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    生物技術前沿一周縱覽(2014年1月24日)

    2014-07-02 22:18 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    辣椒基因組測序闡釋辣味演變
     
    來自韓國首爾國立大學(Seoul National University)等機構的研究人員完成了針對辣椒的首次高質量參照基因組測序。研究選用了高抗病性的墨西哥種Capsicum annuum cv. CM334和中國黃燈籠辣椒Capsicum chinense。辣椒的基因組序列圖譜幫助深入了解辣椒品種間的辣味演變,以及究辣椒的辛辣味、抗病性、成熟過程背后的遺傳因素。將辣椒和其近親植物番茄的基因組對比,發現在兩種植物中都含有可產生刺激性辣椒素的基因。番茄中含有該基因的 4 種無功能副本,辣椒中則有 7 種無功能副本和 1 種可起作用的該基因副本。研究人員認為,辣椒中產生辣椒素的基因出現于 DNA 復制中的 5 次突變之后,最終的一次突變產生了可起作用的基因副本。這種令嘴巴有灼燒感的化學物質也許在幾百萬年前可以保護基因突變后的辣椒種子不被植食動物吃掉,從而使突變植株產生生殖優勢,得以傳播。這一發現可能有助于育種者提高辣椒的辣度、營養和藥用價值。遺傳學家可以激活番茄的其中一個休眠基因,從而優化生產,并產生一種可以制作現成辣調味汁的植物。 (Nature Genetics)
     
     
    生態學研究指出可能已達到糧食安全的極限
     
    Kenneth Cassman及同事對谷類作物生產量最大國家的谷物、油料、糖類、纖維、豆類、塊莖類、塊根類、水稻、小麥和玉米的過去產量趨勢進行了定性,提供了與所預測的作物產量提高相悖的證據。數據顯示,對于包括東亞、歐洲西北和美國在內的世界上糧食作物生產集約化程度最高的地區當中的很多地區,一種或多種主要谷類作物產量提高的速度最近已經降低或停止。他們的結論是,產量提高的停滯影響全球水稻生產的約33%和全球小麥生產的約27%。在中國,2010-2011年時間段與2002-2003年時間段相比,小麥產量的增長保持不變,但玉米產量的增長降低了64%。這種產量降低的情況發生在農業研發、教育和基礎設施方面的投入增加的情況,說明在很多地區的產量增長已達到其最大潛力。維持產量進一步提高,可能需要對糧食生產中的很多不同因素進行微調,但這在農業生產中可能難以做到,而且相關的邊際成本、勞動力要求、風險和環境影響可能會超過由此所能產生的利益。包括水稻和小麥在內的全球主要谷類作物的30%左右可能已經達到了它們在農田中的最大產量潛力。這些作物的產量最近表現出一次突然降低,或者說達到了一個平臺階段。能夠確保全球糧食安全的未來預測工作一般都是基于產量的不斷增加,該研究表明這是一個也許不可能出現的趨勢。(Nature Communications
     
     
    科學家發現植物版ATP受體
     
    三磷酸腺苷(ATP)是在所有活的生物體中普遍存在的一種化合物。ATP是細胞內的主要能量載體,負責為各種生命過程提供動力。來自密蘇里大學(University of Missouri)的研究人員首次在植物中發現了與細胞外 ATP 結合的受體 DORN1,在植物抗逆性通路中,該受體是一個關鍵的組分,可以幫助植物應對害蟲侵襲、環境改變和物理創傷。ATP 誘導的鈣響應、 MAPK 激活(促分裂原活化蛋白激酶)和基因表達都需要 DORN1 與 ATP 緊密結合。DORN1 的結構,以及它與 ATP 的作用機制有待還進一步的研究。但可以肯定,在植物受到創傷時, ATP 被釋放到傷口處誘導相關基因表達,從而對傷口進行修復。ATP 是這類創傷應答的核心,它不僅能幫助植物正常發育,還有助于植物對環境改變和害蟲侵襲進行應答。在這一發現的基礎上,人們能夠鑒定植物抵御嚴酷環境條件的天然保護通路,例如物理創傷和害蟲等等。這些發現將有助于科學家們開發更為高效的除草劑、肥料以及驅蟲劑。(Science
     
