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    生物技術前沿一周縱覽(2016年6月3日)

    2016-06-03 13:13 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     解析番茄果實發育的調控機制

     
    番茄栽培歷史悠久因其基因組小、生長周期短,且與擬南芥、水稻、玉米等模式植物親緣關系較遠而成為了研究肉質果實發育和成熟的模式植物?,F已獲得大量番茄種質資源、突變體庫、高密度遺傳圖譜、EST資源,且瞬時表達和穩定轉化技術成熟。研究人員為了了解番茄果實發育過程中調節形態和解剖改變的功能元件和調控機制,利用開花后20天以及破色期(Breaking stage)時來自番茄品種‘Moneymaker’的果實組織構建出了全基因組高分辨率DNase I超敏位點(DHSs)圖譜。通過搜索果實發育各個階段DHSs的變異,研究準確地找到了與發育特異性基因相關的最有可能的超敏位點。通過檢測這些發育特異性基因或抗壞血酸生物合成信號通路中一些基因DHSs上的結合基序(binding motif),揭示出促成植物成熟和專門代謝信號通路協調基因轉錄的常見調控元件。這項新研究工作將大大推動更好地了解番茄果實發育與成熟過程中基因的調控動態。(Molecular Plant
     
     
    揭示光合碳代謝效率調控新機制
     
    光合作用是光合生物利用太陽能將CO2和水轉化為有機物并釋放出氧氣的過程,為地球上異養生命體的繁衍提供了物質保障。光合過程的第一步由CO2固定酶,即核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)所催化的,其活性決定著光合作用效率的高低。研究人員發現位于Rubisco活性中心的賴氨酸殘基存在乙?;揎?,特別是201位賴氨酸(Lys201)。Lys201乙?;揎棔е翿ubisco酶功能的喪失。進一步研究表明乙?;揎椩诠夥磻吞纪g協調上扮演重要角色。研究人員發現植物相關代謝物的類似物乙酰氧基香豆素(AMC)能直接乙?;疪ubisco活性位點的賴氨酸殘基,表明Rubisco酶乙?;揎椏梢杂梢恍┬》肿哟x物來完成。同時,研究人員以香豆素為基本骨架設計了一系列的類似物,把各種修飾基團成功地轉移到了Rubisco的活性中心的相關位點,實現了對Rubisco酶活力的正負調控。這為今后提高植物光合作用效率提供了嶄新的思路。(Molecular Plant
     
     
    能源草通過遺傳改良提高生物量和品質
     
    利用邊際土地種植多年生能源草,在制備生物燃料的同時,能夠有效降低溫室氣體的排放量,具有巨大的社會、經濟和生態效益。柳枝稷(Panicum virgatum L.)屬于禾本科黍屬多年生C4高大草本植物,光合固碳效率高,且能夠在貧瘠、干旱或鹽堿等土地上種植,是生物能源與牧草飼料生產的兩用作物。研究人員在柳枝稷全基因組水平鑒別了35個SPL轉錄調控因子基因,其中21個成員含有microRNA156的靶位點,且分屬于4個不同的亞家族。進一步通過嵌合抑制子沉默技術(CRES-T)和microRNA靶位點突變與過量表達技術對其中的PvSPL1/2亞家族成員的生物學功能進行了詳細研究,發現抑制該亞家族成員的轉錄活性,能夠顯著增加柳枝稷的分蘗數目和改變木質素的積累,從而獲得生物量和細胞壁降解性提高的遺傳改良株系。該工作通過基因工程技術成功實現了能源草生物量和品質的同時提升,不但為今后能源草商業化品種培育提供了新型的種質資源,而且也為能源草、牧草及其他重要禾本科作物(例如玉米)的分子設計提供了優良靶位點。(Biotechnology for Biofuels
     
