生物技术前沿一周纵览(2014年8月22日)

2014-08-22 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

基因编辑水果即将来临
  
CRISPR、TALEN等基因组精确编辑技术的最新研究进展以及广泛和不断增长的水果基因组知识,增加了这样一种可能性:不需要引入外源基因,就可以对水果和其他作物进行遗传改良。如果人们意识到这些生物技术的新颖不同之处,基因编辑的水果可能就会比转基因生物(GMOs)获得更大的社会认同,尤其是在欧洲。这可能意味着,基因编辑食物——产生更多维生素A的“超级香蕉”和切开后不会变褐色的苹果等新奇品种,可能会出现在货架上。通过微小的遗传调节,增加或降低植物细胞已经制造的天然成分的数量,可以改变水果的特性。到目前为止,基因编辑工具还未应用到水果作物的遗传改良。基因编辑植物,是通过插入、删除或改变现有基因来改良作物,根据欧盟委员会和成员国监管机构的解释,甚至可能被视为非转基因改造。这将为开发具有优良品质的作物,并可能允许它们在目前转基因生物遭到严厉批评和争议的国家中商业化,打开一条新的途径。(Trends in Biotechnology
 
 
在生物固氮领域取得突破性进展
 
生物固氮是原核微生物利用体内复杂的固氮酶系统,在常温常压下将大气中的氮气转换为生物体可利用的氨的过程。目前已鉴定的固氮酶系统有三种,由于它们的活性中心分别由不同金属原子簇组成,被命名为钼铁、钒铁和铁铁固氮酶系统。当前对钼铁固氮酶系统的研究最为深入,而对钒铁及铁铁固氮酶系统的研究相对欠缺。通过合成生物学的手段,在模式生物大肠杆菌中重新构建了铁铁固氮酶体系,揭示了铁铁固氮酶体系独立行使功能所需的最少基因数目,首次明确界定确保铁铁固氮酶系统的合成及其生物活性的十个必需基因,同时发现,铁铁固氮酶活性中心FeFe-co的合成比传统的钼铁固氮酶活性中心FeMo-co的合成过程更加简化,且避免了钼元素在自然界的稀缺性,及其在植物体内运输及分布的局限性。本研究成果对实现真核生物自主固氮,替代化学合成的氮肥施用这一固氮研究领域的终极目标具有重要意义。(PNAS
 
 
喜马拉雅中部地区红豆杉属保护遗传学方面取得新进展
 
红豆杉属植物因含有抗癌化合物-紫杉醇而闻名。在喜马拉雅地区,由于过度开发和采伐等原因,致使一些红豆杉自然居群消失殆尽。研究人员选取喜马拉雅中部分布的三种红豆杉属植物即密叶红豆杉(Taxus contorta), 南方红豆杉(T. mairei)和喜马拉雅红豆杉(T. wallichiana)为研究对象,通过样带调查、居群遗传学和生态模拟等多学科交叉的研究方法,估算了三种红豆杉的径级结构,遗传多样性和遗传结构,并预测了气候变化和生境丧失对3个物种野生居群的潜在影响,进而深入探讨了该地区红豆杉属植物的保护策略。研究发现,三个红豆杉物种的居群并不稳定,并呈现极低的幼苗更新速率;遗传多样性较低,遗传分化显著和自交严重;到2080年,该地区红豆杉属植物的潜在分布区将显著缩小并向北移动。三个物种遗传变异和多样性在空间上分布差异的成因,除了受近期人类活动的强烈影响外,还可能与其在各个种分布区边缘,不同的演化历史和各自分布区不同的气候历史等因素有关。该地区部分红豆杉属野生居群的数量已衰减到无法可持续更新的地步,因此需要在物种和景观层面上采取协调一致的全方位保护行动来可持续地管理该地区濒危红豆杉属野生居群。(Diversity and Distributions
 
