生物技术前沿一周纵览(2014年7月18日)

2014-07-18 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

X射线捕捉光合作用中光系统II的分子过程

科学家第一次利用X射线自由电子激光器和精确延迟的X射线闪光捕获了运行中的光合作用的一个关键步骤,并获得了光系统II(photosystem II)将水分解为氢和氧时这一分子复合体的第一批快照。观察结果以分子分辨率显示出在这一过程中光系统II显著地改变了形状。该研究帮助更深入地了解光合作用,有可能有助于开发出更好的太阳能电池,并有可能推动追求生物化学的圣杯——人工光合作用。(Nature

单细胞免疫印迹试验

研究人员开发出一种单细胞免疫印迹试验(scWestern)方法,它采用一块可扩展的开放式微孔芯片结构,能在4 h内同时分析2000个细胞。scWestern整合了所有关键的免疫印迹试验步骤,实现了高度平行分析,通过被动重力驱动的细胞装置,细胞悬液被接种到微孔中,无需单独获取每个细胞。应用该方法研究了体外刺激下的干细胞信号和分化反应。scWestern突破了其他单细胞蛋白分析方法的限制,作为一种多功能工具,能够以单细胞分辨率研究复杂的细胞群体。(Nature Methods

NAC类转录因子在茉莉酸调控植物免疫中发挥作用

植物激素脱落酸(ABA)在病原菌诱导的气孔关闭过程中起核心调控作用,而茉莉酸(JA)则在COR介导的气孔重新开张中起重要调控作用。但ABA调控气孔关闭和JA调控气孔开张的分子机制知之甚少。新的研究发现番茄中两个高度同源的NAC类转录因子,LeJA2和LeJA2L,分别在ABA介导的气孔关闭和JA/COR介导的气孔重新开张中发挥调控功能。尽管LeJA2和LeJA2L氨基酸序列的一致性高达66%,但二者的表达模式迥异:LeJA2特异性地受ABA诱导,而LeJA2L则特异性地受JA/COR诱导。作为番茄中同源性最高的两个NAC类转录因子,LeJA2和LeJA2L的功能发生了明显的分化。LeJA2是ABA信号途径的正向调控元件,通过直接调控ABA合成基因LeNCED1的表达而上调ABA积累,进而引发气孔关闭。而LeJA2L则是茉莉酸信号途径的正向调控元件,通过抑制水杨酸的积累参与气孔的重新开张。因而在番茄与病原菌的互作过程中,番茄利用LeJA2的功能关闭气孔而防御病原菌入侵;而病原菌则“绑架”了LeJA2L的功能使关闭的气孔重新张开。这一发现对于人们深入理解植物—病原菌互作机理以及植物—病原菌共进化过程具有重要意义。(Plant Cell

通过免疫接种帮助青蛙抵抗“蛙壶菌”

真菌病原体“蛙壶菌”已在世界范围内造成很多两栖物种数量下降。此前几乎没有证据证明两栖动物能获得对这种病原体的抵抗力,科研人员对包括古巴树蛙在内的几种两栖类所做的实验显示,青蛙能学会避开这种病原体,能克服在反复接触“蛙壶菌”后由其所诱导产生的免疫抑制,并能利用死病原体获得对它的免疫力。因此可用疫苗诱导青蛙产生抵抗力,帮助它们在已发生灾难性种群数量下降的区域重新繁衍。(Nature

