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    生物技術前沿一周縱覽(2014年7月25日)

    2014-07-25 20:52 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    首個植物轉錄因子文庫發布

    科學家們借助自動化平臺,建立了首個植物遺傳學開關的綜合性文庫,以幫助全球學者更好地理解植物對環境改變的適應,培育更好的植物品種。該文庫的建立耗時八年,包含大約兩千個植物轉錄因子的克隆。轉錄因子是天然的遺傳學開關,它們能夠根據細胞適應環境的需求,控制基因的開關,調節基因的活性。研究者們可以通過操作這些轉錄因子改善植物的關鍵性狀,例如耐寒性和種子的量。該研究旨在構建高保真度的金標轉錄因子文庫,文庫中的克隆都來自開花植物擬南芥,其克隆儲存在微孔板中,可以發送給世界各地的科學家,服務于全球的植物研究群體,轉錄因子文庫將最終幫助我們在分子水平上理解植物的功能機制。(Cell Reports

    解析植物細胞程序化死亡

    絨氈層細胞程序化死亡(programmed cell death,PCD)是被子植物花粉發育的先決條件,蛋白酶,特別是半胱氨酸蛋白酶,是參與植物PCD最普遍的水解酶,它屬于一個大的酶家族,存在于動物、植物、和微生物中,在細胞內蛋白質降解和生物體PCD中發揮重要的作用。以擬南芥花藥為實驗材料,研究人員發現半胱氨酸蛋白酶基因CEP1控制花藥絨氈層的PCD進程。CEP1不僅直接參與細胞內和細胞壁蛋白的降解,而且通過影響質體形成、油脂合成等相關基因的表達來控制絨氈層細胞的降解和花粉成熟。該項研究不僅首次闡述了半胱氨酸蛋白酶在絨氈層細胞的適時降解過程中的關鍵控制作用,為進一步從細胞及分子水平上闡明植物花藥絨氈層PCD和花粉成熟的調控機制奠定了重要的理論基礎,而且證明了papain類蛋白酶是植物細胞PCD的關鍵控制基因,為進一步分析植物細胞PCD的調控機制,提供了有益而重要的理論參考。(Plant Cell

    解析植物抗白粉病信號級聯

    植物與病原微生物間存在信息的相互識別和相互干擾,并通過生物間信息流構成了復雜的相互關系,其中蘊藏著豐富的生物學問題。植物對種間信息進行識別和解碼,使其在與病原微生物共同進化的過程中進化出與動物相似的先天免疫及防衛系統。在這個過程中,絲裂原活化蛋白激酶MAPK級聯信號通路在調控植物抗性方面發揮重要作用,然而,植物如何調控MAPK信號通路還不清楚。研究人員利用擬南芥與白粉菌互作的研究體系,解析了植物調控MAPK信號通路的分子機理,為MKK4/MKK5參與植物抗病性提供了直接的遺傳證據,并揭示出植物通過EDR1負調控MAPK信號通路以精細調控植物抗病性的分子機制。這項研究為闡明植物先天免疫的分子機制和分子調控網絡奠定了基礎,并為未來選擇新型農藥的作用靶標提供了科學依據。(PLoS Genetics

    破解細菌中轉錄爆發的發生機制

    高度表達基因以隨機爆發的形式轉錄,這一現象也被稱為轉錄爆發(Transcriptional bursting)。但迄今為止,人們并不清楚這種廣泛存在的現象是如何發生的。為了在細菌中研究轉錄爆發的具體機制,哈佛大學和北京大學生物動態光學成像中心的研究人員開發了一個高通量的單分子分析技術,對各DNA模板的體外轉錄進行了跟蹤研究。研究人員在該項研究中發現,DNA片段在轉錄過程中建立的正超螺旋,會減慢轉錄的延伸,抑制轉錄的起始,最終讓轉錄過程停止;而旋轉酶與DNA的結合能使轉錄重新開始。同時還通過單細胞mRNA計數熒光原位雜交(FISH)發現,轉錄爆發的周期(duty cycles)依賴于細胞內的旋轉酶濃度。研究顯示,旋轉酶能夠從DNA上解離并重新結合,這是一個可逆的過程。這一過程能夠改變DNA片段的超螺旋水平,細菌中高表達基因的轉錄爆發就是這樣發生的。(Cell

