生物技术前沿一周纵览（2017年11月24日）
生物技术前沿一周纵览（2017年11月24日）
小麦D基因组精细图
小麦是世界上重要的农作物之一，基因组巨大而且复杂，和其它作物相比转座子含量特别高，基因组超大，这使得小麦基因组测序组装异常困难。研究人员利用二代、三代等测序技术与最新的组装技术，对D基因组重新测序与组装，将组装质量提高210 倍，完成了染色体级别的D基因组精细图谱的绘制。利用高质量的组装结果，准确地进行了基因注释，构建了基因分布图、基因表达图、假基因分布图、重复序列分布图、甲基化分布图、重组率分布图和smallRNA分布图。研究发现，粗山羊草基因组中有一批基因在近期发生了复制。研究还重点分析了转座子对基因组结构、基因复制、假基因形成与基因表达的影响，发现有近1/2的基因中携带有TE，是已测序基因组中携带TE基因最多的物种，也是迄今为止报道的假基因数量最多的物种。TE通常还抑制基因的表达。该研究还首次把近30年来三代分子标记和之前检测到的重要农艺性状基因和QTL定位到小麦D基因组上，获得一个完整的整合图谱。（Nature Plants）
防控稻田杂草新机制
稻田稗草（E. crus-galli）被认为是全球最严重的杂草之一。研究人员研究表明，稗草可以合成异羟肟酸类次生代谢产物丁布（DIMBOA）的三个基因簇，具有抑制水稻生长的作用。稗草能合成次生代谢产物稻壳素（momilactone）的基因簇，具有抵御稻瘟菌等病菌生长能力。这是研究人员首次了解到稗草会利用基因簇的遗传机制合成这些化合物与水稻竞争,从而起化感作用。研究还发现细胞色素（CYP450）和谷胱甘肽巯基转移酶（GST）基因具有解毒功能，以非靶标抗性机制，直接参与杂草除草剂抗性的进化。利用化感作用进行杂草防控将是农业可持续发展的关键技术之一。（Nature Communications）
FT家族基因调控大豆发育方向的跷跷板模型
大豆是光周期敏感的短日植物。研究团队通过结合转录组分析和实时定量PCR分析，发现并确证大豆FT开花基因家族的一个成员GmFT1a与已知成员GmFT2a/GmFT5a的光周期表达特性完全相反，即GmFT1a的表达受长日照的诱导，而GmFT2a/GmFT5a则受短日照的诱导。由此推测GmFT1a与已知成员GmFT2a/GmFT5a在开花作用上功能存在分化。转基因实验分析表明，与GmFT2a/GmFT5a具有开花促进功能明显不同，GmFT1a具有开花抑制的功能，从而确证了前述推测。基于此项研究及前人结果，该团队提出了大豆FT开花基因家族调控大豆生长发育的跷跷板模型（Teeter board model）：光周期通过生育期主基因E1调控大豆FT开花基因家族不同成员的相对表达水平，从而决定大豆的发育方向。GmFT1a基因的发现有助于促进大豆向低纬短日地区的扩展，为进一步阐明影响大豆生长发育方向的分子机制奠定了基础。（New Phytologist）
水稻小穗内小花数目的发育调控机制
水稻产量构成的三要素中，每穗粒数（小花数目）是最重要因素之一。研究首次鉴定了一个天然突变体double floret 1(df1)，该突变体小穗除了产生正常的顶生小花外，还在一对护颖内发育出了1朵完整的小花并产生正常的种子。通过图位克隆、细胞学、分子生物学等手段，揭示了DF1编码了一个脂肪酶，具有其酶活性，调控小穗分生组织的确定性，其DF1突变导致小穗确定性转变为不确定性或者小穗确定活性延长，进而形成多个籽粒。研究结果为增加“每穗粒数”提供一条新的途径和观点。即培育“多花小穗”水稻品种可以为大幅度提高每穗粒数奠定基础。（Plant Biotechnology Journal）
小麦野生远祖基因组测序完成
作为全球主要粮食作物，小麦为人类提供了超过20%碳水化合物和23%蛋白质等营养需求。小麦及其野生远祖的基因数量为人类的6倍，含有的碱基数有17兆之多，且小麦基因组是六倍体，这意味着它由3套不同的基因组组成，所有这些特点使得为小麦进行基因组测序变得非常困难。节节麦也叫山羊草，是一种生长在荒芜草地或麦田中的野生小麦，具有对极端环境的高适应能力以及耐病特性。但其基因组一样具有规模过大和复杂等特点，其84%基因组由重复序列构成。研究团队结合多种先进测序技术，最终获得具有参考价值的节节麦基因组序列，将为改良小麦品种、提高小麦面粉质量提供主要的基因来源。（Nature）
科研人员首次培育出带有基因剪刀的工具猪
猪在器官结构、大小以及生理代谢、免疫系统等方面与人更接近，被普遍认为是非常理想的大动物疾病模型、异种器官移植供体模型和异种器官再造受体模型。研究人员利用基因打靶技术，将能够剪开基因的Cas9蛋白基因插入到猪基因组的一个特定的位点（ROSA26），相当于在猪体内加入了一把基因剪刀，并且在Cas9基因附近加上了能与Cre重组酶结合的loxp位点，后者相当于一个开关，能对其剪切功能的开启加以控制。研究人员利用此工具模型，不需要依赖受精卵注射或体细胞核移植技术，在动物体内转入能识别特定基因的gRNA和重组酶，可直接对猪的基因组进行编辑，从而快速获得相应基因编辑猪模型。研究人员将包装的含有Cre重组酶和靶向六种肿瘤相关基因的gRNAs慢病毒通过滴鼻方式，感染工具猪的肺脏，在猪肺细胞的基因组发生癌化突变。三个月后，猪出现了典型的肺癌症状和病理变化，从而建立了原发性肺肿瘤大动物模型。（Genome Research）
研究人员首次揭示KDM2B-PRC1在重编程中的功能
Polycomb Group（PcG）蛋白家族（多梳蛋白家族）是一类进化上极为保守的转录抑制因子，在发育基因的抑制中起重要作用，和TrxG复合物（三胸复合物，主要与基因激活有关）是发育程序的“总开关”，是大部分高等多细胞生物正常发育所必须的，也是表观遗传领域的核心研究内容。研究沿继2012年该实验室关于维生素C可以通过KDM2A/KDM2B下调组蛋白H3K36me2水平，促进体细胞诱导为iPS细胞的重编程的重要发现，使用KDM2A作为对照研究KDM2B-PRC1的功能。研究人员发现在Oct4介导的iPS诱导过程中，过表达Kdm2b相比于过表达Kdm2a，能更显著地提升体细胞重编程效率。为确定这一促进功能对PRC1招募的依赖性，研究人员删除了Kdm2b负责招募PRC1的LRR结构域（KDM2B-ΔLRR），以及对Pcgf1等KDM2B-PRC1复合物关键因子进行敲降，这证明KDM2B对重编程的促进作用是依赖于PRC1的募集的。该研究发现KDM2B-PRC1.1复合物的一个显著的生物学功能，可作为一个抓手进一步深入研究该复合物的生理功能。研究也以一个意料之外的结果作为契机，首次阐明了BMP信号调控KDM2B-PRC1的机制，进一步丰富了信号通路调控细胞命运决定的机制，也为通过胞外环境调节细胞表观遗传状态提供了新的理论基础。(Cell Reports)
