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[前沿资讯 ] 研究揭示小麦籽粒发育新机制 进入全文
中国科学报
近日，中国农业科学院作物科学研究所生物信息学及应用创新团队研究发现，在小麦中，生长素路径抑制因子TaIAA21通过与生长素响应因子互作来调控下游乙烯响应因子基因的表达，进而影响小麦粒型和粒重的分子机制。相关研究成果在线发表于《植物杂志》（ The Plant Journal ）上。 据研究员李爱丽介绍，粒长、粒宽和粒重是影响作物产量的重要因素。生长素信号对籽粒发育具有重要作用。生长素路径负调控因子在植物生长素信号传导通路中扮演重要角色，对植物器官发育具有重要作用。但是，到目前为止还没有发现该类转录因子在小麦籽粒发育中的功能。 该研究发现TaIAA21是小麦籽粒粒长、粒宽和粒重的负调控因子。通过对该基因进行生物技术操作可使籽粒外果皮细胞显著变大，籽粒变大。研究人员通过筛选籽粒发育早期高表达的生长素响应因子，鉴定出生长素路径抑制因子TaIAA21和TaARF25与基因TaERF3组成籽粒发育调控分子模块，并验证了其通过内部互作调控籽粒的粒型和粒重。 另外，在我国小麦种质资源中的自然变异调查表明，该基因大粒单倍型在栽培品种中出现的频率高于地方品种，因此可推测，小麦育种有选择该类单倍型的趋势。上述研究对小麦高产育种具有重要借鉴意义。该工作得到国家自然基金、中国农科院科技创新工程“藏粮于技”项目的资助。相关论文信息：https://doi.org/10.1111/tpj.15541
[前沿资讯 ] 油菜团队建立长日照作物综合快速育种体系 进入全文
华中农业大学植物科学技术学院
10月15日，Plant Biotechnology Journal期刊在线发表了油菜团队题为“Comprehensive Speed Breeding: a high-throughput and rapid generation system for long-day crops”的短文，该研究建立了一种由萌芽种子春化、高通量植株培养筛选和植物快速加代技术组成的综合快速育种体系，大大缩短了长日照作物甘蓝型油菜和小麦的繁殖周期，并实现了甘蓝型油菜核心骨干亲本“621R”千粒重的遗传改良。 “快速育种技术”主要指通过人工控制光照（光周期、光照强度和光质构成）和温度环境，促进植物快速开花、快速成熟的一项综合技术。“快速育种技术”概念自2018年提出伊始，就立即受到包括作物育种者在内的植物科学工作者的高度关注。该研究基于人工控温控湿的温室条件，建立了一个红光、绿光和蓝光三基色光混合而成的LED照明光谱（三种光质的强度分别为60%，20%和20%），其在灯下10厘米处光通量密度高达950 μmol·m-2·s-1。在22小时光照/2小时黑暗的光周期和22-24℃的生长温度下，春性甘蓝型油菜品种“Westar”和小麦品种“中国春”可以分别在67天和75天内完成一个世代的生长。对于冬性甘蓝型油菜或小麦品系，则可将萌芽种子置于4.5℃条件下完成春化（具体时间依赖于不同品系的冬性强弱），再置于上述光照条件下培养。利用该方法，半冬性甘蓝型油菜品种“中双11号”和冬小麦品种“烟农19号”分别在87天和83天内完成一个生长世代，每个单株可分别收获800和20粒（去除分蘖）发育良好种子。此外还发现，如果在上述光谱中，额外添加500 μmol·m-2·s-1的远红光，则可在125天内完成强冬性甘蓝型油菜品种“Darmor-bzh”的一个生长世代，并能使“Westar”、“中双11”的生长周期进一步缩短至55天和66天。和2018年Watson报道的方法相比，本系统对于长日照作物而言，在处理效率、操作方便性和生长期缩短效果上均有大幅度的提升。 利用该技术平台，结合分子育种手段，课题组在23个月内通过8个完整的世代，成功的将甘蓝型油菜核心骨干亲本 “621R” 的千粒重从2.71克提高到3.42克。该技术将在分子设计育种、遗传群体构建和功能基因组学研究中发挥重要的作用。 学院博士研究生宋易先为论文第一作者，洪登峰教授为通讯作者。该研究在作物遗传改良国家重点实验室的和湖北洪山实验室完成，得到了湖北省自然科学基金、武汉市应用基础前沿项目和作物遗传改良国家重点实验开放基金的资助。
[前沿资讯 ] 马闯教授团队在植物RNA m6A修饰进化研究方面取得新进展 进入全文
西北农林科技大学网站
