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2019年第12期(发布时间: Dec 31, 2019 发布者:张毅)  下载: 2019年第12期.doc       全选  导出
1   2019-12-31 23:31:54.44 水稻株型驯化机制取得重要进展 (点击量:8)

中国农业大学农学院水稻研究中心在水稻驯化机制研究上再次取得重要进展,他们发现了一个编码TCP家族转录因子的基因TIG1控制水稻株型的驯化。相关研究成果4月16日在线发表于《分子植物》(Molecular Plant),题目为“Natural Variations at TIG1 Encoding a TCP Transcription Factor Contribute to Plant Architecture Domestication in Rice”。

亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)由其野生祖先种普通野生稻(O. rufipogon Griff.)驯化而来,在驯化过程中,诸多性状发生了改变。在株型上,野生稻表现较大的分蘖角度,以获取更多的水分、养分和阳光,有利于自然环境下生存繁衍;而栽培稻则多为直立株型,有利于增加密度、提高高产,且便于收获。

孙传清教授团队长期致力于水稻株型驯化机理研究,并取得了一系列的重要进展。之前的工作揭示了PROG1基因的突变导致了由野生稻匍匐生长向栽培稻直立生长的转变,不仅株型得到改良,而且穗粒数增加、产量大幅度提高。然而发现有些野生稻尽管携带了与栽培稻相似的prog1,而株型表现为倾斜生长,分蘖角度依然较大,但其机理不清。

为了进一步揭示水稻株型驯化的调控机制,研究人员利用一个分蘖倾斜生长的野生稻渗入系,通过图位克隆,鉴定了控制倾斜生长表型的基因TIG1(Tiller Inclined Growth 1),该基因编码一种TCP家族的转录因子。野生稻中TIG1基因特异地在分蘖基部的远地侧高表达,通过激活EXPA3,EXPB5 和 SAUR39 等下游基因的表达促进该部位的细胞伸长,从而维持较大的分蘖角度。在水稻驯化过程中,籼稻tig1基因的启动子区发生自然变异,使该基因在分蘖基部远地侧内的表达水平显著降低,从而导致分蘖角度减小,水稻株型由倾斜生长转变为直立生长。籼稻tig1周围区域的核苷酸多态性降低,表明该基因在籼稻中受到了人工选择。TIG1基因的克隆不仅为揭示水稻分蘖角度的调控机制提供了重要线索,而且为深入阐释水稻驯化过程中株型演变的分子机理提供了新的认识。

已毕业的张卫峰博士为该论文的*作者,孙传清教授和朱作峰教授为通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划七大农作物育种专项和国家自然科学基金的资助。

2   2019-12-31 23:36:56.02 厦门大学在水稻籽粒大小和耐冷性调控研究方面取得重大进展 (点击量:11)

2019年4月25日,国际著名学术期刊《Journal of Experimental Botany》在线发表了厦门大学生命科学学院水稻遗传育种组王侯聪教授团队题为“A Missense Mutation in LGS1 Increases Grain Size and Enhances Cold Tolerance in Rice ”的研究论文,在水稻籽粒大小和耐冷性调控研究方面取得重大进展。

水稻(Oryza sativa L.)是我国乃至全世界*重要的粮食作物之一,全球一半以上的人口以稻米为主要食物来源,据不完全统计,全世界有100多个国家种植水稻,栽种面积巨大,其中90%左右集中在亚洲的东亚、东南亚、南亚地区。中国水稻播种面积占全国粮食作物的1/4,而产量则占到一半以上,我国有高达60%的人口以水稻为主食,是世界上*的稻米生产国和消费国。随着世界人口的增长、耕地面积的有限性、全球气候变化频繁,水稻生产面临着严峻挑战,提高水稻产量和改善稻米品质是水稻遗传育种研究的永恒主题。粒形由粒长、粒宽、粒厚及千粒重组成,是影响水稻产量和稻米品质的主要农艺性状之一,是衡量稻米外观品质的重要指标。

