生物技术前沿一周纵览(2014年3月21日)

2014-07-02 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

玉米代谢GWAS研究新成果
 
植物生成大量结构各异的代谢产物,它们在植物的生长、细胞补充、全株资源分配以及植物的发育和应激反应中发挥着重要的作用,此外,它们还为人类提供了必不可少的营养、生物能、医药、香料等资源。了解植物生物化学对于在不断变化的气候条件下实现可持续发展农业以及资源保护至关重要。玉米是全球粮食和饲料供应的重要农作物之一,对这一物种开展全面代谢组学研究迫在眉睫。此外,玉米因其自交系所显现的特殊基因组及表型多样性,还是遗传学研究的模式生物。研究人员通过对玉米粒进行基于代谢物组(Metabolome)的全基因组关联(GWAS)对玉米代谢展开了全面的研究。研究确定了种植在多个区域702个玉米品种的983个代谢物特征,通过基于代谢物的全基因组关联绘图鉴别出了跨越3种环境的1459个显著基因组-性状关联。大多数(58.5%)鉴别的基因座得到了表达QTL的支持,一些(14.7%)基因座通过连锁作图得到了验证。重测序和候选基因关联分析确定了与代谢性状相关的5个候选基因的潜在因果变异。通过突变和转基因分析进一步验证了其中的两个基因。所鉴别的一些与粒重相关的特征或许可以被用作为生物标记物来推进玉米遗传改良。新研究增进了对于玉米功能基因组学和代谢的认识,并为作物改良提供了一个强有力的工具。(Nature Communications
 
 
解析花蜜的进化之谜
 
花蜜对于开花植物的重要性不言而喻,但植物生产和分泌花蜜的过程仍然未知。研究人员对三种不同的开花植物(拟南芥、芜菁和野生烟草)进行了研究,在蜜腺中寻找可能涉及糖转运的转运蛋白。结果发现,糖转运蛋白SWEET9在三种植物中的糖转运中都起关键作用。该蛋白负责介导花蜜分泌的过程,将糖转运到蜜腺的细胞外区域,是花蜜合成和分泌中的关键元件。SWEET9还可能对于开花植物的进化至关重要,出现在开花植物进化的早期。推测在第一批开花植物形成蜜腺之时,SWEET9糖转运蛋白就出现了,这是植物吸引和犒劳传粉者的重要一步,有助于提高植物的遗传多样性。(Nature
 
 
首次揭示奶山羊生殖器官miRNA
 
microRNA(miRNA)是一类非编码小RNA,通过靶向调控基因表达而发挥重要功能。许多研究已证实,miRNA参与调节多种生物学过程,包括哺乳动物生殖系统发育和配子发生过程。通过高通量测序技术,研究人员已分别对人类、大鼠、小鼠、牛和猪的睾丸组织中的microRNA表达谱进行了全面的分析,并发现这些miRNA具有显著的保守性,部分保守的miRNAs与哺乳动物精子发育密切相关。萨能奶山羊是一种重要的经济动物,具有较短的妊娠期,可以为人类提供毛皮、肉、奶和其他有价值的产品,同时也是进行多肽药物研究的重要转基因动物模型。因此对奶山羊的生殖细胞和生殖器官发育的机理进行深入研究具有重要价值。为此,研究人员采用高通量测序技术对奶山羊生殖器官的miRNA表达谱进行了深入挖掘和分析。首先通过小RNA测序技术对成年奶山羊睾丸组织中的小RNA谱进行了测定和分析。通过比对miRBase中已报道的牛和羊的miRNA,鉴定出在奶山羊睾丸组织中有373个保守的miRNAs和91个新的配对miRNAs。研究人员使用定量PCR对其中部分miRNAs在奶山羊睾丸中的表达进行了验证。进一步通过比较奶山羊睾丸组织与相对应的牛和小鼠中的miRNA表达谱,发现有128个保守的miRNA可能参与了奶山羊的睾丸发育和减数分裂。此项研究揭示了奶山羊睾丸组织中的首张miRNA表达谱。表征这些miRNAs将有助于更好地理解奶山羊的生殖与发育的分子机制。(Reproduction in Domestic Animals
 
 
大型动物基因表达图谱绘制
 
研究人员对编码于动物基因组中的信息在不同器官、发育阶段和环境条件下的处理机制展开了迄今为止最大型的调查研究,绘制出了基因如何在神经细胞中发挥功能以及响应环境压力的新图像。此项研究以模式生物果蝇为研究对象。70%的已知人类疾病基因在果蝇中都有密切相关的基因,而果蝇的基因组只有人类基因组1/30大小。以往的果蝇研究提供了一些有关癌症、出生缺陷、成瘾行为和神经系统疾病的信息。在最新的这项科学研究中,构建出了迄今为止最全面的动物基因表达图谱。尽管我们身体每个细胞中的基因组都基本相同,每种细胞类型的转录组却并不一样,且不断地在发生变化。转录组可响应环境挑战迅速发生改变,基因表达动态变化使得我们的身体能够适应如温度或化学物质接触等改变。为了绘制出转录组图谱,科学家们利用了深度测序技术生成了1.2万亿个碱基的RNA序列数据。在29种果蝇组织类型、25个细胞系以及暴露在各种“环境挑战”中对RNA进行了分析。结合极深度测序和多种组织及情况生成了完整的RNA活性图谱,揭示出了只在一种组织类型中表达的一些新基因和罕见RNAs。发现了一些神经系统组织中RNAs出人意料的复杂性和多样性,以及从前未知的与应激反应相关的一些基因。(Nature
 
