生物技术前沿一周纵览（2017年4月28日）

生物技术前沿一周纵览（2017年4月28日）


双色百合花形成的分子机理

研究人员运用代谢组学、比较转录组学和分子生物学相结合的手段对双色百合花形成的分子机理进行了研究。双色百合花的紫色部位的成色物质主要成分为矢车菊素-3-芸香糖苷。表达谱分析表明，花青素苷合成基因在花被片下部特异协同表达导致花青素苷特异地积累于花被片下部，而在花被片上部不表达。百合花被片中叶绿素含量逐渐下降的原因是，随着花被片的发育，叶绿素合成相关结构基因在花被片上下部的表达量均逐渐下降，而叶绿素降解相关结构基因的表达量迅速上升。通过WGCNA分析，参与调控百合花被片中花青素苷合成通路以及叶绿素代谢通路的候选转录因子也得以鉴定。（Frontiers in Plant Science）

小麦淀粉合成通路基因的遗传效应及育种选择取得新进展

小麦的粒重是育种家关注的重要农艺性状之一，与产量直接相关。研究发现TaAGP大小亚基基因分别位于小麦第1及第7同源群，其中TaAGP-S1-7A和TaAGP-L-1B存在多个多态性位点，分别形成四种单元型。转基因研究证明，优异单元型与非优异单元型间的效应差异主要源于蛋白结合底物能力及启动子驱动能力的差异。通过分析小麦二倍体及四倍体祖先种中的基因序列，发现对AGP-S1和AGP-L-1B的选择作用主要发生在小麦六倍体化过程之后。结合该团队对小麦蔗糖合酶（TaSus）的研究还发现，淀粉合成通路上的多个酶基因的优异单元型在影响粒重效应上以简单加性效应为主，这一发现为小麦高产分子辅助育种提供了理论基础。（Plant Biotechnology Journal）

建立转基因水稻非靶标效应评价技术体系

评价转基因抗虫作物的非靶标效应，首先要科学遴选合适的代表性节肢动物种，即指示种。研究人员历经6年的努力，系统梳理了我国中南部稻区常见节肢动物种类，明确了近1000种主要节肢动物的生物习性、种间营养关系及其发挥的生态功能，并通过酶联免疫技术定量分析了Cry蛋白在Bt稻田节肢动物食物网中的分布和流动规律，最终遴选并验证了适用于转基因水稻生态安全研究的节肢动物指示种。该工作为在实验室条件下精准评价转基因抗虫水稻的非靶标效应奠定了科学基础。（Plant Biotechnology Journal）

科学家建立最准确的小麦基因组图谱

小麦（Triticumaestivum）是在世界很多地方是主粮之一。小麦具有三个类似的其基因组的80%以上的重复序列，使其难以测序片段的全基因组片段。研究人员结合下一代测序技术与计算机算法以产生最准确的地图在小麦基因组中。鉴定出了超过10万个基因，其中包括近23000株系或破碎先前在小麦基因组。（nature）



解析蛇足石杉中参与石杉碱甲合成的关键基因

研究人员对蛇足石杉的不同组织 (根、茎、叶和孢子) 进行了全面的转录组分析，对参与石杉碱甲生物合成途径中的五类功能基因进行了验证和预测，得到了已被生化验证功能的赖氨酸脱羧酶 (LDC)、铜胺氧化酶 (CAO) 和三型聚酮合酶 (PKS) 的各类多个全长基因。在此基础上，基于化合物形成和修饰的化学原理认识，进一步解析了石松类生物碱骨架形成和修饰相关的关键功能基因小檗碱桥酶 (Berberine bridge enzyme (BBE)) 以及开环马钱子苷合酶 (secologanin synthase (SLS))等细胞色素单加氧酶。该研究在丰富蛇足石杉功能基因组数据库的同时，对石杉碱甲生物合成途径解析提供了可靠的数据支持，为全面解析石杉碱甲的生物合成途径开辟了道路。（BMC Genomics）

氮沉降对植物养分稳定性的影响

研究人员对年降水量和年均温具有明显差异的3个年份内草地优势植物叶片氮磷元素含量和计量的年际间变化及其对氮沉降和火烧处理响应在年际间的变动情况，同时探讨了氮沉降和火烧处理对植物氮磷元素含量和计量稳定性的影响。研究结果显示，植物叶片的氮磷含量及其比例在不同年份间存在显著差异，这种年际间的变化与降水量有明显的关系。氮沉降和火烧对植物养分含量和计量比值的影响会因年份而异。氮素添加提高了植物氮素含量的年际间稳定性，但是显著降低了植物体内磷含量和氮磷比值的年际间稳定性。这项研究表明，植物养分状况对实验处理的响应并不是一成不变的，不同年份间降水和温度等自然条件的变化可能会影响其对实验处理的响应。氮沉降不仅会使得植物生长的养分限制条件发生转变，使其生长由氮限制转变为磷限制，还可能导致植物体内的磷含量和计量特征变得不稳定。该项研究有助于我们从植物营养的角度阐释氮沉降对生态系统结构和功能的影响机制。（Biogeochemistry）

科学家在解脂耶氏酵母中迭代整合途径基因高产β-胡萝卜素

β-胡萝卜素是一种四萜类化合物，常作为色素或营养添加剂用于食品和动物营养，目前主要由化学合成或三孢不拉霉发酵生产。β-胡萝卜素可由乙酰辅酶A（或丙酮酸和甘油醛-3-磷酸）经12步生物合成，将相关基因导入酿酒酵母或大肠杆菌可获得异源产β-胡萝卜素细胞。解脂耶氏酵母作为一种产油酵母，乙酰辅酶A供应充足，并能将高度疏水的萜类分子存储在胞内油滴中，具备高产β-胡萝卜素的潜力。研究人员通过对β-胡萝卜素异源合成途径的11个编码基因进行强启动子替换和多轮拷贝数叠加，以优化的培养基补料发酵可产4g/L的β-胡萝卜素，产物绝大部分储存在胞内油滴中。此项研究表明解脂耶氏酵母是一种理想的可用于生产疏水性萜类化合物的细胞工厂。（Metabolic Engineering）

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