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    生物技術前沿一周縱覽(2014年8月15日)

    2014-08-15 13:11 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    植物如何生長和發育?
     
    一小團看似相同的細胞,如何發育成一株具有莖、葉和花的完整植物?很長一段時間以來,植物組織的形成機制仍不明確??蒲腥藛T通過模型構建同時用數學工具箱模擬植物發育,描述了所發現的共同機制。當胚胎只包含四個維管前體細胞時,維管組織的模式形成就已經發生。在植物維管組織發育過程中,一個基因網絡控制著細胞分裂的方向。這個網絡打開一組可引起植物激素——細胞分裂素生產的基因,反過來,又調節細胞分裂和分裂的方向。研究發現四細胞階段不是簡單的一團相同細胞。一個共同的細胞壁連接,結合植物激素生長素濃度的一個輕微差異,確保四個細胞進一步發育成一個包含不同細胞類型的完整維管組織。并且,在生長素含量高的那些細胞中,這個網絡的局部活性,可導致鄰近細胞的分裂,從而充當整個組織的一個組織者。因此,相同的基因網絡通過定向細胞分裂,控制著生長和模式形成,從而引起不同的細胞類型。(Science
     
     
    提出植物生長素起源新觀點
     
    生長素是影響植物發育過程最重要的激素之一,可調控頂端優勢,細胞延伸,維管束分化,脫落抑制和其它過程。生長素在植物發育過程中的重要性也使其在光合生物中的分布備受關注,并爭議不休。研究人員通過對植物生長素主要合成途徑中色氨酸氨基轉移酶 (tryptophan aminotransferase)和黃素單加氧酶 (flavin monooxygenase)兩個關鍵基因家族進行分析,認為沒有可靠證據支持生長素在藻類起源的觀點。其合成途徑是垂直和橫向遺傳的嵌合體,并起源于早期陸生植物。第一次清晰地證明了植物生長素主要合成途徑是陸生植物的一個主要創新,闡明了其進化機制。并推斷植物生長素最早可能參與植物與微生物相互作用,并滿足植物自身發育調控的需要。(Trends in Plant Science
     
     
    Os-AKT1介導水稻K+吸收的調控機制
     
    植物根系從土壤中吸收K+,主要是由鉀離子通道和轉運蛋白介導,它們的轉錄可能被誘導,活性可能被增強,以響應K+缺乏脅迫。在擬南芥中,At-AKT1已被確定為一個內向整流K+通道,在細胞吸收土壤中K+的過程中,起著至關重要的作用。At-AKT1的功能缺失會導致K+吸收減少,使植物對低鉀脅迫高度敏感。水稻是世界上最重要的糧食作物和主食,水稻產量和質量明顯依賴土壤中的K+供應。然而,水稻根部的K+吸收機制仍不明確。Os-AKT1是幾種已獲得基因序列的鉀離子通道和轉運蛋白之一,研究人員分析了Os-CBL1和Os-CIPK23對Os-AKT1的調控。結果表明,Os-AKT1介導的水稻根部K+吸收是由Os-CBL1-Os-CIPK23復合體所調控的。(Plant Cell
     
     
    彌勒苣苔的復蘇機理及超低溫保存研究
      
    彌勒苣苔(Paraisometrum mileense W. T. Wang)是苦苣苔科 Gesneriaceae 彌勒苣苔屬 Paraisometrum的唯一物種。該物種原以為已滅絕百年,最近被昆明植物所的研究人員重新發現,是一種復蘇植物 (resurrection plants),具有研究和發掘植物抗旱機制和基因資源的重要價值。該研究組解析了彌勒苣苔復蘇過程中的膜脂分子變化,發現其具有與眾不同的復蘇機制,沒有膜“傷害、修復”的過程,而是維持質外體膜的穩定不變,直到致死性的脅迫臨近時,膜系統突然崩潰。此外,根據彌勒苣苔的膜脂降解過程的獨特性,研究者提出一種新的植物耐受干旱的機制,即植物降低磷脂酶D的活性以阻滯流經磷脂酸庫的膜脂降解過程,使得其能夠在一定的脫水脅迫下能夠維持膜的完整性;當致死脅迫來臨,所產生的大量膜脂降解“沖入”二脂酰甘油庫,膜脂降解才得以往下游行進,致使膜崩解。彌勒苣苔以這種機制演繹了“維持或者崩解”的耐旱策略。為了更好地保存彌勒苣苔的種質資源,該課題組還對彌勒苣苔開展了超低溫保存研究,超低溫保存莖尖的再生率達到86%。該研究也為苦苣苔科植物通用性超低溫保存方案的建立奠定了基礎。(PLoS ONE
     