    微生物組研究的理想模型

    近年來,科學家們逐漸意識到人類微生物組會對人體健康產生重要的影響,微生物研究受到了越來越多的重視。微生物群落成員的多樣性、豐度和相互關系,對整個群體有著決定性的影響。由于缺乏一個可控的研究體系,微生物群落的研究一直步履維艱。研究團隊從十個國家收集到了137種奶酪。他們對這些樣本進行測序發現,世界各地的奶酪皮上主要生存著二十四種全部可培養的細菌和真菌。而各種奶酪上的微生物群落主要有三種模式。在這些模式的基礎上,人們可以分析細菌和真菌在形成群落時的競爭與協作,研究這一過程所涉及的分子和機制。奶酪皮作為一個可控的實驗體系,無疑是微生物群落研究的理想模型,將幫助研究者們理解微生物群落的形成和功能機制。通過奶酪皮研究,理解各種細菌和真菌之間的相互作用,并分離一些抗菌物質。未來可以對微生物群落形成過程中是否存在特定的法則進行研究,并探索是否可以人為對此加以調控。(Cell

    普通狨猴全基因組測序完成


    由貝勒醫學院和華盛頓大學帶領的一個國際科學家小組,完成了普通狨猴(Callithrix jacchus)的基因組測序,這是第一份新世界猴的基因組序列,提供了關于狨猴獨特的快速繁殖系統、生理和生殖的新信息,進一步闡述了靈長類動物的生物學和進化。在靈長類動物的進化樹中,新世界猴代表著一個獨立的分支,與以前已經測定基因組序列的靈長類動物相比,它們與人類的關系更遠。這些基因組序列使研究人員能夠擴展自己的能力,來研究人類基因組及其歷史。同時也為利用狨猴的進一步生物醫學研究奠定了基礎,為未來人類健康和疾病各方面的相關研究開辟了新的途徑。(Nature Genetics

    小麥抗病關鍵生物技術研究獲突破

    普通小麥是異源六倍體,基因組龐大且含有高達80%-90%的重復序列,因此,針對小麥的基因功能研究及遺傳育種都非常困難。傳統突變育種方法,如EMS誘變、物理輻射等手段,突變的隨機性較大、效率較低,很難在六倍體的小麥里獲得多個拷貝基因同時突變的植株,從而不能獲得所需的農藝性狀。因此,需要快速、準確度高的方法來提高小麥的育種速度以滿足人類對小麥產量不斷增長的需求。白粉病是小麥的主要病害之一,嚴重影響到小麥的產量和品質,培育出對白粉病具有持久、廣譜、高抗特性的小麥抗病品種一直是育種上的重大挑戰。利用最新的TALEN和CRISPR/Cas9基因組編輯技術,科學家首次在六倍體小麥中對MLO基因的三個拷貝同時進行了突變,且誘導的突變在小麥里可以穩定遺傳到后代,并符合孟德爾遺傳規律,突變體材料經過一代或兩代自交,獲得了MLO基因不同組合的純合突變體,獲得了對白粉病具有廣譜抗性的小麥材料,將為小麥白粉病的抗病育種提供重要的起始材料。通過小麥白粉菌接種實驗,發現小麥MLO基因的三個拷貝在功能上存在冗余,這也可能是到目前為止在自然條件下或利用傳統育種手段而沒有獲得小麥MLO抗病材料的主要原因。該研究第一次在一個多倍體物種中證明可以對多個部分同源的基因同時并準確地進行編輯,同時展示了通過基因組編輯可以實現不同物種的育種信息資源共享。(Nature Biotechnology

    發掘CRISPR/Cas系統在水稻中產生突變的機制

    研究人員測試了2個水稻亞種(粳稻日本晴和秈稻Kasalath)11個靶基因中CRISPR/Cas9誘導產生突變的效率、特點、遺傳性及特異性等。對T0代轉基因植株的檢測表明,CRISPR/Cas9系統在所有11個靶基因位點都誘導產生了突變,突變效率高達66.7%,且超過一半(6/11)的靶基因位點在T0代獲得純合突變體。同時,CRISPR/Cas9誘導產生的基因突變在后代的遺傳傳遞符合經典的孟德爾定律。CRISPR/Cas9系統產生的突變類型分析表明,單堿基的突變類型超過70%,且大部分(53.9%)為單堿基的插入;超過10個堿基的突變類型僅為3.7%。通過全基因組重測序及檢測與靶序列高度同源的序列,研究小組僅在只有一個堿基不同的潛在脫靶位點檢測到突變,這表CRISPR/Cas9系統在水稻中有很高的特異性。因此,CRISPR/Cas9系統可實現對水稻特定基因的高效、可穩定遺傳的及特異性的定點突變。該項研究成果為CRISPR/Cas9系統在水稻中的穩定應用及進一步應用該技術提高水稻的產量、抗性及品質等提供了理論基礎。(Plant Biotechnology Journal

    來源:基因農業網

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