近日,厦门大学在水稻籽粒大小和耐冷性调控研究方面取得重大进展,研究介绍水稻籽粒形状由数量性状位点(QTLs)控制。生命科学学院水稻遗传育种组王侯聪教授团队自20世纪90年代以来一直致力于大粒优质水稻新品种的遗传育种研究,该研究以福建当地品种(麻85,Ma85)通过60Co-γ射线辐照水稻成熟花粉诱变技术创制水稻新种质,以其中长大粒水稻突变体(JF178,佳辐178)为研究材料,通过十多年的基础研究工作,团队利用近等基因系(NILs)和图位克隆法获得位于水稻2号染色体长臂端一个控制粒长、粒宽及千粒重的半显性数量性状基因座(semi-dominate Quantitative Trait Loci,QTLs),命名为LGS1(Large grain shape 1),并研究了其分子机制。LGS1编码植物生长调节因子OsGRF4,定位于细胞核中,与OsGIF(GRF-interacting factor)互作。突变体LGS1在WRC结构域上,miR396匹配序列上存在2-bp替换导致氨基酸由丝氨酸替换成赖氨酸(S163K),碱基突变(TC-AA)减弱了miR396对LGS1的靶向抑制作用。OsGRF4极显著表达于分生组织、幼穗和灌浆过程中,在功能上增加籽粒纵向颖壳细胞长度和数量,增加横向颖壳细胞宽度,促进胚乳细胞数量的增加,促进灌浆速率,形成大胚乳,*终增加粒长、粒宽及粒重。此外,研究发现水稻在苗期冷胁迫下,miR396表达水平显著上调,而LGS1的突变降低miR396靶向抑制能力,并增加了苗期冷胁迫的存活率。

该研究进一步表明,LGS1的突变可能扰乱了OsGRF4-miR396-胁迫响应应答网络,从而增加水稻粒长、粒宽及粒重,并增强水稻苗期耐冷性,为水稻育种工作提供了重要的研究理论基础。

厦门大学生命科学学院陈小龙博士为论文*作者,美国爱达荷大学洪宗烈教授、厦门大学生命科学学院黄育民教授、黄荣裕博士为本文通讯作者。本研究得到了福建省种业创新与产业化工程项目(FJZZCXNY2017004),福建省科技计划(2017N2010290),中国水稻生物学重点实验室开放课题(170101)和USDA-Hatch project(IDA-01423)的资助。

3   2019-12-31 23:41:00.63 曹晓风研究组揭示水稻miR528积累的精细调控机制及其在水稻抽穗期和抗病反应中的调节作用 (点击量:10)

miRNA是调控植物生长、发育及环境适应性的一类重要转录后调节因子。中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组早期通过对水稻miRNA加工关键酶OsDCL1蛋白的研究,鉴定到了一系列重要的水稻miRNA成员(Liu et al., Plant Physiology, 2005)。其中,miR528被发现是单子叶植物所特有的miRNA成员,同时也是水稻中表达量最高的miRNA之一。通过水稻体内降解组(Degradome)数据分析,他们发现miR528在水稻中具有生物学功能完全不同的多个潜在靶mRNA位点(Zhou et al., Frontiers in Biology, 2010)。在随后生物学功能研究中,通过与北京大学李毅实验室的合作,他们共同阐明了miR528可以通过抑制靶mRNA AO的表达,进而改变植物体内活性氧(ROS)积累水平而参与水稻抗病反应(Wu et al., Nature Plants, 2017)。但水稻体内如此大量积累的miR528自身如何被精细调控,miR528如何实现对多个功能各异的靶mRNA进行协同调控仍有待进一步研究。

