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    生物技術前沿一周縱覽(2014年3月28日)

    2014-07-02 20:59 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    成功克隆第一個稻米品質關鍵基因Chalk5
     
    堊白是灌漿期胚乳淀粉粒和蛋白質顆粒排列疏松而充氣所形成的白色不透明部分,它極大地影響了稻米可食用性產量(整精米率),同時對稻米外觀品質(透明度)、蒸煮食味和營養品質(直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質含量)等都有很大的影響,因此,堊白是評價稻米品質的最重要指標之一,也是水稻優質和高產的重要限制因子。多年來,科學家們一直致力于尋找控制堊白的關鍵基因。經過10年的努力,我國科學家成功克隆了第一個稻米堊白率的主效基因Chalk5,并對其調控堊白形成的分子與細胞學機理進行了深入研究,這為解釋稻米產量與品質的矛盾與統一提供了遺傳與分子證據。研究成果不僅為優質稻米的分子育種提供了目標基因,還為水稻優質育種實踐提供了理論指導,也為進一步闡明作物品質調控的生物學機理提供了理論依據。(Nature Genetics
     
     
    普通野生稻化學計量特征的地理格局研究取得重要進展
     
    氮(N)、磷(P)元素作為生態系統生產力最重要的兩個限制性元素,在植物的生長、發育、群落構成以及生態系統的組成、結構和功能等方面發揮著極其重要的作用。國家二級保護植物普通野生稻廣泛的地理分布與環境異質性,導致其化學計量特征的地理梯度變異。對該地理格局的研究可以幫助我們進一步了解普通野生稻-養分關系,區分氣候和土壤因子的相對貢獻,探討普通野生稻應對環境變化的適應策略。研究人員考察了我國6個省份34個普通野生稻的自然種群,并開展了同質園移栽試驗。通過分析葉片養分特征(N、P含量)與地理分布和環境變量的關系,評估了普通野生稻N、P元素化學計量特征的地理變異。結果表明,自然種群中普通野生稻的葉片P含量與緯度和年均溫緊密相關,而N含量與年降水量相關;葉片的N、P含量均與土壤速效P含量正相關,而與土壤速效N含量負相關。進一步分析發現,普通野生稻的化學計量格局在種群間產生了基因型×環境的交互作用,是表型可塑性與遺傳分化共同作用的結果。(Plant Biology
     
     
    抗病小麥育種的新方法
     
    即便已經使用了殺菌劑,黃斑?。╕ellow Spot)仍能引起每公頃超過0.35噸的小麥產量損失,按此計算,會對澳大利亞農業產業造成每年大約2.12億美元的損失。研究人員找到一種方法,通過去除小麥種質資源中的疾病敏感性基因,病原體就很難接近小麥造成損害,從而培育沒有負面因素的抗病小麥。該研究成果將能幫助育種人員培育出病害損失降低60%到80%的作物。此前,由于缺乏分子標記,如真菌危害作物的效應蛋白等,抗黃斑病和小麥穎枯?。⊿eptoria Nodorum Blotch)的育種工作非常耗時。這項研究提供的技術第一次允許育種人員進行穩定和持久的抗病性改良,而不影響農民的收入。育種人員也能夠將更多的時間和資源,用于提高產量、抗銹病和抗凍性的育種工作。研究小組在西澳大利亞小麥生產區,研究了不同小麥品種遭受自然病害和脅迫時的產量損失。將攜帶疾病敏感基因的小麥品種,與缺乏這些特殊基因的小麥品種進行比較,發現缺乏這類基因的小麥品種并沒有表現出產量損失,在某些情況下,面對病害時其產量反而增加。如果去除一個敏感基因,就會有最小的關聯風險,這將是提高抗病性的一個安全而簡單的策略。并且由于針對抗病性的直接QTL定位并沒有產生有用的分子標記,而此研究直接著眼于小麥識別病原體的遺傳位點,利用較早開發的一個程序,可以輕松確定這些位點,從而能夠繞過QTL定位。(Plant Pathology
     
     
    UV-B光信號轉導研究取得重要進展
     
    UVR8蛋白是近年來新鑒定出的植物UV-B光受體。不同于具有外源生色團的其他光受體,UVR8利用自身的色氨酸作為生色團。在無UV-B光照時,UVR8依靠以精氨酸R286和R338為中心的分子間氫鍵形成穩定的同源二聚體;UVR8色氨酸W233和W285行使內源生色團的功能。當接受UV-B光照時,這兩個色氨酸的吲哚環電子被激發,破壞了它們與相鄰精氨酸之間的電荷作用,影響了R286和R338在二聚體結構中的穩定性,從而破壞了同源二聚體分子間的相互作用而產生單體。然而,此前擬南芥UVR8如何基于這些結構特性在植物體內感受UV-B光信號并完成下游信號轉導不得而知。研究人員通過構建一系列擬南芥內源UVR8突變型蛋白以及系統的生理生化分析,發現UVR8蛋白的構象變化并不足以促使植物進行UV-B光信號轉導,揭示了UVR8單體與COP1蛋白形成復合體的多少是決定植物對UV-B光信號的敏感性的關鍵因素。目前,UVR8蛋白的生化特性已引起生物技術領域的廣泛關注,被改良應用于光調控蛋白質互作、光誘導基因表達等動物實驗體系。因此,該項工作亦為UVR8蛋白應用于非植物源體系的蛋白質工程研究提供了科學借鑒。(PLoS Genetics
     
