动物褪黑素能增强干旱启动野生型和脱落酸缺失突变型大麦的耐寒性

丁倩

动物褪黑素能参与多种植物的发育过程和各种应激反应。为了探究褪黑素的作用以及与脱落酸（ABA）在干旱启动效应诱发的耐寒性（DPICT）过程中的联系，我们选用了野生型和ABA缺失突变Az34型大麦，以便进行比较。我们系统的研究了褪黑素对两种大麦干旱启动的耐寒性作用。结果表明，早期干旱启动效应诱发内源性褪黑激素增加。此外，当冷胁迫时，外源性褪黑素使得干旱启动植物中的ABA浓度高于干旱非启动植物，ABA通过干旱依赖的方式响应。褪黑素和ABA的相互作用使植物更好的保持水分。干旱启动诱导的褪黑素积累增强了叶绿体和线粒体的抗氧化能力，在冷胁迫下维持植物光合器官中的光合电子运输。这些结果表明，外源性褪黑素通过调节亚细胞抗氧化系统和ABA水平提高大麦的DPICT。

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发布时间: 2016-08-26

研究人员在番荔枝正常和畸形的花朵中发现差异表达的基因

Zhao

番荔枝（普通番荔枝）是一种十分受欢迎的热带水果，具有很高的药用和营养价值，在热带南亚和美洲广泛种植。畸形花始终是番荔枝种植的主要问题，其存在会降低番荔枝的产量。然而，有关正常和畸形的苹果花之间的差异的信息很少。为了研究这些差异，中国岭南师范大学的刘凯东分别从正常和畸形的花中制备cDNA文库进行基因测序。 这些研究数据总共产生了70,189,896条测序信息，这些信息继而被整合组装到55,097条功能基因中。通过基因测序鉴定出了大量差异表达的基因（DEGs）。而在这些差异表达的基因（DEGs）中有701个与花发育相关的转录因子编码基因。此外，还发现了大量与开花和激素相关的差异表达的基因（DEGs），而且其中大多数在畸形花中被发现表达量有所降低。与正常的花相比，畸形的花也显示出较低的激素水平。 本研究的数据将作为研究番荔枝花发育调控机制的较为综合全面资料。 欲了解更多信息，请阅读BMC植物生物学文章。

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发布时间: 2017-11-27

添加“杀死开关”来提高转基因产品安全

雷洁

在麻省理工学院的生物学家发现可能帮助电影爱好者感觉更安全的关键——具体来说,科学家可以通过一种方法有效地管理转基因，通过创建一个“杀死开关”电击转基因微生物。 虽然这工作是一个重要的里程碑,它仍有局限性,四天后该研究的作者指出造成效率降低。进一步分析表明,灭活毒素基因突变发生。作者建议一个可能的方案来解决这一问题,,包括多个杀死系统为每一个电路,可以规避这个问题,甚至产生出更多“杀死开关”。

