生物技术前沿一周纵览（2018年8月17日）
生物技术前沿一周纵览（2018年8月17日）
植物光形态建成的重要分子机理
植物通过光合作用将太阳光转化为有机能，同时参与植物的多个生长发育过程，包括种子的萌发，幼苗的形态建成，植株的开花以及生物周期节律等。结合遗传学和生物化学的方法，研究人员鉴定了参与光形态建成的一个新的抑制因子，BBX28。BBX28是含有一个B-box结构域的转录调节子，属于B-box蛋白第五亚家族的成员。在黑暗下，BBX28与COP1相互作用，并且COP1 会促进BBX28通过26S蛋白酶体所降解。在光照下，由于COP1蛋白的活性受到多种分子机制的抑制，使得COP1蛋白的底物如HY5和BBX28等得以积累。而此时积累的BBX28和HY5在细胞核内形成异源二聚体，通过抑制HY5对下游目的基因启动子上特异DNA基序的结合能力，来抑制HY5的转录活性，最终抑制植物的光形态建成。该项原创性的研究揭示了植物光形态建成中一项新的分子调控机制，为进一步深入理解光调控植物生长发育信号通路具有重要意义。 （The Plant Cell）
基因组编辑技术解决马铃薯自交不亲和难题
马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物。自然界中70%的马铃薯种质为二倍体，但其普遍存在自交不亲和的现象，限制了自交系的创制。为了寻找一种更有效的克服自交不亲和的方法，研究人员创新性地利用基因组编辑技术解决这一难题。马铃薯的自交不亲和是由核糖核酸酶基因（S-RNase）控制的，该基因在不同材料中的多态性非常高，很难通过同源克隆的方法克隆到S-RNase基因的全长。研究人员通过对柱头转录组进行从头拼接，获得了S-RNase基因的全长序列，并利用基因组编辑技术对此基因进行了定点突变，获得了自交亲和的二倍体马铃薯，并通过自交获得了不含有外源片段的马铃薯新材料。利用该方法获得的自交亲和马铃薯新种质不含有任何野生基因组片段，可以直接应用到育种过程中。（Nature Plants）
水、旱稻抗旱机制研究中取得新进展
水稻是主要口粮之一，研究通过比较典型旱稻品种群和水稻群的转录组及基因组数据鉴定出一个正向调控水稻耐旱性的ERF家族转录因子OsLG3 （OsERF62）。研究人员发现干旱胁迫下OsLG3在旱稻中的表达水平显著高于水稻。候选基因关联分析表明其启动子的自然变异与渗透胁迫发芽的耐受性有关。过表达OsLG3显著提高了水稻的耐旱性，而抑制OsLG3表达则导致水稻对干旱的敏感度增加。系统进化分析表明，OsLG3的优异等位基因可以提高栽培粳稻的耐旱性。携带旱稻优异等位基因OsLG3IRAT109的导入系和互补转基因系的耐旱性增强，表明OsLG3的自然变异有助于增强水稻和旱稻的耐旱性。进一步通过转录组分析研究表明，OsLG3可能通过诱导活性氧的清除，从而正向调控水稻的耐旱性。（Plant Physiology）
水稻驯化过程中花序二级枝梗增加的分子机制
水稻（Oryza sativa L.）是重要的粮食作物。研究鉴定到了CONTROL OF SECONDARY BRANCH 1（COS1）基因，在水稻驯化过程中，该基因在调控花序二级枝梗数量和谷物产量方面发挥关键作用。图位克隆发现，COS1基因与FRIZZY PANICLE（FZP）为同一基因。FZP起始密码子上游约2.7kb的4-bp缺失会影响OsARF6（Auxin Response Factors）与FZP启动子的结合，从而下调其表达，显著增加二级枝梗的数量，提高水稻产量。该研究进一步通过功能分析表明，类胰蛋白酶（丝氨酸和半胱氨酸蛋白酶）NARROW LEAF 1（NAL1），与FZP相互作用并促进FZP降解。在栽培品种Zhonghua 17中降低FZP的表达或是提高NAL1的表达，都会增加二级枝梗的数量及穗粒数，进而提高水稻籽粒产量。FZP一方面可负调控枝梗分生组织的形成，降低其表达可增加花序二级枝梗；然而，另一方面FZP是花发育不可或缺的。敲除或是严重敲低FZP会大量增加二级枝梗的数量，但会严重影响籽粒形成。因此，维持适当水平的FZP对于水稻籽粒发育和产量形成是必需的。（Plant Journal）
