生物技术前沿一周纵览(2014年7月25日)

2014-07-25 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

首个植物转录因子文库发布

科学家们借助自动化平台,建立了首个植物遗传学开关的综合性文库,以帮助全球学者更好地理解植物对环境改变的适应,培育更好的植物品种。该文库的建立耗时八年,包含大约两千个植物转录因子的克隆。转录因子是天然的遗传学开关,它们能够根据细胞适应环境的需求,控制基因的开关,调节基因的活性。研究者们可以通过操作这些转录因子改善植物的关键性状,例如耐寒性和种子的量。该研究旨在构建高保真度的金标转录因子文库,文库中的克隆都来自开花植物拟南芥,其克隆储存在微孔板中,可以发送给世界各地的科学家,服务于全球的植物研究群体,转录因子文库将最终帮助我们在分子水平上理解植物的功能机制。(Cell Reports

解析植物细胞程序化死亡

绒毡层细胞程序化死亡(programmed cell death,PCD)是被子植物花粉发育的先决条件,蛋白酶,特别是半胱氨酸蛋白酶,是参与植物PCD最普遍的水解酶,它属于一个大的酶家族,存在于动物、植物、和微生物中,在细胞内蛋白质降解和生物体PCD中发挥重要的作用。以拟南芥花药为实验材料,研究人员发现半胱氨酸蛋白酶基因CEP1控制花药绒毡层的PCD进程。CEP1不仅直接参与细胞内和细胞壁蛋白的降解,而且通过影响质体形成、油脂合成等相关基因的表达来控制绒毡层细胞的降解和花粉成熟。该项研究不仅首次阐述了半胱氨酸蛋白酶在绒毡层细胞的适时降解过程中的关键控制作用,为进一步从细胞及分子水平上阐明植物花药绒毡层PCD和花粉成熟的调控机制奠定了重要的理论基础,而且证明了papain类蛋白酶是植物细胞PCD的关键控制基因,为进一步分析植物细胞PCD的调控机制,提供了有益而重要的理论参考。(Plant Cell

解析植物抗白粉病信号级联

植物与病原微生物间存在信息的相互识别和相互干扰,并通过生物间信息流构成了复杂的相互关系,其中蕴藏着丰富的生物学问题。植物对种间信息进行识别和解码,使其在与病原微生物共同进化的过程中进化出与动物相似的先天免疫及防卫系统。在这个过程中,丝裂原活化蛋白激酶MAPK级联信号通路在调控植物抗性方面发挥重要作用,然而,植物如何调控MAPK信号通路还不清楚。研究人员利用拟南芥与白粉菌互作的研究体系,解析了植物调控MAPK信号通路的分子机理,为MKK4/MKK5参与植物抗病性提供了直接的遗传证据,并揭示出植物通过EDR1负调控MAPK信号通路以精细调控植物抗病性的分子机制。这项研究为阐明植物先天免疫的分子机制和分子调控网络奠定了基础,并为未来选择新型农药的作用靶标提供了科学依据。(PLoS Genetics

破解细菌中转录爆发的发生机制

高度表达基因以随机爆发的形式转录,这一现象也被称为转录爆发(Transcriptional bursting)。但迄今为止,人们并不清楚这种广泛存在的现象是如何发生的。为了在细菌中研究转录爆发的具体机制,哈佛大学和北京大学生物动态光学成像中心的研究人员开发了一个高通量的单分子分析技术,对各DNA模板的体外转录进行了跟踪研究。研究人员在该项研究中发现,DNA片段在转录过程中建立的正超螺旋,会减慢转录的延伸,抑制转录的起始,最终让转录过程停止;而旋转酶与DNA的结合能使转录重新开始。同时还通过单细胞mRNA计数荧光原位杂交(FISH)发现,转录爆发的周期(duty cycles)依赖于细胞内的旋转酶浓度。研究显示,旋转酶能够从DNA上解离并重新结合,这是一个可逆的过程。这一过程能够改变DNA片段的超螺旋水平,细菌中高表达基因的转录爆发就是这样发生的。(Cell

