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    生物技術前沿一周縱覽(2015年8月7日)

    2015-08-07 14:20 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     新型轉基因水稻既高產又環保

     
    水稻是全球超過半數人口的主要能量來源,對于人類的糧食安全有著舉足輕重的影響。然而,水稻的生長過程每年會釋放超過一億噸甲烷氣體,貢獻了全球17%的甲烷(溫室氣體)的釋放量。最新研究顯示,通過轉基因方法向水稻中增加一個基因SUSIBA2,可以讓水稻基本上不釋放甲烷而更加環保,而且淀粉合成量增加,導致食物含有的能量更多。SUSIBA2是一種只存在于植物的轉錄因子,參與調節糖分子誘導的基因表達,因而可能參與了能量分子從合成到固定下來的信號通路。兩個穩定的轉基因SUSIBA2水稻株分別命名為SUSIBA2-77 和 SUSIBA2-80。其中SUSIBA2-77和其對照組(日本晴水稻)的對比研究顯示,水稻開花期前,SUSIBA2-77的甲烷釋放量降低至10%,開花后28天,甲烷釋放量降至0.3%。SUSIBA2-77 和 SUSIBA2-80具有相似的甲烷釋放規律。(Nature
     
     
    遺傳突變分子機制研究取得重要進展
     
    突變是重要的生物現象,它提供了物種變異和演化的最原始材料。研究人員利用擬南芥、水稻等自花傳粉植物,構建了來自相同遺傳背景的、經歷一次減數分裂的純合體、雜合體及其分離世代,進而測序檢測遺傳突變的發生。在減數分裂過程中,雙親染色體間會密切的相互作用,這一時期同時也是可遺傳突變發生的關鍵時期。借助二代測序技術,通過一次減數分裂產物的直接測序,篩選出了可信度極高的突變數據。通過比較雜交個體和純合個體產生后代的突變率,發現了雜交個體的后代突變率可以達到純合體的3倍以上。不僅如此,雜交后代中雜合區域的突變率也高于純和區域,雜合度越高的區域發生突變的可能性也越高。研究還發現減數分裂中發生重組的斷點和雜合度與突變率之間呈正相關,暗示重組可能也參與這一過程。這些證據都說明了雙親染色體之間的差異可能有著潛在的促進突變作用。(Nature
     
     
    RNA降解機制解析
     
    RNA是細胞中廣泛分布且豐富的一類多功能分子,可將基因組信息翻譯為蛋白質。在RNA分子合成過程中發生任何的錯誤,或是不必要的RNA累積都可能損害細胞,因此在細胞代謝過程中必須它們。來自馬克斯普朗克生物化學研究所的科學家解析了RNA降解過程。研究發現,在細胞核內由一種特異的RNA外來體(exosome)負責RNAs的降解和生物合成,還可以將某些RNA分子加工成它們的成熟形式。而細胞核或細胞質分別具有自身特異的大型外來體復合物,與特定的輔助蛋白結合。細胞核中的外來體與Rrp6和Rrp47兩個蛋白質亞基協同作用,只特異性作用于細胞核的RNA底物?,F已證實細胞利用多種可能途經來降解細胞核RNA。(Nature)
     
     
    新型基因組研究技術研發成功
     
    真核生物的基因組通過包裝成染色質形態被壓縮至較小的體積,核小體是染色質的基本重復單位,由DNA纏繞著8個組蛋白構成。在細胞分裂過程中,染色質進一步凝聚形成染色體。細胞可以通過改變染色質的結構來調控基因活性,盡管當前對第一級的染色質壓縮已經研究的很透徹,對于染色質高級結構卻相對知之甚少。美國麻省大學醫學院的研究人員最新開發出一項Micro-C技術,能夠以核小體分辨率來分析染色體折疊,提供200 bp到大約4 kb長度的全基因組信息,展示出真核生物基因組的詳細三維(3-D)圖像,這有可能幫助科學家們解答一些有關染色質結構的關鍵問題。(Cell)
     
