生物技术前沿一周纵览(2016年6月3日)

2016-06-03 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 解析番茄果实发育的调控机制

 
番茄栽培历史悠久因其基因组小、生长周期短,且与拟南芥、水稻、玉米等模式植物亲缘关系较远而成为了研究肉质果实发育和成熟的模式植物。现已获得大量番茄种质资源、突变体库、高密度遗传图谱、EST资源,且瞬时表达和稳定转化技术成熟。研究人员为了了解番茄果实发育过程中调节形态和解剖改变的功能元件和调控机制,利用开花后20天以及破色期(Breaking stage)时来自番茄品种‘Moneymaker’的果实组织构建出了全基因组高分辨率DNase I超敏位点(DHSs)图谱。通过搜索果实发育各个阶段DHSs的变异,研究准确地找到了与发育特异性基因相关的最有可能的超敏位点。通过检测这些发育特异性基因或抗坏血酸生物合成信号通路中一些基因DHSs上的结合基序(binding motif),揭示出促成植物成熟和专门代谢信号通路协调基因转录的常见调控元件。这项新研究工作将大大推动更好地了解番茄果实发育与成熟过程中基因的调控动态。(Molecular Plant
 
 
揭示光合碳代谢效率调控新机制
 
光合作用是光合生物利用太阳能将CO2和水转化为有机物并释放出氧气的过程,为地球上异养生命体的繁衍提供了物质保障。光合过程的第一步由CO2固定酶,即核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)所催化的,其活性决定着光合作用效率的高低。研究人员发现位于Rubisco活性中心的赖氨酸残基存在乙酰化修饰,特别是201位赖氨酸(Lys201)。Lys201乙酰化修饰会导致Rubisco酶功能的丧失。进一步研究表明乙酰化修饰在光反应和碳同化之间协调上扮演重要角色。研究人员发现植物相关代谢物的类似物乙酰氧基香豆素(AMC)能直接乙酰化Rubisco活性位点的赖氨酸残基,表明Rubisco酶乙酰化修饰可以由一些小分子代谢物来完成。同时,研究人员以香豆素为基本骨架设计了一系列的类似物,把各种修饰基团成功地转移到了Rubisco的活性中心的相关位点,实现了对Rubisco酶活力的正负调控。这为今后提高植物光合作用效率提供了崭新的思路。(Molecular Plant
 
 
能源草通过遗传改良提高生物量和品质
 
利用边际土地种植多年生能源草,在制备生物燃料的同时,能够有效降低温室气体的排放量,具有巨大的社会、经济和生态效益。柳枝稷(Panicum virgatum L.)属于禾本科黍属多年生C4高大草本植物,光合固碳效率高,且能够在贫瘠、干旱或盐碱等土地上种植,是生物能源与牧草饲料生产的两用作物。研究人员在柳枝稷全基因组水平鉴别了35个SPL转录调控因子基因,其中21个成员含有microRNA156的靶位点,且分属于4个不同的亚家族。进一步通过嵌合抑制子沉默技术(CRES-T)和microRNA靶位点突变与过量表达技术对其中的PvSPL1/2亚家族成员的生物学功能进行了详细研究,发现抑制该亚家族成员的转录活性,能够显著增加柳枝稷的分蘖数目和改变木质素的积累,从而获得生物量和细胞壁降解性提高的遗传改良株系。该工作通过基因工程技术成功实现了能源草生物量和品质的同时提升,不但为今后能源草商业化品种培育提供了新型的种质资源,而且也为能源草、牧草及其他重要禾本科作物(例如玉米)的分子设计提供了优良靶位点。(Biotechnology for Biofuels
 