 
美设计出合成氨基酸简易新法
 
研究人员设计出一种“非天然手性氨基酸”的简易合成方法,有望推动化学工业尤其制药业的发展。氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称,是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位。非天然手性氨基酸的分子为“对映异构体”,在药物开发、化工合成和催化工业等领域具有重要作用。天然氨基酸便宜易得,但种类不多,因此需要合成非天然手性氨基酸。传统的合成方法,制备每种不同的非天然手性氨基酸都要利用不同的起始原料合成,该研究的策略是利用最便宜的丙氨酸作为共同的起始原料,来合成成千上万种非天然手性氨基酸。研究解决了把丙氨酸上的惰性甲基碳氢键在温和条件下打断这一最大难题,可根据需要连上一个新的化学官能团,每次连上一个不同的官能团就可以得到不同的氨基酸。丙氨酸甲基上有3个碳氢键,打断第一个键和第二个键会得到不同的氨基酸,但往往会连续发生并得到混合产物而失去应用价值。研究者成功设计出两种活性不同的催化剂,可以有选择性地打断第一个键和第二个键,从而控制合成氨基酸的结构。该方法开发的非天然手性氨基酸具有很好的药理活性,潜在应用包括制造抗癌药物、抗生素以及治疗帕金森氏症等疾病的药物。(Science
 
 
新的纳米粒子提供最佳的基因沉默
 
RNA干扰(RNA interference,RNAi)极有希望用于治疗癌症和其他单基因突变引发的疾病。然而在传递足够的RNA对病变组织进行治疗时,仍然很难避免对身体其他部位的副作用。研究人员设计了一种新的纳米粒子,能够传递可关闭致病基因的遗传物质片段。他们通过将RNA包裹在脂肪样分子(称为新脂肽lipidoids,一个脂肪分子和蛋白质球体)内,可以用小剂量的siRNA阻断多个基因。与以前任何siRNA传输工具相比,这种粒子能够获得5倍以上的基因沉默有效性。并且只需要很少量的RNA,就能引起整个肝脏中的基因敲除,其效果特定于肝脏,并没有影响其他组织。在检测该粒子关闭一种凝血蛋白(Factor VII)基因的实验中,证实了siRNA沉默Factor VII的有效性。这种粒子能够有效沉默TTR(transthyretin,运甲状腺素蛋白)基因,这个基因与许多疾病相关,包括老年性全身性淀粉样变性病、家族性淀粉样蛋白多发性神经病和家族性淀粉样蛋白心肌病。此外,在非人灵长类动物的测试中发现,这种纳米粒子也可以有力地沉默非人灵长类动物的基因。目前,研究小组正在试图了解更多关于该粒子如何运转等,以期进一步提高粒子的性能,同时也致力于开发能够靶定肝脏之外器官的纳米粒子。(PNAS
 
 
从基因组序列快速发现新药的突破性方法
 
在一项寻找新药的研究中,研究人员开发出一种方法,能够从基因组序列中迅速发现新的候选药物。他们利用这种新方法——Inforna,发现了能够靶定疾病相关RNA,如microRNA-96 (MiR-96 microRNA被认为通过阻止细胞凋亡或程序性死亡而促进癌症的发展)的化合物,以及另外几种靶定近二十几个其他疾病相关的microRNA的化合物。研究人员开发的计算方法通过从成千上万的细胞RNA序列中,挖掘药物-RNA序列(“motif”)相互作用的数据库,来确定最佳的药物靶点。从这些基因组序列和所有细胞的RNAs中挖掘信息,以发现能够靶定这些疾病相关RNAs的药物,而保留其他未受影响的RNAs。作为原理验证,他们发现了一种高效的化合物,能够导致癌细胞攻击自己而死。这是首次从仅仅一段RNA序列中,合理设计出治疗性小分子。这种前所未有的方法,可明确地靶定致癌RNA,这阐明了一种空前的化合物选择性。相反地,典型的癌症药物作用靶点细胞是不加选择的,通常可导致病人难以忍受的药物副作用。(Nature Chemical Biology
 
 
有机械记忆的干细胞
 
干细胞的命运会受到他们过去所处环境的机械强度的影响。已有研究表明,干细胞当前培养环境的机械强度,如它们被培养的凝胶的硬度,可以诱导它们的分化方向。研究骨髓间充质干细胞的培养历史发现,在具有不同硬度的细胞培养凝胶上的培养时间,也影响了细胞命运的决定。这种“机械记忆”效应,是由转录共激活因子YAP和TAZ介导的。研究人员利用干细胞的这种能力来保留过去的环境信息,来诱使它们在很大程度上在基板上分化成成骨细胞,否则大多数将自然而然地成为脂肪细胞。(Nature Materials
 

来源:基因农业网

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