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控制高度保守的植物干细胞调节剂的顺式调控区域的极端重组
一个引人注目的悖论是，具有长期保守的蛋白质序列、功能和表达模式的基因通常表现出极为不同的顺式调控序列。目前仍不清楚如此剧烈的跨物种顺式调控进化如何使基因功能得以保存，以及这些差异在多大程度上影响物种内出现的顺式调控变异如何影响表型变化。在这里，我们使用一种在表达模式和功能上保守了约 1.25 亿年的植物干细胞调节剂来研究这些问题。通过在两个远亲模型拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 和番茄 (Solanum lycopersicum) 中进行体内基因组编辑，我们在干细胞抑制基因 CLAVATA3 (CLV3) 的上游和下游区域生成了 70 多个缺失等位基因，并比较了它们对共同表型（即结出果实的心皮数量）的单独和综合影响。我们发现，与下游区域相比，番茄 CLV3 上游序列对哪怕是微小的扰动都高度敏感。相比之下，拟南芥 CLV3 功能对编码序列上游和下游的严重破坏具有耐受性。上游和下游缺失的组合也揭示了不同的调控结果。在番茄中，添加下游突变带来的表型增强主要是微弱的和附加的，而对拟南芥 CLV3 的两个区域进行突变则产生了显著的协同效应，显示出功能性顺式调控序列的不同分布和冗余。我们的研究结果证明了高度保守的植物干细胞调节器的顺式调控结构组织具有显著的可塑性，并表明顺式调控序列空间的重大重构是一种常见但又隐蔽的进化力量，它改变了保守基因调控变异的基因型与表型关系。最后，我们的研究结果强调了需要对顺式调控的空间结构进行谱系特异性解剖，以便有效地设计作物中保守的生产力基因的性状变异。
基于 CRISPR/Cas9 的 PMR4 基因敲除降低了两种番茄品种对晚疫病的易感性
摘要：番茄晚疫病（LB）的病原菌是致病疫霉菌，是一种毁灭性的疾病，严重影响植物的生产力。植物中易感基因（S）的存在促进了病原菌的增殖；因此，抑制这些基因可能有助于提供广谱和持久的耐受性/抗性。先前对拟南芥和番茄的研究表明，PMR4 易感基因的敲除突变体对白粉病具有耐受性。此外，马铃薯中 PMR4 的敲低已被证明可以赋予对 LB 的耐受性。为了在本研究中验证番茄中的相同效果，将含有四个单向导 RNA（sgRNA：sgRNA1、sgRNA6、sgRNA7 和 sgRNA8）的 CRISPR-Cas9 载体（靶向尽可能多的 SlPMR4 区域）通过农杆菌介导的转化引入两种广泛种植的意大利番茄品种：“San Marzano”（SM）和“Oxheart”（OX）。选择了 35 株植物（26 株 SM 和 9 株 OX）并进行筛选，以确定 CRISPR/Cas9 诱导的突变。不同的 sgRNA 导致的突变频率范围从 22.1% 到 100%，或者精确插入（sgRNA6）或缺失（sgRNA7、sgRNA1 和 sgRNA8）。值得注意的是，sgRNA7 在七种 SM 基因型中诱导了纯合状态下的 − 7 bp 缺失，而 sgRNA8 导致产生十五种具有双等位基因突变（ − 7 bp 和 − 2 bp）的 SM 基因型。选定的编辑品系接种了 P. infestans，其中四种在 PMR4 基因座完全敲除的品系与对照植物相比表现出减轻的病害症状（易感性从 55% 降低到 80%）。使用 Illumina 全基因组测序对四种 SM 品系进行测序以进行更深入的表征，而未显示出候选脱靶区域发生任何突变的证据。我们的结果首次表明，pmr4 番茄突变体对致病疫霉菌的易感性降低，证实了 KO PMR4 在提供针对病原体的广谱保护中的作用。
奥尔堡大学高效基因编辑策略......
