生物技术前沿一周纵览（2017年2月17日）
生物技术前沿一周纵览（2017年2月17日）
持久广谱抗稻瘟病基因Pigm被成功克隆
稻瘟病是真菌(Magnaporthe oryzae)引起，水稻最重要病害之一。控制这个病害最经济有效的方法是发掘和利用新的广谱持久抗病资源进行选育广谱抗病新品种。研究人员采用分子遗传学，分子生物学，生物化学及细胞生物学的手段系统地解析了这个新位点的持久抗病机制。研究发现，Pigm是一个包含多个NBS-LRR类抗病基因的基因簇。其中只有2个具有功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR在水稻的叶、茎秆、穗等器官组成型的表达，可以自身互作形成同源二聚体，发挥广谱抗病功能，但PigmR导致水稻千粒重降低，产量下降。与PigmR相反，PigmS受到表观遗传的调控，仅在水稻的花粉中特异高表达，在叶片、茎秆等病原菌侵染的组织部位表达量很低，但可以提高水稻的结实率，抵消PigmR对产量的影响。PigmS可以与PigmR竞争形成异源二聚体抑制PigmR介导的广谱抗病性。但由于PigmS低水平的表达，为病原菌提供了一个“避难所”，病原菌的进化选择压力变小，减缓了病原菌对PigmR的致病性进化，因此Pigm介导的抗病具有持久性。利用Pigm改良选育的品种既有广谱持久抗病性又不影响最终的产量。（Science）
水稻PCD和免疫调控新机制
水稻稳产性对保障世界粮食安全极为重要，而稻瘟病和白叶枯病每年都造成巨大损失，严重危害水稻安全生产。PCD是植物最典型的防卫应激反应，在抵御病原菌侵染过程中发挥关键作用。水稻体内，泛素/26S蛋白酶体系统参与对PCD和抗病性的紧密调控。OsNPR1蛋白是介导水稻PCD和抗病性关键因子；过表达OsNPR1能显著提升转基因植株对稻瘟病菌和白叶枯病菌的抗性，同时导致自发性细胞死亡表型。研究人员在EMS诱变水稻品种ZH11种子而获得的突变体库中发现一个类病斑突变体。该突变体表现出PCD表型，同时显著提高了对稻瘟病菌和白叶枯病菌的抗性。图位克隆和遗传互补实验结果显示，细胞死亡和广谱抗病性表型由OsCUL3a蛋白的提前终止引起。OsCUL3a与OsRBXs在体内互作形成Cullin-Ring类复合亚基E3泛素连接酶并通过靶向降解OsNPR1而负调控水稻细胞程序性死亡和免疫应激反应。（The Plant Cell）
发现控制玉米单倍体诱导的基因MATRILINEAL（MTL）
成功的单倍体诱导是一个非常艰苦并且昂贵的过程。研究人员通过对玉米花粉特异性磷脂酶基因的MTL基因组测序、遗传互补试验以及已经编辑技术等手段对基因功能进行了验证，并由于该基因能够诱导玉米单倍体的产生并且在其它作物中具有保守型，所以该基因的克隆有望在未来更多的物种中进行单倍体育种，大大加快育种进程。研究为单倍体育种迈出了重要的一步，它展示了基因编辑技术能够帮助我们在更短的时间内培育出更高产的作物。在基因编辑技术和作物遗传学上的投资可以帮助我们在创建可持续的集约化农业上取得重大的进展。(Nature)
百合紫色子房形成分子机制被揭示
百合是重要观赏、食用及药用植物。其中紫斑百合（Lilium nepalense D. Don）和亚洲百合栽培品种‘Tiny Padhye’等少数百合种类或品种具有紫色或紫红色的子房，当花瓣脱落后，随着这些品种的紫色子房膨大形成果实，具有很好的观赏效果和长达2-3个月的观果期。研究人员运用解剖学、代谢组学、比较转录组学和分子生物学相结合的手段对百合紫色子房形成的分子机理进行了研究。紫色子房成色的色素主要成分为矢车菊素-3-芸香糖苷，且主要积累在子房壁表皮下第一层细胞。表达谱表明参与花青素苷合成通路的所有结构基因（除LhANS）在紫色子房中的协同共表达是紫色子房形成的关键机理。此外，该研究发现，控制百合花瓣中花青素苷合成的重要调控因子LhMYB12-Lat在调控子房花青素苷合成中也起到重要作用。（International Journal of Molecular Sciences）
