生物技术前沿一周纵览(2017年10月13日)

2017-10-13 | 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(20171013日) 

植物激素“核受体”作用机理

 

激素调控植物生长发育和对环境适应性的方方面面。研究表明,在茉莉酸信号转导中,植物Mediator的亚基MED25通过与“核受体”COI1直接相互作用,而建立了茉莉酸受体蛋白与RNA聚合酶II及染色质沟通的“桥梁”。研究发现,在“静息”状态下,MED25通过直接相互作用把COI1招募到核心转录因子MYC2靶标基因的启动子区域;当活性茉莉酸浓度升高时,MED25促进COI1依赖的对转录抑制子JAZ蛋白的降解。无论是在静息状态还是在激活状态下,MED25的作用都有利于MYC2对茉莉酸响应基因的转录调控。这表明茉  莉酸信号的识别实际发生在MYC2的靶标启动子区域。进一步研究发现,MED25还与组蛋白乙酰基转移酶1HAC1)相互作用,二者的相互作用可以选择性地调控MYC2靶启动子H3K9乙酰化,从而促进茉莉酸响应基因的转录表达。此外,HAC1MYC2靶启动子上的富集与活性依赖于COI1MED25。因此,MED25COI1HAC1依赖的H3K9乙酰化联系起来,以激活MYC2对茉莉酸响应基因的转录调控。(PNAS

 

 

禾本科作物成熟器官无法产生愈伤组织

拟南芥是双子叶模式植物,水稻和玉米是单子叶禾本科作物的代表。组织培养中可以利用生长素诱导外植物体产生愈伤组织,通过分子标记的方法发现,拟南芥和禾本科作物这些不同物种中不同的再生潜能细胞,都要使用OX11-WOX5分子通路来起始愈伤组织。WOX11的表达在这些物种中标记了愈伤组织创始细胞(founder cell),WOX5标记了新生的愈伤组织细胞。以上结果说明这一分子通路是被子植物进入愈伤再生的通用机制。拟南芥的再生潜能细胞(如原形成层)在成熟叶片中终身维持,因此能够在叶片的任何发育时期对其进行组织培养。但是禾本科作物的成熟叶片不再保留再生潜能细胞(如维管束鞘),这些细胞充分分化形成具有特定功能的组织,比如玉米的维管束鞘分化成了花环结构进行光合作用,水稻的维管束鞘分化为大型薄壁组织。因此在禾本科作物中,这些被分化的细胞丧失了成体干细胞属性,也就丧失了再生的潜能。拟南芥和禾本科作物在器官成熟过程中对维持再生潜能细胞采取的不同策略是它们成熟器官具有不同再生能力的原因。(Regeneration

 

 

植物中存在单等位基因表达

 

单等位基因表达(monoallelic gene expression)是指在二倍体生物的细胞中一个基因的全部转录本均来自一个等位基因的现象。研究人员将单细胞转录组的测定技术(single-cell RNA-seq)应用于植物细胞,并获得了两个水稻亚种(93-11Nipponbare)及其正反交后代(F1)的叶肉细胞的单细胞表达谱。利用93-11Nipponbare亚种之间的单核苷酸多态性,估计出F1细胞中两个等位基因的表达量。通过比较等位基因的表达量,定义出细胞中单等位基因表达的基因。研究表明,单个细胞中约三分之二的基因是单等位基因表达的。进一步研究发现,等位基因表达的独立性和随机性能够很好地解释细胞中单等位基因表达的现象。该研究在单细胞水平上揭示了单等位基因表达现象的普遍性和可能的机制,为进一步研究细胞内基因表达调控规律奠定了基础。(Science Bulletin


 

遗传互作网络对染色体上基因顺序的决定作用

 

