生物技术前沿一周纵览(2014年2月7日)

2014-07-02 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

植物激素调控菌根共生的分子机理

菌根是指植物与土壤中的菌根真菌形成的共生体,分布广泛,超过80%的陆生植物都能够与菌根真菌形成共生体。植物-菌根真菌共生是植物由水生向陆生植物进化所必须的,植物-菌根共生的建立在自然界有巨大的竞争优势。在植物-菌根共生中,真菌一方面从植物获得碳源等有机物作为自己的营养,另一方面能够帮助植物高效吸收土壤中的磷、氮等营养元素,显著促进植物的生长。研究植物-菌根共生可能为降低农作物对磷肥和氮肥的利用提供理论基础。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王二涛研究组研究发现,GA处理植物导致菌根共生能力下降,且呈现出浓度依赖的表型,而与共生相关的下游基因的表达也受到明显的抑制。而植物GA信号通路关键基因DELLA突变体不能与菌根共生,预示着DELLA可能是GA调节植物生长和菌根共生的关键基因。研究人员通过酵母双杂交筛选等试验,获得DELLA的互作的GRAS类型的转录因子DIP1,并且DIP1突变导致植物菌根共生能力的下降。进一步的研究表明,DIP1能够与调控菌根共生的转录因子RAM1直接相互作用,从而调节植物中参与菌根共生下游基因的表达。该研究详细揭示了植物-菌根共生的转录调控机理,并阐明植物激素赤霉素通过DELLA蛋白调节菌根共生的分子机制。(Cell Research

调控细胞有丝分裂的新机制

有丝分裂是细胞将遗传物质染色体分配到两个子细胞中的过程。有丝分裂异常会引起细胞病变甚至死亡,并在多细胞生物中导致遗传疾病或肿瘤的发生。有丝分裂期通常也是细胞丧失其生理功能的时期。因此,有丝分裂过程受到复杂而精细的调控,以保证其既快速又准确。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所朱学良研究组利用超高分辨率荧光显微术等技术证明,与微管侧面结合的动粒实际上比未结合微管或已稳定结合微管的动粒含有更多的检查点蛋白质。进而利用小鼠胚胎干细胞所进行的筛选中发现一个能够影响有丝分裂的锌指蛋白BuGZ。该蛋白质定位于纺锤体上,是一个纺锤体基质(spindle matrix)蛋白质。在细胞内干扰BuGZ的功能会引起动粒与微管稳定结合效率的下降,导致染色体排列散乱、有丝分裂阻滞和细胞死亡。深入的研究发现,BuGZ能直接结合Bub3并保护细胞浆中的Bub3不被降解,维持Bub3蛋白质的较高水平。BuGZ还能直接结合微管,而且这种结合可以促进Bub3以及BubR1和Cenp-E在与微管侧面结合的动粒上的定位,从而有利于动粒实现向正面结合微管的状态的快速转变。该研究成果不仅揭示了保障有丝分裂高效性的一种新机制,还揭示了纺锤体基质这一近年发现的新结构的新功能。(Developmental Cell

在活体中探测RNA结构

由于是单链的,所以RNA能够通过分子间和分子内的碱基配对采取多种不同的二级结构。一系列研究让我们对RNA结构在活体中的种类、动态和功能影响有了一个深入认识。Sarah Assmann及同事对模式植物拟南芥的超过1万个转录体进行了活体RNA结构分析。他们所采用的“结构-序列”方法将活体化学(DMS)探测和下一代测序相结合,在全基因组尺度上提供单核苷酸分辨率。研究显示,不同结构模式与编码区域、剪接点和多腺苷酸化点相关。将这些结果与通过早先的技术获得的结果所做比较显示,虽然对一些类别的基因的预测是相当准确的,但对其他基因(如在应激反应中所涉及的基因)的预测则很差,而这可能反映了使得它们更适应那种条件的变化。Jonathan Weissman及同事也建立了一个“DMS-序列”方法,来以单核苷酸精度对酵母和哺乳动物细胞中的RNA结构进行全面监测。通过将他们的发现与非活体数据相比较,作者得出结论认为,细胞内的结构要比所预料的少。甚至热稳定的RNA结构的性质在细胞中也可以被改变,这说明了细胞过程在调控RNA结构中的重要性。 Howard Chang及同事提出一个不同的问题:RNA二级结构在相关个体中是怎样在“全转录组”层面上改变的?通过计算两个家长和他们孩子的RNA二级结构,他们发现,被转录的单核苷酸变体中大约15%影响局部二级结构。这些被称为 “RiboSNitches”的结构在某些地点被耗尽,说明在那个点上某一具体RNA结构是重要的。这项研究表明,关于RNA结构的变化(尤其是那些由遗传变异所造成的变化)会怎样改变基因表达还有很多东西需要了解。(Nature1,Nature2,Nature3

