中英合作:全解析燕麦抗菌化合物生物合成途径

【字体: 时间:2021年05月10日 来源:John Innes Centre

编辑推荐:

  研究人员已经追踪了燕麦抵抗致命作物病害的生物途径的最后几个步骤。

  

研究人员已经追踪到了燕麦抵抗致命作物病害的生物途径的最后几个步骤。

这一发现为小麦和其他谷物抵御土传根病的新途径创造了机会。研究小组已经在这一目标上迈出了第一步:在模式植物烟草中成功地重建了自我防御系统。

进一步的实验在小麦更复杂的基因组中建立了燕麦根皂苷生物合成途径,以测试它是否能对所有疾病和其他疾病提供相同的抗性,已经与剑桥国家植物研究所(NIAB)合作启动了这项研究。

这项来自中英植物和微生物科学研究中心(CEPAMS)的研究是约翰·因内斯中心(John Innes Centre)和中国科学院合作完成的——为人类基因组结构和适应性进化的形成机制提供了新的见解植物。

燕麦根皂苷是燕麦根中合成的抗菌化合物,在燕麦根中可以防止土壤传播的疾病,如全蚀病。这种真菌病原在小麦中造成了巨大的产量损失,目前还没有有效的控制手段。

小麦和其他谷物和禾本科植物不产生这些化合物,但更好地了解燕麦中如何产生这些化合物,将使作物科学家获得利用现代技术培育小麦抗病品系所需的知识技术。

早期的实验已经鉴定并克隆了燕麦基因组中发现的10个燕麦根皂苷生物合成途径基因。

在这里,利用基因组学驱动的方法,由中国科学院Bin Han教授的小组进行测序,研究小组阐明了完整的由12个基因编码的途径。

他们发现基因在基因组中彼此相邻地聚集在一起,就像串上的珠子一样,并沿着染色体以与生物合成途径大致相同的顺序排列——就像按成分顺序写出来的配方。

燕麦根皂苷基因簇位于非常靠近臂末端位置的燕麦1号染色体上。它的排列方式使得早期途径基因更接近染色体末端(端粒),而晚期途径基因则更远端粒。

研究小组推测这可能是因为晚期燕麦根皂苷途径中的基因突变会导致化合物的积累,从而对植物的生长产生负面影响,而早期途径中的突变则会影响植物的生长途径基因没有。

这些晚期途径基因远离端粒区域的方向意味着植物不太可能受到毒素的影响。

与其他谷类和禾本科植物的测序基因组进行比较后发现,由于燕麦与其他植物物种的分化,燕麦蛋白簇已经形成,研究人员推测,这是由于一组特殊的选择压力造成的,这项研究的联合通讯作者和Bin Han教授说:“我们的研究表明,植物基因组能够重组和进化它们的基因,使它们能够适应特定的胁迫——在这种情况下,它们能够适应土壤传播的真菌疾病,如全蚀病。在这个过程中,能够提供选择优势的基因组合可以从基因组周围被招募和重新定位,并组装成一个簇,就像串上的珠子一样。这种聚类将使获胜的基因集能够一代一代地传递,并减轻具有相关有害影响的途径基因的不完全遗传。”

这项研究提供了不同类型化合物(包括药物)的植物生物合成基因簇的最新实例。

研究这些类型的基因组组织在植物界的广泛程度取决于为更多种类的植物产生新的基因组序列。

参考文章:

Yan Li, Aymeric Leveau, Qiang Zhao, Qi Feng, Hengyun Lu, Jiashun Miao, Zheyong Xue, Azahara C. Martin, Eva Wegel, Jing Wang, Anastasia Orme, Maria-Dolores Rey, Miroslava Karafiátová, Jan Vrána, Burkhard Steuernagel, Ryan Joynson, Charlotte Owen, James Reed, Thomas Louveau, Michael J. Stephenson, Lei Zhang, Xuehui Huang, Tao Huang, Danling Fan, Congcong Zhou, Qilin Tian, Wenjun Li, Yiqi Lu, Jiaying Chen, Yan Zhao, Ying Lu, Chuanrang Zhu, Zhenhua Liu, Guy Polturak, Rebecca Casson, Lionel Hill, Graham Moore, Rachel Melton, Neil Hall, Brande B. H. Wulff, Jaroslav Doležel, Tim Langdon, Bin Han, Anne Osbourn. Subtelomeric assembly of a multi-gene pathway for antimicrobial defense compounds in cereals. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-22920-8

中国科学院-英国约翰英纳斯中心·植物和微生物科学联合研究中心是从2013年开始筹建运行,由中英两国共同投入科研经费,共同运作。

其实验室分别位于上海和北京,中英两国各委派一位负责人。

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号