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    生物技術前沿一周縱覽(12月27日)

    2014-07-02 22:33 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    基因改造控制植物氣孔開張,可增強植物光合作用

    植物在光合作用過程中,表皮保衛細胞的光受體接受太陽光后,會激活細胞膜內稱為“質子泵”的酶,進而保衛細胞開始從外部吸收鉀,滲透壓上升,水隨之流入,使保衛細胞膨脹,于是氣孔打開。日本名古屋大學研究人員對擬南芥實施基因操作,使其保衛細胞中“質子泵”的個數增加到原有的1.5倍。向其照射光之后,氣孔的張開面積比通常情況下大了25%,光合作用量增加了15%。在同樣水平溫度、水分和光線的室內培養擬南芥,播種25天后,經過改造的擬南芥葉片大小和數目都多于正常水平,地面部分的葉片總重量增加約四到六成。45天后,擬南芥的花和種子也有所增加,比通常重約三到四成。這是世界上首次掌握控制植物氣孔張開的技術,將有助于增加農作物產量、擴大生物燃料生產等,還可為減排二氧化碳作貢獻。(PNAS

    新發現可“消化”難降解的生物質的酶家族

    第一代生物燃料利用自然界中“易于消化”的生物質如玉米淀粉等來制造生物乙醇,這種方法需要大量能源作物,由此占用了寶貴的可耕土地,進而危及到食品價格的穩定,還限制了生物燃料的產量。加拿大約克大學和法國馬賽第一大學的研究人員在拓展開發第二代生物燃料方面取得了顯著進步。他們發現,有一種酶家族能夠把在自然中“難以消化”的生物質降解為自身糖的成分。這個酶家族名為溶解性多糖單加氧酶(LPMOs)。在該研究中,這種酶可將植物的莖、木屑、廢硬紙板或昆蟲/甲殼類動物殼等廢料,轉化成自身糖的成分,然后發酵成生物乙醇。這是生物燃料研究中的一個重大進展,由這些原料制成的燃料被稱為第二代生物燃料。這一發現為將廢棄原料有效地轉化成生物燃料提供依據,開辟了采用可持續原料生產生物乙醇的新的可能性,將會對世界各地如何解決生產第二代生物燃料的問題產生重要影響。(Nature Chemical Biology

    構建小鼠基因組CRISPR導向RNAs文庫

    研究人員開發出一種方法,構建出了一個可誘導小鼠基因組全基因靶向突變的CRISPR導向RNA(gRNAs)綜合文庫。人們可利用這一文庫來調查不同細胞類型中每個基因的作用。CRISPR技術是指利用一段與靶序列相同的導向RNA來引導Cas9核酸酶對特異性靶向DNA進行識別和切割,造成DNA的雙鏈或單鏈斷裂。然后,細胞會利用自身具備的兩種DNA復制機制:即非同源性末端結合(Non-homologous end joining, NHEJ)或同源介導的修復(Homology-directed repair, HDR)對斷裂的DNA進行修復。這一技術簡單高效,科學家們可以采用標準的分子生物學技術,輕易地設計出多種新的導向RNAs。該研究小組已經開發出了一個全面的文庫,其他的研究人員可利用它來研究所有基因的作用。在該項研究中,研究人員設計出了一個包含近90000條這樣的導向RNAs的文庫,利用這些導向RNAs來靶向和改變小鼠基因組中所有的基因,并構建出了一些小鼠突變胚胎干細胞,并利用小鼠突變干細胞針對一種細菌毒素,腐敗梭菌α毒素進行了一次遺傳篩查,更好地了解了對這一毒素產生抗性的機制。研究小組靶向了26個已知與這種細菌毒素受體合成相關的基因,揭示出其中17個基因導致了抗性發生。同時,他們還發現了從前未知的一些基因,這些基因發生突變賦予了對這種有毒物質的抗性。研究人員可以為所有的細胞或物種構建出這種類型的文庫,CRISPR技術正徹底變革研究細胞行為方式。(Nature Biotechnology)