创建非天然化学品1,2,4-丁三醇的生物合成新途径

合成生物学旨在设计和创建新的生物学元件、组件/装置和系统,或者通过对天然生物系统的重新设计,获得具有特定功能的人工生命体系,来解决人类面临的资源、能源、环境和健康问题。近年来,随着合成生物学的快速发展,创建非天然化学品的生物合成途径,成为一个新的研究热点。1,2,4-丁三醇是一种重要的有机合成中间体,在医药、烟草、化妆品、造纸、农业和高分子材料领域具有广泛用途。自然界中尚未发现天然的1,2,4-丁三醇生物合成途径,故1,2,4-丁三醇只能通过化学合成方法获得,得率低,价格高昂。研究人员设计了一条热力学上可行的1,2,4-丁三醇生物合成新途径。该途径始于L-苹果酸,经六步反应生成L-1,2,4-丁三醇。将该途径与葡萄糖到苹果酸的途径连接后,1,2,4-丁三醇的最大理论得率可达0.65 g/g葡萄糖,与化学合成路线相比具有较强的竞争力。在完成理论设计的基础上,研究人员通过关键酶基因的挖掘、合成和表达调控,成功创建了从苹果酸到1,2,4-丁三醇的生物合成途径,实现以葡萄糖为唯一碳源生物合成1,2,4-丁三醇,为降低1,2,4-丁三醇的生产成本提供了可能。(Scientific Reports

miRNA可能调控蚕丝生产

在家蚕五龄幼虫阶段,后部丝腺的生长和发育以及蚕丝芯蛋白的生物合成对蚕丝生产有非常重要的意义。研究人员采用高通量测序和定制化miRNA芯片对1,229个处于家蚕五龄幼虫阶段的后部丝腺中的miRNA表达谱进行分析,包括728个新发现的miRNA和110对miRNA/ miRNA。靶基因预测出1,195个miRNA调控的14,222个特异的靶基因。功能分析显示,这些靶基因参与复杂的生物途径,包括细胞活动和代谢过程,特别是蛋白质加工和合成过程。研究发现靶基因富集在核糖体相关的通路,表明miRNA可能直接调节翻译过程。该发现也为更深入的阐述这些miRNA以及它们的靶基因在蚕丝生产中的作用提供了一个方向。(BMC Genomics

玉米籽粒突变基因pro1功能解析

科研人员对玉米经典突变proline responding1(pro1)基因进行了克隆和功能解析,揭示了pro1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。pro1基因作为玉米中合成脯氨酸过程的关键酶,对玉米生理生化的影响是多方面且重要的。脯氨酸的信号分子作用会涉及细胞内部多种多样的生理平衡和生化过程。研究证实,玉米pro1基因的突变造成了突变体细胞中脯氨酸合成受阻,从而导致脯氨酸积累的减少。突变体中脯氨酸的缺乏引起了相应的转运RNA空载形式的增多,从而激活了细胞中的GCN2激酶,该激酶通过磷酸化真核生物翻译起始因子eIF2α从而抑制了细胞中蛋白合成的普遍抑制。同时,突变体中脯氨酸的缺乏也引起了细胞周期相关基因、DNA复制相关基因以及细胞增殖相关基因表达的下调,从而抑制了细胞周期从G1到S期的转换。pro1基因功能的解析,有助于了解脯氨酸在植物生长与发育中的调控作用机理,进而更全面地理解它在细胞生命活动过程中的重要作用。(Plant Cell

新发现的大豆基因与茎秆生长有关

有限型大豆品种在美国南方较长的生长季节能够茁壮成长,而无限型大豆品种的营养生长和生殖阶段重叠,使得它们更适合生长在北方。但是无限型大豆品种的高度,使得它们比较容易倒伏。亚有限大豆为中等大小植株,在开花之后也会继续营养生长,它们的产量与目前的美国北方品种一样或更高,但是株高更矮,因此更能够抗倒伏。研究人员发现了一个大豆基因,被命名为为DT2,该基因的突变会影响植物茎的生长。因此,该基因突变可导致大豆植物的亚有限性(semideterminacy)。这个基因可以帮助我们提高特定种植区的大豆产量和适应性。利用该基因这一特点,可以集中培育各种各样的亚有限型大豆品种,它们可在高产的灌溉环境中生长良好。(Plant Cell

12种miRNA表达平台的比较

microRNA(miRNA)作为基因表达的重要调节因子,在近年来被广泛研究。目前,人们利用各种不同的技术来确定生物样品中miRNA的相对丰度,包括小RNA测序、RT-qPCR和芯片等。这些技术究竟孰优孰劣,研究者比较了12种miRNA表达分析平台,分析表明,基于相同技术的平台可能有着非常不同的性能。(Nature Methods

来源:基因农业网

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