生物技术前沿一周纵览(2014年4月18日)

2014-06-28 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

解析植物生长中的非胚性信号作用
 
植物的胚存在于种子内,一旦发芽会生成成熟植株。过去人们认为,胚发育只是由胚的遗传构成所决定。新研究表明,存在于胚环境中的一些特异细胞类型可以发送蛋白信号影响这一过程。在哺乳动物中也存在类似的情况,胚胎发育受到邻近胎盘细胞发出的信号调控。了解非胚性细胞影响发育植物胚的机制是构建出包括有利杂交作物在内的新型改良植物物种的关键。当采用的亲代作物亲缘关系较远时,杂交物种的胚往往无法正常发育。之前,没有认识到非胚性植物细胞能够引导胚生长,现在获得了一些有价值的信息表明邻近细胞极有可能通过一连串的蛋白信号直接与胚互作并影响它。下一步是确定响应这些非胚性信号的胚胎因子,并了解它们的作用模式。这种借助周围细胞发出信息来控制胚的生长和发育的机制从根本上改变了过去对于植物分子发育的理解,将开启一些令人兴奋的研究途径,有可能促使培育和繁殖出整合现有物种最成功的一些特征的植物。(Science
 
 
转基因作物面临的抗性问题
 
昆虫学家发现,害虫已经对抗虫转基因玉米产生了重要抗性。转基因玉米的广泛种植已经使一些西方玉米根虫(Diabrotica virgifera virgifera LeConte)对Bt毒素产生了抗性。目前Bt玉米主要产生三种毒素,而这些害虫能够抵抗其中的两种。生产Bt毒素Cry3Bb1的转基因(GM)玉米可以对抗根虫,这种作物于2003年在美国首次被批准使用。2009年农民们开始发现,这些GM作物受到了根虫的破坏。2011年,这种破坏还波及了另一种生产毒素mCry3A的GM玉米。研究指出,抵抗Cry3Bb1的根虫也能够抵抗mCry3A,是因为两种毒素具有类似的结构,在根虫肠道有一些相同的结合位点。造成这一问题的原因是,根虫非常顽强而Bt玉米又没有生成足够的毒素,无法对其实现完全控制。针对欧洲玉米螟的Bt毒素,能够杀死超过99.99%的目标。而针对玉米根虫的Bt毒素,却能允许超过2%的根虫存活下来。年复一年种植同样的转基因玉米,使根虫体内的抗性快速演化。该研究说明如果不对GM作物进行综合性的害虫管理,几年后抗性就会出现。通过生物技术将不同的Bt毒素结合起来对抗根虫,是延缓抗性出现的重要途径。与此同时,还应该实行作物轮作,以破坏害虫的生活周期。(PNAS
 
 
昆虫新型抗病毒系统
 
蚊子可以作为多类病毒的天然宿主及传播媒介,但与此同时,病毒感染对蚊子的生理功能及寿命没有显著影响。因此人们推测在蚊子中应存在一个复杂而完善的抗病毒免疫体系,能有效限制病毒的感染及避免病毒对宿主生理功能的破坏。该研究以埃及伊蚊及多种病毒为研究模型,在世界上首次发现并阐明了昆虫补体系统抗病毒感染的工作机制。利用比较基因组学、反向遗传学及生物化学实验方法在埃及伊蚊中鉴定出一套基于补体因子的新型抗病毒免疫系统。该系统可识别并有效抑制登革热病毒 (Dengue virus) 及黄热病病毒 (Yellow Fever virus) 在埃及伊蚊体内的感染增殖,首次在昆虫中证明昆虫补体免疫系统具有显著的抗病毒功能。具体抗病毒机制描述如下:(1) 在埃及伊蚊血淋巴细胞 (昆虫主要的免疫细胞) 表面的AaSR-C蛋白作为模式识别受体识别病毒颗粒;(2) AaSR-C结合补体因子AaMCR,从而形成一个“补体蛋白-病毒”复合体;(3)“补体蛋白-病毒”复合体激活下游信号通路产生大量的抗病毒短肽;(4) 抗病毒短肽杀灭病毒。(PLoS Pathogens
 
 
激活果蝇的发光潜能
 
自然界中能够在黑暗中自然发光的动物很少,萤火虫就是其中之一。当萤火虫体内的荧光素酶将小分子D-luciferin氧化时,这种生物就能够发光。科学家发现,果蝇也具备在黑暗中发光的潜力(生物荧光),而UMMS合成的一种新型D-luciferin类似物,可以激活果蝇的发光潜能。D-luciferin类似物被称为CycLuc2,能够在CG6178的催化下发出红光。只需要将CycLuc2简单添加到活细胞内,就足以使果蝇细胞发光。合成CycLuc2拥有独特的不对称环形结构,这有助于它与酶正确匹配,启动生物发光所需的氧化反应。这项研究显示,生物发光所需的生化条件在自然界中其实相当普遍。人工合成的荧光素能够帮助人们开发更多生物体内的发光潜力,激活相应的酶促反应。将内源性蛋白作为荧光素酶,就无需对DNA做出改动,这将大大有助于生物发光成像的应用,例如研究基因表达、理解感染机制、追踪癌细胞或者评估新药的效力等。这无疑大大拓展了生物发光成像技术的应用范围,为活体研究增添了新的工具。(PNAS
 
