生物技术前沿一周纵览(2014年5月2日)

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

 分离鉴定两个植物冷冻害信号的新组分

 

低温胁迫是影响作物产量和地理分布的重要环境因子之一。自然环境下温度是决定植物地域分布的主要限制因子,在栽培条件下更影响着农作物的产量和品质,低温对植物的影响尤为突出。低温胁迫常使某些起源于热带、亚热带地区的植物因冷敏感性而无法在温带以北地区露地安全越冬,这就给引种带来不利,因此,探明植物抗寒性形成的生理机制和遗传因素,不仅在理论上具有重要的科学意义,在解决生产实际问题上也具有广泛的应用价值。研究人员以模式植物拟南芥为研究材料,通过基因功能分析手段证实了AtHAP5A 基因在冷冻害胁迫应答中的作用。研究表明,AtHAP5A作为转录因子,在酵母细胞中具有转录激活活性,在植物细胞中定位于细胞核。体内实验证明AtHAP5A可以直接结合CCAAT元件并调控其表达,同时染色质免疫共沉淀ChIP-PCR和遗传分析研究表明AtXTH21 是一个直接受AtHAP5A调控的下游基因;它们的过表达植株可以增强植物对冷冻害胁迫的抗性,而T-DNA插入突变体则对冷冻害胁迫更加敏感。进一步研究表明AtHAP5A可以通过调控活性氧代谢和脱落酸(ABA)的敏感性参与植物对冷冻害胁迫应答。这些结果丰富了对冷冻害信号转导机制的认识,并分离鉴定了两个冷冻害信号的新组分,为系统认识植物响应冷冻害胁迫防御反应提供理论依据。(New Phytologist

 

叶绿素合成途径研究新进展

 

叶绿素是植物光合作用吸收和传递光能的最主要色素,叶绿素的生物合成途径由一系列酶促反应完成。谷氨酰-tRNA还原酶(GluTR)催化的NADPH对谷氨酰-tRNA的还原,是叶绿素合成途径的第一个关键限速反应。因此,GluTR的结构与功能研究对揭示叶绿素合成的调节机制具有重要意义。研究人员解析了拟南芥的GluTR与其结合蛋白的复合物晶体结构。该结构中GluTR处于活性状态,反应的产物释放通道在结构中得到清楚的展现。生化分析发现,GluTR的活性受到其结合蛋白的正调控。该研究澄清了国际上长期以来关于GluTR的激活与调控方面的存疑,拓展了人们对GluTR调控多样性的认识,也为人们研究叶绿素合成调控提供了新线索。(PNAS

 

花的干细胞活性调控机制研究

 

被子植物的花由花分生组织(又称花原基)形成。花分生组织产生于花序分生组织。与花序分生组织相比,花分生组织有限生长并且产生特定大小和形状的花器官,这个过程伴随花器官的形成和干细胞活性的终止。在拟南芥中,MADS家族转录因子APETALA1 (AP1) 调控花发育过程的起始,并且作为花同源异形基因调控外层两轮花器官的形成。此外,AP1 可以抑制最外轮花器官萼片叶腋处形成更多花原基。尽管对于AP1调控开花和外轮花器官形成的机制已经被广泛研究,但是AP1 到底如何抑制萼片叶腋处的干细胞活性依然是个悬而未决的问题。研究表明,AP1可以通过直接抑制细胞分裂素合成基因 LONELY GUY 1 (LOG1) 及直接激活细胞分裂素降解酶 CYTOKININ OXIDASE3 (CKX3) 以减少AP1 基因表达区域的细胞分裂素含量,从而维持了正常的花分生组织的有限生长。此研究结果对于分子育种,特别是作物穗粒数的控制,有一定借鉴意义。(PNAS

 

硅藻油脂积累机制研究

 