马铃薯 ( Solanum tuberosum ) 是一种高度多样化的四倍体作物。优良品种杂合性极强，品种内和品种间短片段多态性 (indel) 和单核苷酸多态性 (SNP) 的发生率很高，在 CRISPR/Cas 基因编辑策略和设计中必须考虑这些因素才能获得成功的基因编辑。在本研究中，对马铃薯品种 Saturna 和 Wotan 中葡聚糖水双激酶 (GWD)1 和抗霜霉病 6 (DMR6-1) 基因分别进行深入测序，结果显示与杂合二倍体 RH 基因组序列相比，四倍体与二倍体相比，存在 indel 和 1.3 – 2.8 的高 SNP 发生率。这使向导 RNA (gRNA) 和诊断性 PCR 设计变得复杂。细胞库（原生质体）水平的高编辑效率对于实现四倍体中的完全等位基因敲除以及减少下游繁琐而精细的植株再生至关重要。在这里，CRISPR/Cas 核糖核蛋白颗粒 (RNP) 通过聚乙二醇 (PEG) 介导的转化瞬时递送到原生质体中。对于 GWD1 和 DMR6-1 中的每一个，设计了 6 – 10 个 gRNA 来靶向包含两个基因的 5 ' 和 3 ' 端的区域。与包括多种生物体的其他研究类似，单个 RNP/gRNA 的编辑效率差异很大，并且一些产生了特定的插入/缺失模式。尽管与靶向 3′ 端相比，靶向 GWD1 5′ 端的 RNP 产生的编辑效率明显更高，但 DMR6-1 5′ 端和 3′ 端的编辑效率似乎有些相似。当仅靶向 GWD1 基因的 3′ 端时，同时用两个 RNP 靶向 5′ 端或 3′ 端（多路复用）对总体编辑产生了明显的正协同效应。与单个 RNP/gRNA 转化中获得的编辑效率相比，位于不同染色体上的两个基因的多路复用对单个 RNP/gRNA 编辑效率没有影响或略有负面影响。这些初步发现可能会引发更大规模的研究，以促进和优化植物的精准育种。
社论：增强免疫力，抗氧化剂状态和健康的营养和体育活动策略，第三卷
该研究主题由研究文章，评论和荟萃分析组成，强调了单独或基于食物的干预措施或对人类和动物模型中骨骼肌功能，抗氧化剂状态和健康状况的有益影响。从水果，根或叶子中摄入各种基于植物的补充剂可促进针对各种疾病的整体健康。 例如，补充蒙辛叶提取物的28天，通过降低的血糖和恢复的糖尿病大鼠胰岛素水平表现出抗糖尿病性质。 这种低血糖作用进一步伴随着减轻血脂异常和肝功能的改善。 大脊椎植物叶中的植物化学物质，即叶状体，雌激素，单宁，皂苷，类固醇，苯酚和生物碱可能有助于这些有益的效果Gobinath等。 另一项实验室研究指出，对糖尿病大鼠的茄素水果提取物的治疗显着逆转了高血糖和血脂异常。 此外，这种水果提取物减少了肝转氨酶的升高，并增加了胰腺β细胞的数量和大小，而链蛋白酶诱导的破坏性Satyanarayana等则减少了肝脏β-细胞的数量和大小。 这些报告表明，补充植物提取物可以有效地减弱糖尿病引起的并发症，从而保护组织。 肌肉减少症，由于自然衰老而导致的肌肉质量和力量的丧失是不可避免的现象，从而降低了老年人的生活质量。 在对大鼠的老化研究中，Su等。从水果，根或叶子中摄入各种基于植物的补充剂可促进针对各种疾病的整体健康。例如，补充蒙辛叶提取物的28天，通过降低的血糖和恢复的糖尿病大鼠胰岛素水平表现出抗糖尿病性质。这种低血糖作用进一步伴随着减轻血脂异常和肝功能的改善。大脊椎植物叶中的植物化学物质，即叶状体，雌激素，单宁，皂苷，类固醇，苯酚和生物碱可能有助于这些有益的效果Gobinath等。另一项实验室研究指出，对糖尿病大鼠的茄素水果提取物的治疗显着逆转了高血糖和血脂异常。此外，这种水果提取物减少了肝转氨酶的升高，并增加了胰腺β细胞的数量和大小，而链蛋白酶诱导的破坏性Satyanarayana等则减少了肝脏β-细胞的数量和大小。这些报告表明，补充植物提取物可以有效地减弱糖尿病引起的并发症，从而保护组织。肌肉减少症，由于自然衰老而导致的肌肉质量和力量的丧失是不可避免的现象，从而降低了老年人的生活质量。在对大鼠的老化研究中，Su等。因此，有必要找到保持身体上的替代策略，并改善老年人口的整体健康状况。延迟肌肉减少症或改善舒适性的最佳方法之一是定期运动，或者没有适当的饮食摄入量。表明，骨骼肌质量指数的逐渐丧失和肌肉纤维横截面区域（CSA）被32周的高强度间隔训练（HIIT）和阻力训练（RT）逆转。在
早期1,25-二羟基维生素D3-糖苷补充：一种有效的喂养策略，以针对细菌的黄牙症，骨髓炎la脚lageeness在肉鸡中使用气溶胶传播模型进行评估的肉鸡中的骨骼。
