生物技术前沿一周纵览（2016年6月10日）
开发影响水稻籽粒大小和产量的QTL
粒重是影响水稻产量的最重要因素，它由籽粒大小决定，而籽粒大小由数量性状位点(QTL)控制。尽管已经发现许多调节粒重的QTL，而控制籽粒大小的遗传网络仍不清楚。研究人员对一个显性QTL GLW2进行了克隆和功能分析，它通过增加籽粒的长度和宽度来积极调节粒重。分析发现，GLW2位点编码OsGRF4(生长调节因子4)，由microRNA OsmiR396c调控。OsGRF4的突变阻碍了OsmiR396 对OsGRF4的调控，导致产生更大的籽粒，产量提高。该研究团队还发现，OsGIF1(GRF相互作用因子1)直接与OsGRF4相互作用，增加其表达也使籽粒大小增加。结果表明，miR396c-OsGRF4-OsGIF1的相互作用在决定籽粒大小和提高产量中扮演着重要角色。（Plant Biotechnology Journal）
水稻中过表达一种pH敏感硝酸盐转运蛋白可提高作物产量
在植物中，胞质pH的变化范围为7.3~8.0。两种氮（N）形式硝酸盐（nitrate）和铵（ammonium）的总量和比值决定了细胞pH。在植物中，韧皮部是对营养物质、mRNA和信号传送极为重要的组织，就像神经网络那样发挥作用连接芽和根。韧皮部pH稳态对于维持整株植物的生理平衡及组织的运输与信号传导功能均非常重要。研究人员报告称发现水稻硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.3被转录成表达比率有着自然差异的两种剪接形式。一种剪接形式OsNRT2.3b定位在细胞质膜上，主要表达于韧皮部中，OsNRT2.3b在胞质侧有一个调控基序，通过一种pH值感知机制发挥作用开启或关闭了硝酸盐转运活性。在水稻中高水平表达OsNRT2.3b可提高植物的pH缓冲能力，提高N, Fe和 P摄取。在田间试验中，提高OsNRT2.3b表达将谷物产量和氮利用率(NUE)提高40%。这些结果表明，水稻硝酸盐转运蛋白OsNRT2.3b感知pH值对于植物适应变化的氮供应形式极为重要，并为改善氮利用率提供了一个靶点。（PNAS）
小麦WRKY基因赋予拟南芥抗旱性和抗热性
WRKY转录因子在植物许多生理过程的调控中都扮演着重要角色，包括干旱胁迫响应。研究人员鉴定出48个小麦WRKY基因，并对TaWRKY1和TaWRKY33作了进一步研究，试图深入了解小麦(Triticum aestivum L.)WRKY基因在干旱响应中所起的作用。研究人员发现TaWRKY1和TaWRKY33的启动子中存在许多非生物胁迫相关元素。进一步分析表明，TaWRKY1在高温和脱落酸条件下表达上调，低温条件下表达下调。此外，TaWRKY33参与温度、脱落酸和茉莉酸甲酯响应。在拟南芥中过表达TaWRKY1和TaWRKY33激活多个胁迫相关的下游基因，提高了发芽率，在多种胁迫下促进根系生长。在脱水条件下，TaWRKY33转基因拟南芥还表现出失水率低于TaWRKY1转基因拟南芥株系和野生型拟南芥。TaWRKY33转基因株系还表现出抗热性能增强。（BMC Plant Biology）
发现决定玉米遗传性状多样性的开放染色质区域
美国科学家已经证明，整个玉米基因组染色质（DNA复合体）的一小部分（只占1%~2%）及其相关的蛋白质决定了玉米遗传性状多样性的40%。该发现表明这一小部分染色质包含大量信息，决定许多植物性状，如植物大小、形状、产量和胁迫反应。研究人员将600粒种子培育成幼苗，从其根、茎和叶片中收集组织，提取细胞核。然后利用一种可以切除DNA特定部分的酶来处理细胞核，然后通过数据计算和统计分析，确定了基因组中的开放染色质，并能够检测出基因组中的DNA是如何被紧密包裹的。（PNAS）
解析植物的闭花受精
