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    生物技術前沿一周縱覽(2017年9月1日)

    2017-09-01 14:11 | 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(201791日)

    大豆重要性狀遺傳網絡解析取得新進展

     

    不同復雜性狀間的耦合是分子設計育種的關鍵科學問題。作物的產量、品質等大都是多基因控制的復雜性狀,由于受到一因多效和遺傳連鎖累贅的影響,使某些性狀在不同材料和育種后代中協同變化,呈現耦合性相關。研究團隊對809份大豆栽培材料進行重測序(平均深度約為8.3×),并對其遺傳多樣性進行了分析,明確了這些材料的群體結構。進而,對這809份材料的84個產量和品質性狀進行了連續多年多點的觀測,發現不同性狀間呈現不同程度的相關性。進一步地,該團隊利用全基因組關聯分析并結合新開發的上位性效應檢測方法,對84個性狀的調控位點進行了系統的全基因組掃描,共鑒定出245個顯著性關聯位點,并發現其中95個關聯位點和其他位點存在上位性效應。一方面,這些關聯位點很好地解析了單個性狀的遺傳調控。深入分析發現,基因是通過加性效應共同調控多個大豆油脂性狀的形成。另一方面,這些關聯位點揭示了不同性狀間相互耦合的遺傳基礎。根據連鎖不平衡分析,發現115個關聯位點可相互連鎖,并將所觀測的51個性狀聯系起來,形成復雜的多性狀多位點調控網絡,該遺傳調控網絡很好地解釋了不同性狀間的耦合關系。 (Genome Biology)


                                          

     植物光合作用中高效捕光的超分子機器結構被被揭示

     

    光合作用是地球上最為重要的化學反應之一。研究人員解析了處于兩種不同條件下的豌豆C2S2M2超級復合物的單顆粒冷凍電鏡結構,分辨率分別達到2.7埃和3.2埃,其中2.7埃分辨率的結構是目前世界上通過冷凍電鏡單顆粒法解析獲得的分辨率最高的膜蛋白結構。該項工作首次展示了植物C2S2M2型超級復合物的精確三維結構,該復合物總分子量達到140萬道爾頓,是一個同源二聚體的超分子體系。兩個結構中的每個單體分別包含了2827個蛋白亞基、159個葉綠素分子、44個類胡蘿卜素分子和眾多的其它輔因子。該項工作首次解析了CP24M-LHCII的結構,并指認了M-LHCII所特有的Lhcb3亞基;展示了不同外周捕光蛋白彼此之間以及它們與核心復合物之間相互識別和裝配的位點和機制;在對豌豆C2S2M2超級復合物內部高度復雜的色素網絡進行深入分析的基礎上,揭示了外周天線捕獲光能并向核心復合物傳遞能量的途徑。(Science



    GWD1
    調控淀粉代謝并影響儲藏根產量

     

    木薯是全球第三大糧食作物,其儲藏根可大量富集淀粉。研究人員利用第一個木薯T-DNA插入突變體storage root delay (srd,發現了導致儲藏根發育延緩的關鍵基因是參與淀粉磷酸化的關鍵基因α-葡聚糖,水合二激酶1 (GWD1)。該基因表達嚴重缺失可抑制地上葉片臨時型淀粉的及時降解,導致葉片大量富集淀粉,改變臨時型淀粉粒的形態建成,影響光合作用及從源向庫的碳水化合物分配,進而延緩儲藏根的生長和發育。研究表明GWD1是通過磷酸化淀粉并與β-amylase共同協作來調控木薯淀粉的降解。 (Scientific Reports)



    谷氨酸棒桿菌利用甘油合成稀少糖研究取得進展

     

    稀少糖是在自然界中存在但含量極少的一類單糖及其衍生物,作為食品添加劑和醫藥中間體,在諸多領域發揮著重要作用。甘油是生物柴油的主要副產物,可以轉化生產為高附加值產品,在微生物合成稀少糖中具有應用價值。研究人員以谷氨酸棒桿菌為出發菌,設計創建了以甘油為唯一底物合成稀少糖的新途徑。通過構建磷酸二羥丙酮DHAP供體合成模塊、3-羥基丙醛和L-甘油醛受體合成模塊,利用具有底物高度特異性的醛縮酶催化羥醛縮合反應,獲得了合成稀少糖谷氨酸棒桿菌工程菌株;進一步結合丙糖磷酸異構酶的調控與發酵條件優化,高效合成了5-脫氧阿洛酮糖(38.1 g/L)、L-果糖(20.8g/L)和L-塔格糖(10.3 g/L)等稀少糖。該研究中的合成稀少糖的模塊化組裝策略,對利用甘油生物合成高附加值化合物具有重要借鑒意義。(Journal of Agricultural and Food Chemistry)



