谷类作物β-葡聚糖合成酶基因家族的研究进展

Beta-葡聚糖是由β-(1,3)和β-(1,4)糖苷键连接的非纤维素多糖,主要分布在谷类作物籽粒胚乳及糊粉层中,在高尔基体合成,经由囊泡运输到质膜,最终在细胞壁上沉积。通过增加胆汁酸排泄,延迟葡萄糖吸收,β-葡聚糖可有效降低胆固醇及血糖水平。Beta-葡聚糖合成酶基因家族成员最早在水稻(Oryza sativa)中得到鉴定,后在其他作物中陆续被发现。该基因家族包括3个主要成员:CslF、CslH和CslJ亚基因家族,起源于不同分支,经过趋同演化,执行合成β-葡聚糖的功能。Beta-葡聚糖基因家族成员均受到负选择压力,演化过程中序列高度保守。CslF亚家族基因成员相对较多,常在染色体上形成基因簇,CslF6是介导β-葡聚糖合成的主效基因。CslF亚家族在叶基部等幼嫩组织中表达水平相对较高,且明显受到光照强度的影响;CslH和CslJ亚家族成员较少,其中CslH亚家族在叶尖等成熟组织中的表达水平高,而CslJ亚家族在籽粒中有较高的表达水平。该文综述了β-葡聚糖合成酶基因家族成员的系统发育关系、表达模式,β-葡聚糖合成酶的亚细胞定位,以及作物中的定向育种研究进展,提出β-葡聚糖合成酶基因家族在染色体上的精准定位是未来的研究趋势,以期推动染色体工程在作物β-葡聚糖定向育种中的应用。

基因编辑的“前世今生”

基因编辑技术能够精准修改或修饰动植物、微生物和人的基因组,为作物定向育种、人类遗传疾病的精准治疗等带来了革命性的机遇,被誉为21世纪最伟大的生物发现之一。基因编辑技术主要包括4种:归巢核酸内切酶(meganuclease)、锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)、类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)、CRISPR-Cas9。其中,CRISPR-Cas9基因编辑技术,因其“更快、更准、更简单”成为当今主流的基因编辑技术,并获得了2020年度诺贝尔化学奖。本文系统阐述了基因编辑的发展演进历程、技术原理和应用,针对存在的问题与面临的挑战进行了展望。