国际花生基因组计划首次完成并公布两个二倍体野生种全基因组序列

 

花生（Arachis hypogaea)，是全球重要的经济作物或粮食作物。尽管花生普遍栽培种植，但是由于其基因组的复杂性，科研人员对花生的遗传信息知之甚少，严重阻碍了基因技术在花生育种改良上的应用。目前，在田间栽培的花生是两个祖先野生种Arachis duranensis和Arachis ipaensis自然杂交的后代。由于这两个祖先是不同的物种，所以现在栽培的花生（Arachis hypogaea L.）是四倍体作物（AABB），栽培品种携带了两个祖先种各自独立的基因组，即花生属A基因组和B基因组。由于栽培种花生基因组庞大（2.8GB）而复杂，基因组测序和分析非常困难，国际花生基因组计划（International Peanut Genome Initiative，IPGI）首先完成了两个二倍体野生种的全基因组测序工作，获得的两个二倍体野生种的序列覆盖了花生基因组96%的基因，这一进展对于花生的基础和应用研究具有里程碑意义，对下一步四倍体栽培种的测序、分析、拼接具有重要参考价值。同时野生种具有丰富的抗病、抗逆等栽培种中所缺乏的优异基因资源，其测序的完成也有助于深刻阐明花生的起源与进化、系统解析重要性状形成的分子基础、高效发掘控制重要农艺性状的功能基因，从而必将极大地推动花生分子设计与聚合育种的开展，对于增加花生产量、提高生产效益、保障食品安全、促进产业可持续发展等方面具有重要的理论价值和应用前景。（PeanutBase）

 

 

破解植物多倍化进化之谜

 

植物在进化过程中通过基因组加倍（多倍化）的扩增方式，进行自我进化和适应自然环境。随着DNA测序技术的快速发展，越来越多的植物基因组被公布，这使得通过比较基因组学阐明植物多倍化进化机制成为可能。研究人员以之前完成的白菜基因组序列为基础，发现白菜基因组可被划分为三个亚基因组，而且存在一个基因数量显著超过其他亚基因组的优势亚基因组，该基因组在基因表达上也具有优势。进一步研究发现，转座子在亚基因组水平上对基因表达具有重要影响，是三个亚基因组基因表达分化的重要因素；小RNA（smRNA）通过沉默转座子从而沉默附近基因的方式，促进优势亚基因组的形成，从而造成基因组层面的分化。两种分化机制的阐明将为解释杂交优势现象和C值悖论（物种结构复杂程度与基因组大小无关）提供指导，并对基因组进化和植物遗传育种产生重要影响。（PNAS）

 

 

揭示大豆可变剪接变化影响因子

 

作为一种重要的基因转录后调控机制，可变剪接在真核生物中普遍发生，在基因表达和功能多样性调控中起着重要的作用。不同物种、同一物种的不同组织以及不同基因家族的可变剪接在形式和比例上都存在差异，然而，决定这些差异的因素还尚不为人知。研究人员通过对来自大豆不同发育时期不同组织的28个样品的转录组测序及可变剪接分析发现，在大豆中63%的多内含子基因能够发生可变剪接，这些可变剪接的数量和剪接形式在不同发育时期都发生着变化。统计分析结果显示可变剪接发生频率和剪接类型的变化与基因所在染色体区域的特性变化、基因自身结构变化和基因表达量密切相关，并且大豆重复基因对中可变剪接的降低与内含子长度的减小、外显子数目的减少和表达量的下降呈正相关。可变剪接在形式和比例上的变化受到基因组特性、基因结构以及基因表达量的影响。（Plant Cell）

 

 

小RNA病毒致柞蚕患吐白水病

 

柞蚕吐白水软化病AVD (A. pernyi vomiting disease)是柞蚕三大病害之一，它对辽宁、吉林等高寒地区的柞蚕生产危害相当严重，给该地区的蚕农带来经济损失。科学家在患病柞蚕幼虫体内发现了一株新的小RNA病毒，即ApIV (Antheraea pernyi Iflavirus)，并获得了该病毒的全基因组序列。经柯霍氏法则实验表明，该病毒能够导致健康柞蚕幼虫患吐白水病。ApIV基因组长达10163个碱基，含有天然的poly-A尾巴和一个大的开放阅读框，此阅读框编码3036个氨基酸。它的N端是病毒的4个衣壳蛋白，而C端是病毒的非结构蛋白，包括RNA解旋酶、3C蛋白酶和RNA依赖性的RNA聚合酶。对ApIV基因组的分析表明，该病毒属于Iflavirus病毒属，是这个病毒属的一个新种。实验人员将从病蚕中分离得到的ApIV病毒粒子注射回健康的5龄柞蚕幼虫体内，这些柞蚕幼虫表现出了明显的吐白水病病症，并在柞蚕体内检测到了ApIV的增殖。证实分离得到的ApIV病毒粒子，是柞蚕吐白水病的重要病原微生物之一。该发现将为柞蚕吐白水病的研究与防治提供新线索。（PloS One）

