生物技术前沿一周纵览(2014年9月5日)

2014-09-05 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

植物多倍体起源研究取得重要进展
 
禾本科 (Poaceae) 21.8% 的物种起源于杂交事件,高粱属 (Sorghum Moench) 隶属于禾本科高粱族 (Andropogoneae),一年生或多年生草本,约31种,分布在东非、澳大利亚、东亚、南亚、欧洲、美洲的干旱半干旱地区,作为粮食、生物燃料、工业原料具有重要经济价值。研究人员对高粱族内有柄小穗梯度简化的高粱属及其近缘类群进行系统发育研究。结果显示高粱属的分子系统学范畴扩大,并首次发现四倍体物种Sorghum sorghoides杂交起源的核基因证据。东非裂谷是禾本科碳四植物的重要分化中心之一,中新世以来地壳断裂运动使东非形成东、西两支南北走向的裂谷,采用分子钟方法估测高粱属谱系分化大约发生在12.7百万年前,推测中新世中期至上新世时期,东非裂谷持续隆升产生的片段化生境促进高粱属在热带东非分化。该研究为禾本科作物类群物种形成机制和多倍体起源研究积累素材。(PLoS ONE
 
 
杨树基因家族功能分化机制研究
 
杨树基因组中大部分基因家族组成庞大,众多家族成员如何能在长期的演化历程中被保留下来,其家族内成员间的功能分化机制又是什么,这些科学问题目前尚未明确。研究人员对杨树三型氧化酶(PRX)基因家族展开研究。PRX基因家族在木质素生物合成和抗逆反应中发挥重要作用。研究发现,杨树基因组中有两组串联重复的PRX基因,其祖先基因编码的蛋白定位在细胞壁上。在其后的演化历程中,有一个祖先拷贝获得液泡定位的信号肽而定位在液泡中,然后液泡PRX基因经历了快速的扩张,扩张后的液泡PRX基因受到正选择驱动而导致所编码蛋白的生化功能发生分化。研究揭示了亚细胞定位的分化和正选择在杨树基因家族功能分化中扮演着的重要角色。(The Plant Cell
 
 
高山植物适应高海拔逆境胁迫的内在机理
 
如何将微观的蛋白组学技术运用到宏观的生态适应性研究,是目前植物生理学领域需要探索的方向之一。研究人员利用青藏高原广泛分布的物种钉柱萎陵菜(Potentilla saundersiana)为实验材料,以建立在西藏当雄县的定点观察站为实验样地,该观察站分布有五个不同海拔的观察点(4350~5200m )。结合观察点的气象数据进行主成分分析表明温度与土壤水分是两个最主要的影响植物生长量的主效因子。在不同海拔采样进行综合分析,形态分析结果表明钉叶片面积、气孔大小与气孔密度随着海拔升高而减少,但叶片细胞壁却随着海拔升高而增厚,暗示叶片形态的进化对高海拔环境的适应;蛋白组学分析获得118个差异蛋白点,涉及抗氧化反应、脯氨酸与糖代谢以及激素代谢等,同时涉及到蛋白翻译后调控与表观遗传途径相关蛋白;生理生化分析表明植物体内抗氧化酶系统随着海拔梯度的升高而增强。综合来看,在长期的适应性进化过程中,钉柱萎陵菜采取多种策略来增强自身对逆境胁迫的适应能力。(Journal of Proteomics
 
 
细菌或许是解决可持续能源问题的关键
 
通过基因工程改造,微生物已首次能够用来生产可再生的丙烷。丙烷是液化石油气(LPG)的一个主要成分,现有一个存在很多不同应用的全球市场。由于全球燃料供应短缺,目前人们的主要焦点集中在经济上具有可持续性的替代品上。丙烷被认为是一种可行的生物燃料,因为它比氢、甲烷或丁醇等其他一些燃料替代品更容易分离和作为一种液体来存储。研究人员对大肠杆菌的脂肪酸路径进行操纵,并用该生物自身反应机构来以一种可再生的方式生成丙烷。虽然最初产率低,但能够识别和添加必要的生物化学成分以助推该生物合成反应,从而使得特定的大肠杆菌菌种能够合成相当大数量的丙烷。重要的是,这一丙烷生成路径能在有氧存在的情况下操作,这为该系统应用于蓝细菌(一种以太阳光能为主要能力来源、低营养需求的细菌)开辟了道路。(Nature Communications
 
 
单细胞基因组学揭示放线菌的养分和碳循环
 
在大多数淡水生态系统中,最普遍的微生物是放线菌Aci家族成员。据估计,它们占世界各地淡水湖泊和河流浮游生物的高达50%,但是,研究人员还不知道这些微生物在生态系统中所发挥的确切作用,以及它们如何影响碳循环。利用单细胞基因组学,研究人员组装并比较了来自于美国和欧洲四个淡水湖收集的单细胞aci放线菌群落的基因组草图,更多地了解这些微生物和它们的生活方式,也可让研究人员更多地了解它们在碳和养分循环中所起的作用。aci家族成员与其亲本(放线菌)及其他已测序的淡水细菌,是明显特异相关的。它们高度精简的基因组和小的细胞尺寸表明,它们与超微细菌共有广泛的生态位维度,例如SAR11分化枝的淡水成员。此外,调查三种不同的群落表明,它们之间存在生态分化。(The ISME Journal
 
 
基因组的饱和编辑
 
在基因组学领域,对能够迅速、廉价确定突变的功能后果的方法有很大需求。该论文介绍了对基因组区域进行饱和诱变(目的是产生所有可能的突变)、同时保持自然内源性染色体环境的一个方法。该方法利用由CRISPR/Cas9 RNA引导的分裂和multiplex homology引导的修复,其用途通过用所有可能的六聚体来替换一个六碱基对基因组区域和用所有可能的单一核苷酸变体来生成同一个完整的外显子在BRCA1的18号外显子内得到了演示。研究人员还对一个必要基因(即DBR1)的一个非常保守的编码区域进行了饱和编辑。该方法有望能够促进对顺式调控元素和反式作用因子的高分辨率功能分析以及对由临床测序工作所报告的具有不确定意义的变异体的解读。(Nature
 
 
染色质三维结构重建的进展与展望
 
真核生物的基因组在细胞核中以染色质的形式存在,染色质的功能与它的三维结构紧密相关,例如,基因组的复制、转录、调控、DNA 突变、长链非编码 RNA 的传播和胚胎发育等生物功能都是在细胞核的三维空间中完成的。随着染色体构象捕获(chromosome conformation capture,3C)及其衍生技术与高通量测序技术的结合,产生了大量的染色质交互作用数据. 根据这些染色质交互作用数据,研究人员已经提出很多种方法来重建染色质的三维结构。这些方法有助于在不同分辨率下系统地研究染色质的三维结构,为更好地了解染色质的调控功能提供了结构依据。重建染色质的三维空间结构因而成为当前的研究热点。但是,目前的染色质三维结构建模研究距离普遍揭示生物学功能的目标还很遥远,为了让染色质三维结构在生物学研究中获得更加广泛的应用,需要提高染色质三维结构建模的精度、速度和易用性。(中国科学:生命科学
 

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