硅藻是藻类中的一个重要类群,作为主要的初级生产者,约占全球初级生产的五分之一,相当于整个热带雨林的净初级生产量。与多数藻类不同,硅藻同化产物主要是油或金藻多糖,其中油份以油滴状态贮存在细胞中,含量可占40%~60%,因而被认为是最为合适的生物柴油原料之一。然而,目前其油脂积累的分子机制尚不清楚。研究人员以硅藻研究的模式种三角褐指藻为对象,揭示了硅藻油脂积累过程中不同代谢路径如何推动碳流流向甘油三酯的合成。首先通过差减杂交,发现一个与亮氨酸降解相关的基因MCC2在油脂积累过程中显著上调。通过荧光定量PCR与非标记定量蛋白质组学手段的分析显示在油脂积累过程中,由氨基酸降解和细胞糖酵解产生的碳流进入到三羧酸循环,再经由苹果酸穿梭或直接以丙酮酸形式进入到叶绿体中用于脂肪酸的合成。功能验证结果显示,MCC2敲降藻株甘油三酯合成减少28%~37%。在营养限制条件下三角褐指藻最多40%的脂是由细胞其他成分降解转化而来的。由此可见,可能仅仅是支链氨基酸尤其是亮氨酸的降解在三角褐指藻油脂积累过程中起主要作用。代谢物水平分析显示,MCC2敲降藻株中三种支链氨基酸的降解均受到不同程度的抑制。实验进一步证明这些氨基酸由于直接或间接与硅藻特有的尿素循环相关,在细胞缺氮前即通过尿素循环分解形成氨和二氧化碳或合成多胺等物质贮存在胞内。该研究首次阐明来自细胞糖酵解与支链氨基酸降解的碳流导致了硅藻细胞油脂的积累。(Plant Cell

 

新技术显著提高CRISPR系统精确性

  

2012年首次开发出CRISPR-Cas核酸酶这种基因组编辑工具以来,科学家们针对它开展了很多的相关研究。CRISPR-Cas核酸酶可在人类细胞中生成另外一些突变,如果DNA片段与靶DNA片段的差异在5个核苷酸以下,就会出现脱靶突变。为了解决这种状况,研究人员开发出了一个新的平台将Cas9的靶向功能与一种叫做Fokl的特征明确的核酸酶相融合,只有当两个拷贝的RNA分子配对发生二聚化时Fokl核酸酶才会发挥功能。这种改变使得这些新型的CRISPR RNA引导的Fokl核酸酶(RFNs)所识别切割的DNA长度增大了2倍,大大提高人类细胞中基因组编辑的精确性。重要的是,这些新型的RFNs能够像现有的、靶向较短DNA序列的Cas9核酸酶一样有效地进行靶向修饰。该研究小组还开发出了能够让使用者鉴别出这些RFNs的潜在靶位点的软件,将这种能力整合到了可免费获取(http://zifit.partners.org)的一种软件包ZiFiT Targeter中。通过将引导性RNA的长度稍加调整,也能大幅减少预定目标之外的DNA突变。与全长gRNA相比,一些位点的突变频率甚至减少了5000倍以上,并且,在靶向预定目标DNA时,缩短了的gRNA与全长gRNA同样有效。该系统不仅增强了广泛采用的CRISPR/Cas系统的易用性,并通过一种二聚化作用依赖性的核酸酶活性赋予了更高的作用特异性。较高的特异性是未来临床应用这些核酸酶的必要条件,这类新蛋白有可能为治疗基因组编辑提供了一个重要的选择。Nature Biotechnology

 

流感病毒感染抑制剂和快速检测

 

糖链与蛋白质之间的相互作用是许多病原微生物感染宿主细胞的初始步骤,也是发现抗感染药物和发展新型病原微生物检测方法的重要靶标。流感病毒的血凝素蛋白(HA)可特异性结合宿主细胞表面的唾液酸寡糖,从而介导病毒定植于宿主并启动其感染过程。禽类是流感病毒的天然宿主,在禽类病毒突破种间屏障感染人类并在人类中传播时,病毒的受体——唾液酸寡糖起着决定性作用。在跨种传播中,不仅唾液酸的键型,与其连接的内部糖链的结构、化学修饰及长短等也具有重要影响。研究人员基于流感病毒HA与宿主唾液酸寡糖之间的相互作用,在流感病毒抑制剂及流感病毒受体特异性的快速检测研究方面取得了系列进展:设计并合成了一类可以高效结合流感病毒HA,并抑制病毒对宿主细胞黏附的水溶性分枝多糖SLCC 1和一种对病毒具有较强吸附能力的多糖纤维材料SLCF 2;在此基础上,进一步发展了一种以天然寡糖为原料、制备更为简单的糖链离子复合物,并用体外实验证明了该复合物可以与HA高效结合,进而抑制了流感病毒对宿主MDBK细胞的感染;结合纳米生物检测技术,设计并合成了7种不同结构的唾液酸寡糖修饰的金纳米粒子,以其为探针发展了一种高通量、可视化的检测方法,并分析了8种代表性HA3种全病毒(H1N1H3N2H5N1)的受体特异性,建立了这些病毒和HA对典型天然唾液酸寡糖识别性的指纹图谱。(ACS nano

 

来源:基因农业网

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