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    生物技術前沿一周縱覽(2017年10月13日)

    2017-10-13 10:59 | 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(20171013日) 

    植物激素“核受體”作用機理

     

    激素調控植物生長發育和對環境適應性的方方面面。研究表明,在茉莉酸信號轉導中,植物Mediator的亞基MED25通過與“核受體”COI1直接相互作用,而建立了茉莉酸受體蛋白與RNA聚合酶II及染色質溝通的“橋梁”。研究發現,在“靜息”狀態下,MED25通過直接相互作用把COI1招募到核心轉錄因子MYC2靶標基因的啟動子區域;當活性茉莉酸濃度升高時,MED25促進COI1依賴的對轉錄抑制子JAZ蛋白的降解。無論是在靜息狀態還是在激活狀態下,MED25的作用都有利于MYC2對茉莉酸響應基因的轉錄調控。這表明茉  莉酸信號的識別實際發生在MYC2的靶標啟動子區域。進一步研究發現,MED25還與組蛋白乙?;D移酶1HAC1)相互作用,二者的相互作用可以選擇性地調控MYC2靶啟動子H3K9乙?;?,從而促進茉莉酸響應基因的轉錄表達。此外,HAC1MYC2靶啟動子上的富集與活性依賴于COI1MED25。因此,MED25COI1HAC1依賴的H3K9乙?;撓灯饋?,以激活MYC2對茉莉酸響應基因的轉錄調控。(PNAS

     

     

    禾本科作物成熟器官無法產生愈傷組織

    擬南芥是雙子葉模式植物,水稻和玉米是單子葉禾本科作物的代表。組織培養中可以利用生長素誘導外植物體產生愈傷組織,通過分子標記的方法發現,擬南芥和禾本科作物這些不同物種中不同的再生潛能細胞,都要使用OX11-WOX5分子通路來起始愈傷組織。WOX11的表達在這些物種中標記了愈傷組織創始細胞(founder cell),WOX5標記了新生的愈傷組織細胞。以上結果說明這一分子通路是被子植物進入愈傷再生的通用機制。擬南芥的再生潛能細胞(如原形成層)在成熟葉片中終身維持,因此能夠在葉片的任何發育時期對其進行組織培養。但是禾本科作物的成熟葉片不再保留再生潛能細胞(如維管束鞘),這些細胞充分分化形成具有特定功能的組織,比如玉米的維管束鞘分化成了花環結構進行光合作用,水稻的維管束鞘分化為大型薄壁組織。因此在禾本科作物中,這些被分化的細胞喪失了成體干細胞屬性,也就喪失了再生的潛能。擬南芥和禾本科作物在器官成熟過程中對維持再生潛能細胞采取的不同策略是它們成熟器官具有不同再生能力的原因。(Regeneration

     

     

    植物中存在單等位基因表達

     

    單等位基因表達(monoallelic gene expression)是指在二倍體生物的細胞中一個基因的全部轉錄本均來自一個等位基因的現象。研究人員將單細胞轉錄組的測定技術(single-cell RNA-seq)應用于植物細胞,并獲得了兩個水稻亞種(93-11Nipponbare)及其正反交后代(F1)的葉肉細胞的單細胞表達譜。利用93-11Nipponbare亞種之間的單核苷酸多態性,估計出F1細胞中兩個等位基因的表達量。通過比較等位基因的表達量,定義出細胞中單等位基因表達的基因。研究表明,單個細胞中約三分之二的基因是單等位基因表達的。進一步研究發現,等位基因表達的獨立性和隨機性能夠很好地解釋細胞中單等位基因表達的現象。該研究在單細胞水平上揭示了單等位基因表達現象的普遍性和可能的機制,為進一步研究細胞內基因表達調控規律奠定了基礎。(Science Bulletin


     

    遺傳互作網絡對染色體上基因順序的決定作用

     