miR528及其调控的靶基的抗病机制
miRNA在植物与病原微生物之间的相互作用过程中发挥着重要的调节作用。通常成熟的miRNA会进入AGO蛋白组成的剪切复合体（RISC），通过指导靶mRNA的剪切或抑制蛋白质翻译而负调控基因表达。之前的研究表明水稻AGO18蛋白能够结合特异性结合miRNA成员，参与到水稻条纹叶枯病毒（RSV）的抗性反应过程，但AGO18并不具有mRNA剪切功能，因此，AGO18如何通过结合特异miRNA影响水稻抗RSV的机制值得探究。研究人员运用分子生物学、遗传学以及生物信息学等手段，发现一个单子叶植物所特有的、受RSV侵染抑制的水稻负调控抗病因子miR528，miR528能够被AGO18竞争性结合，抑制miR528进入RISC剪切复合体，从而释放miR528的靶mRNA AO，抗坏血酸氧化酶AO通过调节植物体内的氧化还原稳态，从而促进植物体内活性氧（ROS）的积累进而启动下游的抗病毒通路。研究揭示了miR528及其调控的靶基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制。(Nature Plants)
异型与同型花柱演化关系研究取得进展
异型花柱（heterostyly）一直被认为是植物繁育系统最经典的研究模式。研究人员选取报春花属的中甸灯台报春（Primula chungensis）作为研究对象，利用该物种二型和同型花柱共存的特征，对分布于我国西藏、云南和四川的种群进行广泛的调查取样，通过核基因、叶绿体基因和花部性状的综合比较分析表明，该物种在早期分化为两个明显的谱系分支，且两个谱系分支内均以同型花柱单态种群为主，仅在分布区边缘保留少数二态和三态种群，尽管三位点超基因模型预期极低的同型花柱重组发生率，但是从现存种群花型结构、地理分布格局和分子生物学证据推测，该物种内至少经历两次花型独立演变事件。种群遗传结构的比较分析表明同型花柱突变体具有两种迥然不同的扩张途径，其一借助适合度优势进行长距离传播形成奠基种群，其二在三态种群内通过竞争选择实现原位花型固定（fixation）。花部形态结构的比较分析表明，同型花柱种群相对其祖先种群呈现极为宽泛的繁殖性状变异，尤其体现在雌雄异位形式，结果暗示二型花柱向同型花柱演变过程中虽然伴随着交配系统由异交向自交的急剧转变，但是由于紧致的花部构造迅速瓦解而引发的松化选择（relaxed selection）作用可能推缓自交综合症（selfing syndrome）的演化形成。该研究利用中甸灯台报春性系统转变的瞬间历史剖面，为植物性系统相关的表型多态性演变和瓦解现象提供首例生物学解释。（New Phytologist）
首次证明SOT1具有序列特异的RNA内切酶活性
RNA操作是目前研究的热点之一。要实现精确的RNA操作，需要特异地识别靶向目标RNA分子并对其进行剪切，但是这类序列特异的RNA内切酶在自然界中还没有被发现。因此，寻找一类序列特异的RNA内切酶显得尤为重要。研究人员通过一系列生化实验发现，PPR-SMR蛋白家族成员SOT1能够在体外特异且高效地剪切其RNA底物。通过生化、分子与遗传等分析，研究人员进一步发现SOT1的PPR结构域能够特异识别叶绿体23S-4.5S核糖体RNA前体5′末端一段含有13个核苷酸的序列，并通过其SMR结构域剪切了该识别序列的下游序列，从而参与了拟南芥叶绿体23S-4.5S核糖体RNA前体的成熟。研究人员还通过突变SOT1蛋白的PPR结构域的特定位点，使突变的蛋白能够识别并剪切预期的RNA底物而不再识别并剪切原来的RNA底物。这一结果首次证明SOT1具有序列特异的RNA内切酶活性，且能够被人工改造用来识别并剪切预期的RNA底物，可以作为一种RNA操作工具而具有广泛的应用前景。（PNAS）
