生物技术前沿一周纵览(2014年11月21日)

2014-11-21 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 利用光合作用调节蛋白提高水稻产量达30%

    
光合作用能力增加将可能提高生产力和产量。研究人员发现一种可激活能够增强水稻光合作用活性的基因,编码调节因子higher yield rice (HYR),可以使植物能够在压力的条件下存活、茁壮成长和提高生产力。调节因子HYR的确调控光合作用这个复杂的过程。HYR调节蛋白通过保持整个光合作用机制活跃并保持生产力,通过利用HYR调节因子可将产量提高达近30%。HYR可增加光合作用,这会增加糖产量,增加生物量,最终使正常水稻品种有更高的粮食产量。更高的光合作用,会致使HYR水稻具有更大的抗逆性。抗逆性增加可使水稻在干旱和热压力条件下具有更高的稻米产量,并维持较好的粮食品质。HYR所调节的这套基因,是利用非转基因方法培育相似水稻品种的蓝图。(Nature Communications
 
 
实现碳中性小麦生产的希望
 
小麦是世界上第二受欢迎的食物来源,到2050年全球粮食需求预计会增长70%。当前的耕作实践涉及在单作或小麦休耕耕作制(两年耕种、一年休耕)下种植小麦。在休耕的这一年,通过多次进行的耕地操作(用机械方式松土)使农田里没有杂草。然而,耕地需要大量的化石燃料,同时还会导致土壤有机质的流失,会造成严重的环境后果。研究人员对不同小麦生产体系的碳足迹进行了研究,发现通过降低休耕期频率和增加能够固氮的豆科粮食作物(如小扁豆)的数量,小麦的碳足迹就有可能被极大地减小。该发现表明,降低休耕期(土地不耕种的时期)的频率,同时在作物轮作中将豆科粮食作物也包括在内,可以提高作物产量和减少碳排放。(Nature Communications
 
 
植物的一个双时钟系统
 
生物时钟系统帮助很多生物使其生理活动适应每天的和季节性的环境变化。对哺乳动物来说,时钟系统有双重性质:“视交叉上核”中的一组脑神经元起中央主导性时钟的作用,调控周围组织中的局部时钟。相比之下,人们长期以为,植物节律在所有细胞中都是相等的。最近的证据证明,植物也有一个双重时钟系统。通过利用两种新技术对拟南芥叶子组织进行详细分析,发现在维管组织内,时钟具有与在其他组织内截然不同的特点,而且维管时钟也影响其他组织内的时钟调控。(Nature
 
 
农业发展增加大气CO2 的季节性变化
 
大气CO2 记录显示了反应陆地植被CO2 吸收情况季节性变化的一个季节性周期。过去50年这一季节性周期幅度的增加目前还无法完全得到解释。一项研究表明农业的集约化可能是大气CO2 季节幅度增加的一个关键贡献因素。利用VEGAS陆地生物圈模型显示,中纬度农业生产力的增强,为1961 年到2010年间全球净表面碳流量幅度的增加做出了45%的贡献,相比之下来自气候变化的贡献为29%,来自CO2 施肥作用的贡献为26%。利用来自联合国粮农组织的作物生产统计数字和碳会计模型显示,大气CO2 季节性中所观测到的变化的多达1/4可以由作物生产力的提高得到解释,其中玉米、小麦、水稻和大豆是主要贡献因素。这些研究将有助于更好了解全球碳循环,也显示了人类行动正在改变生物圈-大气层的大规模相互作用的程度。(Nature
 
 
土壤重金属植物修复的新分子途径
 
我国有近20%的耕地存在镉、砷、汞、铅、镍、铜等重金属超标,而土壤中重金属可通过农作物吸收进入食物链,严重影响食品安全并危及人类健康。植物修复基因工程因其环境友好、安全可靠等优点,是目前解决土壤重金属污染的重要途径之一。通过植物修复基因工程技术,即使土壤受到重金属污染,植物也可以茂盛生长,同时也将土壤内的重金属吸收后储存至液泡中。这样通过种植这种用遗传工程手段获得的具有重金属高积累和高耐受的植物即可吸收土壤重金属,然后对植株进行处理,即可降低土壤中重金属含量。该研究首次揭示了植物响应重金属镉胁迫信号转导的分子调控机制,为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。(New Phytologist
 
 
借助CRISPR技术构建首个人类完全单倍体细胞系
 
尽管一些关于CRISPR/Cas9的初期研究发现了这一系统的许多脱靶效应,近期的一些论文中却较少发现这些有害的突变。研究人员借助了称作为CRISPR/Cas9基因编辑技术构建出了第一个人类完全的单倍体细胞系—每个细胞均只包含23条染色体的单个副本。该研究显示了以非常高的效率来缺失大片段,且细胞各处均未发生突变。这为将CRISPR/Cas9系统用于大DNA片段提供参考。(Genome Research
 
 
质体基因组结构变异数据库
质体是负责真核生物(如植物、藻类和原生生物)光合作用的关键细胞器,它也被当作遗传转化和操作的重要材料。中国科学院北京基因组研究所构建了以质体基因组结构变异和成对基因保守性为主要内容的数据库Plastid-LCGbase。该数据库共收集470个质体(主要是叶绿体)基因组,将物种按照界、门、纲、目、科、属进行分类整理。显示基因组水平的宏观基因分布情况以及不同基因组间DNA和编码序列的同源程度。展示不同进化尺度和分类下成对基因的保守模式以及周围基因的插入或删除、重排和易位等基因变异模式。数据库还通过连接高度保守的基因对,为每个物种鉴定了潜在的操纵子结构。该数据库囊括了来自广泛代表性物种的数据,实现了比较基因组数据的可视化,将在探索质体或叶绿体基因组保守和变异的动态规律方面为研究者提供一个有力的平台。(Nucleic Acids Research
 
 
可可豆中黄烷醇能增强老年人认知能力
与年龄相关的认知衰退和大脑中齿状回(DG)区域的变化有密切联系。先前研究认为,DG区域功能随年龄的衰弱可能影响到记忆在时间上的退化。研究人员让37名50到69岁之间的老年人连续三个月服用不同剂量的可可黄烷醇并进行监测,以确定可可中的黄烷醇能否增强老年人大脑DG区域的功能以及认知表现。研究人员报告称,在一项延迟认知记忆的任务中,那些服用黄烷醇剂量较多的受试者的反应要比服用剂量较少的受试者快。对比黄烷醇服用前后的不同大脑扫描图像,研究人员发现服用黄烷醇后认知功能的增强与大脑DG区域的血液量增加有联系,这意味着膳食中增加可可黄烷醇的高摄入量能够改善老年人大脑DG区域的功能,进而增强其认知功能。(Nature Neuroscience
 
 

来源:基因农业网

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