     
    mRIN方法評估RNA測序數據
     
    mRNA測序(RNA-Seq)可以前所未有的深度、分辨率和覆蓋度為研究提供數字基因表達譜。當前公共數據庫中的RNA測序數據集數量呈指數擴增,為研究基因表達調控提供了空前的機會。要獲得可靠及可重復的RNA測序數據,RNA的質量至關重要。研究人員開發出了一種mRIN新方法,可在樣本及單基因水平上直接評估來自RNA測序數據的mRNA的完整性。研究人員系統分析了由不同的研究單位生成的人類腦轉錄組大規模RNA測序數據集。分析結果證實由于死后組織中部分RNA碎裂導致的3′端偏倚(3′bias)可對整個表達譜造成顯著的影響,mRIN可以有效地鑒別mRNA不同水平降解的樣本。此外,研究人員還在死后樣本中意外地發現了一個可重現的、基因特異性mRNA降解元件。分析結果揭示轉錄物穩定性與不同的功能團和結構特征有關。(Nature Communications
     
     
    細菌耐藥性的結構基礎
     
    近年來,抗生素濫用現象使耐藥菌日漸增多,這已經成為了一個全球性的公共健康問題。通過耐藥泵將藥物排出是細菌的主要耐藥機制之一,而多重耐藥泵可以排出多種藥物和有毒的代謝產物。以質子為驅動力的MFS(主要協助轉運蛋白超家族)反向轉運蛋白,是一類備受關注的多重耐藥泵。對大腸桿菌(E. coli)的研究發現,MdfA是一個典型的多重耐藥MFS反向轉運蛋白,現已揭示MdfA結合配體形成復合體時的高分辨率晶體結構(2.0 Å)。(Cell Research
     
     
    揭示維管植物葉片形態演化
     
    維管植物包括蕨類和種子植物。它們從古生代開始逐漸占領陸地,從微小的無葉草本演化出豐富多彩的形態構型。葉片作為植物與外部環境的媒介,對植物生理、發育以及陸地生態系統等起著至關重要的作用??蒲腥藛T利用華南地區完善、連續的古生代維管植物的化石記錄,選擇95種單葉、218種復葉,并分別以96個、103個性狀特征對其進行編碼,建立了多維形態學數據集,并最終分析了葉片形態變異度與植物屬種豐富度之間的動態關系。研究表明,在維管植物演化的第一階段(泥盆紀至石炭紀早期),植物進軍至低競爭強度的陸地環境,單葉的變異度初步增加,復葉的變異度在石炭紀達到峰值,其間植物的維管系統、生殖結構急劇分化,灌木、藤本、草本、喬木等各種構型出現。在維管植物演化的第二階段(石炭紀晚期至二疊紀),單葉的變異度進一步擴大,復葉的變異度維持動態平衡;此過程伴隨著濕地群落在華南的逐漸恢復和繁盛,大羽羊齒、松柏、銀杏等現代類群的古老祖先在華南出現。(Earth-Science Reviews)
     
     
    利用浮萍開展廢水處理獲突破
     
    控制水污染的關鍵在于減少水體中的氮磷含量,目前的主要技術是采用微生物將有機氮轉化為氮氣、將磷轉化為污泥,但需要通過曝氣等消耗大量電能的技術來實現,運行費用高,而且難以實現資源的再利用。研究人員通過對浮萍系統中添加填料以增加微生物多樣性以及氮磷去除的研究,發現浮萍具有與目前公認的廢水處理能力最強的水葫蘆相當的氮磷吸收能力,且具有木質素含量低、淀粉含量高等更強的資源化利用優勢。該研究共收集了全球800多種浮萍,建立了國際上最大的浮萍活體種質資源庫和數據庫,并從中篩選出了能高效治理污水的浮萍株系,通過在浮萍廢水處理系統中添加了彈性填料,制造“人工作物根”,總氮去除率提高了19.97%,為利用浮萍開展廢水處理奠定了科學基礎。(Bioresource Technology
     

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