生物技术前沿一周纵览(2014年11月14日)

2014-11-14 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

5种稻属植物全基因组破译并揭示水稻基因组与基因的适应性进化机制
 
通过基因组建库与测序关键实验技术的掌握和基因组序列拼接、注释与分析等生物信息学平台的构建,科研人员低成本完成了稻属植物AA-基因组5个物种核基因组的测序和拼接,获得了高质量基因组参考序列。该研究团队在国际上首次构建了包括水稻的稻属植物AA基因组物种共6个近缘物种的比较与进化基因组学研究框架。在基因组水平上获得了近缘植物基因组与基因变异及进化的式样,以及物种形成遗传基础的崭新认识;鉴定得到了与这些稻属物种形态性状变异、开花发育多样化、生殖隔离形成密切关系的大量基因组结构变异,揭示了不同物种特有的基因家族扩张、丢失、重要功能基因缺失及其功能后果。此外,对稻属植物AA基因组物种6个近缘物种的比较分析,发现有相当高比例的重要功能基因受到了达尔文自然选择的影响,它们与水稻开花发育、繁殖、生物与非生物抗性等生物学过程密切相关。迄今为止,稻属植物AA基因组8个物种基因组图谱宣布全部完成。(PNAS
 
 
油菜素内酯与赤霉素调控水稻株高的共同作用机制
 
绿色环保型植物生长调节剂油菜素内酯是活性最高的高效、广谱、无毒的植物生长激素。油菜素内酯能充分激发植物内在潜能,促进作物生长和增加作物产量,提高作物耐冷性,改善作物抗病、抗盐能力。赤霉素是经典的细胞伸长促进型激素,赤霉素合成基因突变的利用导致了著名的水稻绿色革命。两种激素的缺失都会导致水稻矮小,但其调控细胞伸长的机制及相互间关系并不清楚。研究人员通过大量突变体的功能分析发现,油菜素内酯通过调节赤霉素的代谢来特异性地调控细胞伸长。生理浓度的油菜素内酯刺激赤霉素合成促进植物生长,而高浓度的油菜素内酯诱导活性赤霉素转化成非活性形式从而抑制植物生长。反过来,低浓度的赤霉素抑制油菜素内酯反应,而高浓度的赤霉素利用油菜素内酯促进植物生长。该研究揭示了油菜素内酯促进水稻生长的分子机制,系统阐释了两种控制株高的重要激素间的关系,为利用油菜素内酯提高作物产量提供了理论支持。(Plant Cell)
 
 
一些植物可通核内复制再生
当一些草本植物被食草动物用力咀嚼时(或在实验室被科学家损伤时),它们会发生超越补偿(overcompensate,植物遭受伤害后会有一种积极反应),产生更多的植物物质,繁殖力变得比平时更强。研究首次表明,植物被砍断后会出现戏剧性的反弹,这种能力依赖于一个称为基因组复制(genome duplication)的过程,在这个过程中,单个细胞复制其基因内容的多个拷贝,而不发生有丝分裂。将能够基因组复制的拟南芥植物,与缺乏这种能力的拟南芥植物进行杂交,在后代中有所表现,证明这两个特征似乎是彼此相互影响的。为了进一步检验这一假设,实验性地增强了拟南芥植物复制其基因组的能力,同时选择了一个缺乏这种能力的株系,而且这个株系在被啃食后也经历了生育率的大幅降低。正如预期的那样,经过改造后,植物在被破坏后能够大力反弹。基因组复制使细胞增大,提供了更多的个体基因拷贝,有可能增加关键蛋白质和其他驱动细胞生长的分子的生产。(Molecular Ecology
 
 
植物小孢子形成的保守分子调控机制
 
目前在拟南芥中开展的广泛遗传学研究,已经确定了几个组件,它们在胚珠发育中扮演重要的角色。其中,SPOROCYTELESS/NOZZLE (SPL/NZZ)是一个关键的调节因子,在胚珠发育过程中负责促进大孢子母细胞和珠被的形成。已有研究表明,在小孢子发生过程中,AGAMOUS可通过与基因3′-区域的CArG直接结合,激活SPL/NZZ的表达。最近,植物激素——细胞分裂素,已被报道能够促进SPL/NZZ的表达,SPL/NZZ反过来又激活胚珠发育期间的生长素运输基因PIN1。然而,SPL/NZZ确切的作用方式尚不清楚。该研究结果表明,在拟南芥中,SPL作为一个适配器样的转录抑制因子,通过招募TPL/TPR共抑制因子来抑制CIN样TCP转录因子的活性,从而控制胚珠的发育。有趣的是,植物和真菌都采用相同的基因抑制策略,来控制孢子形成,表明这种策略可能是一种进化上保守的机制。(Cell Research
 