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发布时间: 2016-02-26

如何使基因编辑工具CRISPR工作得更好

zhangyi8606

近年来最重大的科学进展之一是发现和发展了利用一种称为CRISPR的快速且负担得起的技术对生物进行基因改造的新方法。现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们说，他们已经发现了一种容易升级的技术，这种技术可以导致更精确的基因编辑，并提高安全性，从而为基因编辑用于人类打开足够安全的大门。 分子生物学家小组发现了确凿的证据，目前在CRISPR基因编辑中使用的最流行的酶，也是第一个被发现的酶Cas9，它比使用较少的CRISPR蛋白（称为Cas12a）具有更低的有效性和精确性。 因为Cas9更可能编辑植物或动物基因组的错误部分，破坏健康功能，所以科学家在8月2日发表在《分子细胞》杂志上的研究报告中提出，转用Cas12a将导致更安全和更有效的基因编辑。 “总体目标是找到自然界给我们的最好的酶，然后使它变得更好，而不是采用第一个通过历史偶然发现的酶，”分子生物科学的助理教授和这项研究的合著者Ilya Finkelstein说。 科学家们已经开始使用CRISPR，这是一种细菌用来抵御病毒的自然机制，来更多地了解人类基因，转基因植物和动物，并发展这种由科幻小说激发的进步，如含有抗脂肪小鼠基因的猪能导致瘦培根。许多人期待CRISPR能够为人类疾病提供新的治疗方法，并作物拥有更高产量或抵抗干旱、害虫。 但是，在自然界发现的CRISPR系统有时会瞄准基因组中的错误位点，这应用于人类可能是灾难性的，例如，未能纠正遗传疾病，而是将健康细胞转化为癌细胞。 以往的研究表明Cas12a比Cas9好，但以前的研究尚不明确。这项最新研究中，研究人员说，通过显示出Cas12a是比Cas9更精确的基因编辑刀结束了案例，并解释原因。 该研究小组由研究生Isabel Strohkendl和Rick Russell带领，发现Cas12a的选择性更强，因为它像维可牢一样与基因组靶结合，而Cas9更像超级胶一样与靶结合。每种酶都携带一串用RNA编写的基因代码，与病毒DNA中写入的一串目标基因代码相匹配。当它碰到一些DNA时，酶开始试图通过形成碱基对来与它结合——从一端开始，然后沿着它的方向工作，测试一侧的每个字母（DNA）与另一侧相邻的字母（RNA）匹配得如何。 对于Cas9，每个碱基对紧密地粘合在一起，就像一块超级胶水。如果每边的前几个字母匹配得很好，那么Cas9已经与DNA强结合了。换言之，Cas9关注基因组目标中的前七或八个字母，但是随着这个过程的继续就关注较少，这意味着它很容易忽略稍后在过程中的失配，这将导致它编辑基因组的错误部分。 对于Cas12a来说，它更像是一个尼龙搭扣。在沿途的每一点联系相对较弱。沿着带子的两边是一个很好的匹配，保持足够长度进行编辑使其联接到一起。这使得它更可能只编辑基因组的预期部分。 “它使碱基对的形成过程更加可逆，”Russell说。“换句话说，Cas12a在继续之前对检查碱基对做得更好。在七或八个字母之后，Cas9停止检查，而Cas12a继续检查到大约18个字母。” 研究人员说，Cas12a还不是完美的，但是研究还建议了进一步改善Cas12a的方法，也许有一天实现创造“精密手术刀”的梦想，一种本质上防错的基因编辑工具。 Finkelstein说：“总体来说Cas12a更好，但是有些地方Cas12a仍然对RNA和基因组靶标之间的某些错配有令人惊讶的盲目。”“因此，我们的工作为进一步改进Cas12a指明了一条清晰的道路。” 研究人员目前将这些见解用于设计改进Cas12a的后续项目。 该研究的其他合作者是研究生James Rybarski和前本科生Fatema Saifuddin。 这项工作得到了国立普通医学科学研究所和韦尔奇基金会的资助。

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发布时间: 2018-11-09

mtDNA与核遗传变异的影响

丁倩

由于线粒体DNA（mtDNA）绝大多数是通过母体遗传，假设在mtDNA突变的情况下，雄性可能受遗传不兼容的影响更大。Mossman等研究人员检测了果蝇mtDNA与核变异及相互作用，结果显示基因型和性别对基因表达有特殊影响。对所有检测的遗传差异来说，雌性中对基因表达谱的影响更大，这表明雌性对遗传变异更敏感。相反，大量基因在雄性中表现出一定影响，但较于雌性中遗传变异的影响，差异程度较低且不显著。

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发布时间: 2016-09-26

收获野生基因使作物重新产生抗病性

zhangyi8606

这种方法可以廉价快速地转移抗病基因。 一个全球研究者联盟开创了一种新方法，快速从野生植物中获取抗病基因，并将其转到家养作物。这项技术有望彻底改变全球粮食供应中抗病品种的开发。 这项名为AgRenSeq的技术是由英国John Innes Centre的科学家与澳大利亚和美国的同事合作开发的，今天在《自然生物技术》上发表。 这一结果加速了对抗威胁全球粮食作物的病原体的斗争，包括小麦、大豆、玉米、大米和马铃薯，它们构成了人类饮食中大量的谷物。 悉尼农业学院和生命与环境科学学院的Harbans Bariana教授是谷物锈病遗传学的全球专家，也是该论文的合著者。 他说：“这项技术将支持对植物抗病性新来源的快速跟踪发现和特征描述。” 目前的研究建立在Bariana教授与CSIRO和John Innes Centre以前的合作工作的基础上。它使用了两个由这个国际小组克隆的小麦基因作为对照，Bariana教授对这项研究进行了表型评估。 AgRenSeq让研究人员搜索在现代作物野生亲缘中发现的抗性基因库，以便快速识别与抗病能力相关的序列。 从那里，研究人员可以利用实验室技术克隆这些基因，并将它们引入国内优质作物品种中，以保护它们免受锈菌、白粉病和黑森瘿蚊等病原体和害虫的侵害。 John Innes Centre的作物遗传学项目负责人、该研究的主要作者Brande Wulff博士说：“我们已经找到了一种方法，可以扫描作物野生亲缘植物的基因组，找出我们需要的抗性基因，并且我们可以在创纪录的时间内完成这项工作。这个过程过去需要10到15年的时间，就像大海捞针一样。 “我们已经完善了这种方法，这样我们就可以在几个月内克隆出这些基因，只需几千美元，而不是数百万美元。” 这项研究表明，AgRenSeq已经成功地在小麦的一个野生亲戚身上进行了试验，研究人员在数月内鉴定并克隆了4个对毁灭性茎锈病病原体的抗性基因。使用传统方法，这个过程很容易需要十年时间。 野生小麦的研究正被用作概念的证明，为保护许多有野生亲缘关系的作物（包括大豆、豌豆、棉花、玉米、土豆、小麦、大麦、大米、香蕉和可可）的方法做准备。 现代优质作物在寻求更高的产量和其他理想的农艺性状时，失去了许多遗传多样性，尤其是抗病性。 从野生亲缘植物中重新引入抗病基因是一种经济和环境可持续地培育更有弹性的作物的方法。然而，使用传统育种方法将这些基因导入作物是一个艰难的过程。 这种新方法结合了高通量DNA测序和最先进的生物信息学。 “我们现在拥有的是一个抗病基因库，我们已经开发出一种算法，使研究人员能够快速扫描该库并找到功能性抗病基因，”John Innes Centre的论文第一作者Sanu Arora博士说。 “如果我们有一种流行病，可以去我们的基因库，通过我们的多样性小组对这种病原体进行接种，并找出抗性基因。通过快速克隆和快速育种，我们可以在几年内将抗性基因导入优良品种，就像凤凰从灰烬中升起一样。”

