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    生物技術前沿一周縱覽(2017年7月14日)

    2017-07-14 14:37 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     生物技術前沿一周縱覽(2017714日)

    同源重組保障的新機制

     

    減數分裂過程中,性母細胞會主動產生DNA雙鏈斷裂(double-strand break, DSB),起始同源重組。同源重組正常發生在同源DNA之間,若在非同源DNA之間發生重組,則會導致后代基因組的紊亂。研究人員發現一個新的重組中間體蛋白MEICA1 (Meiotic chromosome association 1)。MEICA1突變導致染色體間的異常黏連和染色體碎片,這些異常黏連和碎片依賴于SPO11-2DMC1,但與KU70介導的非同源末端連接修復途徑無關。MEICA1能夠與MHS7相互作用,共同參與抑制非同源重組的發生。MEICA1亦能與TOP3a相互作用,并且MEICA1突變能部分恢復突變體msh5hei10的染色體交叉結數目,說明MEICA1具有調節重組頻率的功能。相關研究為揭示同源重組保障的分子機制奠定了理論基礎,同時為育種過程中提高重組頻率提供了基因資源。(The Plant Cell

     

     

    受體類激酶介導植物先天免疫研究獲系列進展

     

    植物對病菌的識別主要存在于兩個層面,對病菌表面保守的分子特征物質(PAMP)的識別(PTI,PAMPs triggered immunity)和對致病因子(effector)的識別(ETI,Effector triggered immunity)。研究人員在研究中發現一類凝集素受體類激酶(LecRKs,lectin receptor like kinases)在對PTI的響應過程中起了重要作用。PAMPs的處理可以誘導LecRKs的表達,激活的LecRKs可以招募鈣離子依賴的激酶(CPKs)去磷酸化細胞質膜NADPH氧化酶DRbohD),進而激活植物內的過氧化氫-水楊酸回路,激起植物的免疫應答反應。這是擬南芥中首次報道的可以將PTI和水楊酸信號通路聯系起來的信號組分。(Plant Physiology

     

     
    磷元素計量學對缺磷水稻土氮循環基因的調控機理

     

    營養元素計量比(C:N:P)對生物代謝活動的正常進行和生態系統功能的維持有重要意義。研究團隊采用Q-PCR技術,在干濕交替和持續淹水兩種稻田水分管理方式下,定量研究了水稻生長過程中氨氧化(amoA)和反硝化(narG, nirK, nirS, nosZ)過程關鍵功能基因豐度對P可利用水平的響應。結果表明,氨氧化古菌對磷可利用性不敏感,施磷后氨氧化細菌豐度降低,但反硝化菌豐度顯著升高。施磷對氮循環功能微生物的影響與根際效應有交互作用,缺磷條件下,非根際土氨氧化細菌豐度顯著高于根際,反硝化菌在根際和非根際的差異不大,施磷后根際氨氧化細菌豐度增大,反硝化菌豐度減小,導致氨氧化細菌豐度分布的根際效應減弱,而反硝化菌豐度分布的根際效應增強。通過C:P、N:P計量關系分析發現,這種變化主要是由水稻根際有機碳沉積和根系及微生物對氮、磷的吸收帶來的營養元素缺乏引起;與土壤中NH4-N、NO3-N的含量相比,NP對反硝化功能基因豐度的關系更為密切。該研究證明,磷肥施用能夠提高缺磷水稻土的反硝化潛力,增加稻田氮損失,增大水稻生長過程中的氮磷共限制風險和溫室氣體(N2O)排放。(Biology and Fertility of Soils

     

     

    科學家利用基因編輯技術獲得遺傳增強的優質干細胞

     

