文章信息
文章題目：A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2023年7月26日
主要內(nèi)容：萬(wàn)建民院士領(lǐng)銜的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)，在Cell雜志上發(fā)表了文章A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice，該研究系統(tǒng)鑒定了引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的位點(diǎn)，并對(duì)其中一個(gè)最主效的位點(diǎn)進(jìn)行了基因克隆和遺傳、分子機(jī)制的深入解析，解開(kāi)了水稻生殖隔離之謎，同時(shí)揭示了基因的演化規(guī)律以及其在不同水稻種質(zhì)資源之間的分布，為利用亞種間雜種優(yōu)勢(shì)培育高產(chǎn)品種提供了理論和技術(shù)支撐。
原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00730-4
使用TransGen產(chǎn)品：
Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)
Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)
研究背景
作物雜種優(yōu)勢(shì)利用是大幅提高糧食產(chǎn)量的重要途徑。水稻分為秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，我國(guó)北方多種植粳稻，南方多種植秈稻。上世紀(jì)七十年代以來(lái)，袁隆平先生研發(fā)的雜交水稻主要是利用秈稻亞種內(nèi)的雜種優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了水稻大幅增產(chǎn)，帶來(lái)第二次“綠色革命”，為我國(guó)乃至世界糧食安全做出了突出貢獻(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，品種間親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，雜交優(yōu)勢(shì)越明顯。如果秈稻和粳稻亞種間能育成超級(jí)雜交稻，據(jù)預(yù)測(cè)，可以比現(xiàn)有雜交水稻增產(chǎn)15%以上，因此如何利用亞種間的超強(qiáng)優(yōu)勢(shì)一直受到育種家的關(guān)注。然而，秈稻和粳稻之間存在嚴(yán)重的生殖隔離，其雜交種常表現(xiàn)出雜種不育現(xiàn)象，是阻礙雜種優(yōu)勢(shì)利用的最大障礙之一。
文章概述
首先，研究團(tuán)隊(duì)在全基因組層面分析鑒定了引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的主效位點(diǎn)，然后對(duì)位于第12號(hào)染色體上的一個(gè)效應(yīng)最大的位點(diǎn)進(jìn)行了后續(xù)研究。遺傳分析發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)由緊密連鎖的兩個(gè)基因組成，可以分別比喻為“破壞者”和“守衛(wèi)者”。“破壞者”對(duì)所有花粉產(chǎn)生傷害作用，引起花粉的敗育；而“守衛(wèi)者”阻止“破壞者”的傷害作用，因此那些遺傳了該基因的花粉，因受到保護(hù)能正常發(fā)育。在世代繁衍過(guò)程中，當(dāng)攜帶和不攜帶這對(duì)基因的水稻植株進(jìn)行雜交時(shí)，在得到的雜交植株中，凡是不攜帶這對(duì)基因的花粉都不能正常發(fā)育，反之，凡是發(fā)育正常的花粉都攜帶這對(duì)基因，隨著世代的增加，含有該對(duì)基因的后代個(gè)體會(huì)逐漸增加，最終占主導(dǎo)地位，這種遺傳效應(yīng)被稱之為“基因驅(qū)動(dòng)”。
進(jìn)一步的生化研究發(fā)現(xiàn)，“破壞者”是通過(guò)與細(xì)胞中能量工廠線粒體的一個(gè)核心功能蛋白互作，干擾線粒體的產(chǎn)能功能，花粉因缺能而最終敗育；而“守衛(wèi)者”能與“破壞者”直接互作，阻止其進(jìn)入產(chǎn)能工廠，從而解除破壞作用。“守衛(wèi)者”還進(jìn)一步將“破壞者”押送到一種叫做自噬體的細(xì)胞器中進(jìn)行降解，從而徹底消滅“破壞者”，使花粉的發(fā)育不受任何影響?？梢赃@樣說(shuō)，該研究從分子層面闡明了水稻雜種不育的機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域的突破。
隨后，研究人員分析了這對(duì)基因在水稻中的起源及其分布。研究表明這對(duì)基因在最開(kāi)始的祖先野生稻中并不存在，隨后產(chǎn)生無(wú)功能的類型，最后在亞洲栽培稻的祖先-普通野生稻中分別進(jìn)化出“破壞者”和“守衛(wèi)者”功能。在野生稻中形成之后，經(jīng)過(guò)人類的馴化，這種有功能的類型僅被一部分秈稻農(nóng)家種繼承，而粳稻農(nóng)家種可能因?yàn)榈鼐壊煌瑳](méi)有繼承這一功能類型。由于這對(duì)基因在水稻種間或亞種間的分布不均一，因此它們相互雜交產(chǎn)生花粉不育是一普遍現(xiàn)象。利用該研究的發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇等手段規(guī)避花粉敗育問(wèn)題，從而推進(jìn)水稻亞種間超強(qiáng)優(yōu)勢(shì)利用和高產(chǎn)品種的培育。
綜上，現(xiàn)代水稻育種無(wú)意中將這對(duì)基因從秈稻引入粳稻后，其在粳稻種群中快速擴(kuò)散，進(jìn)一步說(shuō)明了這對(duì)基因的“基因驅(qū)動(dòng)”特性。利用這一特性，可以將優(yōu)良基因（如優(yōu)質(zhì)、高抗、耐逆）與這對(duì)基因串聯(lián)，“驅(qū)動(dòng)”這些優(yōu)良基因在后代群體中快速傳播和純合，從而大大縮短育種時(shí)間，提高育種效率。
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金的克隆感受態(tài)細(xì)胞Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)和表達(dá)感受態(tài)細(xì)胞Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)助力本研究。
Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)
本產(chǎn)品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉(zhuǎn)化。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測(cè)，轉(zhuǎn)化效率高達(dá)109 cfu/μg DNA以上。自上市以來(lái)多次榮登Cell、Nature等知名期刊，助力科學(xué)研究。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 生長(zhǎng)速度最快，氨芐青霉素平板上，8-9 小時(shí)可見(jiàn)克隆。
● 用于藍(lán)、白斑篩選，12 小時(shí)可見(jiàn)藍(lán)斑。
● 將過(guò)夜培養(yǎng)的單克隆在2 ml的LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)4-5小時(shí)即可進(jìn)行小量質(zhì)粒提取。
● 適用于高效的DNA 克隆和質(zhì)粒擴(kuò)增，減少克隆DNA同源重組的發(fā)生，提高質(zhì)粒DNA的產(chǎn)量和質(zhì)量。
● 具有T1，T5噬菌體抗性。
Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)
本產(chǎn)品采用進(jìn)口菌株，特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉(zhuǎn)化。細(xì)胞具有氯霉素(Camr )抗性。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測(cè)，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)107 cfu/μg DNA。因其表達(dá)效率高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定特點(diǎn)多次榮登Nature、Cell、Science期刊。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 該菌株是攜帶氯霉素抗性質(zhì)粒BL21的衍生菌，補(bǔ)充大腸桿菌缺乏的6種稀有密碼子（AUA， AGG， AGA，CUA， CCC， GGA）對(duì)應(yīng)的tRNA，提高外源基因，尤其是真核基因在原核系統(tǒng)中的表達(dá)水平。
● 表達(dá)效率高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定。
全式金產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對(duì)全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來(lái)能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Qi Y, Ding Li, Zhang S W, et al. A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency[J]. Cell, 2022.
? Wu M, Xu G, Han C, et al. lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription[J]. Science, 2021.
? Yao H P, Song Y T, Chen Y, et al. Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus[J]. Cell, 2020.
? Wang L, Wang B, Yu H, et al. Transcriptional regulation of strigolactone signalling in Arabidopsis[J]. Nature, 2020.
? Guo C J, Ma X K, Xing Y H, et al. Distinct processing of lncRNAs contributes to non-conserved functions in stem cells[J]. Cell, 2020.
? Liu C X, Li X, Nan F, et al. Structure and degradation of circular RNAs regulate PKR activation in innate immunity[J]. Cell, 2019.
? Xue J H, Chen G D, Hao F H, et al. A vitamin-C-derived DNA modification catalysed by an algal TET homologue[J]. Nature, 2019.
使用Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Shan L, Xu G, Yao R W, et al. Nucleolar URB1 ensures 3' ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance[J]. Nature, 2023.
? Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.
? Zhang Q, Zhang X, Zhu Y, et al. Recognition of cyclic dinucleotides and folates by human SLC19A1[J]. Nature, 2022.
? Zhang Q X, Zhang X Y, Zhu Y L, et al. Recognition of cyclic dinucleotides and folates by human SLC19A1[J]. Nature, 2022.
? Xia J X, Guo Z J, Yang Z Z, et al. Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins[J]. Cell, 2021.
? Guo C J, Ma X K, Xing Y H, et al. Distinct Processing of lncRNAs Contributes to Non-conserved Functions in Stem Cells[J]. Cell, 2020.
