华中农业大学南湖新闻网「华中农业大学南湖论
近日,油菜研究团队在植物学领域的权威期刊The Plant Journal上发表了一篇重要研究成果。该研究以“Development and screening of EMS mutants with altered seed oil content or fatty acid composition in Brassica napus”为题,深入了通过EMS创建油菜突变体库的方法,并成功筛选和鉴定了一批含油量和脂肪酸组成发生变化的油菜突变体。这不仅为油菜功能基因组学研究提供了宝贵的遗传资源,更是为油菜的遗传改良铺平了道路。
油菜作为我国重要的油料作物,其油脂含量和品质的提升一直是科研人员关注的焦点。种子中油脂的合成和积累是一个复杂的代谢过程,涉及众多基因和代谢途径。此次研究中,研究团队以中双11为亲本,创建了一个大规模的EMS突变体库,通过对M2、M3和M4突变体的全基因组水平变异分析,成功筛选出1,886份含油量及脂肪酸组成发生变化的突变体。进一步鉴定后,研究团队发现了调控油酸水平的FAD2和ROD1基因存在的变异,为油菜的高油酸育种提供了有价值的基因资源。
华中农业大学的植物科学技术学院在此研究中发挥了重要作用。博士研究生唐珊作为论文的第一作者,与郭亮教授和杨庆勇副教授等研究团队共同完成了这一研究。这项研究不仅揭示了油菜油脂生物合成的机制,而且为油菜的遗传改良指明了方向。
在同一时期,动物遗传育种团队也在Nature Communications杂志上发表了题为“CRISPR screening of porcine sgRNA library identifies host factors associated with Japanese encephalitis virus replication”的研究成果。该研究构建了基于猪全基因组的CRISPR/Cas9敲除文库技术,并成功运用该技术鉴定和筛选出参与乙型脑炎病毒复制的宿主基因。这一突破性的研究不仅为猪的抗病育种提供了重要参考,同时也为功能基因组的深入研究开辟了新的途径。
随着家猪基因组测序技术的不断进步和全基因组选择在猪育种中的应用,家猪功能基因组学的研究已经步入了新的时代。研究团队借助CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功设计和构建了针对猪几乎全部蛋白编码基因、长链非编码RNA和微小RNA的高质量sgRNA表达载体文库与突变细胞文库(PigGeCKO, v1.0)。这一文库的成功构建,为高通量筛选重要功能基因提供了契机。更重要的是,这一技术将为家猪功能基因的精准、高通量研究提供强有力的支持,为基因功能鉴定和育种创新提供新的思路。
该研究团队的成果得到了华中农业大学动科动医学院多名博士研究生的共同贡献,也得到了赵书红教授和谢胜松副教授的悉心指导。这两项研究成果标志着我国在植物和动物遗传育种领域的深入研究已经取得了重要的进展,为我国的农业和畜牧业发展做出了巨大的贡献。近日,作物遗传改良国家重点实验室的李兴旺教授和李国亮教授课题组在植物学期刊Molecular Plant上发表了一篇题为“Unraveling the 3D Genome Architecture in Plants: Present and Future”的综述文章。该文章深入挖掘了植物基因组的三维结构及其特点,引起了广大科研人员的关注。
该文对植物基因组的立体结构进行了全面而深入的概述。随着研究的深入,科学家们发现植物基因组在面对环境变化时,其三维结构会发生相应的改变。更令人惊奇的是,不同二倍体和四倍体杂种中等位基因的三维结构差异显著。这一发现为我们揭示了植物适应环境、进行遗传变异的深层次机制。
文章进一步了染色质相关RNA在植物基因组三维结构中的作用。随着技术的不断进步,科学家们发现染色质相关RNA与DNA之间的交互作用对基因组的立体结构产生了深远影响。这种交互作用揭示了基因组内部复杂的调控机制,为我们理解植物生长发育的复杂性提供了新视角。
文章还介绍了“液-液相分离”在基因组三维结构形成中的潜在功能意义。这一物理现象在细胞生物学中的应用,为我们理解染色质区室化的形成提供了新的思路。科学家们推测,液-液相分离可能是驱动某些染色质区室形成的重要因素。
该综述还展望了目前还未在植物中应用的DNA交互捕获技术,包括不依赖于接近连接的DNA-DNA和DNA-RNA交互捕获技术。这些新技术的发展将极大地推动植物三维基因组学的研究进展。
值得注意的是,植物染色质的结构具有层次性,从染色质区室到染色质环,这些结构在植物的生长发育过程中扮演着重要角色。尽管动物和植物在基因组结构上存在一些差异,但在很多基本的染色质结构上,两者是保守的。这些结构的动态变化预示着它们对基因的时空差异表达具有潜在的调控作用。
过去的研究主要关注DNA-DNA交互的层面,而现在,RNA在染色质结构形成中的作用正受到越来越多的关注。全基因组水平的DNA-RNA交互捕获技术的建立将在植物研究中发挥重要作用。液-液相分离在基因组三维结构形成中的潜在功能也引起了科学家的极大兴趣。
这篇综述文章为我们揭示了植物基因组三维结构的复杂性和多样性,为我们理解植物的生长发育和适应环境提供了新的视角。随着新技术的不断发展和深入研究,我们有望更全面地理解植物基因组的奥秘。在植物界中,LLPS相关的无膜凝聚体已经引起了广泛关注。这些凝聚体与植物的生长发育调控以及基因组结构息息相关,尽管目前尚不清楚LLPS是如何将基因组的三维结构、基因转录调控以及植物生长发育等生物学过程紧密联系的,但这无疑是一个极具价值的研究领域。
对于植物三维基因组的研究,我们现有的很多成果都是基于“proximity-ligation”原理的技术获得的。这些技术主要关注的是简单的DNA-DNA交互,对于复杂的、距离遥远的DNA-DNA交互以及DNA-RNA交互,我们还需寻求新的解决方案。我们需要开发不依赖接近连接的(ligation-free)技术和DNA-RNA交互捕获技术,或者能够捕获多种交互的multi-way方法。为了深入研究基因组三维结构对基因转录的调控作用,我们还需要推进单细胞水平上的三维基因组研究技术,结合多组学(multimodal omics)技术,以揭示单个细胞内部基因组结构的细微变化。
华中农业大学的博士生欧阳维枝和熊丹博士共同发表了这篇论文,生科院的李兴旺教授和信息学院的李国亮教授则是这篇论文的共同通讯作者。这只是近期华中农业大学科研成果的冰山一角,更多关于科研动态的报道,欢迎点击文末的“阅读原文”,进入华中农业大学南湖新闻网的科学研究专题进行深入了解。
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华中农业大学的研究者们在这个领域不断前行,希望他们的研究成果能对广大读者有所帮助和启发。本文的结束并不意味着研究的终止,我们相信科学的旅程永无止境,期待未来更多精彩的发现。
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