    科學家通過篩選可以延緩干細胞衰老的小分子化合物,發現抗氧化轉錄因子NRF2的激動劑能延緩人類早衰癥患者間充質干細胞的加速衰老。研究人員利用第三代腺病毒載體HDAdV介導的基因編輯技術在人類胚胎干細胞中置換了NRF2基因第2號外顯子中的單一核苷酸(A245G)。這一單堿基置換使得細胞中的NRF2蛋白脫離了其抑制蛋白KEAP1的束縛,進而通過轉位至細胞核,激活一系列抗氧化和細胞保護基因的表達。隨后,研究人員將基因編輯的人類胚胎干細胞定向誘導分化成為具有治療潛力的間充質干細胞,并發現這些間充質干細胞的自我更新以及抵抗應激和細胞衰老等能力均獲得了顯著增強。此外,由該種胚胎干細胞定向誘導分化而來的血管內皮細胞也表現出強大的抵御氧化損傷的能力。這些結果均說明該遺傳增強策略能夠賦予人類干細胞及其分化衍生物更強的活性和自我保護能力。(Cell Research

     

     

    秸稈養分資源對替代化肥的貢獻研究中獲進展

     

    中國作為世界上最大的農業國之一,擁有豐富的秸稈資源,當下我國農作物秸稈主要用于生物能源、牲畜飼料以及農田肥料等。同時,我國也是化肥生產和使用大國,化肥施用對糧食增產的貢獻較大。研究人員基于中國官方數據統計年鑒,全面收集了1998年至2014年中國31個?。ㄗ灾螀^、直轄市)的主要農作物產量、播種面積、化肥施用量、秸稈產量、秸稈養分資源量等數據,并首次定量評估了秸稈養分庫對化肥替代的潛在貢獻作用。研究發現,秸稈中具有大量的養分資源庫,若考慮能被植物有效利用的化肥施用量,理論上28.92%98.86%的秸稈還田率就能完全替代鉀肥與磷肥的有效施用量,100%秸稈還田即可替代87.22%的氮肥有效施用量。該結果表明,秸稈還田是實現化肥施用零增長行動和維持糧食穩產增產的潛在重要措施之一。(Renewable and Sustainable Energy Reviews

     

     

    靈長類動物大腦發育和老化過程中長鏈非編碼RNAs介導的表觀遺傳調控基礎

     

    大腦發育和老化過程十分復雜,涉及遺傳、年齡和環境等多個因素的調控和影響,其中由年齡和環境等主要因素導致的表觀遺傳調控的變化被認為是重要環節之一。研究人員通過RNA-seqCAGE-seq深度測序及分析,同時結合原位雜交與原代神經元系統的功能驗證等發現,大腦特異性lncRNAs呈現出高度的區域、性別和年齡表達差異性;依據這些表達差異性,總共發現18個不同的lncRNAs14個不同的mRNAs表達模塊式。相對于mRNAs的表達變化特征,獼猴腦特異性lncRNAs的表達性狀在發育和老化過程中呈現出更高的動態變化特征。在此基礎上,利用CAGE-seqlncRNAmRNA啟動子區域進行測序和分析,發現lncRNAs的啟動子區域變化比mRNA呈現出更明顯的性別差異和時空變化性狀。進一步研究發現,lncRNAsmRNAs之間存在多重的正相關和負相關調控關系,其中在大腦皮層區域特異性表達的lncRNAsmRNAs之間負相關的調控關系對發育和老化過程中大腦皮層的結構和神經元功能變化具有重要的調控作用。(Genome Research

     


    首次通過ENU化學誘變人工加速了豬內源基因發生突變的頻率

     

    通過基因編輯的反向遺傳學手段和通過誘變或自然突變篩選突變體的正向遺傳學手段。作為一種化學誘變劑,N-乙基-N-亞硝基脲(ethylnitrosourea,ENU)能在基因組中隨機誘導點突變的產生而非大片段缺失,這與人類遺傳疾病的主要突變類型和動物中控制生產性狀的單核苷酸多態位點(SNPs)很相似。因此,通過開展ENU化學誘變研究,可準確模擬生命過程中的遺傳突變模式,實現規?;瘎撝仆蛔凅w和挖掘新基因的目的?;瘜W誘變與物理輻射誘變(比如太空育種)在誘變機制上相同,即充分挖掘利用了物種的內在遺傳多樣性,而沒有外源基因的引入。誘變育種在植物上已經有很多品種培育成功并獲得了大面積推廣種植。(eLife

     

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