真核生物基因在染色体上的呈线性排列。在多个物种中均有报道指出,基因的排列顺序不是完全随机的。然而基因有序排列的进化机制仍不明确。研究人员根据进化理论模型推测遗传互作网络是影响基因排列顺序的重要因素。研究者对基因顺序的形成进行了进化模拟计算,并对酵母遗传互作网络进行了系统分析,发现遗传互作网络是决定基因在染色体上排列顺序的重要因素。进一步,研究者成功地使用遗传互作网络预测了酿酒酵母的基因排列顺序。该研究揭示了遗传互作网络对于基因顺序进化的重要作用,同时也拓宽了我们对于基因组编码规律的认知。(Molecular Biology and Evolution

 

 

人参基因组被破译

 

数千年来,人参一直被认为是名贵的中药,具有滋补的功效。研究人员称测序了人参(Panax ginseng)基因组,并发现这个3.5 Gb的基因组是高度重复的。研究人员从一个杂合度低的人参品系中提取基因组DNA,并利用IlluminaHiSeq X平台开展双端测序。在过滤之后,他们将91X的高质量序列组装成3.43 Gb的基因组草图。研究人员发现,某些类型的人参皂苷集中在外皮等部位,而其他类型则更为普遍。于是,他们将根的不同部分分离出来,开展基因表达分析。转录组数据发现了数千个基因,它们在根的各个不同区域差异表达。研究人员指出,许多基因参与了代谢过程和刺激反应。研究人员发现,合成人参皂苷的甲羟戊酸通路中的多个酶都以多拷贝和异构体的形式存在于人参基因组中。还发现了225UDP-糖基转移酶(UGT),使其成为人参中最大的基因家族。UGT辅助人参皂苷的糖基化,也表现出组织特异的表达模式,其中一些在根部高度表达,而另一些在果实中表达。(GigaScience)

 

 

生态中心微生物群落稳定性研究获进展

 

宏观生态系统中生物多样性和生态系统稳定性的关系理论已讨论多年,但将这一理论应用于微生物生态系统中的适宜性实验较少,原因是环境微生物样本复杂度高、物种多样性高、难以处理。研究人员以MEC为模型系统,构建了不同微生物多样性梯度的反应器,探究其生物膜群落在环境pH扰动下的恢复能力与生物多样性之间的关系。研究表明,在宏观特征上,生物反应器模型在pH扰动下,性能表现出了良好的弹性恢复能力。同时,多样性水平高的生物膜群落在功能上可较快恢复,说明其响应环境干扰时具有更好的恢复性。通过运用分子生态网络分析发现,在恢复时间较长的微生物生物膜群落中,地杆菌(Geobacter)和甲烷短杆菌(Methanobrevibacter)两个优势菌属之间的负相互作用明显增多,意味着关键功能类群的内部资源或空间竞争可能会对生物膜群落的恢复力产生显著影响。这支持了宏观生态系统中生物多样性与生物系统稳定性的相关理论,也表明MEC反应器可作为模式系统用于微生物生态学的研究。(Molecular Ecology

 

 

深海微生物中发现抗生素

 

随着细菌耐药性的发展,抗生素耐药性已成为危害公共卫生安全的重大隐患。研究人员通过利用“深海环境营养匮乏,生活在深海的微生物为了争夺生存空间,会产生抗生素拮抗周边微生物的生长”这一化学生态学原理从深海微生物中筛选抗菌活性物质。经过活性筛选,他们从深海放线菌SCSIO 00652中分离到对G+菌和厌氧性G-菌具显著抗菌活性的含有氨基己糖结构单元的核苷类抗生素A201A,从深海放线菌SCSIO Zh16中分离到具有显著抗结核分枝杆菌活性的结构新颖的怡莱霉素。研究人员利用天然产物化学、分子生物学和生物化学等手段阐明了A201A分子中两个糖结构单元的生物合成和后修饰过程,首次发现并阐明了一个负责吡喃半乳糖和呋喃半乳糖互变的变位酶MtdL,并从利用生物合成技术构建的10个衍生物中筛选得到了一个对加氧西林耐药金黄色葡萄球菌(MRSA)的抑制活性为4 mg/mL且具有更好水溶性的衍生物des-N,N-dimethyl-A201A (PNAS, 2017)。(PNAS 

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