2021年10月11日，西北农林科技大学生命科学学院马闯教授团队在分子进化生物学知名期刊《Molecular Biology and Evolution》在线发表题为《Evolutionary implications of the RNA N6-methyladenosine methylome in plants》的研究论文，揭示了植物RNAN6-甲基腺苷修饰（m6A）在古老同源基因起源和进化过程的偏好性，及其在全基因组加倍和局部基因组复制过程中的进化特征。 m6A是真核生物mRNA中最常见、含量最为丰富的甲基化修饰类型。随着m6A-seq测序技术的应用和改进，针对全转录组水平的m6A修饰研究技术取得了巨大突破，成功应用到动物、酵母、细菌、植物的功能研究中，揭示了m6A修饰在调节RNA剪接、翻译、稳定性上的重要作用和m6A修饰的进化保守、组织特异以及响应胁迫等特点。表观遗传修饰在基因组的进化创新中发挥着重要作用。然而，目前相关的大多数研究集中在DNA 修饰的进化作用机制，转录后RNA修饰对基因组进化的影响知之甚少。 在该项研究中，研究人员以小立碗藓、拟南芥、玉米、水稻、小麦等13种具有代表性植物物种为对象，构建了对应的RNAm6A修饰全转录组图谱，以跨越5亿年进化时间的尺度对数据深入分析，发掘出植物m6A 修饰在进化中的保守性和分化特征。该研究表明，伴随着植物物种的进化过程，m6A 修饰偏好性地保留在进化起源古老的直系同源基因中；相对于新产生的基因，早期进化起源的直系同源基因对之间的m6A 差异更小；全基因组复制后的序列变异和局部基因组复制事件导致的基因家族扩张是引起同源基因间m6A 修饰差异的重要因素；同源基因间m6A 修饰的差异影响了基因组复制事件产生的重复基因的转录水平和翻译效率的变化。 近年来，马闯教授团队围绕植物RNA修饰开展了一系列生物信息学分析方法研究、软件研发以及生物学知识挖掘工作，相关研究成果发表在Plant Physiology（PMID: 33631802; 31409695）、Bioinformatics（PMID:29850798）以及Frontiers in Plant Science（PMID:29720995）等期刊。这项研究是该团队在植物RNA修饰进化相关生物学知识挖掘方面的又一阶段性成果，为RNA甲基化修饰调控基因表达研究提供了新的研究视角，也为后续进一步研究m6A修饰调控基因功能的进化机制提供了丰富的数据资源。 西北农林科技大学生命科学学院苗震龑副教授、博士生张庭为论文共同第一作者。硕士生谢彬和博士生齐玉红为论文工作的完成也做出了重要贡献。马闯教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家青年人才项目、国家自然科学基金、陕西省人才计划项目、西北农林科技大学引进人才项目、中央高校基本科研业务费资助项目等项目的资助。首都师范大学何奕騉教授、中国农业大学孙连军教授、吉林省农业科学院张春宝研究员、中国农业科学院棉花研究所马磊博士、中国农业大学小麦遗传与基因组学中心、西北农林科技大学陈坤明教授为该研究提供了宝贵的实验材料。西北农林科技大学高性能计算平台为该项研究提供了计算资源。 论文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msab299
[学术文献 ] 葫芦科14-3-3（GRF）基因家族的鉴定及进化分析 进入全文
知网
14-3-3蛋白是植物中一类高度保守的蛋白家族,因其特异识别并结合靶蛋白的磷酸化位点而广泛参与植物生长发育和逆境胁迫响应过程。为系统地了解14-3-3(GRF)基因家族在葫芦科作物中的基本特征和进化关系,本研究利用生物信息学从葫芦科7个物种基因组内共鉴定出83个14-3-3(GRF)基因,其中西瓜中有10个、甜瓜中9个、黄瓜中10个、瓠瓜中9个,3个南瓜属物种基因组各15个。理化特性表明14-3-3(GRF)蛋白的分子量约为30 k D,且大都为酸性氨基酸(pI<7.0)。相对于西瓜、甜瓜、黄瓜和瓠瓜,基因组复制事件是3个南瓜属物种内14-3-3(GRF)基因数目增多的主要原因。进化分析显示,葫芦科14-3-3(GRF)基因家族可进一步被划分为ε类和非ε类亚组,且后者的基因结构(外显子数目,内含子相位)较为保守。本研究结果首次完成了14-3-3(GRF)基因家族在葫芦科作物的鉴定、基因结构、基因家族扩增、共线性及进化分析,为更深入研究该家族基因的生物学功能提供参考。
[学术文献 ] Phylogenetic informativeness analyses to clarify past diversification processes in Cucurbitaceae（葫芦科植物系统发育信息分析以阐明过去的多样性过程） 进入全文
Springer Nature Journal
Phylogenomic studies have so far mostly relied on genome skimming or target sequence capture, which suffer from representation bias and can fail to resolve relationships even with hundreds of loci. Here, we explored the potential of phylogenetic informativeness and tree confidence analyses to interpret phylogenomic datasets. We studied Cucurbitaceae because their small genome size