微生物组研究的理想模型

近年来,科学家们逐渐意识到人类微生物组会对人体健康产生重要的影响,微生物研究受到了越来越多的重视。微生物群落成员的多样性、丰度和相互关系,对整个群体有着决定性的影响。由于缺乏一个可控的研究体系,微生物群落的研究一直步履维艰。研究团队从十个国家收集到了137种奶酪。他们对这些样本进行测序发现,世界各地的奶酪皮上主要生存着二十四种全部可培养的细菌和真菌。而各种奶酪上的微生物群落主要有三种模式。在这些模式的基础上,人们可以分析细菌和真菌在形成群落时的竞争与协作,研究这一过程所涉及的分子和机制。奶酪皮作为一个可控的实验体系,无疑是微生物群落研究的理想模型,将帮助研究者们理解微生物群落的形成和功能机制。通过奶酪皮研究,理解各种细菌和真菌之间的相互作用,并分离一些抗菌物质。未来可以对微生物群落形成过程中是否存在特定的法则进行研究,并探索是否可以人为对此加以调控。(Cell

普通狨猴全基因组测序完成


由贝勒医学院和华盛顿大学带领的一个国际科学家小组,完成了普通狨猴(Callithrix jacchus)的基因组测序,这是第一份新世界猴的基因组序列,提供了关于狨猴独特的快速繁殖系统、生理和生殖的新信息,进一步阐述了灵长类动物的生物学和进化。在灵长类动物的进化树中,新世界猴代表着一个独立的分支,与以前已经测定基因组序列的灵长类动物相比,它们与人类的关系更远。这些基因组序列使研究人员能够扩展自己的能力,来研究人类基因组及其历史。同时也为利用狨猴的进一步生物医学研究奠定了基础,为未来人类健康和疾病各方面的相关研究开辟了新的途径。(Nature Genetics

小麦抗病关键生物技术研究获突破

普通小麦是异源六倍体,基因组庞大且含有高达80%-90%的重复序列,因此,针对小麦的基因功能研究及遗传育种都非常困难。传统突变育种方法,如EMS诱变、物理辐射等手段,突变的随机性较大、效率较低,很难在六倍体的小麦里获得多个拷贝基因同时突变的植株,从而不能获得所需的农艺性状。因此,需要快速、准确度高的方法来提高小麦的育种速度以满足人类对小麦产量不断增长的需求。白粉病是小麦的主要病害之一,严重影响到小麦的产量和品质,培育出对白粉病具有持久、广谱、高抗特性的小麦抗病品种一直是育种上的重大挑战。利用最新的TALEN和CRISPR/Cas9基因组编辑技术,科学家首次在六倍体小麦中对MLO基因的三个拷贝同时进行了突变,且诱导的突变在小麦里可以稳定遗传到后代,并符合孟德尔遗传规律,突变体材料经过一代或两代自交,获得了MLO基因不同组合的纯合突变体,获得了对白粉病具有广谱抗性的小麦材料,将为小麦白粉病的抗病育种提供重要的起始材料。通过小麦白粉菌接种实验,发现小麦MLO基因的三个拷贝在功能上存在冗余,这也可能是到目前为止在自然条件下或利用传统育种手段而没有获得小麦MLO抗病材料的主要原因。该研究第一次在一个多倍体物种中证明可以对多个部分同源的基因同时并准确地进行编辑,同时展示了通过基因组编辑可以实现不同物种的育种信息资源共享。(Nature Biotechnology

发掘CRISPR/Cas系统在水稻中产生突变的机制

研究人员测试了2个水稻亚种(粳稻日本晴和籼稻Kasalath)11个靶基因中CRISPR/Cas9诱导产生突变的效率、特点、遗传性及特异性等。对T0代转基因植株的检测表明,CRISPR/Cas9系统在所有11个靶基因位点都诱导产生了突变,突变效率高达66.7%,且超过一半(6/11)的靶基因位点在T0代获得纯合突变体。同时,CRISPR/Cas9诱导产生的基因突变在后代的遗传传递符合经典的孟德尔定律。CRISPR/Cas9系统产生的突变类型分析表明,单碱基的突变类型超过70%,且大部分(53.9%)为单碱基的插入;超过10个碱基的突变类型仅为3.7%。通过全基因组重测序及检测与靶序列高度同源的序列,研究小组仅在只有一个碱基不同的潜在脱靶位点检测到突变,这表CRISPR/Cas9系统在水稻中有很高的特异性。因此,CRISPR/Cas9系统可实现对水稻特定基因的高效、可稳定遗传的及特异性的定点突变。该项研究成果为CRISPR/Cas9系统在水稻中的稳定应用及进一步应用该技术提高水稻的产量、抗性及品质等提供了理论基础。(Plant Biotechnology Journal

来源:基因农业网

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