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    生物技術前沿一周縱覽(2014年4月11日)

    2014-06-28 23:54 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    解析水稻株型發育新機制
      
    研究首次報道了一個同源異型框基因DWT1在控制現代栽培水稻穗整齊生長中的關鍵作用。水稻的生長形態如株型、穗型、種子粒型等都對水稻產量具有重要影響。水稻植株由主莖和多個分蘗構成,主莖和分蘗之間的穗整齊度是影響水稻產量的另一重要因素。不同于野生稻,現代栽培水稻在人類馴化過程中形成了穗整齊生長的特征,株內主穗和各分蘗穗在成熟時期高度較為一致,穗大小也更為接近。這一特征的形成有利于獲得更高的產量,但控制栽培稻穗整齊度的機制之前未見報道。通過對水稻突變體dwt1的研究,研究者發現位于水稻一號染色體上的WOX類基因DWT1(DWARF TILLER1)在突變后會導致水稻分蘗節間不同程度縮短,從而引起分蘗明顯矮化、穗變小,而主莖高度無顯著變化且穗變大,類似于頂端優勢加強的表型。進一步研究發現DWT1在穗的枝梗原基中表達,通過一種非細胞自主的方式影響到穗下莖節節間的細胞分裂和伸長。DWT1可能通過影響一個未知的信號分子在穗部的合成或運輸,調節穗下莖節中細胞分裂素的穩態以及莖節對赤霉素的響應能力,從而促進莖節伸長的這一重要發育過程。DWT1在分蘗穗中的表達水平顯著高于主莖中的表達水平,這一表達差異是造成主莖和分蘗高度差異的重要原因。(PLoS Genetics
     
     
    水稻磷信號途徑新結果
     
    對生物體來說,重要的是能夠感知其千變萬化的營養狀況,為獲得最佳的生長和發育,相應地改變其基因表達,植物尤其如此。磷(P)是植物生長的一個關鍵因素。雖然土壤中磷含量豐富,但是能被植物直接利用的無機磷含量卻很少。磷酸Pi(PO42-)是植物可利用的磷形式,在土壤中難溶,往往是植物生長的一個限制因素。植物已進化出一系列的自適應機制,能在低磷條件下提高磷的吸收和轉運。PHR1是水稻磷酸鹽信號的主要調節因子,可增強磷酸鹽饑餓誘導(PSI)的基因,使Pi脅迫條件下的Pi獲得增強。PHR2通過結合優先出現的順式元件P1BS(PHR1結合序列),作用于許多Pi饑餓誘導(PSI)的基因。然而,PHR2轉錄水平對Pi饑餓并不敏感,轉錄因子PHR2活性究竟如何調節。研究人員利用共免疫沉淀(Co-IP)分析,確定一個SPX蛋白家族Os-SPX4(SPX4)參與了Pi饑餓信號傳遞,充當PHR2的負調節蛋白。SPX4的穩定性,高度依賴內部的Pi濃度,當Pi充足時,SPX4通過與PHR2之間的相互作用抑制PHR2與其順式元件的結合,降低PHR2到細胞核的靶向性。當Pi缺乏時,可通過26S蛋白酶體途徑加速SPX4的降解促進PHR2到細胞核的易位,激活PSI基因的表達。這表明SPX4可在不同Pi條件下感知內部的Pi濃度,并調節適當的反應來保持植物體內的Pi內穩態。(Plant Cell
     
     
    禽流感病毒的歷史
     
    我們對RNA病毒作為對人類健康的威脅出現背后的因素仍然不是完全了解。研究者提出了跟蹤禽流感病毒演變的一個新方法。他們的宿主特異性“本地時鐘”(local clock)模型將各種不同病毒宿主世系的獨立分子演變速度考慮了進去。系統發育基因組分析表明在所有基因組區段存在一個一致的演化史,同時也識別出馬的H7N7世系是來自鳥類毒株的一個姐妹演化枝,也是來自人類、豬和馬的H3N8世系的一個姐妹演化枝,在19世紀與它們共享一個祖先。這樣所產生的西半球禽流感病毒世系隨后為1918年大流行的病毒貢獻了其基因組片段的大部分,同時也為1963年的馬H3N8獸疫世系獨立貢獻了基因組片段。(Nature
     
