生物技术前沿一周纵览（2017年6月16日）

研究人员发现花生条纹病毒侵染寄主新机制

 

花生条纹病毒具有广泛的寄主范围，主要通过带毒蚜虫以非持久性方式进行传播，可侵染茄科和豆科等经济作物，引起严重花叶、皱缩和斑驳等症状，直接造成产量损失和品质的下降。研究人员以花生条纹病毒、马铃薯Y病毒O株系、花生和本氏烟（Nicotiana benthamiana）为主要研究材料，通过酵母三杂交、双分子荧光互补（Bimolecular Fluorescence Complementation, BIFC）、重组病毒侵染性克隆（infectious cDNA）和病毒诱导基因沉默（Virus-induced gene silencing, VIGS）等技术，证实了花生条纹病毒两个基因沉默抑制子Hc-Pro和Vpg蛋白，与寄主翻译起始因子eIF4E和eIF4E（iso）共同互作形成蛋白复合体。该蛋白复合体的形成，有利于花生条纹病毒在寄主体内侵染和复制。上述研究工作，揭示了花生条纹病毒的侵染机制，解析了其致病机理，为后续开展马铃薯Y病毒属病毒的隐性抗病基因筛选和病害有效防控奠定了理论基础。（Frontiers in Microbiology）

 

 

脂肪酸是光合作用碳源的主要传递形式

 

菌根共生是植物与菌根真菌建立的互惠互利的同盟，植物可通过与菌根真菌共生高效率地从土壤中获得磷和氮等营养；同时植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。研究人员通过稳定同位素标定实验，首次否定了糖是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式。同时，研究者采用遗传学、分子生物学及代谢生物学的手段研究发现，植物宿主的脂肪酸合成对于丛枝菌根真菌共生是必须的，并且植物合成的脂肪酸能够直接传递给菌根真菌。进一步的研究发现植物基因合成的一类特殊脂肪酸分子，被植物的转运蛋白转运给菌根真菌。该研究系统揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要传递形式，推翻了传统认识，对于理解生态系统的碳氮循环具有重要的意义。（Science）

 

水稻HD结构域基因WSFL1的点突变影响叶绿体核糖体合成和形成白条叶

 

叶绿体主要分布在植物叶片中，叶片的发育直接影响到叶绿体的发育。水稻叶色突变体的研究可以挖掘更多叶绿体发育相关基因，为叶色调控网络解析奠定基础。研究人员利用一个水稻白条纹叶突变体（wfsl1），图位克隆了WFSL1基因。WFSL1基因突变导致叶绿体结构发生改变，抑制了叶绿体核糖体基因转录与翻译，影响了光合作用及干物质的积累。由于WFSL1基因编码一个具有HD domain结构域的磷酸水解酶，表明HD domain在介导叶绿体和核糖体发育中发挥重要作用。（Scientific Reports）

 

 

PacBio三代单分子测序获表观遗传研究新发现

 

毛竹是生长最快的植物之一。研究人员采用PacBio第三代单分子测序，并结合RNA-seq和PAS-seq两种测序方法，对毛竹地下系统几个关键组织的选择性拼接和选择性多聚腺苷酸化进行了全面解析和量化，发现二者相互关联调控转运蛋白、转录因子、纤维素合成酶及翻译调节因子等相关基因，调控毛竹地下茎不同组织生长发育。该研究对毛竹基因进行重注释，并发现一批新的编码基因及非编码RNA，并对富含DNA甲基化的转座子侧翼选择性多聚腺苷酸化的表观遗传学调控进行了初步的探索，这一成果为后续研究毛竹转录后调控及表观遗传学与快速生长的关系奠定了重要的前期基础。（The Plant Journal）

 

 

水稻根际酶活性时空动态稳定机制

 

根际是土壤微生物活动最为重要的“热区”，是土壤-微生物-植物根系之间互相作用关系最为密集的区域。研究人员采用土壤原位酶谱技术（soil zymography），研究了不同温度下（18°C、25°C）几丁质酶和磷酸酶活性和空间分布模式随水稻生长时间（14d、30d）的变化。结果表明，土壤剖面的整体酶活随温度的升高而升高，随水稻生长时间的延长而降低；但酶活热区面积和空间分布模式均与温度无关，当水稻生长时间从14d增加到30d时，几丁质酶活性热区面积从2-2.5%减少到0.3-0.5%，而磷酸酶活性热区面积从2%增加到6-7%，两种酶的空间分布模式均从随机分布过渡为沿根分布；该研究首次探讨了水稻根际酶活的横向扩散范围，并指出土壤酶活性在水稻根系的径向扩散不受温度影响且在水稻生长过程中保持相对稳定；通过比较根际土和非根际土酶活温度敏感性（Q10）的差异，研究发现水稻根表的酶活温度敏感性随与根中心径向距离的增大而减小（Q10~1.3-1.4），而非根际土（距离根中心＞1.5 mm）的酶活性几乎不受温度影响（Q10~1）。 (Soil Biology and Biochemistry)

 

 

找到“花粉管是陆生植物适应缺水生活环境演化出的新生殖结构”生物学证据

 

水生藻类和动物的精子靠鞭毛在液体环境（水和体液）中运动受精，但大部分裸子植物和被子植物的精子都没有鞭毛，那么被子植物的精细胞如何完成受精过程呢？研究人员通过对几个bHLH（basic Helix-Loop-Helix）转录因子的生物学功能（Lin et al., Plant Cell, 2015）的研究，发现两个在花粉粒和花粉管中特异性高表达的成员DROP1（DEFECTIVE REGION OF POLLEN 1）和DROP2，他们若同时缺失时会产生一些外形变成水滴状的花粉粒，在这类水滴状的花粉粒中只含有一个营养细胞核而没有两个精细胞。研究人员挑选出这种水滴状花粉粒，对他们进行花粉管萌发、花粉管生长、花粉管导向、受精过程等生殖生物学过程的研究，结果发现，没有精细胞的花粉粒可以正常地萌发出花粉管；没有精细胞的花粉管可以正常生长、可以正常响应雌方（胚珠）分泌的吸引信号、可以正常抵达胚囊、也可以正常爆裂释放出花粉管的内容物，这一系列实验的结果说明，没有精细胞存在的情况下，花粉管仍然可以正常地完成生长、导向、识别、爆裂等生殖生物学过程，从而证明了高等植物的花粉管运输方向完全是由花粉管自身控制的，而高等植物的精细胞的全部生物学功能就是受精。（Nature Plants）

 

科学家优化基因编辑技术

 

CRISPR技术，是目前为止科学家所使用的最先进的“基因剪刀”之一。研究人员对这对CRISPR技术进行了优化，发现向受精卵中注射多个“连续指导RNA”，目标基因在小鼠胚胎中能做到１００％的完全删除、在猴子胚胎中能做到91％－100％的删除。研究人员认为该研究的意义在于可以应用优化后的基因编辑技术，在动物个体水平发现新的药物靶点。同时，这项研究也可用于快速建立大量基因敲除猴模型，加快脑科学的应用和研究。（Cell Research）