生物技术前沿一周纵览(2014年3月28日)

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

成功克隆第一个稻米品质关键基因Chalk5
 
垩白是灌浆期胚乳淀粉粒和蛋白质颗粒排列疏松而充气所形成的白色不透明部分,它极大地影响了稻米可食用性产量(整精米率),同时对稻米外观品质(透明度)、蒸煮食味和营养品质(直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量)等都有很大的影响,因此,垩白是评价稻米品质的最重要指标之一,也是水稻优质和高产的重要限制因子。多年来,科学家们一直致力于寻找控制垩白的关键基因。经过10年的努力,我国科学家成功克隆了第一个稻米垩白率的主效基因Chalk5,并对其调控垩白形成的分子与细胞学机理进行了深入研究,这为解释稻米产量与品质的矛盾与统一提供了遗传与分子证据。研究成果不仅为优质稻米的分子育种提供了目标基因,还为水稻优质育种实践提供了理论指导,也为进一步阐明作物品质调控的生物学机理提供了理论依据。(Nature Genetics
 
 
普通野生稻化学计量特征的地理格局研究取得重要进展
 
氮(N)、磷(P)元素作为生态系统生产力最重要的两个限制性元素,在植物的生长、发育、群落构成以及生态系统的组成、结构和功能等方面发挥着极其重要的作用。国家二级保护植物普通野生稻广泛的地理分布与环境异质性,导致其化学计量特征的地理梯度变异。对该地理格局的研究可以帮助我们进一步了解普通野生稻-养分关系,区分气候和土壤因子的相对贡献,探讨普通野生稻应对环境变化的适应策略。研究人员考察了我国6个省份34个普通野生稻的自然种群,并开展了同质园移栽试验。通过分析叶片养分特征(N、P含量)与地理分布和环境变量的关系,评估了普通野生稻N、P元素化学计量特征的地理变异。结果表明,自然种群中普通野生稻的叶片P含量与纬度和年均温紧密相关,而N含量与年降水量相关;叶片的N、P含量均与土壤速效P含量正相关,而与土壤速效N含量负相关。进一步分析发现,普通野生稻的化学计量格局在种群间产生了基因型×环境的交互作用,是表型可塑性与遗传分化共同作用的结果。(Plant Biology
 
 
抗病小麦育种的新方法
 
即便已经使用了杀菌剂,黄斑病(Yellow Spot)仍能引起每公顷超过0.35吨的小麦产量损失,按此计算,会对澳大利亚农业产业造成每年大约2.12亿美元的损失。研究人员找到一种方法,通过去除小麦种质资源中的疾病敏感性基因,病原体就很难接近小麦造成损害,从而培育没有负面因素的抗病小麦。该研究成果将能帮助育种人员培育出病害损失降低60%到80%的作物。此前,由于缺乏分子标记,如真菌危害作物的效应蛋白等,抗黄斑病和小麦颖枯病(Septoria Nodorum Blotch)的育种工作非常耗时。这项研究提供的技术第一次允许育种人员进行稳定和持久的抗病性改良,而不影响农民的收入。育种人员也能够将更多的时间和资源,用于提高产量、抗锈病和抗冻性的育种工作。研究小组在西澳大利亚小麦生产区,研究了不同小麦品种遭受自然病害和胁迫时的产量损失。将携带疾病敏感基因的小麦品种,与缺乏这些特殊基因的小麦品种进行比较,发现缺乏这类基因的小麦品种并没有表现出产量损失,在某些情况下,面对病害时其产量反而增加。如果去除一个敏感基因,就会有最小的关联风险,这将是提高抗病性的一个安全而简单的策略。并且由于针对抗病性的直接QTL定位并没有产生有用的分子标记,而此研究直接着眼于小麦识别病原体的遗传位点,利用较早开发的一个程序,可以轻松确定这些位点,从而能够绕过QTL定位。(Plant Pathology
 
 
UV-B光信号转导研究取得重要进展
 
UVR8蛋白是近年来新鉴定出的植物UV-B光受体。不同于具有外源生色团的其他光受体,UVR8利用自身的色氨酸作为生色团。在无UV-B光照时,UVR8依靠以精氨酸R286和R338为中心的分子间氢键形成稳定的同源二聚体;UVR8色氨酸W233和W285行使内源生色团的功能。当接受UV-B光照时,这两个色氨酸的吲哚环电子被激发,破坏了它们与相邻精氨酸之间的电荷作用,影响了R286和R338在二聚体结构中的稳定性,从而破坏了同源二聚体分子间的相互作用而产生单体。然而,此前拟南芥UVR8如何基于这些结构特性在植物体内感受UV-B光信号并完成下游信号转导不得而知。研究人员通过构建一系列拟南芥内源UVR8突变型蛋白以及系统的生理生化分析,发现UVR8蛋白的构象变化并不足以促使植物进行UV-B光信号转导,揭示了UVR8单体与COP1蛋白形成复合体的多少是决定植物对UV-B光信号的敏感性的关键因素。目前,UVR8蛋白的生化特性已引起生物技术领域的广泛关注,被改良应用于光调控蛋白质互作、光诱导基因表达等动物实验体系。因此,该项工作亦为UVR8蛋白应用于非植物源体系的蛋白质工程研究提供了科学借鉴。(PLoS Genetics
 