调控性lncRNAs历史非常悠久

我们对“长非编码RNA”(lncRNAs)的演化史知之甚少,但这方面的信息可以帮助了解它们的功能。为此,Henrik Kaessmann及同事发表了对11种四足动物的全部lncRNA及表达模式所做的首次大规模演化研究。他们识别出了超过1万个灵长类特有的lncRNAs和大约2500个高度保守的lncRNAs,其中大约400个很可能起源于至少3亿年前,这在四足动物历史上是非常早的。很多lncRNAs,尤其是那些更古老的,目前仍在积极的使用中,其功能可能主要是调控胚胎发育以及从精子生成到突触传递的其他功能。(Nature

一个组蛋白变体的伴侣分子

组蛋白H2A.Z是组蛋白H2A(真核细胞的染色质中所存在的标准组蛋白之一)的一个变体。H2A.Z在转录和其他细胞核过程中有重要功能。Ali Hamiche及同事发现人蛋白ANP32E是一个H2A.Z伴侣,能够促使H2A.Z从染色质中被清除。生化和结构数据指出了ANP32E识别和驱赶H2A.Z的分子基础,而全基因组图谱分析则揭示了ANP32E是怎样调控H2A.Z在基因组重要调控区域中之存在的。(Nature

水牛基因组图谱

水牛,是一种大型偶蹄动物,因其巨大的经济价值,被称为“黑金”。驯养的水牛在亚洲非常普遍,是肉、角、皮和奶制品生产的重要来源。目前,世界上的水牛提供了超过世界5%的牛奶,是东南亚地区的主要农用动力之一。考虑到水牛的重要性以及改良水牛品种迫切需要基因组相关的研究,Lal Teer携手华大基因于2012年3月份启动了水牛全基因组合作项目。1月24日,孟加拉Lal Teer畜牧科技公司与华大基因联合宣布水牛基因组图谱绘制完成。该项科研成果将为深入了解水牛这一物种的起源、驯化过程及其品种选育等奠定重要的遗传学基础。研究显示,水牛基因组大小约为2.77Gb,略小于人类基因组,共有21550个编码基因。同时,研究人员将水牛基因组与牛、马、熊猫、猪、狗等哺乳动物基因组进行了比较,并构建出水牛的进化树。而正在进行的个性化分析将更进一步地解析水牛这一物种的生物学特质,为选育水牛优良品种、实现产业转化奠定基础。该研究将为增强及确保孟加拉以及其他发展中国家的营养及食品安全奠定重要的基础。(华大基因

