生物技术前沿一周纵览(2015年8月7日)

2015-08-07 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 新型转基因水稻既高产又环保

 
水稻是全球超过半数人口的主要能量来源,对于人类的粮食安全有着举足轻重的影响。然而,水稻的生长过程每年会释放超过一亿吨甲烷气体,贡献了全球17%的甲烷(温室气体)的释放量。最新研究显示,通过转基因方法向水稻中增加一个基因SUSIBA2,可以让水稻基本上不释放甲烷而更加环保,而且淀粉合成量增加,导致食物含有的能量更多。SUSIBA2是一种只存在于植物的转录因子,参与调节糖分子诱导的基因表达,因而可能参与了能量分子从合成到固定下来的信号通路。两个稳定的转基因SUSIBA2水稻株分别命名为SUSIBA2-77 和 SUSIBA2-80。其中SUSIBA2-77和其对照组(日本晴水稻)的对比研究显示,水稻开花期前,SUSIBA2-77的甲烷释放量降低至10%,开花后28天,甲烷释放量降至0.3%。SUSIBA2-77 和 SUSIBA2-80具有相似的甲烷释放规律。(Nature
 
 
遗传突变分子机制研究取得重要进展
 
突变是重要的生物现象,它提供了物种变异和演化的最原始材料。研究人员利用拟南芥、水稻等自花传粉植物,构建了来自相同遗传背景的、经历一次减数分裂的纯合体、杂合体及其分离世代,进而测序检测遗传突变的发生。在减数分裂过程中,双亲染色体间会密切的相互作用,这一时期同时也是可遗传突变发生的关键时期。借助二代测序技术,通过一次减数分裂产物的直接测序,筛选出了可信度极高的突变数据。通过比较杂交个体和纯合个体产生后代的突变率,发现了杂交个体的后代突变率可以达到纯合体的3倍以上。不仅如此,杂交后代中杂合区域的突变率也高于纯和区域,杂合度越高的区域发生突变的可能性也越高。研究还发现减数分裂中发生重组的断点和杂合度与突变率之间呈正相关,暗示重组可能也参与这一过程。这些证据都说明了双亲染色体之间的差异可能有着潜在的促进突变作用。(Nature
 
 
RNA降解机制解析
 
RNA是细胞中广泛分布且丰富的一类多功能分子,可将基因组信息翻译为蛋白质。在RNA分子合成过程中发生任何的错误,或是不必要的RNA累积都可能损害细胞,因此在细胞代谢过程中必须它们。来自马克斯普朗克生物化学研究所的科学家解析了RNA降解过程。研究发现,在细胞核内由一种特异的RNA外来体(exosome)负责RNAs的降解和生物合成,还可以将某些RNA分子加工成它们的成熟形式。而细胞核或细胞质分别具有自身特异的大型外来体复合物,与特定的辅助蛋白结合。细胞核中的外来体与Rrp6和Rrp47两个蛋白质亚基协同作用,只特异性作用于细胞核的RNA底物。现已证实细胞利用多种可能途经来降解细胞核RNA。(Nature)
 
 
新型基因组研究技术研发成功
 
真核生物的基因组通过包装成染色质形态被压缩至较小的体积,核小体是染色质的基本重复单位,由DNA缠绕着8个组蛋白构成。在细胞分裂过程中,染色质进一步凝聚形成染色体。细胞可以通过改变染色质的结构来调控基因活性,尽管当前对第一级的染色质压缩已经研究的很透彻,对于染色质高级结构却相对知之甚少。美国麻省大学医学院的研究人员最新开发出一项Micro-C技术,能够以核小体分辨率来分析染色体折叠,提供200 bp到大约4 kb长度的全基因组信息,展示出真核生物基因组的详细三维(3-D)图像,这有可能帮助科学家们解答一些有关染色质结构的关键问题。(Cell)
 
 
mRIN方法评估RNA测序数据
 
mRNA测序(RNA-Seq)可以前所未有的深度、分辨率和覆盖度为研究提供数字基因表达谱。当前公共数据库中的RNA测序数据集数量呈指数扩增,为研究基因表达调控提供了空前的机会。要获得可靠及可重复的RNA测序数据,RNA的质量至关重要。研究人员开发出了一种mRIN新方法,可在样本及单基因水平上直接评估来自RNA测序数据的mRNA的完整性。研究人员系统分析了由不同的研究单位生成的人类脑转录组大规模RNA测序数据集。分析结果证实由于死后组织中部分RNA碎裂导致的3′端偏倚(3′bias)可对整个表达谱造成显著的影响,mRIN可以有效地鉴别mRNA不同水平降解的样本。此外,研究人员还在死后样本中意外地发现了一个可重现的、基因特异性mRNA降解元件。分析结果揭示转录物稳定性与不同的功能团和结构特征有关。(Nature Communications
 
 
细菌耐药性的结构基础
 
近年来,抗生素滥用现象使耐药菌日渐增多,这已经成为了一个全球性的公共健康问题。通过耐药泵将药物排出是细菌的主要耐药机制之一,而多重耐药泵可以排出多种药物和有毒的代谢产物。以质子为驱动力的MFS(主要协助转运蛋白超家族)反向转运蛋白,是一类备受关注的多重耐药泵。对大肠杆菌(E. coli)的研究发现,MdfA是一个典型的多重耐药MFS反向转运蛋白,现已揭示MdfA结合配体形成复合体时的高分辨率晶体结构(2.0 Å)。(Cell Research
 
 
揭示维管植物叶片形态演化
 
维管植物包括蕨类和种子植物。它们从古生代开始逐渐占领陆地,从微小的无叶草本演化出丰富多彩的形态构型。叶片作为植物与外部环境的媒介,对植物生理、发育以及陆地生态系统等起着至关重要的作用。科研人员利用华南地区完善、连续的古生代维管植物的化石记录,选择95种单叶、218种复叶,并分别以96个、103个性状特征对其进行编码,建立了多维形态学数据集,并最终分析了叶片形态变异度与植物属种丰富度之间的动态关系。研究表明,在维管植物演化的第一阶段(泥盆纪至石炭纪早期),植物进军至低竞争强度的陆地环境,单叶的变异度初步增加,复叶的变异度在石炭纪达到峰值,其间植物的维管系统、生殖结构急剧分化,灌木、藤本、草本、乔木等各种构型出现。在维管植物演化的第二阶段(石炭纪晚期至二叠纪),单叶的变异度进一步扩大,复叶的变异度维持动态平衡;此过程伴随着湿地群落在华南的逐渐恢复和繁盛,大羽羊齿、松柏、银杏等现代类群的古老祖先在华南出现。(Earth-Science Reviews)
 
 
利用浮萍开展废水处理获突破
 
控制水污染的关键在于减少水体中的氮磷含量,目前的主要技术是采用微生物将有机氮转化为氮气、将磷转化为污泥,但需要通过曝气等消耗大量电能的技术来实现,运行费用高,而且难以实现资源的再利用。研究人员通过对浮萍系统中添加填料以增加微生物多样性以及氮磷去除的研究,发现浮萍具有与目前公认的废水处理能力最强的水葫芦相当的氮磷吸收能力,且具有木质素含量低、淀粉含量高等更强的资源化利用优势。该研究共收集了全球800多种浮萍,建立了国际上最大的浮萍活体种质资源库和数据库,并从中筛选出了能高效治理污水的浮萍株系,通过在浮萍废水处理系统中添加了弹性填料,制造“人工作物根”,总氮去除率提高了19.97%,为利用浮萍开展废水处理奠定了科学基础。(Bioresource Technology
 

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