生物技术前沿一周纵览(2014年6月27日)

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

研究发现二氧化碳排放将使农作物降低营养
 
由美国、日本和澳大利亚等国专家组成的国际研究小组报告说,他们在上述国家的实验田中种植了41种农作物,研究大气中二氧化碳含量对不同农作物营养有何影响。结果发现,二氧化碳增加会普遍降低这些农作物的营养价值。按照目前大气中二氧化碳增加趋势,到本世纪中叶,大米、小麦、大豆等主要农作物中锌、铁和蛋白质的含量最多可减少10%。导致这一结果的具体机制尚不清楚。全球有约20亿人主要靠这些农作物摄取铁、锌等营养元素,目前,缺乏此类营养导致的健康问题已经十分严重,而二氧化碳继续增加将加剧这一问题。而且,这种营养成分的减少并不能单纯依靠多进食来弥补,因为摄入热量过多同样会带来诸多健康问题。该研究表明,二氧化碳排放增多不只会使农作物产量减少,还会降低其营养,这将在很大范围内影响人类健康。因此,除了加强研发对二氧化碳耐受性强的作物,更应从根本上减少二氧化碳排放量。(Nature
 
 
激素ABA调控水稻叶片衰老的分子机制
  
在农业生产上,由于叶片早衰造成了许多作物减产。有的水稻品种由于存在叶片和根系早衰而造成结实率偏低、空秕率较高,影响了其产量潜力的发挥。有目的地对叶片衰老进行调控,可以提高农作物的产量或延长农产品的贮藏期。植物激素脱落酸(ABA)参与诱导了叶片衰老,但对于这一信号机制仍不清楚。研究人员鉴别出了一个显性的叶片早衰突变体ps1-D,证实PS1编码了一种植物特异性的NAC 转录激活子OsNAP。经证实,这一基因在水稻衰老中起作用。采用ChIP-PCR和酵母单杂交技术,研究人员证实OsNAP通过直接靶向与叶绿素II降解和养分输送相关的基因以及其他一些与衰老相关的基因,正向调控了叶片衰老,表明OsNAP是水稻衰老起始一个理想标记物。进一步的分析确定是ABA特异性地诱导了OsNAP,同时OsNAP对ABA的生物合成造成了反馈抑制。OsNAP是ABA和叶片衰老之间的一个重要分子链接。因此,微调OsNAP表达应该是未来提高水稻产量的一个有用的策略。(PNAS
 
 
首次报道植物体内褪黑素信号转导机制
  
褪黑素最是迄今发现的最强的内源性自由基清除剂。褪黑素的基本功能就是参与抗氧化系统,防止细胞产生氧化损伤,在这方面,它的功效超过了已知的所有体内物质,而且它控制体内各种内分泌腺的活动,多项生理功能。近年来人们发现植物中也含有褪黑激素并已经在多种植物中特别是食用和药用植物中检测出来,在植物中广泛进行褪黑激素的研究将对人类的营养、医药和农业提供非常有益的信息。研究人员发现冷害可以快速诱导拟南芥体内褪黑素的含量,而且冷害可以诱导拟南芥锌指结构转录因子ZAT6基因的表达;进一步研究发现ZAT6直接参与调控的CBF1-3基因的表达是褪黑素诱导植物对冷胁迫抗性所必需的,而并不调控冷胁迫处理过程中褪黑素含量的变化。从而部分解析了褪黑素诱导植物抗冷胁迫的分子机理, 这也是目前为止首次褪黑素在植物体内信号转导机制的研究报道。(J. Pineal Res.)
 
 
Proline responding1基因在调控玉米普通蛋白合成和细胞周期中所起的关键作用
  
在逆境条件下,植物积累脯氨酸作为对不利条件的适应性反应,脯氨酸的一个主要功能是保护发育中的细胞免受渗透破坏。而最近的数据表明,脯氨酸在蛋白质合成过程中,可能有一定的调控功能。脯氨酸作为蛋白质的组成部分或作为一个自由氨基酸也可能在细胞代谢中发挥重要的作用。对玉米(Zea mays)经典突变体proline responding1(pro1)基因的进行克隆和功能鉴定的研究发现,Pro1基因编码一个合成酶,其催化来自谷氨酸的脯氨酸生物合成。Pro1基因的功能缺失,可减少脯氨酸在pro1突变体中的积累。脯氨酸不足可导致不带电荷的tRNApro AGG积累水平有所提高,触发pro1突变体中真核起始因子2a(eIF2a)的磷酸化作用,从而导致这个突变体中蛋白质合成的普遍减少。脯氨酸不足,也能够在转录水平上下调主要的细胞周期蛋白基因,使细胞周期阻滞,抑制细胞增殖,此过程可逆,表明脯氨酸在细胞周期的过渡中,发挥调控作用。该精细机制表明脯氨酸在植物一般蛋白质合成和细胞周期过渡的调控过程中,发挥重要的作用。(Plant Cell
 
