生物技术前沿一周纵览(2014年8月15日)

2014-08-15 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

植物如何生长和发育?
 
一小团看似相同的细胞,如何发育成一株具有茎、叶和花的完整植物?很长一段时间以来,植物组织的形成机制仍不明确。科研人员通过模型构建同时用数学工具箱模拟植物发育,描述了所发现的共同机制。当胚胎只包含四个维管前体细胞时,维管组织的模式形成就已经发生。在植物维管组织发育过程中,一个基因网络控制着细胞分裂的方向。这个网络打开一组可引起植物激素——细胞分裂素生产的基因,反过来,又调节细胞分裂和分裂的方向。研究发现四细胞阶段不是简单的一团相同细胞。一个共同的细胞壁连接,结合植物激素生长素浓度的一个轻微差异,确保四个细胞进一步发育成一个包含不同细胞类型的完整维管组织。并且,在生长素含量高的那些细胞中,这个网络的局部活性,可导致邻近细胞的分裂,从而充当整个组织的一个组织者。因此,相同的基因网络通过定向细胞分裂,控制着生长和模式形成,从而引起不同的细胞类型。(Science
 
 
提出植物生长素起源新观点
 
生长素是影响植物发育过程最重要的激素之一,可调控顶端优势,细胞延伸,维管束分化,脱落抑制和其它过程。生长素在植物发育过程中的重要性也使其在光合生物中的分布备受关注,并争议不休。研究人员通过对植物生长素主要合成途径中色氨酸氨基转移酶 (tryptophan aminotransferase)和黄素单加氧酶 (flavin monooxygenase)两个关键基因家族进行分析,认为没有可靠证据支持生长素在藻类起源的观点。其合成途径是垂直和横向遗传的嵌合体,并起源于早期陆生植物。第一次清晰地证明了植物生长素主要合成途径是陆生植物的一个主要创新,阐明了其进化机制。并推断植物生长素最早可能参与植物与微生物相互作用,并满足植物自身发育调控的需要。(Trends in Plant Science
 
 
Os-AKT1介导水稻K+吸收的调控机制
 
植物根系从土壤中吸收K+,主要是由钾离子通道和转运蛋白介导,它们的转录可能被诱导,活性可能被增强,以响应K+缺乏胁迫。在拟南芥中,At-AKT1已被确定为一个内向整流K+通道,在细胞吸收土壤中K+的过程中,起着至关重要的作用。At-AKT1的功能缺失会导致K+吸收减少,使植物对低钾胁迫高度敏感。水稻是世界上最重要的粮食作物和主食,水稻产量和质量明显依赖土壤中的K+供应。然而,水稻根部的K+吸收机制仍不明确。Os-AKT1是几种已获得基因序列的钾离子通道和转运蛋白之一,研究人员分析了Os-CBL1和Os-CIPK23对Os-AKT1的调控。结果表明,Os-AKT1介导的水稻根部K+吸收是由Os-CBL1-Os-CIPK23复合体所调控的。(Plant Cell
 
 
弥勒苣苔的复苏机理及超低温保存研究
  
弥勒苣苔(Paraisometrum mileense W. T. Wang)是苦苣苔科 Gesneriaceae 弥勒苣苔属 Paraisometrum的唯一物种。该物种原以为已灭绝百年,最近被昆明植物所的研究人员重新发现,是一种复苏植物 (resurrection plants),具有研究和发掘植物抗旱机制和基因资源的重要价值。该研究组解析了弥勒苣苔复苏过程中的膜脂分子变化,发现其具有与众不同的复苏机制,没有膜“伤害、修复”的过程,而是维持质外体膜的稳定不变,直到致死性的胁迫临近时,膜系统突然崩溃。此外,根据弥勒苣苔的膜脂降解过程的独特性,研究者提出一种新的植物耐受干旱的机制,即植物降低磷脂酶D的活性以阻滞流经磷脂酸库的膜脂降解过程,使得其能够在一定的脱水胁迫下能够维持膜的完整性;当致死胁迫来临,所产生的大量膜脂降解“冲入”二脂酰甘油库,膜脂降解才得以往下游行进,致使膜崩解。弥勒苣苔以这种机制演绎了“维持或者崩解”的耐旱策略。为了更好地保存弥勒苣苔的种质资源,该课题组还对弥勒苣苔开展了超低温保存研究,超低温保存茎尖的再生率达到86%。该研究也为苦苣苔科植物通用性超低温保存方案的建立奠定了基础。(PLoS ONE
 