     
    鈣調控草坪草抗冷機理研究取得新進展
     
    狗牙根(Cynodon dactylon (L). Pers.)作為一種抗性較強的草坪草,其應用前景廣泛。然而狗牙根是一種暖季型草坪草,對冷凍害比較敏感。如何提高狗牙根對冷凍害脅迫的抗性,以使其四季長青,對草坪草研究具有重要的現實意義。鈣在植物生理活動中起重要作用,各種外界和內在的信號因子所導致的植物反應大多與鈣信號轉導有關。鈣作為信號分子,介導了許多信號反應,并參與了眾多生理過程。中國科學院武漢植物園植物水分脅迫生物學學科組利用植物生理學、蛋白質組學和代謝組學等研究方法,對鈣調控草坪草狗牙根抗冷機理展開了一系列研究。研究發現,冷脅迫處理快速誘導了鈣離子的含量;外源鈣離子處理提高可以顯著提高狗牙根對凍害脅迫抗性,而鈣離子的螯合劑EGTA處理降低了狗牙根對凍害脅迫抗性;同時外源鈣離子和EGTA處理均可以改變冷脅迫時的活性氧積累和抗氧化酶活性;進一步的蛋白質組學和代謝組學研究鑒定了一系列在正常和冷脅迫處理情況下被外源鈣離子調控的差異表達蛋白和代謝物,并將部分蛋白和代謝物整合在一條代謝途徑中。這些結果綜合解析了鈣調控草坪草狗牙根抗冷脅迫的機理。(JIPB
     
     
    成功獲得第一代“人參酵母”細胞工廠
     
    中科院天津工業生物技術研究所研究員張學禮課題組與中國中醫科學院中藥資源中心研究員黃璐琦課題組合作,獲得能同時合成齊墩果酸、原人參二醇和原人參三醇三種人參基本皂苷元的第一代“人參酵母”細胞工廠。人參皂苷(Ginsenosides)是人參(Panax ginseng)和西洋參(Panax quinquefolium)等珍稀藥用植物中提取的藥效成分。由于人參資源短缺,人參皂苷類化合物產量已經不能滿足社會的需求,嚴重影響了人參的臨床應用和人參皂苷類制藥原料中間體的開發和應用??蒲腥藛T在前期構建出生產人參二醇型皂苷元的酵母人工細胞。在本研究中,通過在釀酒酵母中整合了帶有強啟動子的tHMG1,ERG9,ERG1和bAS等關鍵基因,獲得產齊墩果酸型三萜化合物重要前體β-香樹脂的底盤菌,β-香樹脂產量達107mg/L。在此底盤菌基礎上,整合了齊墩果酸的功能模塊(OA Module)和原人參二醇-原人參三醇的功能模塊(PPD/PPT module),獲得第一代“人參酵母”細胞工廠GY-1。該細胞工廠能同時合成齊墩果酸,原人參二醇和原人參三醇三種人參基本皂苷元,產量分別達21.4、17.2和15.9 mg/L,占總人參皂苷元的比例分別為39.3%、31.5%和29.2%。該研究為最終獲得生產人參皂苷的酵母細胞工廠奠定了基礎。(Scientific Reports
     
     
    糖誘導可推動生物燃料發展
     
    據一項新的研究報告,得益于一種將糖從干的植物性物質中誘導出來的新技術,可能有助于生物燃料取代日益減少的以石油為基礎的燃料來源。由于油價的上漲,像生物燃料這樣的替代能源已經變得日益流行。生物燃料是通過將穩定植物細胞壁的纖維素中的糖進行發酵而制備的,但這些糖首先必須進行釋放,而這是非常困難的。特定的酶可對這一過程有幫助,但科學家們需要想出更多的方法將纖維素分解為糖。Jeremy Luterbacher及其同事報告了可從在玉米秸稈、硬木和軟木的纖維素和半纖維素中高效地產出葡萄糖的方法。他們將來自以上這些來源的干性植物物質放入到了GVL中,加入適量的水與酸,最終將這些化合物分解成為葡萄糖。至關重要的是,這些葡萄糖并沒有被降解,而是為發酵過程完整地保留下來。該小組的經濟模型表明,整個過程就其成本而言可與當前的從生物質中生產乙醇的方法競爭。(Science
     
