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    生物技術前沿一周縱覽(2018年4月8日)

    2018-04-08 15:57 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年4月8日)

    生物技術前沿一周縱覽(201848日)

     

    CRISPR-Cas9玉米基因組編輯方法取得進展

     

    基于CRISPR-Cas9系統的基因編輯工具近年來在醫療、農業等領域展現出巨大的應用潛力。研究人員選擇了若干玉米減數分裂特異基因的啟動子用于驅動Cas9基因的表達,希望在配子中實現高效的基因組編輯,從而在T1代獲得大量純合或雙等位的突變體。其中用到的一個為玉米DMC1基因啟動子,構建了DPCDMC1 promoter-controlledCRISPR-Cas9載體系統,用該載體系統轉化玉米幼胚后,結果意外發現:凡是抗性愈傷組織靶位點均發生基因組編輯, T0代植株中出現60-70%左右的純合或雙等位的突變體,其余為雜合或嵌合的突變體植株。并且這些純合或雙等位突變體植株(再生自一個抗性愈傷組織)含有不同的突變allele類型。通過對多個基因靶點(包括一個標記基因zb7,突變能產生白化的表型)的編輯實驗,驗證了該載體系統的高效性。這一技術為研究細胞分裂突變體的基因功能提供了非??焖俑咝У姆椒?,當代純合或嵌合突變體就可以直接觀察細胞學及染色體行為與功能。(Plant Biotechnology Journal

     

     

    科學家發現植物分枝調控的新機制

     

    植物分枝是影響植物株型的關鍵因素,不僅對植物適應環境非常重要,也影響農作物和園藝作物的栽培方式或產量,因此解析植物分枝形成的分子調控機制具有重要理論和應用價值。 研究人員通過遺傳篩選首次發現了一個調控植物葉片發育的重要基因TIE1,該基因編碼一個轉錄抑制因子(Tao et al., 2013, Plant Cell)。研究發現,過量表達TIE1不僅使葉片形態發生變化,也使植物的分枝增多,深入分析表明TIE1能特異地在腋芽部位表達,并且表達量隨著腋芽的發育而降低。遺傳證據進一步證明了TIE1在植物分枝形成過程中起到重要調控作用,當TIE1功能降低時,植物的分枝明顯減少。他們發現TIE1蛋白可與BRC1蛋白直接相互作用,并且確定了TIE1BRC1相互作用的區域是BRC1中結合DNATCP保守域。轉錄組測序確定了TIE1BRC1共調控多個與分枝相關的基因,包括已知的BRC1直接下游基因如HB21、HB40HB53。最后該研究確定TIE1是通過在蛋白水平上抑制BRC1的活性來調控其下游基因,進而控制植物分枝的分子機制。(PLOS Genetics

     

     

    茶樹抗炭疽病機制

     

    炭疽菌(Colletotrichum fructicola)是我國茶樹炭疽病主要優勢種之一。研究人員利用遺傳背景相近的龍井43(易感?。┖椭胁?/span>108(強抗?。┢贩N作為供試材料,分別對接種炭疽菌后24小時和72 小時的葉片組織進行轉錄組測序分析,發現抗病品種差異表達基因顯著富集在過敏性壞死(HR)和活性氧代謝通路,而感病品種中的相應同源基因并未富集此通路;通過組織化學染色技術,發現抗病品種在接種 24 小時出現 HR 反應并伴有細胞壁加厚,而感病品種僅出現葉肉細胞壞死;兩個品種葉片均出現不同程度的過氧化氫積累,但抗病品種比感病品種提前 24 小時響應,并且抗病品種葉片的反應程度比感病品種劇烈,進一步驗證了轉錄組實驗結果。這說明過敏性壞死和活性氧代謝是茶樹抵御炭疽菌侵染的重要手段。另外,通過蛋白互作網絡分析,發現抗性品種特異性差異表達基因可相互作用,其中抗病基因激活MAPK級聯反應并調控下游包括次級代謝物合成在內的多種抗性反應。(Horticulture Research

     

     

    人工模仿DNA的分子成功

     