allows cost-efficient genome skimming, and many relationships in the family remain controversial, preventing inferences on the evolution of characters such as sexual system or floral morphology. Genome skimming and PCR allowed us to retrieve the plastome, 57 single copy nuclear genes, and the nuclear ribosomal ITS from 29 species representing all but one tribe of Cucurbitaceae. Node support analyses revealed few inter-locus conflicts but a pervasive lack of phylogenetic signal among plastid loci, suggesting a fast divergence of Cucurbitaceae tribes. Data filtering based on phylogenetic informativeness and risk of homoplasy clarified tribe-level relationships, which support two independent evolutions of fringed petals in the family. Our study illustrates how formal analysis of phylogenomic data can increase our understanding of past diversification processes. Our data and results will facilitate the design of well-sampled phylogenomic studies in Cucurbitaceae and related families.
[学术文献 ] Thermal, Structural and Morphological Studies of Cellulose and Cellulose Nanofibers Extracted from Bitter Watermelon of the Cucurbitaceae Family（从葫芦科苦瓜中提取的纤维素和纤维素纳米纤维的热学、结构和形态研究） 进入全文
Springer Nature Journal
This work presents a new way to prepare and isolate nanometric cellulose fbrils as extracted from Citrullus Colocynthis (Cc) seeds. The nanofbrils were then characterized using spectroscopic, thermal and morphological/structural techniques.IR-Raman spectra of cellulose fbers confrmed that the treatment they went through, efectively removed all non-cellulosic material (i.e. hemicellulose and lignin). In addition to that, TGA results indicated a good and higher thermal stability of the extracted cellulose. HPLC and 1H NMR measurements were carried out to estimate the chemical composition of cellulose from Cc seeds. TEM confrmed the presence of nanofbers in the treated sample; XRD (WAXS-SAXS) data show that the cellulose nanofbers have a higher crystallinity. The preparation (extraction and treatment) of cellulose and cellulose nanofbers from the Cc seeds as well as their thermal, structural and morphological characterizations, were successful.
