需要高生产率和鲁棒性提高的代谢工程,以使木质纤维素生物量的可持续生物生产乳酸。乳酸是一种重要的商品化学化学物质,例如作为可生物降解聚合物的聚乳酸生产的单体。在这里,使用有理和模型的优化来设计二倍体的木糖发酵酵母酿酒酵母菌株以产生L-乳酸。通过删除ERF2,GPD1和CYB2的多种乳酸脱氢酶编码基因,将代谢通量转向乳酸。使用木糖作为碳源实现了93 g/l的乳酸,其产率为0.84 g/g。增加了木糖利用并减少乙酸合成,还从菌株中删除了PHO13和ALD6。最后,编码丙酮酸激酶的CDC19过表达,导致消耗的0.75 g乳酸/g糖的产率,当使用的底物是一种合成木质纤维素水解培养基时,含有六糖和乙酸和固定剂等合成木质纤维素水解培养基。值得注意的是,建模还为理解氧气在乳酸产生中的影响提供了潜在客户。从木糖中产生高乳酸,在氧气限制下可以通过氧化磷酸化途径减少的通量来解释。在对比度上,较高的氧气水平对乳酸的产生有益于合成水解培养基的乳酸,这可能是耐受抑制剂所需的ATP浓度较高。这项工作突出了酿酒酵母对木质纤维素生物量产生乳酸的潜力。
二倍体马铃薯研究正在蓬勃发展。现在的挑战是将这些研究成果转化为实用的育种计划,培育出农民愿意使用、对最终用户有益的品种。杂交育种是植物改良的首选技术,因为它能给农民和商业利益相关者带来共同利益。杂交育种为农民提供了一种在多个性状上表现优异的统一作物,同时以知识产权保护的激励措施和实现长期遗传收益的高效系统吸引了商业育种者 [1]。最近,Bradshaw 介绍了理论背景,重点介绍了驱动杂交马铃薯育种计划决策的数量遗传学问题 [2]。在这里,我们根据商业育种公司 Solynta 的经验,讨论了杂交育种计划的组成部分。杂交育种计划通常分为几个较小的部分,具有特定的性状目标。这通常表现为分为 (1) 亲本系开发和 (2) 杂交评估计划。前者主要目的是积累有利于复杂性状的等位基因、通过回交程序叠加抗性以及选择高度可遗传的消费者/市场性状,而后者主要侧重于确定最佳亲本组合,以及评估产量稳定性和评估特定区域的适应性。因此,将育种目标分散到多个阶段和周期增加了选择数量性状改良的难度,但代价是杂交育种计划设计中的系统复杂性更高 [ 3 ]。在本章中,我们描述了成功的商业杂交育种计划所需的不同组成部分(图 1 )。它们遵循从应用研究到商业产品开发的轨迹。高品质自交系是基础。
*频率,响应率和结果度量应通过风险类别进行报告,如果有足够的数量可用,则应通过指示的特定遗传病变。†主要基于在经过跨治疗的患者中观察到的结果。根据可测量残留疾病分析的结果,在治疗过程中可能会发生变化。•并发套件和/或FLT3基因突变不会改变风险分类。§AML被归类为不良风险。||仅影响Cebpa基本亮氨酸拉链的框内突变,无论它们是否以单相关还是双重突变的形式出现,都与有利的结果有关。¶(t (9; 11)的存在P21.3; Q23.3)优先于罕见的,并发的不良风险基因突变。#Eccluding KMT2A部分串联复制(PTD)。**复合核型:在没有其他类别定义的重复遗传异常的情况下,$ 3无关的染色体异常;不包括三个或三个或多个三分之一的高二倍体核型(或多个多核),没有结构异常。††单粒核型:存在两个或更多不同的单色((不包括X或Y(Y(Y(Y(Y))),或一个单个常染色体单子弹结合使用,与至少一个结构性染色体异常相结合,不包括核心结合因子AML)。‡‡目前,如果这些标记与有利的风险AML亚型共发生,则不应将这些标记用作不良预后标记。从参考文献6ATP53在变异等位基因部分至少为10%处的ATP53突变,与TP53等位基因状态(单或双重突变无关; TP53突变与AML与复合和单核核型显着相关。
蓝莓(Vaccinium corymbosum 和杂交种)是一种特种作物,其产量和消费量在世界范围内不断扩大。佛罗里达大学 (UF) 的蓝莓育种计划通过开发更适合全球亚热带和地中海气候的耐寒品种,极大地促进了蓝莓产区的扩大。该育种计划历来侧重于表型轮回选择。作为一种同源多倍体、异交、多年生、幼年期较长的作物,蓝莓的育种周期成本高且耗时长,导致单位时间内的遗传增益低。受分子标记在育种早期阶段进行更准确选择的启发,我们进行了开创性的基因组预测研究和优化,以实施蓝莓育种计划。我们还解决了同源多倍体作物基于序列的基因分型和模型参数化的一些复杂性,提供了可以扩展到其他多倍体物种的经验贡献。我们在此回顾了我们之前的一些基因组预测研究,并描述了目前在作物方面取得的成就。在本文中,我们对同源四倍体作物基因组预测的贡献有三方面:i) 总结了模型参数化(例如二倍体或多倍体方法)的相关性以及显性效应的纳入的先前结果;ii) 评估序列覆盖深度和基因型剂量调用步骤的重要性;iii) 通过使用独立验证集展示基因组选择对利用育种决策的真正影响。总之,我们提出了一种在蓝莓中使用基因组选择的策略,并有可能应用于具有类似背景的其他多倍体物种。