     
    揭示施加糞便有機肥對耐藥發展和傳播的影響
     
    抗生素被廣泛應用于畜禽養殖業中以防病治病、提高飼料利用率和促進動物生長。而全球多數土地耕種時仍使用糞便有機肥,但對有機肥對土壤、環境以及人類健康的影響卻知之甚少;同時,從耐藥發展的角度看,認識施加有機肥對全球耐藥發展的關鍵是追蹤耐藥基因的宿主細菌的變化趨勢。研究人員發現導致施肥后土壤耐藥基因持留細菌有兩類:一類為厚壁菌門中的梭菌科細菌,另一類為γ變形菌門中的假單胞菌、不動桿菌及甲烷氧化菌。其中維持四環素類抗生素耐藥基因較高豐度的原因是梭菌科細菌以孢子形態在土壤中長期存活,而維持氨基糖苷類抗生素、磺胺類抗生素和酰胺醇類抗生素耐藥基因較高豐度的原因是γ變形菌在糞肥營養的刺激下激增。以上研究結果首次清晰地描述了兩個不同群落混合后攜帶耐藥基因細菌的變化規律,更為重要的是,這些攜帶耐藥基因的細菌與病原微生物具有很近的系統進化關系,有的甚至屬于條件致病菌。這讓人類重新思考糞肥施加對全球耐藥發展的影響。(Environment Microbiology
     
     
    植物氣孔導度的環境響應模擬研究
     
    氣孔導度是衡量植物和大氣間水分、能量及CO2平衡和循環的重要指標。研究人員從葉片和冠層兩個尺度出發,在總結分析現有相關成果基礎上,發現由于植物的遺傳特性、測定環境、時間尺度等因素的差異以及未考慮各個環境因子的相互作用對氣孔導度的影響時,氣孔導度與環境因子的相互關系并未一致。對各單一環境因子與氣孔導度的關系給出了生理學解釋。并從根本上闡釋了環境因子變化對氣孔導度的影響。同時,提出了今后氣孔導度的研究重點并給出了可行性方案。該項研究對于更好地認識植被與大氣間的水熱運移過程,合理評價植被在陸面過程中的地位和作用具有重要意義。(生態學報
     
     
    光合作用復合物中的能量轉移
     
    一個光合作用細胞內光向可用能的轉化發生在捕光復合物 (LHC)和光系統(PS)復合物內。要理解這一過程,關鍵是要知道激發能是怎樣從周圍LHC天線被轉移到核心PS結構的。Zhenfeng Liu 及同事通過單顆粒低溫電子顯微鏡確定了一個1.1-MDa 的植物PSII–LHCII 超級復合物的高分辨率結構。他們發現,該同型二聚體超級復合物的每個單體包含25個蛋白和133個色素輔因子。與藍藻PSII結構相比存在一些差別,但最重要的是,能夠對PSII–界面進行研究的能力使得研究人員可以對激發能轉移通道做出可靠預測。(Nature
     
     
    一個用于編輯RNACRISPR系統
     
    近年的許多注意力聚焦于利用CRISPR-Cas來編輯DNA的能力,但特異性的針對RNA的系統則研究得較少。研究證實,一種細菌蛋白確實能被用作替代編輯方法;該蛋白被假設是一個可用于RNA靶向編輯的工具,就像CRISPR-Cas9以DNA作為編輯標靶的方式。這一發現對一系列的生物學應用都具重要意義,這些應用包括RNA的標記、修飾和調節。研究人員證明,來自細菌Leptotrichia shahii的C2c2可能是以RNA為標靶的候選蛋白。C2c2可被用來切斷單股RNA,但雙股RNA則不行;還有,它可在體內被用來敲出細菌的信使RNA。在測試C2c2在大腸桿菌中將特定DNA作為標靶的能力時,研究人員發現,這一效應器最初聚焦于它的標靶RNA,隨后發生的則是第二階段的RNA非特異性降解,因此有可能存在其它的RNA靶向免疫系統。進一步的研究將導致用于體內RNA操縱的可編程分子工具的研發。(Science
     
     
    RNA編輯新工具開發
     
    CRISPR-Cas9系統使用一段引導RNA(其與Cas9蛋白結合起來才能發揮作用)來靶定一段DNA,并裂解雙鏈DNA。尚不清楚小RNA(asRNA)是否也能用來誘導Dicer處理和降解一段特定的RNA。研究人員開發出一種新的方法——命名為DICERi,用于基因沉默或RNA編輯。研究結果表明,與陰性對照相比,這種新方法能顯著抑制靶基因的表達水平以及功能。接下來,該研究小組共轉染了靶定Dicer的shRNA和對抗MALAT-1的asRNA,以確認抑制作用是由Dcier誘導的。DNA編輯或RNA編輯都已經廣泛用于生物學和治療學目的。它們能夠特異性地激活或抑制DNA或RNA,以調節基因網絡。這種新的方法是用于RNA編輯的一種新型、有效的工具,可能對于指導和重新連接基因網絡,具有廣泛的用途。(Oncotarget
     

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