骨髓炎（BCO）la行的细菌软骨症是肉鸡中的一种腿部障碍，导致经济损失，食品安全问题和动物福利行业的巨大损失。维生素D 3，1,25-二羟基维生素D 3的活性代谢产物在矿物质稳态，骨骼健康和免疫系统中扮演着关键作用，这对于针对BCO的影响至关重要。因此，我们假设补充1,25-二羟基维生素D 3（1,25（OH）2 D 3-糖苷）的补充是控制la行的有效度量。在这里，我们报告了通过比较0 m g/kg，0.5 m g/kg，1.0 m g/kg，1.0 m g/kg和2.0 m g/kg的最佳浓度1,25（OH）2 3-糖苷补充减少BCO的最佳浓度。1.0 m g/kg的1,25（OH）2 D 3-糖苷的应用降低了53.7％，从0 m g/kg和0.5 m g/kg相互差异（p <0.05），但相似（p> 0.05）至2.0 m g/kg。第二个目的是通过比较整个56 d，第一个28 d的1.0 m g/kg（OH）2 d 3-糖苷的应用，评估1,25（OH）2 3-糖苷的喂养的时间。以1.0 m g/kg为1,25（OH）2 D 3-糖苷的饲养剂，以减轻BCO的发病率53％，与过去28 d的申请有显着差异（p <0.05），但没有明显的差异（p> 0.05）与补充56 d的补充差异（p> 0.05）。因此，第一个28 d中的1.0 m g/kg 1,25（OH）2 D 3-糖苷是最佳的1,25（OH）2 D 3-糖苷给药，并为补充
抗菌活性和植物化学筛查的传统药用植物最喜欢治疗埃塞俄比亚阿姆哈拉地区Habru地区的传染病
埃塞俄比亚的医疗保健系统依赖于使用药用植物来治疗人和牲畜疾病的传统药用实践。然而，缺乏有关这些治疗方法对特定传染病的疗效的经验验证需要严格的科学研究。这项研究的目的是研究对五种选定的药用植物物种的抗体活性和植物化学筛查，即solanum somalense franchet。，verbascum sinaitimum benth。BENTH。 最初是与当地线人共同确定的植物，后来主要考虑其高线人的共识和忠实水平的价值，以便其在治疗该地区的传染病方面的功效。 从植物材料中制备乙醇和水提取物，并针对标准细菌菌株评估其抗菌活性，代表革兰氏阳性和革兰氏阴性类型。 为评估提取物的抗菌活性，使用肉汤稀释法确定最小抑制浓度（MIC）。 此外，使用标准定性测试进行了Phy-To化学筛选，以鉴定各种二级代谢产物。 结果表明s乙醇提取物中的抗菌功效。 somalense，w。 somnifera，c。 针对特定细菌菌株的耳a（s。） somalense对s。 agalactiae，MIC为1.5 mg/ml； w。 Somnifera反对S。 金黄色和e。 aurea反对e。BENTH。最初是与当地线人共同确定的植物，后来主要考虑其高线人的共识和忠实水平的价值，以便其在治疗该地区的传染病方面的功效。乙醇和水提取物，并针对标准细菌菌株评估其抗菌活性，代表革兰氏阳性和革兰氏阴性类型。为评估提取物的抗菌活性，使用肉汤稀释法确定最小抑制浓度（MIC）。此外，使用标准定性测试进行了Phy-To化学筛选，以鉴定各种二级代谢产物。结果表明s乙醇提取物中的抗菌功效。somalense，w。somnifera，c。针对特定细菌菌株的耳a（s。somalense对s。agalactiae，MIC为1.5 mg/ml； w。Somnifera反对S。金黄色和e。aurea反对e。大肠杆菌，MIC为2 mg/ml； c。大肠杆菌和K。肺炎，麦克风分别为3 mg/ml和3.5 mg/ml）。植物化学筛选的结果表明存在类固醇，生物碱，类黄酮，皂苷和萜类化合物。选定的药物植物表现出对某些细菌菌株的有希望的抗菌活性。目前的发现支持了研究领域传统医学系统的长期主张，以继续使用这些植物治疗传染病。
简历 Samuel Muiruri Kariuki 博士
Anwar Aliya Fathima、Mary Sanitha、Leena Tripathi、Samwel Muiruri (2022) 木薯（Manihot esculenta）的食品和生物能源双重用途：综述。粮食和能源安全（已接受）Samwel K. Muiruri、Valentine O. Ntui、Leena Tripathi、Jaindra N. Tripathi (2021) 提高木薯（Manihot esculenta）耐旱性的机制和方法，当代植物生物学，28,100227，2214-6628。https://doi.org/10.1016/j.cpb.2021.100227。 Alice Lunardon、Samwel Muiruri Kariuki、Michael J. Axtell (2021) 番茄和本氏烟中瞬时引入的转基因中多顺反子人工微小 RNA 和反式 siRNA 的表达和加工。植物杂志，4，106，1087-1104。