摘要:鸟类(鸟纲)是陆地脊椎动物中种类最多的物种,具有类特异性特征,但外部表型多样性令人难以置信。鸟类对农业至关重要,也是模式生物,它们已经适应了许多栖息地。鸟类是恐龙的唯一现存例子,它们出现于约 1.5 亿年前,目前有 10% 以上濒临灭绝。这篇综述全面概述了鸟类基因组(“染色体”)组织研究,主要基于染色体涂绘和基于 BAC 的研究。我们讨论了可靠地生成染色体水平组装和以比以前更高的分辨率和更宽的系统发育距离分析多个物种的传统和现代工具。这些结果允许对染色体间和染色体内重排进行更详细的研究,为进化和物种形成机制提供独特的见解。“标志性”鸟类核型可能出现于约 2.5 亿年前,在大多数群体(包括灭绝的恐龙)中基本保持不变。例外包括鹦鹉形目、隼形目、隼形目、鹃形目、鲹形目,偶尔还有雀形目、鹳形目和鹈形目。这种显著保护的原因可能是二倍体染色体数目较大,通过更多可能的配子组合和/或增加重组率产生变异(自然选择的驱动因素)。更深入地了解鸟类基因组结构,可以探索与进化断点区域和同源连锁块的作用有关的基本生物学问题。
可以通过相当简单至现代的生物技术方法来产生有效的二级代谢物化合物,这些化合物可以通过相当简单的抗氧化剂来源产生,这两种方法都使用内生微生物的能力来使用分子遗传工程技术,这些技术目前是非常普遍的,即基因编辑。具有产生内生微生物的植物组织包括花,水果,茎,叶,根和种子,在保护宿主植物免受环境压力和竞争微生物的影响方面起着重要作用。一种类型的微膜细胞膜,肌肉模子,可以产生肉桂植物的挥发性有机化合物的混合物。这些挥发性有机化合物具有药理学活性,作为广泛频谱中抗菌剂的来源。分型Andreane是由紫杉醇植物产生的内生真菌之一,可以产生具有药理学活性作为抗癌来源的紫杉醇化合物。Pestalotiopsis微孢子是产生Ketapang植物中的柴蛋白和异泊蛋白化合物的微生物培养物之一,并用作抗氧化剂和抗癌药物的来源。抗氧化剂分为内源性抗氧化剂,酶抗氧化剂和维生素。使用农杆菌的遗传工程可以通过靶标的基因插入靶标的基因插入,从而产生所需的或所需的性状,该基因插入的基因插入是作为接收该基因的生物体的基因供体的。披针形基因是已成功插入代码番茄叶的基因之一,并在较大条件下将复合叶子更改为较小的叶子。推荐的基因编辑方法是CRISPR-CAS 9,因为它可以用清晰的二倍体基因组序列编辑西红柿中的披针形基因。
抽象背景:癌症染色体不稳定性的主要驱动力是复制应力,DNA复制的减慢或失速。尚不清楚如何连接复制应力和基因组不稳定性。蚜虫蛋白诱导的复制应力会在常见的脆弱部位诱导分裂,但是易于脆弱的确切原因,并且没有充分探索复制应力的急性基因组后果。结果:我们表征单个二倍体非转化细胞中的DNA拷贝数改变(CNA),这是由一个细胞周期在蚜虫或羟基脲存在下引起的。产生了多种类型的CNA,与不同的基因组区域和特征相关,观察到的拷贝数景观在蚜虫蛋白和羟基脲诱导的复制应力之间是不同的。将CNA与基因表达和单细胞复制时间分析的耦合细胞类型分析指向蚜虫中最复发的染色体尺度CNA的致病性大基因。这些在RPE1上皮细胞中的7号染色体上聚集在染色体上,但染色体在BJ成纤维细胞中。染色体臂水平CNA还会产生含有这些染色体的染色质和微核。结论:由复制应力驱动的染色体不稳定性通过局灶性CNA和染色体臂尺度的变化发生,后者仅限于很小的子集染色体区域,潜在地倾斜了癌症基因组的进化。复制应力的不同诱导者导致独特的CNA景观,从而提供了机会,从而得出了特定复制应力机械的拷贝数签名。单细胞CNA分析揭示了复制应力对基因组的影响,从而提供了对癌症中染色体不稳定性的分子机制的见解。
