生物技术前沿一周纵览(2015年2月13日)

2015-02-13 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 Cell聚焦中国植物科学研究


近日,Cell杂志推出了2015年最新一期的《聚焦中国》(Spotligh on China),重点介绍了近年来中国植物科学研究的飞速进展。作为Cell旗下《Molecular Plant》的特殊增刊,亮点介绍了中国植物科学家们所取得的一部分重要研究进展,其中包括了一些除去水稻中有毒物质砷的新技术,有关植物应对干旱和高盐机制的基础研究,以及一些有前景新基因组研究,它们将帮助植物育种者生成更具适应性及更美味的作物。这期增刊还选择再版了来自Cell旗下各个期刊中国研究人员发表的一些植物研究论文和综述文章,并介绍了在植物科学研究前沿一些顶尖科学家以及以上海交通大学生命技术学院为代表的研究机构的情况。(Cell
 
 
植物重复基因对的进化规律和机制
 
全基因组重复事件是生物界中的一个普遍现象,目前在很多物种中都有报道,但是目前重复基因对的进化规律和机制并不是十分清晰。研究人员对大豆和拟南芥中PEBP(磷酰酯乙醇胺结合蛋白)家族的30个成员进行了系统性研究。该研究首先对大豆和拟南芥中PEBP家族成员的进化历程进行了分析,发现该家族成员在进化过程中既经历了全基因组重复同时也经历了串联重复事件,大豆和拟南芥中大部分PEBP家族成员在进化过程中都保持了各自亚家族的功能和相似的作用机制,其中也有个别成员在功能上发生了比较显著的分化。通过对蛋白序列和转基因植株表型的系统关联分析,鉴定出了一系列PEBP家族在进化中保守的或导致功能分化的关键氨基酸位点。同时,研究还发现,基因表达模式的变化也是导致功能分化另外一个重要因素。(Plant Cell
 
 
种子萌发中的膜脂变化
 
在种子萌发的生理生化过程中,细胞的膜结构和功能的重建是非常重要的一种变化。许多种子在低温下快速吸水时会发生吸胀冷害,导致种子活力和成苗生长能力显著下降。研究人员以典型的吸胀冷害耐受型和敏感型两个大豆品种的种子为例,利用脂类组学方法,详细比较分析了在萌发过程和渗透引发处理中140种膜脂分子的变化规律。发现膜脂在在正常萌发中呈现了三种变化趋势,其中一种变化趋势与种子吸水曲线的对应关系呈现了质膜的重建过程,另一种变化趋势与叶绿素荧光的对应关系呈现了叶绿体的生成过程。进一步分析发现,细胞膜重建过程中磷脂酸的下降与低温导致的磷脂酸升高共同决定了膜脂中磷脂酸的含量,而磷脂酸含量的高低最终决定了膜脂完整性。(Plant,Cell and Environment
 
 
异型花柱植物花表型多态性维持研究
 
异型花柱(heterostyly)一直被奉为最经典的植物繁育系统研究模式。为了实现高效的繁育功能,异型花柱植物巧妙的组合了雌雄器官的空间布置和生理亲和性,将动物介导的花粉散布过程优化到极致。研究人员曾以茜草科二型花柱植物滇丁香(Luculia pinceana)为研究对象,依据谱系溯祖方法,对滇丁香自然分布区内不同花型构造的种群进行谱系关系重建。近期,该小组在二态谱系分支中选取一个二态花型比例平衡居群,对居群内两种花型个体进行空间定位,通过DNA分子标记方法,对1051个幼苗进行父本推断,构建该二态居群内的基因流网络结构。研究首次在基因流层面证实了“二型花柱植物互逆的雌雄空间异位能够促进个体间发生足量的非选型交配”,同时证实了同型花间生理不亲和性在维持多态过程中的重要作用。(New Phytologist
 