TRAS技术首次揭示大蒜鳞茎瓣形性状调控网络
栽培种大蒜一般不育，难以构建遗传分析群体，而且大蒜基因组庞大，导致大蒜农艺性状遗传和分子基础几乎未知。为验证TRAS的可行性，研究人员利用此方法分析了大蒜鳞茎瓣形性状的遗传基础。利用102个大蒜地方品种，共识别36个在DNA序列上与大蒜瓣形性状相关联的转录本，其中22个转录本的GE值也与性状相关联。因此，这22个转录本被确定为瓣形性状候选基因。eQTL分析发现，在这22个候选基因中，13个基因存在互作，且互作基因的GE值也呈显著相关。基于这13个基因的互作关系，他们成功构建了大蒜瓣形性状调控网络。（DNA Research）
糖转运蛋白介导纤细病毒成功突破介体昆虫中肠侵染屏障
69%的植物病毒传播需要介体昆虫。介体昆虫在取食植物韧皮部汁液时，植物病毒尤其是持久型病毒会随着汁液通过口针、食道被摄入到昆虫的肠道中，进而穿过肠道上皮细胞进入到血淋巴，借助昆虫的循环系统在体内扩散并到达唾液腺。研究以持久增殖型水稻条纹病毒（Rice stripe virus, RSV）以及其传播介体灰飞虱（ Laodelphax striatellus ）为研究对象。通过酵母双杂交技术以及免疫共沉淀技术验证了RSV的核衣壳蛋白（Nucleocapsid protein, NP）与灰飞虱糖转运蛋白6（sugar transporter 6，LsST6）存在互作关系；进一步研究发现LsST6在灰飞虱肠道中表达量最高且定位在中肠上皮细胞的细胞膜上，带毒灰飞虱消化道内的RSV 能够与LsST6共定位于上皮细胞的细胞膜上。提纯的RSV病毒粒子能够侵染表达外源基因LsST6的Sf9细胞，说明该蛋白可以介导病毒的侵入。通过RNAi干扰技术降低灰飞虱体内LsST6的表达量时，灰飞虱的获毒率和传毒效率都较对照组有明显的下降，表明LsST6参与了RSV侵染中肠上皮细胞的过程并起着十分重要的作用。（PLOS Pathogens）
根部半寄生植物与寄主植物及土壤共生微生物多重互作研究获进展
物种互作是影响生物多样性形成和维持的关键过程之一。研究人员先后解析了AM真菌与几种马先蒿属根部半寄生植物及其禾草类寄主的互作关系，发现接种AM真菌可显著抑制马先蒿生长发育。然而，由于马先蒿的禾草类寄主对接种AM真菌缺乏明显生长反应，土壤共生微生物如何通过影响寄主生长发育调节马先蒿与寄主的互作关系仍有许多未解之谜。豆类也是马先蒿的较优寄主，但不同于禾草类寄主，豆类寄主可与AM真菌和根瘤菌建立三重共生关系，且接种AM真菌和根瘤菌常可显著提升植株养分吸收水平和生物量。在野外条件下，豆类寄主对马先蒿寄生的耐受能力常高于禾草类寄主，推测菌豆共生体在缓解马先蒿对豆类寄主的寄生危害中发挥重要作用。AM真菌和根瘤菌对寄主养分吸收的贡献不同，自身生长发育的养分需求也存在明显差异；而不同马先蒿的养分需求及对寄主的养分胁迫也存在明显种间差异。因此，探讨菌豆共生体对养分需求不同的马先蒿寄生胁迫的响应，有助于了解多重互作中生物间特异的养分调节过程，对认识土壤共生微生物如何调控根部半寄生植物与寄主互作关系有重要意义。（New Phytologist）