鹰嘴豆(Cicer Arietinum L.)是最重要的谷物豆类之一,每年产量为1587万吨(Faostat,2021)。它是一种自授粉的二倍体农作物,基因组大小约为740 mb,并且在世界各地的干旱和半干旱地区都大量生长(Varshney等,2013)。鹰嘴豆的重要性在于其对共生氮固定及其饮食蛋白,维生素和必需矿物质的内在潜力。鹰嘴豆生产对于主要生活在发展中的人们而言,鹰嘴豆生产对于粮食安全和提高饮食的营养质量至关重要。全球鹰嘴豆产量近年来显着上升(Faostat,2021)。但是,满足不断增长的需求要求鹰嘴豆作物的生产率提高。提高农作物的生产率将需要对诸如Fusarium Wilt(FW)和Ascochyta Blight(AB)等毁灭性疾病的可持续管理,这使鹰嘴豆种植极大的风险。fw,由土壤传播真菌,镰刀菌f。 sp。ciceris(foc)是全球鹰嘴豆最普遍的疾病之一。fw导致产量损失从10%到100%不等,具体取决于品种的可见性和合适的气候条件(Sharma等,2012)。由于FW是一种土壤传播疾病,因此难以通过作物旋转策略或化学控制来管理。因此,使用对FW有抵抗力的品种是最具成本效益,有前途和环境可持续的策略来实现这种疾病。在这个方向上,据报道,用于FW耐药性的几个定量性状基因座(QTL)通过分子育种开发了抗FW-抗性品种(Garg等,2018; Sabbavarapu等,2013; Varshney等,2014)。然而,病原体的遗传变异性很高,导致毒力的多样性,并导致可用来源的耐药性分解(Sharma等,2012)。要加快分子育种过程或通过基因编辑方法发展抗性品种,必须深入了解鹰嘴豆中FW耐药性的分子机制。
RNA 编辑是一种重要的转录后修饰,它通过选择性修饰 RNA 序列来增加转录组的多样性和灵活性 (Schaub & Keller, 2002)。这些序列变化有效地改变了转录本的编码潜力、可变剪接、RNA 折叠和 RNA 稳定性 (Pullirsch & Jantsch, 2010)。此外,RNA 编辑水平 (EL) 在发育过程中动态变化,并且在组织之间变化很大 (Tan et al., 2017; Wahlstedt et al., 2009; Ye et al., 2017),范围从 0% 到 100%。相比之下,对于二倍体生物,等位基因改变会影响 100% 的等位基因产物和 50% 的总基因产物 (Gommans et al., 2009; Wang et al., 2019)。因此,与基因组突变的普遍全有或全无性质相比,RNA 编辑的进化成本要低得多,并促进了转录组可塑性,从而导致表型变异——这是对选择压力的适应性反应。腺苷到肌苷 (A-to-I) 是最常见的 RNA 编辑类型,通过作用于 RNA (ADAR) 酶的腺苷脱氨酶将双链 RNA 中的腺苷转化为肌苷。这种类型的编辑的进化和动态景观在哺乳动物、头足类动物和果蝇中得到了很好的描述 (Duan et al., 2017; Graveley et al., 2011; Hung et al., 2017; Liscovitch-Brauer et al., 2017; Tan et al., 2017; Ye et al., 2017)。此外,A 到 I 的 RNA 编辑被认为是适应性进化的重要驱动力,尤其是在大脑发育和功能方面(Duan et al., 2017; Gommans et al., 2009; Graveley et al., 2011; Wahlstedt et al., 2009)。
真菌病原体是人类面临的一大威胁,影响着全球十多亿人。侵袭性感染呈上升趋势,这引起了极大关注,因为它们伴随着抗真菌耐药性的不断升级。揭示毒力特性和耐药性背后的机制在很大程度上依赖于基因操作技术,例如产生携带特定突变或基因缺失的突变菌株。然而,这些过程在真菌中通常既耗时又繁琐,因为根据物种的不同,存在许多复杂情况(例如,二倍体基因组、缺乏有性周期、转化和/或同源重组效率低、缺乏克隆载体、非常规密码子使用以及显性选择标记缺乏)。这些问题正越来越多地通过将成簇的规律间隔的短回文重复序列 (CRISPR)-Cas9 介导的基因操作应用于医学相关真菌来解决。在这里,我们总结了 CRISPR–Cas9 在四种主要人类真菌病原体谱系(念珠菌、新型隐球菌、烟曲霉和毛霉)中应用的最新进展。我们重点介绍了 CRISPR 为解决不同物种中的关键问题而定制的不同方式,包括传递 CRISPR–Cas9 元件的不同策略、它们的瞬时或永久表达、使用密码子优化的 CAS9 ,以及标记回收和无疤痕编辑的方法。一些方法有助于更有效地在真菌中使用同源定向修复,其中非同源末端连接更常用于修复双链断裂 (DSB)。此外,我们重点介绍了最有希望的未来前景,包括基因驱动、可编程碱基编辑器和非编辑应用,其中一些目前仅在模型真菌中可用,但可能适用于未来在致病物种中的应用。最后,本综述讨论了 CRISPR 技术的进一步发展将如何帮助真菌学家解决真菌致病机制的多方面问题。