生物技术前沿一周纵览(2017年9月1日)

2017-09-01 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 生物技术前沿一周纵览(201791日)

大豆重要性状遗传网络解析取得新进展

 

不同复杂性状间的耦合是分子设计育种的关键科学问题。作物的产量、品质等大都是多基因控制的复杂性状,由于受到一因多效和遗传连锁累赘的影响,使某些性状在不同材料和育种后代中协同变化,呈现耦合性相关。研究团队对809份大豆栽培材料进行重测序(平均深度约为8.3×),并对其遗传多样性进行了分析,明确了这些材料的群体结构。进而,对这809份材料的84个产量和品质性状进行了连续多年多点的观测,发现不同性状间呈现不同程度的相关性。进一步地,该团队利用全基因组关联分析并结合新开发的上位性效应检测方法,对84个性状的调控位点进行了系统的全基因组扫描,共鉴定出245个显著性关联位点,并发现其中95个关联位点和其他位点存在上位性效应。一方面,这些关联位点很好地解析了单个性状的遗传调控。深入分析发现,基因是通过加性效应共同调控多个大豆油脂性状的形成。另一方面,这些关联位点揭示了不同性状间相互耦合的遗传基础。根据连锁不平衡分析,发现115个关联位点可相互连锁,并将所观测的51个性状联系起来,形成复杂的多性状多位点调控网络,该遗传调控网络很好地解释了不同性状间的耦合关系。 (Genome Biology)


                                      

 植物光合作用中高效捕光的超分子机器结构被被揭示

 

光合作用是地球上最为重要的化学反应之一。研究人员解析了处于两种不同条件下的豌豆C2S2M2超级复合物的单颗粒冷冻电镜结构,分辨率分别达到2.7埃和3.2埃,其中2.7埃分辨率的结构是目前世界上通过冷冻电镜单颗粒法解析获得的分辨率最高的膜蛋白结构。该项工作首次展示了植物C2S2M2型超级复合物的精确三维结构,该复合物总分子量达到140万道尔顿,是一个同源二聚体的超分子体系。两个结构中的每个单体分别包含了2827个蛋白亚基、159个叶绿素分子、44个类胡萝卜素分子和众多的其它辅因子。该项工作首次解析了CP24M-LHCII的结构,并指认了M-LHCII所特有的Lhcb3亚基;展示了不同外周捕光蛋白彼此之间以及它们与核心复合物之间相互识别和装配的位点和机制;在对豌豆C2S2M2超级复合物内部高度复杂的色素网络进行深入分析的基础上,揭示了外周天线捕获光能并向核心复合物传递能量的途径。(Science



GWD1
调控淀粉代谢并影响储藏根产量

 

木薯是全球第三大粮食作物,其储藏根可大量富集淀粉。研究人员利用第一个木薯T-DNA插入突变体storage root delay (srd,发现了导致储藏根发育延缓的关键基因是参与淀粉磷酸化的关键基因α-葡聚糖,水合二激酶1 (GWD1)。该基因表达严重缺失可抑制地上叶片临时型淀粉的及时降解,导致叶片大量富集淀粉,改变临时型淀粉粒的形态建成,影响光合作用及从源向库的碳水化合物分配,进而延缓储藏根的生长和发育。研究表明GWD1是通过磷酸化淀粉并与β-amylase共同协作来调控木薯淀粉的降解。 (Scientific Reports)



谷氨酸棒杆菌利用甘油合成稀少糖研究取得进展

 

稀少糖是在自然界中存在但含量极少的一类单糖及其衍生物,作为食品添加剂和医药中间体,在诸多领域发挥着重要作用。甘油是生物柴油的主要副产物,可以转化生产为高附加值产品,在微生物合成稀少糖中具有应用价值。研究人员以谷氨酸棒杆菌为出发菌,设计创建了以甘油为唯一底物合成稀少糖的新途径。通过构建磷酸二羟丙酮DHAP供体合成模块、3-羟基丙醛和L-甘油醛受体合成模块,利用具有底物高度特异性的醛缩酶催化羟醛缩合反应,获得了合成稀少糖谷氨酸棒杆菌工程菌株;进一步结合丙糖磷酸异构酶的调控与发酵条件优化,高效合成了5-脱氧阿洛酮糖(38.1 g/L)、L-果糖(20.8g/L)和L-塔格糖(10.3 g/L)等稀少糖。该研究中的合成稀少糖的模块化组装策略,对利用甘油生物合成高附加值化合物具有重要借鉴意义。(Journal of Agricultural and Food Chemistry)