最近,曹晓风研究组的最新研究揭示了水稻中miR528积累的精细调控机制,以及OsSPL9-miR528-OsRFI2通路在水稻抽穗期控制中的调节作用(Yang et el., Molecular Plant, 2019)。研究者分别从转录水平和转录后水平对水稻miR528的表达调控机制进行了系统性地研究。他们发现昼夜节律和植物发育时序通过影响MIR528基因的转录或MIR528转录本的可变剪切,在转录和转录后层面上对特定时期水稻体内成熟miR528的积累水平进行精细调控。研究者还发现MIR528启动子区在水稻籼、粳亚种和野生稻中存在典型的分化,其中MIR528-A1等位主要存在于野生稻和籼稻中,而MIR528-A2等位主要存在于粳稻中。进一步分析发现,转录因子OsSPL9可以直接结合MIR528基因启动子区的CuRE元件,并激活MIR528转录;而且OsSPL9对不同水稻品系MIR528启动子区结合能力的差异,是导致籼稻中miR528积累水平要高于粳稻的重要原因。最后,研究者还发现miR528是通过抑制靶mRNA OsRFI2的表达,从而影响水稻开花时间(如图1)。

与上述研究同期发表的还有曹晓风研究组与北京大学李毅实验室合作的另一项研究工作(Yao et el., Molecular Plant, 2019)。在这项研究工作中,研究者发现转录因子OsSPL9能够结合MIR528启动子区内的特定基序(CuRE元件),并激活MIR528基因的转录,促进水稻体内miR528积累,进而抑制靶mRNA AO的表达,最终解除抗坏血酸氧化酶(AO)对病毒RSV的抑制作用(如图2)。

上述研究工作主要由来自中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组的成员和来自北京大学李毅实验室的成员合作完成。此外,中科院遗传发育所储成才研究员、北京基因组研究所胡松年研究员、南昌大学王东教授和福建农林大学吴建国教授亦对上述研究做出了重要贡献。该研究获得国家自然科学基金委、科技部、农业部、中国科学院和植物基因组国家重点实验提供经费支持。

4   2019-12-31 23:38:48.577 华中农大周永明课题组鉴定到一个控制甘蓝型油菜油酸含量的新位点 (点击量:11)

近日,Plant Biotechnology Journal在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室油菜团队周永明课题组题为“A novel quantitative trait locus on chromosome A9 controlling oleicacid content in Brassica napus”的研究论文。该研究通过关联分析和连锁分析等手段鉴定到一个控制甘蓝型油菜高油酸的新位点OLEA9,并对该位点进行了精细定位和候选基因分析。同时开发了与该位点连锁的分子标记,结合课题组前期开发的高油酸FAD2功能分子标记(Yanget al,2012)进行分子标记辅助育种,可将油酸含量提高至80%,同时对含油量、千粒重等其他重要性状没有不利影响。

油酸是含有一个双键的十八碳不饱和脂肪酸(C18:1),是植物油主要的脂肪酸之一。高油酸植物油(>70%)能够有效降低血浆中低密度脂蛋白胆固醇,有利于心血管疾病的预防;同时,高油酸植物油热稳定性好,在加工、储运和煎炸时对氧化不敏感,可防止和减少反式脂肪酸的产生;高油酸植物油也是可再生燃料生物柴油的优质原料。高油酸育种是国内外油料作物脂肪酸改良的重要目标之一,发掘高油酸育种资源则是实现这一目标的基础。甘蓝型油菜是世界上重要的油料作物,已发现的高油酸种质资源大多都是由FAD2基因突变导致的。有研究表明,多个FAD2基因同时突变的高油酸油菜在田间种植条件下长势变劣,含油量下降。因此,鉴定新的高油酸基因资源对高产高油酸育种有重要意义。

研究人员对375份油菜材料进行全基因组关联分析,共鉴定到19个与油酸显着关联的SNP,*显着的SNP位于A9染色体上,解释了10.11%的表型变异。进一步利用一个DH群体进行油酸含量QTL定位,确认了一个新的QTLOLEA9,该位点可提高油酸含量3-5%。该新位点可与已知的位于A5的fad2位点以加性效应方式提高油酸含量。通过对该区间候选基因的表达量分析和拟南芥同源基因突变体表型分析,初步确认OLEA9的候选基因为BnaA09g39570D。该研究可为高油酸育种提供新的基因资源,同时,对进一步阐明油菜种子脂肪酸的遗传调控网络有积极意义。