DOI：https://doi.org/10.1111/tpj.15221 Ogden, Aaron J.、Jishnu J. Bhatt、Heather M. Brewer、Jack Kintigh、Samwel M. Kariuki、Sairam Rudrabhatla、Joshua N. Adkins 和 Wayne R. Curtis 2020。“干旱和恢复期间的韧皮部渗出物蛋白谱揭示了番茄维管系统中的非生物应激反应”国际分子科学杂志 21，号。 12：4461。https://doi.org/10.3390/ijms21124461 Muiruri, KS、Britt, A.、Amugune, NO、Nguu, EK、Chan, S. 和 Tripathi, L. (2017)。在栽培三倍体和野生二倍体香蕉（芭蕉属）中表达着丝粒特异性组蛋白 3 (CENH3) 变体。植物科学前沿，8, 1034。DOI：10.3389/fpls.2017.01034 Muiruri, KS、Britt, A.、Amugune, NO、Nguu, E.、Chan, S. 和 Tripathi, L. (2017)。利用线粒体和核标记进行香蕉显性等位基因系统发育和组成亚基因组单倍型推断。基因组生物学与进化，9(10)，2510-2521 10.1093/gbe/evx167 。Tripathi, JN、Ntui, VO、Ron, M.、Muiruri, S. K.、Britt, A. 和 Tripathi, L. (2019)。利用 CRISPR/Cas9 编辑香蕉属 B 基因组中的内源性香蕉条纹病毒，克服了香蕉育种中的一大难题。通讯生物学，2(1)，46。https://doi.org/10.1038/s42003-019-0288-7
作物代谢组的驯化
驯化和作物改良 人类主导的驯化始于大约 12 000 年前的中东和新月沃地，随后传播到世界各地，包括中国、中美洲和安第斯山脉、近大洋洲、撒哈拉以南非洲和北美洲东部 [1-3]。尽管我们的标题很简单，但我们在这里尽可能区分驯化、多样化和作物改良事件，因为无论从进化还是表型角度来看，它们都是明显不同的过程 [4]。大规模调查显示，驯化植物种类涵盖约 160 个分类科，超过 2500 个物种经历了一定程度的驯化，约 300 个物种得到了完全驯化 [2、3、5]。目前，整合考古学、遗传学和基因组学证据的模型表明，驯化是一个多阶段过程，包括（i）开始栽培，（ii）所需等位基因频率的增加，（iii）驯化种群的形成，以及最后（iv）有意识的繁殖。尽管如此，由于存在多次驯化事件，并且驯化后与祖先物种的交换频繁，因此描绘许多物种的驯化历史非常复杂[6-8]。此外，值得注意的是，一些物种如Oryza nivara和巴西坚果是在没有驯化的情况下栽培的，并且对于与初始选择相关的遗传瓶颈已经有了深刻的分析[9]。总之，这些研究极大地增进了我们对性状进化的理解，并为驯化过程中的趋同进化和平行进化提供了相当多的见解[10]。例如，留绿基因 SGR 是一系列物种种子休眠的基础[11]，番茄 (Solanum lycopersicum) 和辣椒 (Capsiscum annum) 中果实重量数量性状基因座子集映射到同一基因组区域[12]，水稻 (Oryza sativa)、高粱 (Sorghum bicolor)、大麦 (Hordeum vulgare) 和小米 (Pennisetum glaucum) 的糯谷物改良性状均是由 Waxy 基因直系同源物的不同突变定义的[2]。与此相反，尽管最初认为驯化综合征经典性状的出现（如谷物种子落粒性的丧失）是平行进化的情况[13]，但最近的遗传图谱研究表明，多种性状往往与非同源基因有关[14]。例如，玉米（Zea mays）的典型驯化基因 TEOSINTE BRANCHED 1（tb1）[15] 对粟的分枝影响较小[16]，甚至在不同的大麦谱系中，不同的
四倍体马铃薯中可以实现主要编辑，但需要改进
Anzalone AV、Randolph PB、Davis JR、Sousa AA、Koblan LW、Levy JM、Chen PJ、Wilson C、Newby GA、Raguram A 等人 (2019) 无需双链断裂或供体 DNA 的搜索和替换基因组编辑。Nature 576：149–157 Bastet A、Zafirov D、Giovinazzo N、Guyon-Debast A、Nogué F、Robaglia C、Gallois JL (2019) 通过 CRISPR-Cas9 碱基编辑模拟 eIF4E 中的天然多态性与对马铃薯病毒的抗性有关。