    miRNA調控植物對鎘的應激反應

    大豆(Glycine max)是全球最重要的農業作物之一,土壤中的鎘污染影響大豆種子的產量和質量。在植物的重金屬脅迫應激反應中,microRNA(miRNA)起著非常重要的作用,華南農業大學的科研人員對大豆中參與鎘應激反應的miRNA進行了研究,并比較了它們在不同基因型大豆中的表達模式差異。研究人員采用一個包含953個特異探針的定制的μParaflo®微流體芯片,鑒定了經鎘處理和未處理的HX3(鎘耐受型)和ZH24(鎘敏感型)大豆株系中miRNA表達模式的差異??偣茶b定出26個與鎘應激相關的miRNA,其中有9個miRNA在兩個品種中均有發現,有5個和12個miRNA分別在HX3和ZH24中特異表達。通過qRT-PCR對其中16個miRNA進行驗證,發現大多數miRNA具有與芯片檢測結果相似的表達模式。為了篩查miRNA調控的靶基因,研究人員利用降解組測序并結合生物信息學分析,從上述4個樣本混合的降解組文庫中鑒定到204個miRNA的376個靶基因。發現其中有55個靶基因被14個鎘應激相關的miRNA剪切。GO注釋表明,這些靶基因參與了廣泛的生物學過程。研究人員通過qRT-PCR對其中10個靶基因的表達譜進行了驗證。這項研究詳細描述了鎘脅迫下大豆miRNA與其靶基因的應答機制,提供了一個更好地理解植物重金屬耐受性分子機制的框架。(PLoS ONE

    甜菜的甜味基因

    據聯合國糧農組織(FAO)統計,甜菜(sugar beet)生成的糖產量占據了世界糖產量的 30%。
    西班牙基因組調控中心(CRG)、德國馬克思普朗克分子遺傳學研究所(MPIMG)等機構的研究人員,首次測序并分析了甜菜的甜味基因,并闡明了人工選擇塑造這一基因組的機制。相比于已知基因組的所有其他開花植物,甜菜具有較少數量的轉錄因子編碼基因,據此推測,甜菜有可能包含了一些迄今為止未知的、與轉錄控制相關的基因,且甜菜中的基因互作網絡或許以不同于其他物種的方式進化。 研究人員通過完成另外 4 個甜菜品系的基因組序列組裝獲得了甜菜種內變異圖譜。在整個基因組中發現了 700 萬個變異,并且變異并非均勻分布:一些區域具有高遺傳變異,而一些區域具有極低的遺傳變異,反映出了兩個小種群構建出了這一作物,以及人工選擇塑造出了這種植物的基因組。有了這一甜菜基因組序列以及相關資源,未來的研究將進一步對自然和人工選擇、基因調控和基因-環境相互作用進行分子解析,采取生物技術方法培育出滿足生成糖類和其他自然物質等不同用途的作物。由于它的分類位置,甜菜將為未來的植物基因組研究奠定重要的基石。(Nature

    干擾素誘導的跨膜蛋白IFITM3與H7N9預后密切相關

    復旦大學上海醫學院等機構的科研人員的研究揭示與 H7N9 流感的易感性增加有關的遺傳和免疫關聯。研究人員在上海一所臨床中心收治的 18 名感染病人中搜索了他們的疾病進程與肺液和血漿中的稱為細胞因子的炎癥相關分子之間的聯系。血漿中的高濃度細胞因子,特別是 IL-6 和 IL-8,與流感肺炎典型的嚴重肺和呼吸道損傷有關聯。此外,來自 3 名死亡病例的肺液的特定細胞因子的濃度比血漿中的濃度高 100 到 1000倍。 研究人員表示,擁有被稱為 IFITM3 的限制病毒復制的蛋白質的一種有缺陷的遺傳突變的病人有更高的病毒載量和細胞因子水平,尋求醫學護理更早,癥狀更嚴重,而且這些帶有有缺陷的遺傳變異的病人比攜帶這種蛋白質功能正常版本或者另一種遺傳突變版本的病人的存活可能性要低;這種被稱為 IFITM3 C/C 的有缺陷的突變在東亞人群中的普遍程度為中等。盡管這項研究并沒有揭示出細胞因子水平的增加究竟是嚴重疾病的原因還是效應,但基因測序和對細胞因子譜的早期監測可能有助于確定預后并且指導治療。(PNAS)

    DELLA蛋白復合物調控植物-菌根共生的機理

    GA處理植物會導致菌根共生能力下降,且呈現出濃度依賴的表型,而與共生相關的下游基因的表達也受到明顯的抑制。而植物GA信號通路關鍵基因DELLA突變體不能與菌根共生,預示著DELLA可能是GA調節植物生長和菌根共生的關鍵基因。中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所研究人員通過酵母雙雜交篩選等試驗,獲得DELLA的互作的GRAS類型的轉錄因子DIP1,發現DIP1突變導致植物菌根共生能力的下降。進一步的研究表明,DIP1能夠與調控菌根共生的轉錄因子RAM1直接相互作用,從而調節植物中參與菌根共生下游基因的表達。這項研究第一次清晰地揭示出植物-菌根共生過程中的轉錄因子復合物DELLA-DIP1-RAM1,為我們理解菌根共生如何受環境調控提供了理論基礎。(Cell Research

    來源:基因農業網

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