    DNA是生命的核心分子,兩條雙螺旋互補鏈內富含遺傳信息。為了遺傳信息的讀取或關閉和調節表達,需要許多蛋白質與DNA發生相互作用,比如將其表面結構與負電荷結合。對HIV整合酶來說,在它的幫助下,病毒DNA才得以插入人類DNA;另一種拓撲異構酶則扮演釋放DNA超螺旋分子內壓力的角色。研究人員成功合成了螺旋分子,這些分子精確地模擬了DNA雙螺旋的表面特征,尤其是負電荷的位置。盜版”DNA由芳香族折疊化合物演變而來,這些合成物具有強烈的折疊構象適應傾向,可以形成一個單一螺旋。仿制非常成功。這些折疊化合物巧妙地誘導了特定DNA結合蛋白(如HIV整合酶和拓撲異構酶)與之結合。研究人員已經證明,對這些酶來說,合成物甚至比天然DNA作為配體的結合效果更好,即使在低濃度下也是如此。造成這種功效的原因似乎是由于它們的結構與天然DNA存在微妙差別。這些以芳香族化合物為基礎的DNA類似物作為制備DNA-蛋白質互作抑制劑的未開發手段,很快將席卷全球引領新一代藥物開發風暴。(Nature Chemistry

     

     

    版納植物園葉綠體比較基因組學研究取得進展

     

    樟科油丹屬樹種木材質優,國際市場上的商品名為“medang”,和楠木樹種的親緣關系較近。研究人員以分布于印度南部的油丹模式種Alseodaphne  semecarpifolia  Nees和分布于我國云南的極危種細梗油丹(A. gracilisKosterm)、黃連山油丹(A.huanglianshanensis  H. W. Li & Y. M. Shui)為實驗材料,通過二代測序技術完成了葉綠體基因組全覆蓋測序。通過比對發現,樟科油丹屬植物的葉綠體基因組大小約為153kb,比近緣屬潤楠屬、鱷梨屬及楠屬植物的葉綠體基因組大,比土楠屬植物的葉綠體基因組小。差異主要源自連接單拷貝區和反向重復區的兩個基因ycf1ycf2。兩基因的長度變化造就了反向重復區的縮減和擴張,直接影響葉綠體基因組的大小。在油丹的整個葉綠體基因組上,聚集突變位點最多的區域分別是trnG-UCC、ndhF-rpl32、rpl32-trnLycf1,而傳統系統分析序列上的突變位點則較為少見,是先前用于樟科系統學研究的葉綠體基因片段在種屬級別上缺乏分辨力的原因。利用葉綠體基因組序列構建的十二種樟科植物的系統進化樹進一步確認了樟科內部由油丹屬、楠屬、鱷梨屬和潤楠屬構成的單系屬群。(Holzforschung

     

     

    稻作起源研究中取得進展

     

    稻作起源是人類文明進程中最重要的事件之一,其主要研究內容涉及水稻馴化的起始時間、地點和動因。研究人員對荷花山遺址的植硅體系列樣品開展了全面分析,結果發現,源自稻葉的扇型植硅體,其含量和形態特征均出現了歷時性變化,隨著時代的拉近,其總體趨勢為:數量增多、尺寸變大、魚鱗狀紋飾遞增。重要的是,該研究還生土層中發現有野生性狀水稻扇型和水稻雙峰型植硅體,這暗示全新世早期人類活動以前該遺址所在地即生長有野生稻。研究猜想,上山文化時期,先民不僅認識到野生稻可以食用充饑,逐漸學會了采集、儲存野生稻,并有意、無意地嘗試了栽培。意即,上山文化時期應是水稻栽培和馴化的早期階段。結合上山文化的相關考古發現與研究,表明錢塘江流域不僅是浙江地區新石器時代文化的發源地,也可能是中國稻作農業的搖籃。(Archaeological and Anthropological Sciences

     

     

    世界首例神經疾病基因敲入豬

     

    亨廷頓舞蹈癥、阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥等均是因為蛋白質的錯誤折疊而導致神經細胞死亡,是當今社會嚴重威脅人類健康的神經退行性疾病。常見的動物模型小鼠并不能表現出像病人腦中一樣的典型神經細胞死亡的重要病理特征。因此,許多有治療效果的藥物在小鼠模型中有效,在臨床上對病人卻無效。為了探索與人類更相似的大動物能否更好地模擬神經退行性疾病,研究人員為建立更準確模擬神經退行性疾病的動物模型,他們通力合作,利用基因編輯(CRISPR/Cas9)技術,精準地將人突變的亨廷頓基因,即人外顯子1中包含150 CAG重復序列精確地插入豬的HTT內源性基因中,利用成纖維細胞篩選出陽性克隆細胞,并通過體細胞核移植技術,成功培育出亨廷頓舞蹈病的基因敲入豬模型,在國際上首次建立了與神經退行性病人突變基因相似的大動物模型。(Cell

     

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