 
揭示己糖激酶1的双重功能的结构基础
 
糖类为植物的生长发育提供能量,也可以作为信号分子调控植物光合作用相关基因的表达。糖类的代谢和信号转导由一系列的酶催化,拟南芥己糖激酶(AtHXK1)在植物的糖酵解和糖信号转导中发挥着重要的作用。因此,AtHXK1的结构与功能研究对揭示植物体内糖的代谢与信号转导的双重功能具有重要意义。近日,中国科学院植物研究所光生物学重点实验室解析了AtHXK1的3种状态的晶体结构。其中,结合和未结合底物的晶体结构揭示了AtHXK1的“底物诱导契合”机制,突变体结合底物的晶体结构揭示了AtHXK1执行糖信号功能时的构象,生化实验证明AtHXK1的底物结合遵循有序机制。该研究首次揭示植物的己糖激酶的结构,并通过结构生物学的手段,阐述了HXK1蛋白的工作模式。(Acta Crystallographica Section D)
 
 
植物提取物可对抗脑瘤
 
水飞蓟用来治疗肝胆疾病已有2000多年的历史。水飞蓟素是菊科药用植物水飞蓟种子的种皮中提取所得的一种黄酮化合物。水飞蓟素的主要活性成分有水飞蓟宾(Silibinin)、异水飞蓟宾、水飞蓟亭和水飞蓟宁等四种同分异构体,其中水飞蓟宾含量为50%~70%。近年来发现水飞蓟宾表现出的抗癌和肿瘤预防作用。研究人员在细胞培养、动物模型和人类肿瘤组织中发现,水飞蓟宾还可以用来治疗库欣病(Cushing Disease)——由大脑垂体肿瘤导致的一种罕见激素疾病。该结果已经申请了专利,现在计划开展临床试验,使用水飞蓟宾作为一种非侵入性的治疗策略。因此,在未来,患者可能不再需要接受脑部手术。利用水飞蓟宾,作为一种非侵入性的治疗策略,不仅用于库欣病的治疗,而且也用于其他糖皮质激素受体相关疾病的治疗,例如肺肿瘤、急性淋巴细胞性白血病和多发性骨髓瘤。(Nature Medicine
 
 
揭示土地利用变化后土壤有机碳动态与气候因子的关联性
 
毁林或森林恢复引起的C3植被和C4植被之间的转换会导致土壤有机碳稳定同位素信号的改变,因而这类生态系统为探讨土壤有机碳动态沿气候梯度的变化提供了独特的材料。研究人员利用秦岭地区由C4植被转为C3植被的弃耕地,以及全球其它地区发生了C3和C4植被转换的生态系统,通过稳定同位素分析,首次揭示了土地利用变化后土壤有机碳动态与气候因子的关联性。研究发现,土壤有机碳的分解速率随年均温、年均降水量的升高而上升,土壤有机碳的分解速率与年均温存在指数关系。这一结果推翻了Giardina和Ryan的研究结论,提示全球变暖会导致土壤有机碳分解的加快。此外,研究人员还建立了土地利用变化后“新碳”(来源于新植被)与“旧碳”(土地利用变化前原有碳)比例变化的经验方程,并基于经验方程,估算出毁林和森林恢复后土壤有机碳来源发生转换的时间分别为43.4年和45.4年。(Global Change Biology)
 
 
我国西南地区树木年轮气候学研究
 
研究人员利用树木年轮气候学研究方法,建立了迄今丽江地区最长的丽江云杉(Picea likiangensis)年表(387年),分析了年表与气候因子之间的关系,并基于丽江云杉标准化年表重建了该地区过去361年来帕尔默干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)的变化历史。研究结果发现,丽江云杉径向生长主要受春季(3~5月份)PDSI的影响。重建结果显示过去361年来丽江地区春季PDSI的变化可分为四个较明显的时期,与周边地区水文研究结果及历史气象灾害事件记载吻合较好,且与近60年来观察到春季干旱事件相一致。尽管近60年的干旱化并不是重建历史阶段内的最干旱时期(气象干旱),但由于丽江地区近些年来大规模的旅游开发和相应的基础设施建设,以及不合理的利用增加了对水资源的压力,加重了这种干旱化现象(社会经济干旱)。研究人员建议当地政府重视水资源的变化历史和趋势,加强对水资源的合理利用和科学管理。(International Journal of Climatology

来源:基因农业网

相关文章