     
    植物生長素的調控作用
     
    植物的葉片形狀千變萬化,有披針形、矛形、腎形、菱形、箭頭形、卵形、圓形、勺形、心形、淚珠形、鐮刀形等。這些形狀的生成取決于植物生長素的分配,而生長素決定著植物細胞分裂和伸長的速度。一個簡單的分子能夠塑造如此復雜多變的形狀,是因為生長素能與大量控制基因表達的蛋白相互作用類施加影響。近年來,隨著越來越多此類蛋白的發現,生長素的信號傳導機制也越發更加復雜。研究團隊對生長素信號網絡中的蛋白進行了研究,找到了理解整個網絡的關鍵所在:關鍵轉錄因子ARF7的晶體結構被解析。該蛋白的互作區域折疊起來,形成分別帶正負電荷的兩面,像一個磁鐵,被稱作PB1結構域。這樣的結構區域允許蛋白相互吸引,形成長鏈或寡聚物。通過這些鏈的長度變化,植物可以精密調節不同細胞對生長素的應答,產生細微的結構差異。塑造葉片形狀只是植物生長素多種作用之一,其他還包括幫助植物向光源彎曲、根系向下生長、枝條向上生長和果實發育等。在生長素及其影響的基因之間,涉及了大量的蛋白,這些蛋白組合在每個細胞中都不同,整個系統相當復雜。此項研究結果顯示蛋白間的相互作用不只局限在兩個蛋白之間,可能涉及了數百個蛋白。(PNAS
     
     
    揭示植物頂端彎鉤發育的激素調控分子機制
     
    土中生長的幼苗會形成頂端彎鉤(apical hook),頂端彎鉤是一種至關重要的結構,可在植物通過土壤突出時,保護其子葉和頂端分生組織免受機械損傷,而頂端彎鉤形成缺陷突變體難以從致密的土壤中出土見光生長,因此對頂端彎鉤形成機制的研究有助于提高植物成功出土的概率,保證幼苗正常生長,進而提高作物產量。光和多種植物激素參與調控頂端彎鉤的形成。HOOKLESS1(HLS1)是調控頂端彎鉤形成的一種關鍵因子,其缺失突變導致植物不能形成頂端彎鉤。HLS1是乙烯(ET)激活的轉錄因子EIN3的一個直接靶基因。植物激素茉莉酸(JA)和ET可協同調控植物防御和器官發育,但除了協同互作外,兩者之間還存在拮抗作用,表型之一就是乙烯加劇黑暗生長的種苗形成頂端彎鉤,而JA抑制這一過程,但潛在的分子機制還未知。該項研究指出,JA可通過減少HLS1表達來抑制頂鉤的形成。進一步證實,JA激活的轉錄因子MYC2可通過至少兩層調控,抑制EIN3功能并減少HLS1表達。研究結果揭示了在植物頂端彎鉤發育期間JA和ET之間拮抗作用的分子機制,并為植物生長和發育調控過程中的多種激素相互作用,提供了新的見解。(Plant Cell
     
     
    廉價、快速和詳細的蛋白質分析新技術
     
    一種創新性的蛋白質分析技術,可實現廉價、快速和詳細的蛋白質分析,獲得詳細的蛋白質信息,包括翻譯后修飾和遺傳變異信息。研究人員利用質譜免疫(MSIA)技術——一種高通量的蛋白質定量技術,獲得了詳細的蛋白質信息,包括翻譯后修飾和遺傳變異,可進而開發新的分析方法,尋找癌癥、糖尿病和心臟病相關的蛋白質生物標記物。該高通量方法,可以每天超過1000份人組樣本的速度,定量和定性胰島素樣生長因子1(IGF1),產出率可與ELISA相提并論。利用質譜法可以很容易地在蛋白質水平上識別表達的遺傳變異(SNPs)并可找出翻譯后發生的一些變化。與翻譯后蛋白改變相結合的一個已知基因多個變異的復雜情況,即微觀不均一性(Microheterogeneity),產生的蛋白質變體在各種疾病中發揮重要的作用,但是研究人員一直很難識別這些變體。當前許多蛋白定量的臨床標準是酶聯免疫吸附測定法(ELISA),微觀不均一性會產生干擾。質譜法分析能夠解決干擾問題,還能產生ELISA不能獲得的豐富的蛋白信息。與用蛋白酶消化蛋白質,提取得到的小肽片段用于質譜法分析的“自下而上法”不同,該研究的這種平臺,是一種所謂的“自上而下”的蛋白質定量分析方法,能夠捕獲一個完整長度的蛋白質和任何完整的蛋白質變體,使研究人員能夠快速地分析蛋白質及其變體。(PLoS One
     
     
    可用于可卡因解毒的一種超快酶
     
    名為butyrylcholesterase (BChE)的酶能結合和代謝各種不同的分子,包括可卡因。然而,用BChE使可卡因化學失活的速度相當慢??蒲腥藛T采用計算方法來預測BChE中能加快這種酶的可卡因轉化速度的一系列突變。這些改變將該酶的催化速度提升到了與乙酰膽堿酯酶(自然界中已知最快的酶之一)相當的水平。進而發現,優化過的BChE變體如果在一劑致命的可卡因注射之前通過靜脈注射的話,能增加大鼠的存活率,說明這種酶在可卡因解毒方面可能具有治療潛力,有可能被用于可卡因解毒。然而,如果在高劑量的可卡因注射之后再注射BChE變體是否仍有療效還有待證明。(Nature Communications

     

    來源:基因農業網

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