附生苔藓对氮沉降的响应模式

 

苔藓植物因独特的形态结构及生理特性而对大气N沉降非常敏感,被作为大气N沉降的指示生物。研究人员在云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林中进行了为期2年的原位N沉降模拟实验,从多个尺度研究了树干附生苔藓(群落、生理及组织养分含量等指标)对不同N添加水平的响应曲线、生理机制,并估算了附生苔藓植物对N污染的临界载荷,其研究结果表明:1)超过一定浓度的N沉降(> 7.4 ha–1 yr–1)造成了附生苔藓群落盖度和物种丰富度的显著下降;2)过量N供给导致K, Mg等离子流失和叶绿素降解,引起附生苔藓植物碳(C)代谢的失衡,抑制苔藓植物的光合速率和生长,并对附生苔藓造成直接的毒害,从而影响到山地森林生态系统物种组成、多样性与分布;3)通过分析与比较,构建了亚热带山地森林附生苔藓植物响应N沉降的生理生态机制模型,并估算出该区森林附生苔藓植物对N沉降的临界载荷18 kg ha–1 yr–14)过多N添加造成森林附生苔藓植物的盖度及生物量下降,在一定程度上暗示了山地森林冠层附生植物群落中CN等元素向林下地表转移的趋向。 (Environmental Pollution)



黄病毒科
NS3蛋白酶-解旋酶协同作用新机制

 

目前已知的RNA病毒的基因组长度均不超过35kb编码容量非常有限。研究人员解析了一种新的“关闭式”构象的NS3全长晶体结构(PDB号:5WX1),结构中蛋白酶与解旋酶形成了由三个相互作用簇构成的面积达2200平方埃的分子内作用界面,首次发现了瘟病毒NS3可采取一种和蛋白酶顺式切割相关的构象,明确与反式切割不兼容。团队对此关闭式构象的生物学相关性进行了体外酶学验证,发现这一构象具有最优的解旋酶活性,通过点突变扰动该构象可导致解旋酶活性大幅降低。进一步通过在全长病毒水平的测试发现对上述三个相互作用簇的扰动均可不同程度地影响病毒滴度和病毒噬斑形成及尺寸,验证了晶体结构所揭示的关闭式构象对病毒复制的重要性。黄病毒科NS3不仅自身具有功能多样性,还直接参与调控病毒聚合酶的功能,研究成果不仅为全面阐释NS3的功能提供了重要依据,也为进一步研究NS3NS5B聚合酶的分子间调控机制奠定了基础。 (Journal of Virology)

 

 
科学家成功掌握CRISPR-Cas9系统开关

 

CRISPR-Cas9系统虽简单高效,但是无法在错误基因得到修复后停止剪切功能,而是可能继续修改正常基因,导致脱靶效应。科学家们一直期望从细菌天然系统中找到能及时关闭基因编辑过程的“安全闸门”。此前已经有至少7Cas9抑制蛋白(ACR蛋白)被发现,具有让细胞停止剪切和编辑的功能。研究人员选择了两种被证实能在人体细胞中抑制Cas9的蛋白进行了比较研究,发现它们具有完全不同的作用方式。ACRC1能与Cas9中结合DNA的两个重要氨基酸紧密结合,让Cas9失去剪切DNA的功能;而ACRC3通过让2Cas9分子形成二聚体改变其结构,让Cas9无法再与DNA结合。基于两种不同的机理,ACRC1能抑制多种不同的Cas9蛋白,具有广谱性,而ACRC3只能抑制一种名叫NmeCas9的蛋白。(Cell)

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