基因组编辑:植物生物技术的机遇与挑战北大核心CSCD

基于序列特异性核酸酶的基因组编辑技术可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除,并可实现特定基因片段置换,基因的定点插入等基因组靶向修饰。基因组编辑是一种精准和高效的基因工程方法,近年来快速发展并得到了广泛的应用,并将改变生物技术的现状。目前,基因组编辑在不同植物,特别是农作物中的技术体系已建立,初步展示了其在植物生物技术领域的巨大潜力。介绍了不同基因组编辑系统的工作原理,并对基因组编辑技术在植物研究中的应用及成功案例进行了综述,最后对基因组编辑在植物生物技术领域所面临的机遇与挑战进行了讨论。     

Harpin_(Pss)诱导的烟草早期防卫反应及钙的参与

Harpin_(Pss)可引发烟草过敏反应。超氧化物歧化酶能抑制,而过氧化氢酶不能抑制harpin_(Pss)诱导产生的这个反应,表明是超氧阴离子(O_2~-)是harpin_(Pss)诱导的烟草过敏反应的必要因子。Harpin_(Pss)还可引起烟草悬浮细胞活性氧的释放和胞外碱性化这两个早期防卫反应。Diphenylene iodonium能消除这种活性氧的诱导,这提示harpin_(Pss)可能是通过诱导NADPH氧化酶而产生O_2~_的。EGTA在无Ca~(2 )培养基中,能消除harpin_(Pss)诱导的烟草悬浮培养物的这两种防卫反应,再向培养基加Ca~(2 ),可恢复harpin_(Pss)的效应。LaCl_3、verapamil、新霉素、U-73122和LiCl也能抑制harpin_(Pss)诱导的这些反应,这表明由Ca~(2 )通道介导的Ca~(2 )内流和胞内Ca~(2 )库中Ca~(2 )的释放也参与了harpin_(Pss)诱导的早期防卫反应和过敏反应。在加harpin_(Pss)后很长时期内加放线菌素D、环己亚胺,都能抑制由它引发的过敏性细胞坏死过程,但它们对harpin_(Pss)诱导的活性氧的产生没有影响。表明O_2~-只是harpin_(Pss)诱发过敏性细胞凋亡的一个促发信号,过敏反应是更复杂的过程,需有基因持续地表达。     

活性氧与植物抗病反应

活性氧的产生是植物抗病最早期的反应之一,称为氧化跃变。本文介绍了植物抗病反应中氧化跃变的生理作用、可能的产生机制、信号传导途径以及与胞外碱性化的关系。     

异源表达古菌TRAM基因增强水稻的耐旱性

干旱会直接影响水稻的生长发育,导致其产量和品质下降。在水稻中异源表达细菌RNA分子伴侣Csp能够显著提高水稻的耐旱能力,并且不影响水稻的正常生长。古菌中也发现具有类似细菌分子伴侣Csp功能的TRAM (TRM2 and MiaB)蛋白,且古菌的DNA复制、转录和翻译等过程与真核生物有着更为相似的调控方式,然而,古菌中RNA分子伴侣蛋白能否调控植物耐旱能力还未见报道。我们选取了嗜冷甲烷古菌Methanolobus psychrophilus R15中两个TRAM蛋白在水稻中进行研究,发现在水稻中过量表达Mpsy_3066和Mpsy_0643两个TRAM蛋白均能显著提高水稻苗期和成株期时对干旱胁迫的耐受能力。同时,我们在水稻原生质体中验证了TRAM蛋白可以发挥其分子伴侣的功能消除RNA的错误折叠对翻译的影响,这可能是TRAM转基因植物发挥其耐旱能力的作用机制。该工作初步展示了异源表达古菌TRAMs可以作为提高水稻耐旱能力的一种有效手段。     