    附生苔蘚對氮沉降的響應模式

     

    苔蘚植物因獨特的形態結構及生理特性而對大氣N沉降非常敏感,被作為大氣N沉降的指示生物。研究人員在云南哀牢山中山濕性常綠闊葉林中進行了為期2年的原位N沉降模擬實驗,從多個尺度研究了樹干附生苔蘚(群落、生理及組織養分含量等指標)對不同N添加水平的響應曲線、生理機制,并估算了附生苔蘚植物對N污染的臨界載荷,其研究結果表明:1)超過一定濃度的N沉降(> 7.4 ha–1 yr–1)造成了附生苔蘚群落蓋度和物種豐富度的顯著下降;2)過量N供給導致K, Mg等離子流失和葉綠素降解,引起附生苔蘚植物碳(C)代謝的失衡,抑制苔蘚植物的光合速率和生長,并對附生苔蘚造成直接的毒害,從而影響到山地森林生態系統物種組成、多樣性與分布;3)通過分析與比較,構建了亞熱帶山地森林附生苔蘚植物響應N沉降的生理生態機制模型,并估算出該區森林附生苔蘚植物對N沉降的臨界載荷18 kg ha–1 yr–1;4)過多N添加造成森林附生苔蘚植物的蓋度及生物量下降,在一定程度上暗示了山地森林冠層附生植物群落中C、N等元素向林下地表轉移的趨向。 (Environmental Pollution)



    黃病毒科
    NS3蛋白酶-解旋酶協同作用新機制

     

    目前已知的RNA病毒的基因組長度均不超過35kb,編碼容量非常有限。研究人員解析了一種新的“關閉式”構象的NS3全長晶體結構(PDB號:5WX1),結構中蛋白酶與解旋酶形成了由三個相互作用簇構成的面積達2200平方埃的分子內作用界面,首次發現了瘟病毒NS3可采取一種和蛋白酶順式切割相關的構象,明確與反式切割不兼容。團隊對此關閉式構象的生物學相關性進行了體外酶學驗證,發現這一構象具有最優的解旋酶活性,通過點突變擾動該構象可導致解旋酶活性大幅降低。進一步通過在全長病毒水平的測試發現對上述三個相互作用簇的擾動均可不同程度地影響病毒滴度和病毒噬斑形成及尺寸,驗證了晶體結構所揭示的關閉式構象對病毒復制的重要性。黃病毒科NS3不僅自身具有功能多樣性,還直接參與調控病毒聚合酶的功能,研究成果不僅為全面闡釋NS3的功能提供了重要依據,也為進一步研究NS3NS5B聚合酶的分子間調控機制奠定了基礎。 (Journal of Virology)

     

     
    科學家成功掌握CRISPR-Cas9系統開關

     

    CRISPR-Cas9系統雖簡單高效,但是無法在錯誤基因得到修復后停止剪切功能,而是可能繼續修改正?;?,導致脫靶效應??茖W家們一直期望從細菌天然系統中找到能及時關閉基因編輯過程的“安全閘門”。此前已經有至少7Cas9抑制蛋白(ACR蛋白)被發現,具有讓細胞停止剪切和編輯的功能。研究人員選擇了兩種被證實能在人體細胞中抑制Cas9的蛋白進行了比較研究,發現它們具有完全不同的作用方式。ACRC1能與Cas9中結合DNA的兩個重要氨基酸緊密結合,讓Cas9失去剪切DNA的功能;而ACRC3通過讓2Cas9分子形成二聚體改變其結構,讓Cas9無法再與DNA結合?;趦煞N不同的機理,ACRC1能抑制多種不同的Cas9蛋白,具有廣譜性,而ACRC3只能抑制一種名叫NmeCas9的蛋白。(Cell)

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