比目鱼性别决定机制及底栖适应机制

来自中国水产科学研究院黄海水产研究所、深圳华大基因研究院、哥本哈根大学、德国维尔茨堡大学、法国农业科学研究院和新加坡国立大学等单位的科研人员成功破译了迄今为止首个比目鱼——半滑舌鳎全基因组序列图谱,揭示了半滑舌鳎性染色体起源机制和比目鱼底栖适应的分子机制,同时为后续半滑舌鳎的遗传改良、新品种培育奠定基础,此外,研究人员还揭示了半滑舌鳎温度控制下的性别逆转现象的表观遗传调控机制,并发现了在这种表观遗传调控下的性别逆转的稳定遗传现象。半滑舌鳎(Cynoglossus semiliaevis)是中国特有的名贵经济海水鱼类,属于近海温水性底层鱼类。半滑舌鳎的性别决定类型为ZW/ZZ 型,雌性具有巨大的异形性染色体(W染色体)。科研人员对半滑舌鳎雌雄鱼分别进行了高深度全基因组测序、从头(de novo)组装和分析。通过性染色体在雌雄鱼基因组测序覆盖深度的不同,并结合高密度遗传连锁图谱(SSR和SNP),构建了Z染色体的精细图谱和对应的W染色体序列图谱。基于ZW同源基因推测的半滑舌鳎性染色体形成时间约为3000万年前。半滑舌鳎的性染色体和鸟类的性染色体都是ZW系统,它们各自独立的由同一套常染色体进化而来,属于趋同进化现象。研究人员推断半滑舌鳎的Z染色体在其性别决定过程中起着主导作用,而且Z染色体连锁的dmrt1基因同鸟类的性别决定基因(dmrt1)一样,表现出性别决定基因的表达特性。半滑舌鳎虽然具有性染色体,然而其性别并不完全由遗传决定,同时也受到外界环境的影响。研究人员对半滑舌鳎正常雄鱼(ZZ)、伪雄鱼(ZW)、正常雌鱼(ZW),以及伪雄鱼和正常雌鱼交配产生的子一代伪雄鱼(ZW)和雌鱼(ZW)的性腺进行全基因组DNA甲基化和转录组的比较分析,发现正常雌鱼性逆转成伪雄鱼之后,全基因组的DNA甲基化模型几乎变得跟正常雄鱼一模一样。而且,性逆转后发生的甲基化改变,显著富集于跟性别决定通路有关的基因。研究人员认为DNA甲基化调控对于半滑舌鳎的性别逆转有着多方面的重要作用。

从浮游生活到底栖生活是比目鱼早期变态发育的一个重要特征,它涉及到一系列的生物和表型特性,包括眼睛偏转、内脏器官移位、身体颜色变化、光感受能力以及其他方面的变化。科研人员从基因组和转录组水平出发,发现半滑舌鳎变态发育前后差异表达基因富集于底栖适应性相关的性状上,并筛选到可能与变态发育相关的15个正选择基因。此外,研究发现,暗视觉相关视椎蛋白(rh1)和长波敏感视杆蛋白(lws1)在底栖状态表达上调,而中波敏感视杆蛋白(rh2)在浮游状态表达上调,表现出对底栖生活的适应性。通过比较不同鱼类视觉相关基因,科研人员发现半滑舌鳎晶状体结构相关基因(crybb2和crybb3)发生了特异性丢失,另外3个晶状体结构相关基因则演变为假基因,表现出明显的视觉退化现象。而作为可能的补偿措施,半滑舌鳎具备强大的侧线器官以及形成了特异的感觉器官-乳头状突起。(Nature GeneticsGenome Research

稀土上转换荧光生物标记材料

与传统的分子荧光标记材料(如荧光染料)相比,稀土上转换纳米发光材料不仅化学稳定性高、荧光寿命长、潜在生物毒性低,而且由于采用近红外光源激发具有较大的光穿透深度、无生物组织自荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点,在荧光生物检测和成像等领域具有重要的应用前景。目前上转换纳米荧光标记材料发展的瓶颈问题是其量子产率低。提高上转换发光效率、探索新型高效的上转换纳米荧光标记材料一直是人们关注的焦点与努力的目标,也是该类材料能否获得实际应用的关键。 中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作,首次采用热分解的方法,通过高温前驱体注射包覆合成了发光性能优良的LiLuF4:Ln3+核壳结构上转换纳米晶。多层核壳包覆显著提高了纳米晶的上转换发光效率,其中Er3+和Tm3+的绝对量子产率分别达到5.0%和7.6%,为目前已报道单分散稀土掺杂上转换纳米晶的最高值。而且该纳米晶经表面修饰后可作为上转换荧光探针实现对疾病标志物的高灵敏特异性检测。例如,上转换异相检测人绒毛膜促性腺激素 β 亚单位(β-hCG,一种重要的肿瘤标志物)的检测限达到3.8 ng/mL,与正常人血清中β-hCG的水平相当。此外,该团队通过概念性验证实验,表明LiLuF4纳米探针是一种多功能生物标记,可用于多模态生物成像如计算机断层扫描(CT)成像和肿瘤细胞的上转换荧光靶向成像。(Angewandte Chemie International Edition) 

来源:基因农业网

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