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发布时间: 2019-06-03

高分辨率时间动态转录组图谱揭示了GhCAL介导的棉花开花调节通路(陆地棉)

王晶静

从营养生长到生殖生长的转变对棉花早熟具有重要意义。然而，这一高度动态和复杂的发育过程的遗传控制仍不清楚。使用两个早熟和两个晚熟棉花品种的72个样本，从六个发育阶段生成了高分辨率的组织和时间特异性转录组图谱。石蜡切片组织学分析结果表明，花芽分化发生在早熟品种的第3个真叶期（3TLS），在晚熟品种的第5个真叶期（5TLS）。通过两两比较和加权基因共表达网络分析，得到5312个差异表达基因，并将其分为10个基因共表达模块。在MElightcyan模块中，共鉴定出46个调控棉花花芽分化的候选基因，并在花芽分化阶段进行了表达。在MElightcyan模块中发现了一个与花芽分化相关的新的关键调控基因GhCAL。GhCAL基因沉默的转基因棉花植株表现出较晚的花芽分化和开花时间。GhCAL能够与GhAP1-A04/GhAGL6-D09形成异源二聚体，同时调节GhAP1-A04和GhAGL6-D09的表达。GhAP1-A04和GhAGL6-D09沉默的棉花植株也表现出明显的开花延迟。最后，我们提出了由GhCAL介导的新的开花调控途径。本研究阐明了棉花开花调控的分子机制，并为棉花早熟育种提供了良好的遗传资源。

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发布时间: 2020-11-27

非生物胁迫耐受基因表现为褐色海藻

雷洁

Saccharina粳稻是一个重要的商业褐色海藻。藻酸盐,其主要产品是用于食品、纺织和化妆品和制药工业。GDP-mannose脱氢酶(GMD)是关键酶参与海藻酸的合成。然而,在美国对粳稻GMD知之甚少。来自中国科学院的科学家Pengyan张,表现比较两个GMD基因粳稻的生化分析。 从美国粳稻(Sjgmd1、Sjgmd2)选的两个GMD基因是被克隆和具特征性的。由这两个基因编码的蛋白质的最佳温度分别为30°C(SjGMD1)和20°C(SjGMD2)和最佳pH值分别为8.0(SjGMD1)和8.25(SjGMD2)。金属铁Zn2 +还发现SjGMD1和SjGMD2的有效抑制剂。PCR分析表明,干燥和热治疗导致显著增加Sjgmd1 Sjgmd2成绩单,这表明SjGMDs直接参与美国粳稻非生物压力的适应环境。 这项工作确定了在美国基因编码GMD粳稻和显示的功能GMD的压力适应性粳稻的两个说法。丰富了我们对海藻酸合成的理解获得的数据在粳稻,并可能促进GMD功能差异基因的进一步研究。