    真核生物基因在染色體上的呈線性排列。在多個物種中均有報道指出,基因的排列順序不是完全隨機的。然而基因有序排列的進化機制仍不明確。研究人員根據進化理論模型推測遺傳互作網絡是影響基因排列順序的重要因素。研究者對基因順序的形成進行了進化模擬計算,并對酵母遺傳互作網絡進行了系統分析,發現遺傳互作網絡是決定基因在染色體上排列順序的重要因素。進一步,研究者成功地使用遺傳互作網絡預測了釀酒酵母的基因排列順序。該研究揭示了遺傳互作網絡對于基因順序進化的重要作用,同時也拓寬了我們對于基因組編碼規律的認知。(Molecular Biology and Evolution

     

     

    人參基因組被破譯

     

    數千年來,人參一直被認為是名貴的中藥,具有滋補的功效。研究人員稱測序了人參(Panax ginseng)基因組,并發現這個3.5 Gb的基因組是高度重復的。研究人員從一個雜合度低的人參品系中提取基因組DNA,并利用IlluminaHiSeq X平臺開展雙端測序。在過濾之后,他們將91X的高質量序列組裝成3.43 Gb的基因組草圖。研究人員發現,某些類型的人參皂苷集中在外皮等部位,而其他類型則更為普遍。于是,他們將根的不同部分分離出來,開展基因表達分析。轉錄組數據發現了數千個基因,它們在根的各個不同區域差異表達。研究人員指出,許多基因參與了代謝過程和刺激反應。研究人員發現,合成人參皂苷的甲羥戊酸通路中的多個酶都以多拷貝和異構體的形式存在于人參基因組中。還發現了225UDP-糖基轉移酶(UGT),使其成為人參中最大的基因家族。UGT輔助人參皂苷的糖基化,也表現出組織特異的表達模式,其中一些在根部高度表達,而另一些在果實中表達。(GigaScience)

     

     

    生態中心微生物群落穩定性研究獲進展

     

    宏觀生態系統中生物多樣性和生態系統穩定性的關系理論已討論多年,但將這一理論應用于微生物生態系統中的適宜性實驗較少,原因是環境微生物樣本復雜度高、物種多樣性高、難以處理。研究人員以MEC為模型系統,構建了不同微生物多樣性梯度的反應器,探究其生物膜群落在環境pH擾動下的恢復能力與生物多樣性之間的關系。研究表明,在宏觀特征上,生物反應器模型在pH擾動下,性能表現出了良好的彈性恢復能力。同時,多樣性水平高的生物膜群落在功能上可較快恢復,說明其響應環境干擾時具有更好的恢復性。通過運用分子生態網絡分析發現,在恢復時間較長的微生物生物膜群落中,地桿菌(Geobacter)和甲烷短桿菌(Methanobrevibacter)兩個優勢菌屬之間的負相互作用明顯增多,意味著關鍵功能類群的內部資源或空間競爭可能會對生物膜群落的恢復力產生顯著影響。這支持了宏觀生態系統中生物多樣性與生物系統穩定性的相關理論,也表明MEC反應器可作為模式系統用于微生物生態學的研究。(Molecular Ecology

     

     

    深海微生物中發現抗生素

     

    隨著細菌耐藥性的發展,抗生素耐藥性已成為危害公共衛生安全的重大隱患。研究人員通過利用“深海環境營養匱乏,生活在深海的微生物為了爭奪生存空間,會產生抗生素拮抗周邊微生物的生長”這一化學生態學原理從深海微生物中篩選抗菌活性物質。經過活性篩選,他們從深海放線菌SCSIO 00652中分離到對G+菌和厭氧性G-菌具顯著抗菌活性的含有氨基己糖結構單元的核苷類抗生素A201A,從深海放線菌SCSIO Zh16中分離到具有顯著抗結核分枝桿菌活性的結構新穎的怡萊霉素。研究人員利用天然產物化學、分子生物學和生物化學等手段闡明了A201A分子中兩個糖結構單元的生物合成和后修飾過程,首次發現并闡明了一個負責吡喃半乳糖和呋喃半乳糖互變的變位酶MtdL,并從利用生物合成技術構建的10個衍生物中篩選得到了一個對加氧西林耐藥金黃色葡萄球菌(MRSA)的抑制活性為4 mg/mL且具有更好水溶性的衍生物des-N,N-dimethyl-A201A (PNAS, 2017)。(PNAS 

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