 
细菌的一种DNA结合蛋白AddAB的结构解析
 
在细菌双螺旋DNA断裂修复中,自由端最初由一种双功能的螺旋酶/核酸酶作用于其上,典型情况就是大肠杆菌的RecBCD酶发挥作用。RecBCD会将DNA展开,所以它最终将碰上一个名为Chi (C)的极性八聚序列,后者会造成核酸酶活性的减弱,使其特异性发生变化。研究人员获得了来自枯草芽胞杆菌的与DNA相结合的一种相关酶AddAB的若干结构。这些结构有助于认识转位过程、识别以及当被识别时所出现的暂停。(Nature
 
 
新疆发现罗布麻属富锂植物
 
罗布麻是夹竹桃科罗布麻属的多年生草本植物,生长在盐碱荒地、沙漠边缘、河岸以及戈壁荒滩等环境。我国主产于西北、东北、华北和黄河流域,其中以新疆荒漠地区为最佳产地。罗布麻叶可以入药,也可加工成茶,具有降压、安神、抗抑郁等作用。罗布麻的安神和抗抑郁的作用与锂作为情绪稳定剂的功效类似。他们据此推测罗布麻叶中可能含有丰富的锂,罗布麻的部分功效可能是锂在起作用。研究人员通过检测吉木乃、布尔津、阜康等多处生境采集到的罗布麻和伴生种的植物样品,发现罗布麻叶片中锂的含量比伴生种的植物样品高出十几倍甚至上百倍。通过温室盆栽实验测定不同锂浓度处理下罗布麻的生长、光合以及植物各器官中锂的含量等指标发现:50ppm的锂对罗布麻的生长和光合没有显著影响,而200ppm和400ppm的锂处理则显著抑制了罗布麻的生长和光合;叶片中的锂含量在200 ppm处理下最高,可达1800ppm。而一般植物体内的锂含量不高于几个ppm。研究人员还比较了罗布麻茶与市场上常见的其他茶叶的锂含量,发现不管是茶叶还是茶水中的锂含量,罗布麻茶都要高出几十倍。(中国科学报
 
 
天然化合物番茄碱可治疗肌肉萎缩
  
肌肉萎缩(Muscle atrophy)是由衰老、各种疾病和伤害(包括癌症、心脏衰竭和骨科损伤等)引起的。它会使人虚弱和疲劳,影响体力活动和生活质量,并会使人跌倒和骨折。研究人员利用由麻省理工学院Broad研究所和哈佛大学开发的一种称为Connectivity Map的系统生物学工具,锁定番茄碱这种天然化合物。番茄碱的mRNA表达与肌肉萎缩患者mRNA表达呈负相关性。利用培养的人和小鼠骨骼肌管,检测了番茄碱对骨骼肌的影响,首次发现,番茄碱可刺激mTORC1信号转导和合成代谢,引起蛋白质和线粒体积累,最终刺激培养的人平滑肌细胞生长。研究表明,番茄碱(tomatidine)——从青色番茄中提取的一种天然化合物,能更有效地增强肌肉并防止肌肉萎缩。从青色番茄中提取的天然化合物可刺激肌肉生长,提高肌肉力量和耐力,并防止肌肉萎缩。番茄碱是来自于西红柿的一种天然化合物,当α-番茄红素在肠道内被消化时,会产生番茄碱。因此可以适量食用青番茄,但很难把握番茄碱的安全用量。此项研究为将番茄碱用作开发肌肉萎缩和肥胖症新药提供了天然线索。(JBC
 
 
人类狩猎-集采者的肠道细菌
 
科学家对一组人类狩猎-集采者(坦桑尼亚的Hadza人)肠道中的各种微生物进行了研究。该研究在Hadza人的微生物组成中识别出了可能与他们觅食生活方式有关的独特特征,包括双歧杆菌出乎意料的缺乏,这种细菌普遍被认为是有益于我们健康的“好细菌”。研究者分析了来自Hadza人和西方人的粪便的细菌和某些微生物代谢物(短链脂肪酸,SCFAs)发现,两个人群在微生物和SCFA组成上有差别,Hadza人肠道细菌更多样化。Hadza人缺乏双歧杆菌(在所有其他人类的小肠中和家畜中所发现的微生物)。Hadza人样本的另一独特特征是,男性和女性之间的微生物组成有差别,这可能是由不同性别的劳动分工造成的。新石器时期从狩猎-集采向农业社会的过渡涉及饮食和生活方式的剧变,对此人类和他们的微生物伙伴都必须适应。这项研究成果代表着在认识这种同步化的适应方面迈出了重要一步,同时也突显了这样一个事实:关于“正常”的或“健康”的微生物群的概念是取决于具体情景的。(Nature Communications
 

来源:基因农业网

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