的顺式作用元件。亚细胞定位表明其蛋白为核蛋白。组织特异性表明GhNAC7在真叶、子叶、花、花药和衰老真叶中均明显表达,其中在衰老的真叶中表达量最高。启动子特异性分析表明,其GUS活性在衰老的叶片中最强。在拟南芥中过表达该基因,转基因植株比野生型表现出明显的衰老症状。荧光定量PCR分析表明,ABA处理后6 h GhNAC7明显上调表达,并在48 h表达量达到最高,这表明ABA可调控GhNAC7表达从而调节棉花叶片衰老。【结论】GhNAC7可以促进棉花叶片衰老并受ABA的调控。

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