生物技术前沿一周纵览(2015年11月20日)

2015-11-20 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

水稻育性机制揭示
 
细胞质雄性不育(CMS)现象是指雌性器官发育正常,能够正常受精而雄性器官发育不正常,不能产生正常受精配子的现象,CMS现象能够在植物细胞核基因的作用下育性恢复正常。水稻细胞质雄性不育系的发现为水稻育种及世界粮食安全作出了巨大贡献。研究人员最新研究发现PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白家族RF6与己糖激酶6(hexokinase 6,OsHXK6)协同作用与水稻育性恢复相关。Rf6基因编码一种新型PPR家族蛋白,其发生了特征性PPR motifs 3–5复制,定位于线粒体,与OsHXK6发生物理结合,可促进加工异常的CMS相关转录物atp6-orfH79,确保正常花粉发育及恢复育性。RF6蛋白复制motif 3对于RF6-OsHXK6互作,加工异常转录物及恢复生育力至关重要。此外,研究人员证实OsHXK6水平下降可导致atp6-orfH79转录物累积和雄性不育。这些结果揭示了,RF6与OsHXK6协同作用恢复HL-CMS育性的一种新机制,这将推动进一步地开发利用水稻杂种优势。(PNAS
 
 
玉米产量性状遗传位点确定
 
玉米是全球第一大农作物。玉米的单株产量由玉米的每穗籽粒数目以及粒重共同决定。研究人员针对玉米的控制玉米籽粒数目的主效遗传位点KRN4,利用全基因组关联分析、图位克隆等手段,证实了KRN4位于控制玉米雌穗发育重要基因Unbranched3(UB3)基因下游60kb,包含一个1.2kb的转座子片段的插入缺失,为UB3的顺式调控因子,通过远距离调节UB3基因的表达量,控制玉米穗行数的数量变异。KRN4位点优良单倍型可以提高2行穗行数,增加将近20%的每穗籽粒数目,因此可以显著提升玉米产量。研究者同时发现,KRN4位点可以通过和UB3基因内的功能性SNP变异发生遗传互作,进一步提高玉米籽粒产量。(PLoS Genetics
 
 
拟南芥中揭示形态发育的微调机制
 
植物在从发芽种子到幼苗的发育过渡期间,经过了胚后期生长。最近的研究表明,在拟南芥中最初被确定为胚胎发育和种子成熟的一个主要调节因子LEAFY COTYLEDON1(LEC1),在胚后期发育中起着一个独特的作用。研究人员发现LEC1敲除突变体在成熟种子中具有更高的耐干性,LEC1通过与PIF4的蛋白质相互作用,与下胚轴相关基因启动子的G-box结合,调节早期幼苗的下胚轴伸长。PIF4是一种暗形态发生中的主要转录调节因子。这项研究结果表明,LEC1在胚后期生长的转录调控中充当PIFs的一个共激活因子,这为植物提供了一种可能的机制,在从胚胎期到幼苗期的转变过程中,微调形态发育以让自己生存。(Plant Cell
 
 
利用CRISPR/Cas9构建转基因猪
 
猪是世界上最重要的家畜之一,猪肉在中国的消费量尤其大。研究发现,Myostatin (MSTN)作为TGF-β超家族的一员,在肌肉生长中发挥负调控因子作用,其为改善家畜生长性能带来了巨大的希望。在最新研究中,研究人员将猪胚胎成纤维细胞(PFFs)的转染效率提高了接近90%,由此提高了靶向载体的突变效率,并证实CRISPR/Cas9系统可在猪胚胎成纤维细胞MSTN位点诱导NHEJ、长片段删除/倒置及同源指导修复(HDR)。最终,研究人员通过体细胞核移植利用无选择标记基因的Cas9/gRNA改造的成纤维细胞生成了基因靶向猪,获得了了MSTN双等位基因突变8只克隆小猪。一些小猪显示明显的肌间沟及大舌头,这是双肌(DM)表型的特征。相比于对照,突变克隆猪的MSTN蛋白水平下降。该研究中所采用的基因编辑平台可以高效地生成生物安全性转基因猪。(Scientific Reports
 
 
用猪生产人血白蛋白
 
人血清白蛋白(HSA)是血浆中含量最丰富的蛋白质,在人体生理学中起着关键的调节作用,是一些严重疾病的常规处方药。由于人类血液供应不足以及与人类血液相关的风险,科学家们一直都在寻求人血清蛋白的替代生产。研究人员利用CRISPR/Cas9系统将人血清白蛋白cDNA敲入猪的白蛋白基因位点,同时阻止猪内源性白蛋白的表达,实现了在猪中生产重组人血清白蛋白。经过基因型分析,研究人员发现,16只猪仔携带了预期的敲入基因,这些猪仔血液中存在人血清蛋白。此外,这个敲入的等位基因被成功地传递给后代。该研究的成功有望促进科学家探索猪和其他大型家养动物用以生产生物医学产品,或选育具有更理想性状的家畜品种。(Scientific Reports
 
 
利用RNA控制CRISPR/Cas9基因编辑
 
CRISPR/Cas9可以用来失活或纠正任何生物体内的特定基因,然而CRISPR/Cas9持续地发挥基因编辑活性也带来了额外编辑不必要位点的风险。研究人员创制了一种利用RNA来按要求开启和关闭CRISPR-Cas9系统的新方法。该方法设计了一条“导向”RNA来匹配特定靶基因序列,将Cas9酶引导至期望的位点切割DNA。细胞可以修复这一DNA断裂,由此失活这一基因。或者,研究人员可以诱导细胞用更健康的基因版本来替换靠近切割位点的片段。新方法导入了一些化学修饰的、基于RNA的药物短暂激活CRISPR/Cas9基因编辑系统。利用了一种初始的、特异修饰的RNA来替换通常的导向RNA。这一RNA可以将Cas9的DNA切割活性引导至选择性靶基因处,着手进行编辑过程,但这种活性是短暂的,当清除导向RNA药物时编辑就会停止。扩展这一方法则可通过添加第二种化学修饰RNA药物引导失活Cas9酶编码基因来更快速地关闭这一分子剪刀。(PNAS
 
 
DNA精确模拟平台开发
 
分子动力学可以解析发生在不同时间尺度上的过程,适用于不同规模的分析体系。这一技术能用来模拟DNA的各种活动,包括DNA折叠以及DNA与蛋白和药物的互作。科学家们日前开发了首个能够精确模拟DNA的平台,有助于研究DNA的结构改变,以及DNA与蛋白和药物的互作。该模型可以在原子水平上模拟DNA动态,达到非同寻常的精确性。这项研究耗时五年,共测试了一百多个DNA体系,相关数据储存在一个公共网站上(http://mmb.irbbarcelona.org/ParmBSC1/)。(Nature Methods
 
 
基因编辑研究的保障机制
 
当前,基因编辑技术大大增加了特异基因向后代传递的机会,因此有必要制定积极的生物安全措施,确保在受限的实验室试验中有效及安全地研究基因功能并进行基因编辑。一项新研究验证了一系列基因研究的安全保障方案的有效性,例如增加及改进物理生物防护屏障,及利用遗传改造来阻止实验室生物在可能性非常小的事件中存活及繁殖,甚至逃至生态系统中。针对CRISPR技术,研究小组开发的分子约束机制通过操控这些生物学元件来阻止基因驱动在野外起作用。通过分开导向RNA和Cas9蛋白,使得它们不在同一生物体内共同编码,或插入一个人工序列到靶基因中,基因表达只会在实验室生物体中激活,因此无法在野外发挥作用。(Nature Biotechnology)
 

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来源:基因农业网

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