闭花受精（Cleistogamy）植物具有非常特殊的繁育系统，有的闭花受精植物具有二型花，即同时具有正常开放可进行异交的开放花（chasmogamous flowers）和闭锁不开放进行自交的闭锁花（cleistogamous flowers）。植开放花和闭锁花可在同一株植物产生，具有相同的遗传背景，花结构的改变与基因调控相关，是开展基因调控水平上控制花发育的分子机制研究的理想材料。研究人员选用了二型闭花受精植物——石竹科孩儿参（Pseudostellaria heterophylla）作为研究材料，采用转录组测序的研究方法，进行了两种孩儿参开放花与闭锁花的转录组比较分析。通过比较开放花和闭锁花不同花发育时期的花芽混合库的转录子，发现开放花和闭锁花芽中的一些花发育相关基因在转录水平上存在明显区别，从而认为闭锁花的产生机制非常复杂，花发育调控网络中的一些基因在转录水平的改变与闭锁花的产生是相关的，例如调控植物节律的FKF1基因下调，光周期响应的成花素FT基因在闭锁花中下调，可能与营养器官向花器官发育过渡的过程相关；促进花分生组织形成的基因STM和花分生组织基因AP1在闭锁花中上调可能与分生组织产生花芽原基相关；被子植物花发育ABC模型中B类基因AP3和PI在闭锁花中下调，可能与闭锁花的花结构构建相关。（BMC Genomics）
解析植物如何调节干细胞的增殖
科学家发现一个新的信号通路可以确保信号从植物的枝条(原基)传到位于植物不断增长的顶端的干细胞利基(分生组织)。该受体命名为FEA3。此外还发现了一个称为FCP1的蛋白质片段，它是与受体相互作用的配体。以FEA3功能失调的玉米植株为研究对象，研究发现，当FEA3受体在分生组织中不发挥功能时，无法与FCP1结合。当没有收到叶片发送到分生组织的抑制信号FCP1时，干细胞开始疯狂地增殖。植物生成太多的干细胞，导致形成太多的新种子，而植物的可用资源无法支持这种生长。当栽培带有FEA3基因“弱等位基因”的植株时，FEA3受体的功能只是轻微受损，只引起适度、可控的干细胞增加，该玉米植株穗明显大于野生型，这些穗上籽粒行更多，比野生型植物产量高50%。（Nature Genetics）
内源性水杨酸参与拟南芥的缺铁反应
铁（Fe）是植物和人类必需的营养元素，且水杨酸（SA）是一种重要的免疫信号，能够启动植物的抗病防御。目前，几种植物激素已被证明参与Fe的动态平衡，但无遗传学证据显示SA参与植物营养缺乏反应。研究人员利用SA生物合成缺陷突变株pad 4(phytoalexin deficient 4) 探讨铁缺乏条件下，内源性SA可能对形态和生理反应造成的影响。为此，研究人员开展了拟南芥Col-0和pad 4突变体之间的形态学和生理学分析。缺铁处理组中，与pad 4突变体相比，拟南芥Col-0显示出更严重的叶片黄化和根生长抑制。且pad 4突变体中可溶性铁的浓度明显高于Col-0。缺铁显著引起Col-0中SA的积累，而功能缺失型pad 4阻断了这个过程。利用一系列SA生物合成突变体和转基因株系证实了内源性SA在缺铁反应中积累的必要条件。本研究结果表明，铁缺乏会增加SA含量，SA能提高生长素和乙烯信号传导，从而通过bHLH38/39介导的下游Fe基因的转录调控，激活Fe转运。（Journal of Experimental Botany）
解析橡胶树基因组
天然橡胶是我国重要的战略物资和工业原料，因其良好的弹性、伸展性、耐老化等综合理化性能而具有不可替代性。我国天然橡胶年产量80万吨，但不足我国年消费量的20%，远低于国际公认的安全保障线（30%）。我国科学家启动了橡胶树全基因组测序项目，现成功构建了一个高质量的橡胶基因组，拼接序列（1.37Gb，N50=1.28Mb）覆盖全基因组的93.8%；发现在橡胶树进化过程中，与产胶密切相关的REF/SRPP基因家族发生了显著扩增，并且发生了乳管细胞特异性功能分化，同乳管中大橡胶粒子的发生、橡胶高产性状密切相关，推测是橡胶树抗虫机制的重要组成部分，为橡胶物种进化的重要推动力。（Nature Plants）