     
    解碼鉤蟲基因組
     
    來自華盛頓大學醫學院的研究人員破譯了美洲鉤蟲(Necator americanus)的基因組,找到了關于它如何感染人體并在人體中生存的一些信息,將幫助開發出對抗鉤蟲病的新療法。美洲鉤蟲導致了85%的人類鉤蟲感染,這類鉤蟲感染通常不致命。然而,在妊娠婦女體內這種寄生蟲會造成貧血,導致孕產婦死亡以及低出生體重促使新生兒死亡。驅蟲藥阿苯達唑(albendazole)通常作為集體治療程序的一個組成部分被施予流行性感染地區,但重復及過度使用阿苯達唑正導致某些地區出現治療失敗和耐藥。盡管在發展中國家造成了嚴重的疾病,在美國和其他的工業化國家鉤蟲卻是以在自身免疫性疾病,例如炎性腸病、多發性硬化癥、哮喘和過敏中所表現出的治療潛力正贏得廣泛的關注。因此,更全面地了解了這種寄生蟲是如何侵入人體,開始以血液為食并成功逃避宿主免疫防御的,將加速開發出對抗鉤蟲感染的新診斷工具和疫苗。通過破譯鉤蟲的基因組,研究人員發現了數組協調這些過程的基因,鑒別出了有可能易受疫苗或新藥物療法影響的特異靶點。同時,該研究還鑒別出了一組分子,它們似乎保護鉤蟲避免了宿主免疫系統檢測。鉤蟲通過抑制一些促進炎癥的分子逃避了宿主免疫系統的注意,相同的方法有可能在治療自身免疫性疾病中證實其價值。研究人員希望新研究可以作為一個跳板,不僅能夠控制鉤蟲感染,還能鑒別出有潛力推進自身免疫和過敏疾病新療法的抗炎分子。(Nature Genetics
     
     
    利用體內RNAi揭示與癌癥發展相關的未知基因
     
    科學家們利用RNAi技術發現了以前未知的遺傳基因缺失與癌變腫瘤的相關性。研究人員利用體內RNA干擾(RNAi )方法對胚胎基因修飾,但本身不造成胚胎損害或改變胚胎,通過隔離基因來確定與小鼠頭頸部腫瘤生長(鱗狀細胞癌)相關的基因。在開始體內RNAi前,研究人員要修改遺傳元件,然后將他們移植到胚胎中。這個新方法是非侵入性的,允許更精確改變遺傳物質。利用這一技術來切斷不同基因,更多地了解老鼠成長到成熟的時候會發生什么,以及他們沒有這些基因時,是否會發生腫瘤。(Science
     
     
    血液中的生物標記或可快速檢測胰腺癌
     
    胰腺癌是西方世界第四最常見的癌癥死亡原因,其預后不良,1年及5年存活率只有20%和6%。胰腺癌的早期診斷是困難的,需要有早期診斷胰腺癌患者的生物標記以改善其預后。從被懷疑患有胰腺癌的病人體內獲取有用的組織活檢非常困難,開發對胰腺癌敏感而且特異的非創傷血液診斷檢查將會很有價值。目前已有研究將數種特定的微RNA譜與胰腺癌組織聯系起來。哥本哈根大學醫院Herlev醫院的研究人員在全血中發現了診斷性的微RNA檢測指標組,盡管用這些檢測指標組結合血清癌癥抗原CA19-9有產生假陽性測試結果的風險,但該測試可讓更多的具有特征性或非特征性癥狀的人轉去做電腦斷層成像、核磁共振或超聲波成像檢查,在一定程度上具有對病人是否患有胰腺癌進行甄別的能力。目前這些發現只是初步的,有必要進行進一步的研究以了解這些微RNAs是否針對早期發現胰腺癌具有篩檢測試的臨床意義。(JAMA

    來源:基因農業網

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