 
揭示施加粪便有机肥对耐药发展和传播的影响
 
抗生素被广泛应用于畜禽养殖业中以防病治病、提高饲料利用率和促进动物生长。而全球多数土地耕种时仍使用粪便有机肥,但对有机肥对土壤、环境以及人类健康的影响却知之甚少;同时,从耐药发展的角度看,认识施加有机肥对全球耐药发展的关键是追踪耐药基因的宿主细菌的变化趋势。研究人员发现导致施肥后土壤耐药基因持留细菌有两类:一类为厚壁菌门中的梭菌科细菌,另一类为γ变形菌门中的假单胞菌、不动杆菌及甲烷氧化菌。其中维持四环素类抗生素耐药基因较高丰度的原因是梭菌科细菌以孢子形态在土壤中长期存活,而维持氨基糖苷类抗生素、磺胺类抗生素和酰胺醇类抗生素耐药基因较高丰度的原因是γ变形菌在粪肥营养的刺激下激增。以上研究结果首次清晰地描述了两个不同群落混合后携带耐药基因细菌的变化规律,更为重要的是,这些携带耐药基因的细菌与病原微生物具有很近的系统进化关系,有的甚至属于条件致病菌。这让人类重新思考粪肥施加对全球耐药发展的影响。(Environment Microbiology
 
 
植物气孔导度的环境响应模拟研究
 
气孔导度是衡量植物和大气间水分、能量及CO2平衡和循环的重要指标。研究人员从叶片和冠层两个尺度出发,在总结分析现有相关成果基础上,发现由于植物的遗传特性、测定环境、时间尺度等因素的差异以及未考虑各个环境因子的相互作用对气孔导度的影响时,气孔导度与环境因子的相互关系并未一致。对各单一环境因子与气孔导度的关系给出了生理学解释。并从根本上阐释了环境因子变化对气孔导度的影响。同时,提出了今后气孔导度的研究重点并给出了可行性方案。该项研究对于更好地认识植被与大气间的水热运移过程,合理评价植被在陆面过程中的地位和作用具有重要意义。(生态学报
 
 
光合作用复合物中的能量转移
 
一个光合作用细胞内光向可用能的转化发生在捕光复合物 (LHC)和光系统(PS)复合物内。要理解这一过程,关键是要知道激发能是怎样从周围LHC天线被转移到核心PS结构的。Zhenfeng Liu 及同事通过单颗粒低温电子显微镜确定了一个1.1-MDa 的植物PSII–LHCII 超级复合物的高分辨率结构。他们发现,该同型二聚体超级复合物的每个单体包含25个蛋白和133个色素辅因子。与蓝藻PSII结构相比存在一些差别,但最重要的是,能够对PSII–界面进行研究的能力使得研究人员可以对激发能转移通道做出可靠预测。(Nature
 
 
一个用于编辑RNACRISPR系统
 
近年的许多注意力聚焦于利用CRISPR-Cas来编辑DNA的能力,但特异性的针对RNA的系统则研究得较少。研究证实,一种细菌蛋白确实能被用作替代编辑方法;该蛋白被假设是一个可用于RNA靶向编辑的工具,就像CRISPR-Cas9以DNA作为编辑标靶的方式。这一发现对一系列的生物学应用都具重要意义,这些应用包括RNA的标记、修饰和调节。研究人员证明,来自细菌Leptotrichia shahii的C2c2可能是以RNA为标靶的候选蛋白。C2c2可被用来切断单股RNA,但双股RNA则不行;还有,它可在体内被用来敲出细菌的信使RNA。在测试C2c2在大肠杆菌中将特定DNA作为标靶的能力时,研究人员发现,这一效应器最初聚焦于它的标靶RNA,随后发生的则是第二阶段的RNA非特异性降解,因此有可能存在其它的RNA靶向免疫系统。进一步的研究将导致用于体内RNA操纵的可编程分子工具的研发。(Science
 
 
RNA编辑新工具开发
 
CRISPR-Cas9系统使用一段引导RNA(其与Cas9蛋白结合起来才能发挥作用)来靶定一段DNA,并裂解双链DNA。尚不清楚小RNA(asRNA)是否也能用来诱导Dicer处理和降解一段特定的RNA。研究人员开发出一种新的方法——命名为DICERi,用于基因沉默或RNA编辑。研究结果表明,与阴性对照相比,这种新方法能显著抑制靶基因的表达水平以及功能。接下来,该研究小组共转染了靶定Dicer的shRNA和对抗MALAT-1的asRNA,以确认抑制作用是由Dcier诱导的。DNA编辑或RNA编辑都已经广泛用于生物学和治疗学目的。它们能够特异性地激活或抑制DNA或RNA,以调节基因网络。这种新的方法是用于RNA编辑的一种新型、有效的工具,可能对于指导和重新连接基因网络,具有广泛的用途。(Oncotarget
 

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