Plant Biotechnol J 17：1736–1750 Butt H、Rao GS、Sedeek K、Aman R、Kamel R、Mahfouz M 通过水稻中的 prime 编辑实现除草剂抗性工程化。Plant Biotechnology Journal。 doi: 10.1111/pbi.13399 Fauser F, Schiml S, Puchta H (2014) 基于 CRISPR/Cas 的核酸酶和切口酶均可有效用于拟南芥的基因组工程。Plant J 79 : 348–359 Henikoff S, Comai L (2003) 植物功能基因组学的单核苷酸突变。Annual Review of Plant Biology 54 : 375–401 Hua K, Jiang Y, Tao X, Zhu JK 利用 prime editing 系统对水稻进行精准基因组工程。Plant Biotechnology Journal。doi: 10.1111/pbi.13395 Huang TK, Puchta H (2019) CRISPR/Cas 介导的植物基因打靶：同源重组终于迎来转机。 Plant Cell Rep 38 : 443–453 Li H, Li J, Chen J, Yan L, Xia L (2020) 通过 Prime Editing 对水稻外源和内源基因的精确修改。Molecular Plant 13 : 671–674 Lin Q, Zong Y, Xue C, Wang S, Jin S, Zhu Z, Wang Y, Anzalone AV, Raguram A, Doman JL 等人 (2020) 水稻和小麦的 Prime 基因组编辑。Nat Biotechnol 38 : 582–585 Mishra R, Joshi RK, Zhao K (2020) 作物中的碱基编辑：当前进展、局限性和未来影响。 Plant Biotechnol J 18 : 20–31 Sevestre F, Facon M, Wattebled F, Szydlowski N (2020) 促进马铃薯基因编辑：Solanum tuberosum L. cv. Desiree 基因组的单核苷酸多态性 (SNP) 图谱。Sci Rep 10 : 2045
红薯遗传和基因组研究助力可持续粮食和营养安全
粮食安全是发展中国家，特别是最不发达国家面临的主要挑战。在全球 78 亿人口中，约有 8.2 亿人遭受长期饥饿（www.un.org/，2020 年 6 月 9 日访问）。根据《2022 年全球粮食危机报告》（GRFC 2022），53 个国家/地区有 1.93 亿人生活在严重粮食不安全地区。尽管在一些发达国家，营养过剩而不是营养不足才是主要的公共卫生问题。然而，从全球角度来看，粮食不安全和营养不足是主要问题。此外，正在进行的 2019 年冠状病毒病 (COVID-19) 大流行和俄罗斯-乌克兰冲突将使这一数字进一步增加，因为发展中国家受到疾病、饥饿、供应链、经济后果以及农产品出口禁令的多重打击。过去几十年，大米、小麦和玉米这三种主要谷物占所有主食作物的 60%。然而，过度依赖少数作物品种会影响全球人口的粮食和营养安全，而作物生产多样化对于可持续的粮食系统至关重要。解决这些挑战的一个潜在方法是利用孤儿作物，它可以使作物生产多样化，提供更多的食物来源，并有助于遗传变异。孤儿作物也被称为未充分利用、丢失、次要或被忽视的作物，以及未来作物。一些孤儿作物的优势在于能够很好地适应当地和区域条件，即使在边缘地区和不利环境下，也需要较少的农业投入，并且可能受气候变化的影响较小。因此，孤儿作物对于保护农业生物多样性和农业生态系统非常重要，而这些对于粮食和农业生产的长期可持续性至关重要。红薯 [Ipomoea batatas (L.) Lam] 是旋花科（Convolvulaceae）的双子叶植物。继马铃薯（Solanum tuberosum L.）和木薯（Manihot esculenta Crantz）之后，红薯是世界第三大块根和块茎作物。传统上，红薯被视为“穷人的作物”，只有在饥荒或战争等紧急需要的时候才会吃，或是一种“孤儿作物”，与其他主要作物相比，它受到的关注有限。然而，在过去十年中，这种看法发生了变化，人们普遍承认红薯在缓解发展中国家的营养不良和饥饿方面具有巨大潜力。现在人们普遍认为，红薯是一种对营养和粮食安全很重要的作物，也是加工淀粉、生物乙醇和饲料用于各个领域的原料。重要的是，红薯具有比大多数主要粮食作物产生更多可食用能量的内在能力。如今，红薯被认为是一种营养价值很高的食物，因为其维生素A和C、β-胡萝卜素、花青素、钙和膳食纤维含量超过大多数其他主食。