 
新改良打破CRISPR的局限
 
CRISPR与Cas9的组合已经成为了一个通用工具,被用来对真核生物进行位点特异性的基因组编辑。CRISPR/Cas9基因组编辑系统能够在基因组中精确去除或改写基因,但这一技术也存在着一些局限。许多研究者都在努力对CRISPR/Cas进行优化,试图减少它的脱靶效应,拓展它的应用范围。CRISPR/Cas体系包括一个称为Cas9的DNA剪切酶,和一段与目标DNA片段匹配的引导性短RNA(gRNA)。目前的情况是,gRNA一般只能靶标以鸟嘌呤开头的序列。最近研究人员通过调整gRNA的表达载体打破了这一限制,使其也能靶标以腺嘌呤开头的基因组位点。此前人们普遍是用U6启动子来表达gRNA。在这种情况下,依据碱基互补配对原则,gRNA识别的序列以鸟嘌呤起始,其后跟着20个核苷酸,最后以两个鸟嘌呤结束(GN19NGG)。采用了另一种启动子(H1启动子)来表达gRNA,并在此基础上成功对内源基因进行了编辑。使用H1启动子时,转录本的第一个核苷酸既可以是鸟嘌呤也可以是腺嘌呤,也就是说CRISPR此时也能靶标AN19NGG这样的序列。这项研究,将CRISPR技术在人类基因组和其他真核生物中的可靶标位点增加了一倍多,进一步提高了这一技术的实用性,这一新成果为基因工程等领域带来了更大的灵活性。 (Nature Communications)
 
 
SWEET蛋白家族概要
 
SWEET 是新发现的一类糖运输蛋白,广泛存在于真核单细胞生物、高等植物以及动物中。它们在生殖发育、植物与微生物的相互作用、植物的逆境反应及衰老等许多方面起重要作用。研究人员在该评述文章中概述了真核生物及原核生物中(Semi)SWEET 蛋白的研究进展和蛋白结构与功能的相互关系, 同时对 SWEET 研究中存在的问题和可能的解决途径提出了探讨和展望。文章指出,目前对 SWEET 蛋白的研究才刚开始, 但其重要性已经显现。而动物细胞(包括人)含有 SWEET 数量相对较少, 而且相关研究报道也非常有限, 但其重要性不容忽视. 例如, 人类细胞中唯一的 SWEET 蛋白HsSWEET 具有运输葡萄糖的能力, 它可能在肝脏对血糖浓度控制以及小肠对糖的吸收上发挥重要作用, 所以弄清人以及动物体内 SWEET 蛋白的生理功能同样值得期待。(中国科学·生命科学
 
 
葫芦素E有望成为治疗三阴性乳腺癌的新药
 
寻找新的三阴性乳腺癌(TNBC)的治疗药物是乳腺癌研究的热点之一。葫芦素E(CuE)是葫芦素提取物中的主要组分之一,目前CuE在三阴性乳腺癌治疗方面的效果尚未报道。研究人员研究了雪胆提取化合物的抗肿瘤活性,发现CuE是12种化合物中最有效的抗癌化合物。CuE在诸多癌细胞系(包括胃癌、肝癌、骨肉瘤和乳腺癌等)中具有明显的抗癌活性,进一步研究发现CuE的IC50(半致死剂量)在较低浓度(10-70 nM)就能对5个不同类型的TNBC细胞系起抑制增殖的作用,其中,MDA-MB468和SW527细胞系对CuE最为敏感。后续实验证明,CuE能将这两种TNBC细胞系阻滞在G2/M期,进而诱导细胞凋亡。CuE减少多个促进细胞周期进程和抑制细胞凋亡的蛋白,包括CyclinD1, XIAP, Survivin, Bcl-2和 Mcl-1,并且能激活JNK信号通路,抑制AKT和ERK信号通路。这些研究结果表明CuE将可能成为治疗TNBC的新药物。(PLOS ONE
 
 
新型实验动物中国树鼩的药物靶标分析
 
创新药物的研发依赖优良的实验动物和疾病动物模型,以用于候选化合物的药效学,药理学和毒理学评价研究。目前药物研发中广泛使用啮齿类动物(大鼠,小鼠),由于与人种属差异较大的原因,获得的研究结果经常与人相距甚远,造成药物研发在大量投入后的最终失败。
树鼩(tree shrew)是灵长类动物的近亲,而且作为实验动物具有个体小、繁殖快,易于饲养等有利特点。为了系统评估树鼩作为药物研发实验动物的特征和优势,昆明动物所研究人员在前期参与解析树鼩全基因组基础上,首先开发了一种可用于药物靶标预测和基于模型药靶评价的有效方法,进一步在基因组和转录组的层面上对中国树鼩进行了系统全面的药物靶标预测和分析,树鼩与人的一致性使树鼩在心血管疾病药物的研发和评价中将更接近人体的效应。该成果不仅为发展中国树鼩作为新型实验动物用于新药研发相关的药效学,药理学和毒理学评价提供了系统的基础信息数据和科学依据,也揭示在特定药物研发中使用树鼩作为实验动物的独特优势。(PLoS One
 

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