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生物技术前沿一周纵览（2015年12月4日）

2015-12-05 | 作者： 基因农业网 | 标签： 生物技术前沿一周纵览

Nature推出基因组编辑专题
 
《自然》（Nature）杂志最新推出了一期名为“Genome editing”的专题，以11篇文章形式专题介绍了ZFNs、TALENs和 CRISPR–Cas9这三种主要的基因组编辑工具，基因组编辑在医学、农业、表观遗传学等各个领域广泛应用，胚胎基因组编辑，及基因组编辑面对的4大问题等相关内容。基因组编辑就是利用一些酶来靶向切割DNA序列，再借助细胞机器修复这些切割，以达到对基因组进行定点修饰目的的一项技术。这项技术能够实现精准地对基因进行改变。其中CRISPR–Cas9具有便捷、廉价、产物具有可扩展性，且能够用于多个靶向基因组位点等优势，相比ZFNs和TALENs得到了更广泛地应用（Nature）
 
 
系统改造提高基因组编辑的精度
 
如何减少CRISPR-Cas9基因编辑系统“脱靶”编辑错误，是当前该技术应用的主要技术问题之一。研究人员通过了解Cas9蛋白的结构，发现负电荷的DNA结合到了Cas9蛋白一个正电荷的凹槽中，从而减少脱靶切割，由此预测出用一些中性氨基酸来替代正电荷的氨基酸，相比于“靶向”序列，可以大大减少Cas9与“脱靶”序列的结合。最终确定通过改变化脓性链球菌Cas9酶的 3个氨基酸，可将“脱靶编辑”显著减少至无法检测到的水平。研究人员将这种新设计的酶命名为“增强型”化脓性链球菌Cas9（eSpCas9），可用于需要高水平特异性的基因组编辑应用。（Science）
 
 
红花苜蓿基因组草图发布
 
豆科植物可通过同化空气中的氮气，提高土壤的硝态氮肥力，在大量使用化肥之前，红三叶草和其他豆科作物对于作物轮作、改善土壤肥力是必不可少的。另外，红花苜蓿还是一种可以提供富含蛋白质的饲料，能够增加反刍动物乳汁中的ω-3脂肪酸。与白三叶草和其他豆类相比，红花苜蓿还具有一种高水平的酶，能使蛋白质被消化得更慢、更有效。加快合并有利于红花苜蓿在可持续农业中应用的性状，最近，英国科学家进行了红花苜蓿（Trifolium pratense L.）DNA的测序和组装，可帮助育种者改善这种重要饲料作物的有益性状。（Scientific Reports）
 
 
马齿苋应答干旱及高温胁迫的机制揭示
 
随着全球气候变化，干旱、高温胁迫对植物影响的研究受到关注。马齿苋作为一种药食两用植物，富含多种维生素和脂肪酸。对包括干旱和高温在内的多种胁迫具有较强的抗性。研究人员探究了马齿苋逐步响应干旱和复水的生理特征。研究结果表明，10天左右的干旱处理可明显提高马齿苋体内活性及脯胺酸的含量，叶绿素含量下降，电导率上升。而复水后3小时之内，多种生理指标迅速恢复，1-3 天后即恢复到对照水平。该研究不仅解析了马齿苋对复水的响应，同时也为马齿苋逆境条件下的适时采收提供了生理水平上的依据。（Scientia Horticulturae）
 
 
认识植物微生物组
 
植物上也具有复杂的微生物群落，它们在植物的生长和健康中扮演重要角色。植物所选择的细菌群落称为微生物组（microbiota），主要来源于自然土壤中存在的微生物，具有广泛的多样性。研究人员培养了模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）叶片和根中发现的细菌，利用这些代表性细菌菌株的纯培养集合，研究人员可以在实验室中重建拟南芥根和叶中的任何微生物组。这一研究成果，标志着使用定义微生物组的植物微生物生态学开启了一个新时代。（Nature）
 

筛选得到可提高浮萍淀粉积累的植物调节剂

水生植物浮萍具有生长速度快、生物量大的特点，而且能够高效利用废水中的氮、磷转化为生物质。特别是浮萍的品质优良，不仅木质素、纤维素含量低，而且淀粉含量高。这些优良品质和能将环境治理与生物质生产结合的特点使得浮萍已成为研究开发的热点。研究人员从21种植物生长调节剂中筛选出在富营养条件下对浮萍生长和淀粉积累均有促进作用的烯效唑，发现在喷洒烯效唑后浮萍相关内源激素水平及叶绿素含量发生变化。烯效唑通过调节内源激素和叶绿素生物代谢中的关键酶而改变内源激素水平，并增加叶绿素含量和净光合速率，最终导致生物量和淀粉积累的增加。这项工作为植物激素应用于浮萍后淀粉代谢调控的分子生物学研究提供了有价值的信息。（Biotechnology for Biofuels）


单细胞质谱新技术

单细胞研究是当前一个新兴领域。虽然单个细胞基因组学和转录组学可以通过DNA和RNA扩增进行分析，但却必须有微量的起始样品。研究人员开发了一种单细胞质谱分析技术，用以检测植物细胞代谢。借助于显微镜，通过微操作系统操控一个微小的毛细管针头刺入一块植物组织中，然后取出单个细胞，抽提其中的物质。细胞里毫微微升的物质与电离溶剂混合，再利用高电压电，将毛细针头中的材料射入质谱仪。这种方法也可以用于动物细胞分析。（Nature Protocols）    

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