     
    新改良打破CRISPR的局限
     
    CRISPR與Cas9的組合已經成為了一個通用工具,被用來對真核生物進行位點特異性的基因組編輯。CRISPR/Cas9基因組編輯系統能夠在基因組中精確去除或改寫基因,但這一技術也存在著一些局限。許多研究者都在努力對CRISPR/Cas進行優化,試圖減少它的脫靶效應,拓展它的應用范圍。CRISPR/Cas體系包括一個稱為Cas9的DNA剪切酶,和一段與目標DNA片段匹配的引導性短RNA(gRNA)。目前的情況是,gRNA一般只能靶標以鳥嘌呤開頭的序列。最近研究人員通過調整gRNA的表達載體打破了這一限制,使其也能靶標以腺嘌呤開頭的基因組位點。此前人們普遍是用U6啟動子來表達gRNA。在這種情況下,依據堿基互補配對原則,gRNA識別的序列以鳥嘌呤起始,其后跟著20個核苷酸,最后以兩個鳥嘌呤結束(GN19NGG)。采用了另一種啟動子(H1啟動子)來表達gRNA,并在此基礎上成功對內源基因進行了編輯。使用H1啟動子時,轉錄本的第一個核苷酸既可以是鳥嘌呤也可以是腺嘌呤,也就是說CRISPR此時也能靶標AN19NGG這樣的序列。這項研究,將CRISPR技術在人類基因組和其他真核生物中的可靶標位點增加了一倍多,進一步提高了這一技術的實用性,這一新成果為基因工程等領域帶來了更大的靈活性。 (Nature Communications)
     
     
    SWEET蛋白家族概要
     
    SWEET 是新發現的一類糖運輸蛋白,廣泛存在于真核單細胞生物、高等植物以及動物中。它們在生殖發育、植物與微生物的相互作用、植物的逆境反應及衰老等許多方面起重要作用。研究人員在該評述文章中概述了真核生物及原核生物中(Semi)SWEET 蛋白的研究進展和蛋白結構與功能的相互關系, 同時對 SWEET 研究中存在的問題和可能的解決途徑提出了探討和展望。文章指出,目前對 SWEET 蛋白的研究才剛開始, 但其重要性已經顯現。而動物細胞(包括人)含有 SWEET 數量相對較少, 而且相關研究報道也非常有限, 但其重要性不容忽視. 例如, 人類細胞中唯一的 SWEET 蛋白HsSWEET 具有運輸葡萄糖的能力, 它可能在肝臟對血糖濃度控制以及小腸對糖的吸收上發揮重要作用, 所以弄清人以及動物體內 SWEET 蛋白的生理功能同樣值得期待。(中國科學·生命科學
     
     
    葫蘆素E有望成為治療三陰性乳腺癌的新藥
     
    尋找新的三陰性乳腺癌(TNBC)的治療藥物是乳腺癌研究的熱點之一。葫蘆素E(CuE)是葫蘆素提取物中的主要組分之一,目前CuE在三陰性乳腺癌治療方面的效果尚未報道。研究人員研究了雪膽提取化合物的抗腫瘤活性,發現CuE是12種化合物中最有效的抗癌化合物。CuE在諸多癌細胞系(包括胃癌、肝癌、骨肉瘤和乳腺癌等)中具有明顯的抗癌活性,進一步研究發現CuE的IC50(半致死劑量)在較低濃度(10-70 nM)就能對5個不同類型的TNBC細胞系起抑制增殖的作用,其中,MDA-MB468和SW527細胞系對CuE最為敏感。后續實驗證明,CuE能將這兩種TNBC細胞系阻滯在G2/M期,進而誘導細胞凋亡。CuE減少多個促進細胞周期進程和抑制細胞凋亡的蛋白,包括CyclinD1, XIAP, Survivin, Bcl-2和 Mcl-1,并且能激活JNK信號通路,抑制AKT和ERK信號通路。這些研究結果表明CuE將可能成為治療TNBC的新藥物。(PLOS ONE
     
     
    新型實驗動物中國樹鼩的藥物靶標分析
     
    創新藥物的研發依賴優良的實驗動物和疾病動物模型,以用于候選化合物的藥效學,藥理學和毒理學評價研究。目前藥物研發中廣泛使用嚙齒類動物(大鼠,小鼠),由于與人種屬差異較大的原因,獲得的研究結果經常與人相距甚遠,造成藥物研發在大量投入后的最終失敗。
    樹鼩(tree shrew)是靈長類動物的近親,而且作為實驗動物具有個體小、繁殖快,易于飼養等有利特點。為了系統評估樹鼩作為藥物研發實驗動物的特征和優勢,昆明動物所研究人員在前期參與解析樹鼩全基因組基礎上,首先開發了一種可用于藥物靶標預測和基于模型藥靶評價的有效方法,進一步在基因組和轉錄組的層面上對中國樹鼩進行了系統全面的藥物靶標預測和分析,樹鼩與人的一致性使樹鼩在心血管疾病藥物的研發和評價中將更接近人體的效應。該成果不僅為發展中國樹鼩作為新型實驗動物用于新藥研發相關的藥效學,藥理學和毒理學評價提供了系統的基礎信息數據和科學依據,也揭示在特定藥物研發中使用樹鼩作為實驗動物的獨特優勢。(PLoS One
     

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