利用基因组编辑技术创制抗白粉病小麦

普通小麦(Triticum aestivum L., 2n=42, AABBDD)是异源六倍体, 是世界上最重要的粮食作物之一, 为人类提供约20%的能量。由于其基因组庞大(17 Gb), 约为人类基因组的5倍, 并且80%~90%的基因都存在3个或多个拷贝, 因此利用传统的正向或反向遗传学手段来解析小麦基因功能以及作物的性状改良都有很大的难度, 这使得小麦基因组研究远远落后于其他作物。随着小麦基因组测序的逐步完成, 建立一种高效的反向遗传学手段将成为小麦基因组功能解析和作物改良的关键。基因编辑技术是目前突变或改造基因的最具潜力的技术体系, 特别是类转录激活效应因子核酸酶(TALENs)和成簇规律间隔的回文重复序列及相关系统(CRISPR/Cas9 system), 具有效率高、特异性好以及高通量的特点。     

植物与病原微生物互作分子基础的研究进展

植物在与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫防卫体系。植物的先天免疫系统可大致分为两个层面。第一个层面的免疫基于细胞表面的模式识别受体对病原物相关分子模式的识别, 该免疫过程被称为病原物相关分子模式触发的免疫(PAMP-triggered immunity, PTI), 能帮助植物抵抗大部分病原微生物; 第二个层面的免疫起始于细胞内部, 主要依靠抗病基因编码的蛋白产物直接或间接识别病原微生物分泌的效应子并且激发防卫反应, 来抵抗那些能够利用效应子抑制第一层面免疫的病原微生物, 这一过程被称为效应子触发的免疫(Effector-triggered immunity, ETI)。这两个层面的免疫都是基于植物对“自我”及“非我”的识别, 依靠MAPK级联等信号网络, 将识别结果传递到细胞核内, 调控相应基因的表达, 做出适当的免疫应答。本文着重阐述了植物与病原微生物互作过程中不同层面的免疫反应所发生主要事件的分子基础及研究进展。     

阴离子通道参与了harpin_(Pss)诱导的烟草细胞早期防卫反应的信号传导

无论在harpin_(Pss)之前、同时、还是之后向烟草植株或悬浮培养系加阴离子通道的抑制剂DIDS(4,4’-diisothiocyanatostilbene-2,2’-disulfonic acid)或AgC(anthracene-9-carboxylic acid),都可以抑制harpin_(Pss)诱导的烟草植株过敏反应和悬浮细胞的活性氧的释放及胞外碱性化。DIDS和A9C还可以抑制harpin_(Pss)诱导的Ca~(2 )内流。而且DIDS的抑制效率比A9C高。推测质膜上的阴离子通道对钙离子通道有着正调节作用,harpin_(Pss)通过阴离子通道和钙离子通道介导的信号传导途径,调节胞内Ca~(2 )浓度,从而启动这些防卫反应。     

棉纤维分化和发育研究进展

棉纤维分化和发育研究进展邱金龙王隆华颜季琼（华东师范大学生物系,上海２０００６２）ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＴＨＥＳＴＵＤＹＯＮＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＴＩＯＮＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＣＯＴＴＯＮＦＩＢＥＲＱｉｕＪｉｎ－ｌｏｎｇＷａｎｇＬｏｎｇ－ｈ...     

植物可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子连接物复合体(SNAREs)及其生物学功能研究进展

在真核生物细胞中, 各细胞器间物质和信息的交流是细胞生命活动的基本保证, 而囊泡转运是细胞器之间物质和信息交流的主要方式。大多数的囊泡融合过程是由可溶性的N-乙基马来酰亚胺敏感因子连接物复合体(Soluble N-ethyl-maleimide-sensitive fusion protein attachment protein receptors, SNAREs)介导的, 物种间的SNAREs具有高度保守的特性。与其他真核生物相比, 植物的基因组编码更多的SNAREs。研究证明, 植物的SNAREs是一个多功能的蛋白家族, 在植物的许多生理过程中都有着重要的作用。本文对植物SNAREs作用的分子机理及生物学功能的最新研究进展做一概述。