     
    能延長小鼠壽命的一種與糖相關的化學物質
     
    關節炎患者廣泛使用的一種飲食補充物能延長蠕蟲和衰老小鼠的壽命。與糖相關的化學物質“D-葡糖胺”(該物質被認為對人類使用是安全的,購買無需處方)是通過模仿含碳水化合物低的一種飲食的分子效應產生這種壽命延長效果的。能延長生物壽命的化學物質是人們迫切想得到的,但能夠可重現地延長小鼠壽命的并不是很多,一般被認為對人類使用安全的就更少了。研究者對比較“老”的、大概兩歲的小鼠使用了氨基糖“D-葡糖胺”,發現對兩種性別的小鼠它都能延長其壽命。通過研究該效應在蠕蟲身上的機制基礎發現,“D-葡糖胺”能降低葡萄糖代謝和增加氨基酸周轉。鑒于“D-葡糖胺”早就被人類使用,甚至高劑量也普遍被認為是安全的,“D-葡糖胺”有可能被廣泛用作干預手段,來延長人類的健康時間或壽命。(Nature Communications
     
     
    一個細菌集光復合物的結構
     
    光合作用生物能將太陽能轉化成細胞可以利用的一種形式。研究人員獲得了與Ca2+和各種輔因子結合在一起的一個完整的細菌“集光天線-反應中心”(LH1–RC)復合物的第一個接近原子水平的結構。LH1亞單元形成圍繞反應中心的一個環,細菌葉綠素和螺菌黃素輔因子位于該環內,Ca2+離子在LH1的周質(periplasmic)側。該結構顯示了能量是怎樣被高效地從集光天線傳遞到反應中心的,同時也為了解泛醌怎樣穿過一個封閉的LH1屏障提供了信息。(Nature
     
     
    利用二氧化碳生產蛋白質方面取得重要進展
     
    近年來,由于全球氣候、環境和能源問題,二氧化碳的封存、固定和轉化技術備受關注。光合自養原核生物藍細菌(Cyanobacteria)由于生長相對快、不產內毒素、表達外源基因不形成包涵體等優點,成為二氧化碳生物轉化的研究熱點。通過對藍細菌進行工程改造,已經可以將二氧化碳生物轉化為一系列酮、醇、酸等化學品。然而,在利用二氧化碳生產蛋白質方面,一直進展緩慢。目前在藍細菌中表達外源基因的啟動子多來源于大腸桿菌,但即便用最強的大腸桿菌啟動子,藍細菌中外源基因的表達水平仍然很低。研究者通過比對、分析不同物種啟動子及表達測試,發現并證明藍細菌基因組上的轉錄因子結合位點(Transcription Factor Binding Site,TFBS)對藍細菌啟動子強度起決定作用。據此提出了設計藍細菌啟動子時要考慮TFBSs的新原則,并開發了一個適用于藍細菌的超強啟動子Pcpc560。在Pcpc560的控制下,外源基因在藍細菌中的表達量可以達到可溶性蛋白的15%,與大腸桿菌中外源基因的表達水平相當。該研究為以二氧化碳為原料生產蛋白質和化學品提供了一個重要工具。(Scientific Reports
     
     
    發現噬菌體中存在病毒裂解支架蛋白
     
    大假單胞菌噬菌體編碼一種微管蛋白樣細胞支架蛋白,稱為PhuZ,它能在受感染細胞中形成一種紡錘體樣細胞骨架專為病毒裂解增長。雖然PhuZ蛋白有一個保守的微管蛋白折疊,但它們擁有一套獨特的結構特征,如,一個狹長保守的羧基端和一個缺少或截短的螺旋。研究人員利用低溫電子顯微鏡獲得高分辨率的PhuZ微管蛋白絲的三維結構,了解其組裝機制。除了揭露噬菌體微管蛋白形成一種異常的三股螺旋細絲外,這項工作還描述了在穩定細絲結構中如何拓展使得羧基端扮演多重角色,重排的細絲組件同時調節縱向和橫向細絲接觸。(Structure
     
     
    破解牡蠣玻璃護甲之謎
     
    牡蠣的外殼非常透明且堅固,在印度和菲律賓的一些城市,它被用來當作玻璃的替代品。但是,牡蠣外殼99%的組成物質都是方解石,這是一種只含有很少有機材料的易碎物質。牡蠣只有手指甲厚的外殼為何能夠在抵御多重撞擊時還能保持透明,令人造材料望塵莫及。當研究者用金剛石鉆牡蠣的外殼時,它能抵抗10倍于方解石承受力的壓力,且依然完好無損。在利用電子顯微鏡觀察牡蠣外殼的晶體結構后,研究者終于發現了它的秘密。當承受壓力時,牡蠣外殼的晶體結構也會相對扭曲,使得原子重組生成新的邊界,避免發生任何形式的破裂。該過程被稱為塑變雙晶,牡蠣能夠將垂直壓力水平驅散開,使得自己的殼可以承受多次重擊。此外,方解石層與層之間還存在有機物質,避免在水平驅散壓力時發生開裂。研究者認為,該研究成果能夠為新一代擋風玻璃提供堅固透明的材料,甚至能夠為軍人提供“透明裝甲”。(Nature Materials

     

    來源:基因農業網

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