 
研究揭示叶绿素合成途径中关键反应
 
研究人员解析了拟南芥的谷氨酰-tRNA还原酶(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。实验分析发现,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疑问,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。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。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。(PNAS)
 
 
茶尺蠖种群遗传分化规律
  
茶尺蠖(Ectropis obliqua Prout)是我国茶树主要害虫之一,遍及我国各主产茶区,尤以浙、苏、皖地区发生严重。不同地区茶尺蠖种群对茶尺蠖核型多角体病毒敏感性差异明显,最大差异达到700余倍。为了深入了解和揭示不同茶区茶尺蠖种群的遗传分化,课题组通过收集全国8省17个地区茶尺蠖种群,以不同地理种群茶尺蠖为研究材料,测定了这些种群的线粒体序列,比较其同源性及序列多态性,构建单倍型分子系统发育树,将茶尺蠖17个种群分为两大类群,将两个不同类群间的茶尺蠖种群进行遗传杂交。发现其产生的杂交F1代生长发育不正常,性比严重失衡,且F1代自交后不能产生可育的F2代;而来自同一类群的茶尺蠖种群间杂交,其后代均能正常生长发育。这说明,两个类群间的茶尺蠖存在着生殖隔离,遗传分化已达到种间水平,这为进一步明确茶尺蠖是否存在近缘种或隐种以及这些种的分布提供了研究基础,同时为科学有效使用病毒防治茶尺蠖提供了依据。(PLoS ONE
 
 
海洋真菌的天然产物有望用作抗生素佐剂
 
被携带metallo-β-lactamases (如 NDM-1 和VIM)的革兰氏阴性病原体感染,是一个不断发展的公共卫生问题,使得用青霉素、头孢菌素和carbapenem类抗生素来治疗感染受到威胁。研究人员从环境微生物获得的溶于DMSO的大量天然产物提取物中筛选NDM-1的天然抑制剂。其中的一种提取物(来自海洋真菌Aspergillus versicolor)表现出特别强的抗NDM-1活性,被识别出是aspergillomarasmine A (AMA),后者是大约50年前首次被报告的一种与叶子枯萎相关的天然产物。AMA对NDM-1和VIM-2来说都是一种迅速的、强效的抑制剂,在体外和体内都能完全恢复针对拥有VIM-型或NDM-型抗性基因的细菌病原体的抗菌功效。AMA是无毒且能被很好耐受的,这使其有望成为一种抗生素佐剂。(Nature)
 
 
细胞壁成分脂多糖被传递并插入到细菌外膜中的分子结构机制
 
脂多糖(LPS)是革兰氏阴性菌细胞壁外膜的独有组成成分,结构较复杂,由类脂A、核心多糖和O-特异侧链3部分组成。类脂A是革兰氏阴性菌致病性内毒素的物质基础;LPS的结构变化决定了细胞表面抗原决定簇的多样性,还赋予了革兰氏阴性菌强有力的屏障阻挡抗生素,这对于大多数革兰氏阴性菌至关重要,能够干扰它的生物信号通路将为开发出对抗致病菌的新型抗生素提供极好的机会。而目前对于LPS插入外膜及装配的精确机制仍不是很清楚。研究人员获得了来自福氏志贺氏菌(Shigella flexneri),分辨率为2.4埃的11kDa LptD–LptE膜蛋白复合物的晶体结构。这一结构揭示出了一个前所未有的两蛋白“插头与桶”(plug-and-barrel)的结构,重要的是,两个脯氨酸残基使得头两个β折叠的二级结构扭曲,减弱了它们与邻近β折叠的相互作用,在桶壁上生成了一个潜在的入口,使得LPS能够侧向扩散到外膜。了解到细菌将防御屏障的重要元件脂多糖运送到外膜上的机制,为开发出靶向细菌外膜的新抗生素策略开启了大门。(Nature
 

来源:基因农业网

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