生物技术前沿一周纵览（2017年3月24日）
生物技术前沿一周纵览（2017年3月24日）
水稻理想株型基因超高产等位位点的克隆与作用机理解析获进展
水稻理想株型的塑造是提高水稻产量的重要途径。控制水稻理想株型的主基因IPA1 (Ideal Plant Architecture 1) 编码一个含SBP-box的转录因子，参与调控多个生长发育过程。利用超级稻品种甬优12的原始育种品系，通过图位克隆的方法，克隆了调控株型的主效位点qWS8/ipa1-2D，该位点位于IPA1基因上游的一段大片段三元串联重复序列，这一基因组结构变异导致了IPA1启动子区甲基化水平降低，IPA1基因表达量上升，从而使植株出现理想株型的表型，并同时具有适当的分蘖数。进一步研究表明，IPA1对株型有着精细的剂量调控效应，利用IPA1的不同等位位点，实现IPA1的适度表达是形成大穗、适当分蘖和粗秆抗倒理想株型的关键。利用ipa1（现定名为ipa1-1d ）及ipa1-2d 新位点，培育的嘉优中科系列品种，增产效果显著，实现了超级稻新品种的分子设计育种。该研究为今后水稻理想株型的分子设计育种提供了重要遗传资源和技术途径，并为进一步解析水稻株型精细调控机理和水稻新品种设计培育奠定了基础。（Nature Communications）
高产优质水稻品种设计育种研究获进展
水稻是重要的粮食作物，是我国60％以上人口的主粮。水稻的产量和品质均为复杂的数量性状，迄今为止，人们已经鉴定出水稻产量相关的数量性状基因座位（QTL）或基因达数百之多。研究人员经过精心设计，以超高产但综合品质差的品种“特青”作为受体，以蒸煮和外观品质具有良好特性的品种“日本晴”和“93-11”为供体，对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性的28个目标基因进行优化组合，经过8年多的努力，利用杂交、回交与分子标记定向选择等技术，成功将优质目标基因的优异等位聚合到受体材料，并充分保留了“特青”的高产特性。这些优异的“品种设计”材料，在高产的基础上，稻米外观品质、蒸煮食味品质、口感和风味等方面均有显著改良，并且以其配组的杂交稻稻米品质也显著提高。这项研究结果将极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。（Nature Plants）
水稻理想株型研究中获进展
水稻的株型是决定水稻产量的主要因素之一，水稻理想株型的塑造是提高水稻产量的重要途径。控制水稻理想株型的主基因IPA1 (Ideal Plant Architecture 1) 编码一个含SBP-box的转录因子，参与调控多个生长发育过程。通过对IPA1的互作蛋白IPI1的系统深入研究，表明IPI1编码一个RING-finger E3 ligase，能够和IPA1在细胞核内发生互作，并泛素化IPA1蛋白；IPI1功能丧失突变体的IPA1蛋白水平在茎基部降低，但在穗部升高，相应地植株表现出分蘖数增加、穗子变大和每穗粒数增加的表型；进一步生化分析揭示，IPI1对IPA1的泛素化具有组织特异性，从而精细调控不同组织IPA1蛋白水平。该研究为进一步解析水稻株型调控遗传调控网络和水稻品种设计奠定了基础。（Plant Cell）
研究证实“世界没有两片相同叶片”