 
首次测定南极抗冻鱼基因组序列
 
南极抗冻鱼(Antarctic notothenioid fish)基因组序列首次测定完成。这一突破性成果,将阐明动物对寒冷水域独特的进化适应性,将有助于揭示鱼类如何应对海水温度上升,由于气候变化,预计接下来的两个世纪会出现海水温度上升。通过测定南极大头鱼(Bullhead notothen)的基因组发现,抗冻鱼部分地通过许多在线粒体起作用的蛋白质改变,来适应寒冷水域。先前描述的进化现象,包括生产蛋白质防冻剂以防止体液冻结的基因获得,也在基因组中得以确认。对抗冻鱼的基因组变化(可让其成功地利用环境资源),提供了第一个总体快照。基因组就像是一个时间胶囊,记录了寒冷适应相关的进化事件。下一步是测定更多的抗冻鱼基因组序列,以便可以在不同物种之间进行比较,以了解它们如何适应环境中的不同生境。(Genome Biology
 
 
EICA假说和NWH假说在飞机草成功入侵中的整合
 
许多研究表明外来入侵植物到达入侵地后,其竞争能力会增强。EICA 假说和NWH假说是从进化角度解释外来入侵植物竞争能力增强的两个重要理论。EICA假说认为外来入侵植物到达入侵地后,由于逃脱了原产地天敌的控制,会把原来抵御天敌的物质和能量重新分配到生长中去,使竞争能力增强。NWH假说认为,入侵植物能够分泌特异的化感物质,由于原产地的本地种跟入侵种协同进化的历史时间较长,因此对该化感物质不敏感,选择性进化可能使入侵植物的化感作用越来越强。虽然EICA假说和NWH假说是从不同的角度来解释外来入侵植物竞争力增强的原因,但两个假说并不是互相排斥的,然而很少有研究同时验证这两个假说。该研究显示,飞机草到达入侵地后,可能对当地新的竞争对象(植物)和天敌组成发生了适应性进化,飞机草素的含量增加,从而使其竞争力增强。此外本研究也表明,外来植物到达入侵地后,可能减弱对某些天敌的抗性,也可以增强对另外一些天敌的抗性;竞争力的增强并不一定依赖生长的加快和生物量的增加,竞争力和防御力并不一定存在Trade-off关系。(New Phytologist
 
 
构建细胞核内长非编码RNA的新型表达载体
 
长非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)广泛参与一系列的基因表达调控和生物学过程。许多lncRNAs所介导的调控是发生在细胞核内的,因此需要新的工具来研究其在细胞核内的功能。研究人员以细胞核内定位的lncRNA,如NEAT1、HOTAIR为研究对象,成功地提高了它们在细胞核的定位。并证明以这种载体表达的两端以snoRNA结尾的NEAT1可以模拟其内源RNA的功能,并发挥生物学作用。研究还证明该snoVector载体可以很有效地表达几乎任何长度在3kb以内的RNA,并使其滞留在细胞核内。该载体也可以用于表达miRNAs。此外,该载体能够产生绿色荧光蛋白,并含有抗性基因,可以用于稳定表达株的筛选。SnoVector用于过表达外源RNA并将其滞留在细胞核中,提供了一种新型的表达载体用于研究细胞核内的lncRNAs。该载体的应用将方便人们对细胞核内RNA的功能和机制的研究,为lncRNA的研究提供新的研究手段。(Nucleic Acids Research
 
 
日常水果中的天然保健物质
 
根据一项在小鼠身上完成的新研究的结果,科学家们发现了存在于某些日常水果中的化学物质可以帮助重要器官避免心脏病发作或中风后的长期损伤。研究人员希望这些化学物质将为开发出新型的注射用药物,来防止心脏病发作及中风引起的长期损害提供一个起点。在心脏病发作或中风过程中,血凝块可导致心脏或大脑缺血和缺氧。当血凝块脱落,血液流回到心脏或大脑中时可引起进一步的损伤。最新发现是琥珀酸(succinate)累积引起了这种损伤。当糖类和脂肪被分解释放出能量储存于体内时,琥珀酸就会自然出现在机体中。研究人员在采用代谢组学分析小鼠模型时发现在血流恢复时给予一种叫做丙二酸酯(malonate esters)的简单化合物,可以减少小鼠和大鼠的器官损伤。丙二酸酯可以阻止琥珀酸累积以及破坏性分子的释放。该化合物很便宜且容易获得,天然存在于如草莓、苹果和葡萄等水果之中,只是其量未高到有益效应的水平。进一步开发这项研究成果,有望在5-10年内促成一种有效的治疗方法。(Nature
 
 
 

来源:基因农业网

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