 
叶绿体基因组遗传信息获取技术体系建立
 
叶绿体基因组为植物分类、系统发育和物种鉴定等提供了不可或缺的遗传信息。随着新一代测序技术的快速发展,叶绿体基因组学已经成为植物系统基因组学和超级条形码研究的热点。中国科学院昆明植物研究所种质资源库多年来致力于叶绿体基因组学研究,在此基础上,利用GenBank现有被子植物叶绿体基因组数据自主设计了一套新颖的通用引物,结合长片段PCR和二代测序技术,从少量总DNA中快速获取被子植物叶绿体基因组。这一技术体系解决了叶绿体基因组获取方法需要大量新鲜材料的难题,显著节省了研究材料采集所需的人力,尤其是解决了一些物种因个体微小而难于获得大量新鲜材料通过二代测序方法获取叶绿体基因组的难题。该体系将叶绿体基因组测序通量提高了5-10倍,极大降低了测序成本,为被子植物叶绿体基因组学研究开辟了崭新的途径。该项研究进一步揭示基于叶绿体基因组的系统发育基因组学是解决植物系统发育的有效手段,基于“细胞器条形码”的叶绿体基因组超级条形码对于解决快速分化的近缘物种鉴定具有重要作用。(BMC Evolutionary Biology / PLoS ONE / Molecular Ecology Resources
 
 
我国构建近海生物DNA条形码数据库
 
目前我国专业的海洋生物分类学研究团队规模有限,依靠传统经验为主的海洋生物形态鉴定方法无法满足日益增长的海洋科研、海洋经济和管理的需求。DNA条形码是一种新兴的物种快速准确鉴定的方法。DNA条形码资源库作为一个资源统合与共享的平台,其构建迫在眉睫。科技部通过科技基础性工作专项部署了“我国近海海洋生物DNA条形码资源库构建”重点项目,具体由中国科学院海洋研究所承担。根据不同类群的特点,项目将选择有代表性的重要海洋生物类群,如原核生物、植物、浮游动物、大型底栖无脊椎动物及鱼类等,在准确形态鉴定的基础上,系统并规模化地获取DNA条形码序列。本项目通过DNA条形码资源库的构建,可为海洋生态学、海洋分类学和海洋生物分子系统学研究提供基础数据与资料,为我国海洋生物资源的开发与保护提供科学依据。此外,还将在海关检测、食品药品管理等领域发挥重要作用。(科技日报
 
 
表征arrestin–GPCR复合物的结构
 
在过去7年,关于“G-蛋白耦合受体”(GCPRs)的结构已经有很多研究,但一个被激发的 GPCR在其结合到一个β-arrestin上时的机制仍未知。(arrestins是具有很多不同功能的细胞中介物,其中很多都涉及GPCRs)研究人员利用“单颗粒电子显微镜”和“氢-重氢交换质谱”对一个GPCR–arrestin复合物的结构和动态进行了表征。他们的数据支持一个“两相”机制:arrestin最初与GPCR被磷酸化的羧基端点发生相互作用,然后进行重排,在一个具有信号传导功能的构形中更为充分地与膜蛋白接触。(Nature
 
 
中药痛舒胶囊抑制乳腺癌细胞增生的机制
 
痛舒胶囊是我国彝族的一味传统中药复方,其主要用于治疗跌打损伤、风湿性关节痛、肩周炎、痛风性关节通、乳腺小叶增生。尽管临床试验显示其在治疗乳腺增生症上面具有良好的效果,但是其机制并不清楚。近期研究显示痛舒胶囊可以明显抑制ERα+的乳腺癌上皮细胞的增殖,可以将细胞周期阻滞在G1期。该研究团队进一步发现痛舒胶囊可以下调ERα及其下游靶基因Cyclin D1的表达,而Cyclin D1是在G1-S期的进程中起关键作用的蛋白。与此一致的是,痛舒胶囊可以抑制E2对其下游靶基因表达的上调以及E2对细胞增殖的刺激作用。研究证实,痛舒胶囊可以下调ERα表达,抑制雌激素信号通路,进而达到抑制乳腺上皮细胞增殖的作用。而女性乳腺增生的一个主要病因就是雌激素绝对或相对水平的升高,因此该研究提示痛舒胶囊应该是通过抑制雌激素信号通路发挥其治疗效果的。(PLoS ONE
 

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