为什么“世界上没有两片完全相同的叶片”？研究人员以TIE转录抑制因子蛋白为诱饵通过酵母双杂交方法成功筛选到与TIE1相互作用的含有RING结构域的E3泛素连接酶TEAR1（TIE1- associated RING-type E3 ligase 1）。研究表明TEAR1具有泛素连接酶的活性，而TIE1确实在植物体内能泛素化并被降解调控。降低TEAR1及其同源基因的功能可导致叶片边缘过度生长和叶锯齿增多等表型。遗传分析表明过量表达TEAR1可拯救TIE1过量表达导致的叶片发育缺陷的表型，而TEAR1缺失可增强因TCP转录因子活性降低引起的叶片发育缺陷表型。该研究不仅首次发现了一类RING类泛素连接酶在调控叶片发育过程中的重要功能，还揭示了一种新的精确调控TCP活性和叶片发育的分子机制。TEAR1根据内部条件和外部环境决定TIE1的降解来解除TIE1对TCP活性的抑制，从而正调控TCP的活性（见图1）。通过这种微调机制，植物能灵活地根据内外条件的变化精确调控叶片的形态和大小，实现“世界上没有完全相同叶片”的现象。（Plant Cell）
拟南芥核小斑中SC35影响植物生长发育
SR蛋白是生物体内富含有丝氨酸/精氨酸(serine/arginine-rich)的一类非常保守的蛋白家族。动物中关于SR蛋白的研究有很多，但是由于功能的冗余性，植物中对SR蛋白的研究比较少。研究人员发现拟南芥中SC35/SCL蛋白的五突变体sc35-scl表现出叶片锯齿，晚花，根变短以及果荚排列异常等多种表型异常。研究表明SC35/SCL蛋白定位于细胞核小斑（nuclear speckles）中并与U1 snRNP（U1-70K）和U2 snRNP（U2AF65a）相互作用。进一步分析表明SC35/SCL蛋白能偏好识别一段含有AGAAGA的RNA序列并参与了前体mRNA(pre-mRNA)的剪接过程。针对sc35-scl晚花表型的综合研究发现SC35/SCL不仅抑制了开花关键基因FLC基因的第一个内含子的剪接，而且也影响FLC基因的转录过程。这些结果说明拟南芥中SC35/SCL蛋白通过调节植物体内前体mRNA的转录和剪接加工从而维持植物体内基因的正常表达从而调控植物的生长发育过程。（PLoS Genetics）
苔藓功能性状关系研究中获进展
维管植物叶片的功能性状关系在近20年受到广泛关注，但对苔藓的相关研究却极其匮乏，尚不清楚其是否具有与维管植物叶片类似的权衡关系以及二者之间有何差异。研究团队测定并计算了川西亚高山冷杉原始林下28种苔藓的养分、光合、形态学性状及性状间的二元关系，并与GLOPNET数据库中全球维管植物叶片的数据进行对比分析。研究发现，该地区苔藓的光合能力、氮含量、氮磷比以及光合养分利用效率均低于维管植物叶片，但是却具有较高的磷含量；苔藓的养分含量与代谢指标显著正相关，并且与形态学性状（shoot mass per area）显著负相关；此外，苔藓养分与光合性状的权衡关系斜率显著高于维管植物叶片。该研究证实了苔藓光合组织的养分、光合及形态性状也存在与维管植物叶片经济型谱系相类似的权衡特征，但苔藓会分配更多的氮、磷养分到生理代谢中，反映了它们迥异的资源分配方式和生存适应对策。（American Journal of Botany）
利用SNP芯片获棉花遗传育种新进展
纤维品质的遗传改良一直是陆地棉的主要育种目标，但要做到品质性状的精准选择却比较困难。研究人员利用高通量单核苷酸多态性(SNP)芯片，检测到46个SNP位点与纤维长度、强度、细度等5个纤维品质主要性状显著关联。这些显著的SNP位点分布在15条染色体，主要涉及多糖生物合成、信号转导和蛋白质转移等方面的612个相关候选基因。在At07和Dt11染色体上存在着较多的纤维品质SNP位点和基因，发现了两个与纤维长度和强度相关联的单倍型。此外，将GWAS和转录组分析结合，进一步鉴定了163个和120个分别与纤维长度和强度有关的基因，从中筛选到若干尚未报道过的新基因以及19个极具研究价值的候选基因。这些结果对纤维品质遗传基础解析提供了新的见解，并为改良陆地棉纤维品质提供了候选SNP标记和基因资源。（Plant Biotechnology Journal）