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发布时间: 2016-03-18

玉米研究发现了有助于作物适应环境变化的基因

Zhao

几千年来，农民种植玉米品种，使作物最适合当地环境。2月6日在“自然遗传学”上发表的一项新研究分析了来自美洲35个国家的农民培育和培育的近4500个玉米品种 - 称为地方品种，确定了千余种可促进作物适应环境的基因。“这项研究提供了一个强大的基因目录，这些基因是促使玉米适应世界上不同的纬度和海拔所必需的”，美国农业部农业研究服务局和康奈尔基因多样性研究所兼职教授植物遗传育种专家爱德华·巴克勒说。“它需要一千个基因来调配植物生长的特定纬度和海拔。这就是我们研究中所提及的。“Buckler说。研究人员还确定了与开花时间相关的基因 - 从种植到开花，这是开发速度的度量。开花时间体现了植物整合环境信息以确定何时育种而不是长出更多叶子的基本机制。“开花时间是与其他所有性状最相关的特征，”Buckler说。该研究发现，一半以上与海拔相关的单核苷酸多态性（最基本的遗传变异）也与开花时间有关，可以发现这些性状具有高度的关联性。当前的技术，包括称为F-One关联映射（FOAM）的新的快速实验设计技术，允许研究人员使用不同玉米品种的集合来确定哪些基因对于适应环境是重要的。 “随着下个世纪的全球气候变化，我们可以直接利用这些信息来确定什么基因是重要的”，大大加快了玉米的育种工作，Buckler说。 “我们利用农民在过去一万年的智慧来培育未来世纪的玉米品种。国际玉米和小麦改良中心（CIMMYT）的分子遗传学家Sarah Hearne和一位玉米种子发现领域的首席科学家，也是本文的重要作者。 J. Alberto Romero Navarro，植物育种和遗传学博士生是本文的第一作者。国际玉米和小麦改良中心（CIMMYT）的Hearne和同事构思了该项目，主导了该项目的实施，并指挥了现场试验，而Romero，Buckler和康奈尔大学的同事们则领导了基因数据的分析。 该研究得到墨西哥农业、畜牧、农村发展、渔业和食品部的传统农业可持续发展的现代化计划的支持。来自美国农业部农业研究局，康奈尔大学和国家科学基金会的额外支持促进了数据分析的完成。

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发布时间: 2017-02-24

中国科学院高彩霞研究组最新发文：利用基因组编辑精细调控草莓糖分含量

zhangyi8606

无性繁殖植物在农业生产中具有重要的地位，但是长期无性繁殖导致性状多样性的严重匮乏极大的阻碍了无性繁殖作物的育种发展。在育种设计中，对数量性状的精细调控可以避免产生剧烈的性状变化，并且可以极大的丰富性状多样性，对推进精准育种有重要意义。 基因组编辑技术通过对调控元件的遗传操作可以实现对数量性状的改良。对于无性繁殖的植物，纯合和杂合基因型都可以通过无性繁殖稳定遗传，可以获得更多可稳定遗传的基因型，进一步丰富性状多样性，对数量性状实现更加精细的调控。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组发现对基因上游转录起始位点（uORF）进行编辑可以显著提高基因翻译效率，建立了基因组编辑调控植物内源基因翻译效率技术体系（Nature Biotechnology，2018; Nature Protocols，2020）。利用这一技术，最近高彩霞研究组在无性繁殖作物草莓中实现了对数量性状的精细调控并获得了多种不同糖分含量的草莓。 研究人员首先建立了高效的草莓胞嘧啶单碱基编辑技术体系，利用本实验室开发的植物高效胞嘧啶碱基编辑器（A3A-PBE，Nature Biotechnology，2018）首次在草莓中实现碱基编辑，转基因草莓植物中碱基编辑效率高达100%。 A3A-PBE具有效率高和编辑窗口宽的特点，在草莓中，其编辑窗口宽度达到15bp。研究人员利用A3A-PBE对草莓FvebZIPs1.1基因的保守的uORF进行编辑，在T0代获得7种不同的新uORF突变。七种新uORF突变的纯合突变体中果实糖含量出现了不同程度的提高，而且植物生长未受影响。 为了进一步丰富基因型和性状多样性，研究人员对T0代突变体进行了自交和杂交，组合不同的等位基因并分离转基因成分。T1代共计获得了35种不同基因型的草莓，而且这些草莓均无外源基因。不同基因型对草莓果实糖含量产生了不同程度的影响，极大的丰富了性状多样性，实现了对数量性状的精细调控。尤为重要的是，所有的新基因型和性状都可以通过无性繁殖稳定传递给后代。 该工作为无性繁殖作物提供了新的育种策略。这一研究成果于2020年9月3日在Genome Biology杂志发表（DOI:10.1186/s13059-020-02146-5)。高彩霞研究组博士后邢思年和副研究员陈坤玲为该论文的共同第一作者，高彩霞研究员为该论文通讯作者。 原文标题： Fine-tuning sugar content in strawberry

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发布时间: 2020-10-11