 

植物病毒昆虫载体的卵传病毒机制

 

植物病毒大都由介体昆虫传播，该传播过程并非简单地携带和制造侵染伤口，而是具有一定的特异性，即某种病毒只能由某种或某几种昆虫传播，而某种昆虫只能传播某种或某几种病毒。根据昆虫传播的特点又将传播分为持久性传播和非持久性传播等。因此，介体昆虫在获毒和传毒过程中涉及多种互作机制。科学家对植物病毒介体昆虫的卵传机制的研究取得的新发现将有助于解释这种传播途径的复杂性和特异性。水稻条纹叶枯病毒引起的水稻条纹叶枯病对水稻生产造成严重的危害。该病毒由灰飞虱传播，病毒可在灰飞虱体内生存，繁殖并能经过昆虫卵传播至后代昆虫体内。对该病毒的卵传机制进行了深入的研究发现，病毒巧妙地利用昆虫的卵黄蛋白原受体进入昆虫卵巢生殖区的滋养细胞中，再通过连接滋养细胞和卵母细胞的滋养丝进入到昆虫的卵母细胞中，最终侵染后代昆虫。其它可卵传植物病毒可能具有类似的卵传途径。（PLoS Pathogens）

 

 

分子水平的微藻产油过程动态规律

 

自然界中的一些微藻因产油量高、生长速度快、环境适应性强，并可在边际土地上用海水或废水培养，被视作一种重要的新型能源作物，但目前对其高产油的代谢和调控机制尚不清楚。

通过运用高精度的转录组学和脂类组学分析手段，研究人员考察了微拟球藻缺氮诱导产油过程中六个不同时间点下转录组和脂类代谢组的动态变化规律，构建了野生油藻产油过程动态模型。在氮源缺乏时，藻细胞中甘油三酯（TAG）含量大幅度提高，膜脂含量下降。在转录水平上，糖酵解、PDHC和PDHC旁路、三羧酸循环等途径上的相关基因以及特定转运蛋白的转录水平上调，推动碳流由碳水化合物、蛋白及膜脂代谢途径流向甘油三酯合成。在TAG组装途径中，位于叶绿体、线粒体和胞质等不同细胞器的7个DGAT基因，在缺氮时转录水平上调，和上游其他上调基因一起，促进大量TAG的合成。该研究阐明了微藻亚细胞水平时间和空间上油脂合成代谢的双重调控机制，为高产油藻的基因工程育种提供了重要的理论基础和崭新的研究思路。（Plant Cell）

 

 

揭示微生物消减底泥污染物作用机制

 

近年来大部分水域已实现沿岸截污，但水环境质量并未得到明显改善。这主要是水体底泥污染未能得到有效控制所致。研究人员在珠江三角洲某典型污染河涌进行了长达28个月的研究，总结出复合污染河涌水体和沉积物中典型污染物的分布特点、变化规律及其与水力水质条件的相关性，进一步研究了底泥微生物在污染治理过程中的响应机理及其作用特点。结果发现当添加硝酸盐时，底泥中微生物的功能基因结构组成发生显著变化，多种与碳、氮、硫、磷循环相关的功能基因丰度明显提高，而且这些功能基因大部分来自具有复合代谢功能的微生物。这表明微生物驱动的硝酸盐还原过程在复合污染底泥修复中发挥重要作用。经过3个月的连续硝酸盐运行，底泥中难以降解的多环芳烃和多溴联苯醚等多种毒害性有机污染物的去除率显著提高。该研究为阐明复合污染河涌底泥微生物对添加硝酸盐的响应机理提供了直接证据，也为设计河涌污染治理方案提供了重要参考。（The ISME Journal）

 

 

Poly(A)尾长度变化反映翻译调控

 

大多数真核mRNA在它们的3′端翻译区域下游含有一个非模板化的poly(A)尾。poly(A)尾通过防止mRNA发生降解来帮助稳定转录体，并且还有助于mRNA向细胞质内的运输。科研人员对来自酵母、植物、脊椎动物和哺乳动物的数百万RNA进行了测序，并用这些序列数据来记录poly(A)的长度。虽然尾巴长度和翻译效率在青蛙和斑马鱼胚胎中是耦合在一起的，但这种联系在非胚胎细胞中却丢失了。这一发育变化或可解释所观察到的以下现象：由微小RNA介导的调控从翻译抑制变为mRNA降解。该研究中所用的以单mRNA分辨率测定poly(A)尾巴长度的方法提供了反映此类翻译调控的重要信息。（Nature）