 
植物生长素的调控作用
 
植物的叶片形状千变万化,有披针形、矛形、肾形、菱形、箭头形、卵形、圆形、勺形、心形、泪珠形、镰刀形等。这些形状的生成取决于植物生长素的分配,而生长素决定着植物细胞分裂和伸长的速度。一个简单的分子能够塑造如此复杂多变的形状,是因为生长素能与大量控制基因表达的蛋白相互作用类施加影响。近年来,随着越来越多此类蛋白的发现,生长素的信号传导机制也越发更加复杂。研究团队对生长素信号网络中的蛋白进行了研究,找到了理解整个网络的关键所在:关键转录因子ARF7的晶体结构被解析。该蛋白的互作区域折叠起来,形成分别带正负电荷的两面,像一个磁铁,被称作PB1结构域。这样的结构区域允许蛋白相互吸引,形成长链或寡聚物。通过这些链的长度变化,植物可以精密调节不同细胞对生长素的应答,产生细微的结构差异。塑造叶片形状只是植物生长素多种作用之一,其他还包括帮助植物向光源弯曲、根系向下生长、枝条向上生长和果实发育等。在生长素及其影响的基因之间,涉及了大量的蛋白,这些蛋白组合在每个细胞中都不同,整个系统相当复杂。此项研究结果显示蛋白间的相互作用不只局限在两个蛋白之间,可能涉及了数百个蛋白。(PNAS
 
 
揭示植物顶端弯钩发育的激素调控分子机制
 
土中生长的幼苗会形成顶端弯钩(apical hook),顶端弯钩是一种至关重要的结构,可在植物通过土壤突出时,保护其子叶和顶端分生组织免受机械损伤,而顶端弯钩形成缺陷突变体难以从致密的土壤中出土见光生长,因此对顶端弯钩形成机制的研究有助于提高植物成功出土的概率,保证幼苗正常生长,进而提高作物产量。光和多种植物激素参与调控顶端弯钩的形成。HOOKLESS1(HLS1)是调控顶端弯钩形成的一种关键因子,其缺失突变导致植物不能形成顶端弯钩。HLS1是乙烯(ET)激活的转录因子EIN3的一个直接靶基因。植物激素茉莉酸(JA)和ET可协同调控植物防御和器官发育,但除了协同互作外,两者之间还存在拮抗作用,表型之一就是乙烯加剧黑暗生长的种苗形成顶端弯钩,而JA抑制这一过程,但潜在的分子机制还未知。该项研究指出,JA可通过减少HLS1表达来抑制顶钩的形成。进一步证实,JA激活的转录因子MYC2可通过至少两层调控,抑制EIN3功能并减少HLS1表达。研究结果揭示了在植物顶端弯钩发育期间JA和ET之间拮抗作用的分子机制,并为植物生长和发育调控过程中的多种激素相互作用,提供了新的见解。(Plant Cell
 
 
廉价、快速和详细的蛋白质分析新技术
 
一种创新性的蛋白质分析技术,可实现廉价、快速和详细的蛋白质分析,获得详细的蛋白质信息,包括翻译后修饰和遗传变异信息。研究人员利用质谱免疫(MSIA)技术——一种高通量的蛋白质定量技术,获得了详细的蛋白质信息,包括翻译后修饰和遗传变异,可进而开发新的分析方法,寻找癌症、糖尿病和心脏病相关的蛋白质生物标记物。该高通量方法,可以每天超过1000份人组样本的速度,定量和定性胰岛素样生长因子1(IGF1),产出率可与ELISA相提并论。利用质谱法可以很容易地在蛋白质水平上识别表达的遗传变异(SNPs)并可找出翻译后发生的一些变化。与翻译后蛋白改变相结合的一个已知基因多个变异的复杂情况,即微观不均一性(Microheterogeneity),产生的蛋白质变体在各种疾病中发挥重要的作用,但是研究人员一直很难识别这些变体。当前许多蛋白定量的临床标准是酶联免疫吸附测定法(ELISA),微观不均一性会产生干扰。质谱法分析能够解决干扰问题,还能产生ELISA不能获得的丰富的蛋白信息。与用蛋白酶消化蛋白质,提取得到的小肽片段用于质谱法分析的“自下而上法”不同,该研究的这种平台,是一种所谓的“自上而下”的蛋白质定量分析方法,能够捕获一个完整长度的蛋白质和任何完整的蛋白质变体,使研究人员能够快速地分析蛋白质及其变体。(PLoS One
 
 
可用于可卡因解毒的一种超快酶
 
名为butyrylcholesterase (BChE)的酶能结合和代谢各种不同的分子,包括可卡因。然而,用BChE使可卡因化学失活的速度相当慢。科研人员采用计算方法来预测BChE中能加快这种酶的可卡因转化速度的一系列突变。这些改变将该酶的催化速度提升到了与乙酰胆碱酯酶(自然界中已知最快的酶之一)相当的水平。进而发现,优化过的BChE变体如果在一剂致命的可卡因注射之前通过静脉注射的话,能增加大鼠的存活率,说明这种酶在可卡因解毒方面可能具有治疗潜力,有可能被用于可卡因解毒。然而,如果在高剂量的可卡因注射之后再注射BChE变体是否仍有疗效还有待证明。(Nature Communications

 

来源:基因农业网

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