油菜团队博士研究生赵青和吴健博士为该论文的并列*作者,周永明教授为通讯作者。该研究得到的国家重点研发项目(2016YFD0100506-3)和科技部(2017YFE0104800)的资助。

5   2019-12-31 23:29:18.77 研究揭示棉花盐胁迫响应的调控新机制 (点击量:0)

近日,New Phytologist杂志在线刊发了中国农业大学化学控制研究中心题为 Phosphatase GhDsPTP3a interacts with annexin protein GhANN8b to reversely regulate salt tolerance in cotton 的研究论文,揭示棉花耐盐调控新机制。

盐胁迫是影响棉花产量和品质的主要逆境之一。由于棉花基因组复杂且转化周期长,棉花耐盐基因挖掘和耐盐基因功能研究较其他作物滞后。中国农业大学化学控制研究中心近期通过构建以及筛选棉花病毒诱导的基因沉默cDNA文库发现,沉默双功能蛋白磷酸酶GhDsPTP3基因能显著增强棉花的耐盐性。植物的PTPases参与调控多种信号途径,如细胞周期、离子转运、发育调控以及逆境胁迫等,但目前PTPases在植物耐盐中的分子调控机制还不清楚。

该研究利用生物化学、分子生物学和遗传学手段揭示了GhDsPTP3为棉花应答盐胁迫的一个重要的负调控蛋白磷酸酶,与膜联蛋白GhANN8互作反向调控胞质内的Ca2+势。盐胁迫诱导GhANN8的磷酸化,而GhDsPTP3能够与GhANN8互作并去除其磷酸化基团。盐胁迫下, GhDsPTP3与GhANN8反向调控GhSOS1基因表达促进Na+外排,GhDsPTP3-GhANN8介导的Ca2+势是调控Na+外排所必须的。在该研究中,研究人员发现过表达GhDsPTP3植株对盐胁迫的耐受性减弱,而过表达GhANN8植株对盐胁迫的耐受性增强,这与GhDsPTP3或GhANN8功能缺失结果一致。

综上所述,该研究揭示了一种GhDsPTP3-GhANN8介导的Ca2+信号模块,其作为棉花耐盐的重要组分,对棉花品种的耐盐遗传改良有一定的理论和现实意义。

中国农业大学穆春博士后和周琳博士为该论文的共同*作者,中国农业大学农学院李芳军副教授和美国德州农工大学的Shan Libo教授为该论文的共同通讯作者。

6   2019-12-31 23:34:04.187 欧洲食品安全局发布一项转基因玉米及其子组合的食用和饲用授权申请的风险评估报告 (点击量:2)

欧洲食品安全局发布一项转基因玉米及其子组合的食用和饲用授权申请的风险评估报告,认为其在对人类和动物健康和环境产生的潜在影响方面与同类常规玉米品种同等安全。

欧洲食品安全局(EFSA)于2019年4月5日发布了对转基因玉米Bt11 × MIR162 × MIR604 × 1507 × 5307 × GA21及其子组合的食用和饲用授权申请(EFSA‐GMO‐DE-2011-103)的风险评估报告。EFSA转基因专家组对6个单一转化事件和56个子组合进行评估,并未发现安全问题。基于分子特征、比较分析、毒理学、致敏性和营养评估等数据资料,专家组认为由6个单一转化事件堆叠的转基因玉米不会引起食品或饲料安全和营养问题。EFSA转基因专家组的结论是转基因玉米Bt11 × MIR162 × MIR604 × 1507 × 5307 × GA21及其子组合在对人类和动物健康以及环境产生的潜在影响方面,与其常规玉米品种同等安全。

同日,欧盟委员会邀请公众对该风险评估报告进行评议,评议截止日期为2019年5月7日。(来源:欧洲食品安全局和欧盟委员会)

来源:农业农村部科技教育司