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    生物技術前沿一周縱覽(2014年2月7日)

    2014-07-02 22:15 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    植物激素調控菌根共生的分子機理

    菌根是指植物與土壤中的菌根真菌形成的共生體,分布廣泛,超過80%的陸生植物都能夠與菌根真菌形成共生體。植物-菌根真菌共生是植物由水生向陸生植物進化所必須的,植物-菌根共生的建立在自然界有巨大的競爭優勢。在植物-菌根共生中,真菌一方面從植物獲得碳源等有機物作為自己的營養,另一方面能夠幫助植物高效吸收土壤中的磷、氮等營養元素,顯著促進植物的生長。研究植物-菌根共生可能為降低農作物對磷肥和氮肥的利用提供理論基礎。中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所王二濤研究組研究發現,GA處理植物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。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,并且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。該研究詳細揭示了植物-菌根共生的轉錄調控機理,并闡明植物激素赤霉素通過DELLA蛋白調節菌根共生的分子機制。(Cell Research

    調控細胞有絲分裂的新機制

    有絲分裂是細胞將遺傳物質染色體分配到兩個子細胞中的過程。有絲分裂異常會引起細胞病變甚至死亡,并在多細胞生物中導致遺傳疾病或腫瘤的發生。有絲分裂期通常也是細胞喪失其生理功能的時期。因此,有絲分裂過程受到復雜而精細的調控,以保證其既快速又準確。中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所朱學良研究組利用超高分辨率熒光顯微術等技術證明,與微管側面結合的動粒實際上比未結合微管或已穩定結合微管的動粒含有更多的檢查點蛋白質。進而利用小鼠胚胎干細胞所進行的篩選中發現一個能夠影響有絲分裂的鋅指蛋白BuGZ。該蛋白質定位于紡錘體上,是一個紡錘體基質(spindle matrix)蛋白質。在細胞內干擾BuGZ的功能會引起動粒與微管穩定結合效率的下降,導致染色體排列散亂、有絲分裂阻滯和細胞死亡。深入的研究發現,BuGZ能直接結合Bub3并保護細胞漿中的Bub3不被降解,維持Bub3蛋白質的較高水平。BuGZ還能直接結合微管,而且這種結合可以促進Bub3以及BubR1和Cenp-E在與微管側面結合的動粒上的定位,從而有利于動粒實現向正面結合微管的狀態的快速轉變。該研究成果不僅揭示了保障有絲分裂高效性的一種新機制,還揭示了紡錘體基質這一近年發現的新結構的新功能。(Developmental Cell

    在活體中探測RNA結構

    由于是單鏈的,所以RNA能夠通過分子間和分子內的堿基配對采取多種不同的二級結構。一系列研究讓我們對RNA結構在活體中的種類、動態和功能影響有了一個深入認識。Sarah Assmann及同事對模式植物擬南芥的超過1萬個轉錄體進行了活體RNA結構分析。他們所采用的“結構-序列”方法將活體化學(DMS)探測和下一代測序相結合,在全基因組尺度上提供單核苷酸分辨率。研究顯示,不同結構模式與編碼區域、剪接點和多腺苷酸化點相關。將這些結果與通過早先的技術獲得的結果所做比較顯示,雖然對一些類別的基因的預測是相當準確的,但對其他基因(如在應激反應中所涉及的基因)的預測則很差,而這可能反映了使得它們更適應那種條件的變化。Jonathan Weissman及同事也建立了一個“DMS-序列”方法,來以單核苷酸精度對酵母和哺乳動物細胞中的RNA結構進行全面監測。通過將他們的發現與非活體數據相比較,作者得出結論認為,細胞內的結構要比所預料的少。甚至熱穩定的RNA結構的性質在細胞中也可以被改變,這說明了細胞過程在調控RNA結構中的重要性。 Howard Chang及同事提出一個不同的問題:RNA二級結構在相關個體中是怎樣在“全轉錄組”層面上改變的?通過計算兩個家長和他們孩子的RNA二級結構,他們發現,被轉錄的單核苷酸變體中大約15%影響局部二級結構。這些被稱為 “RiboSNitches”的結構在某些地點被耗盡,說明在那個點上某一具體RNA結構是重要的。這項研究表明,關于RNA結構的變化(尤其是那些由遺傳變異所造成的變化)會怎樣改變基因表達還有很多東西需要了解。(Nature1,Nature2,Nature3

    調控性lncRNAs歷史非常悠久

    我們對“長非編碼RNA”(lncRNAs)的演化史知之甚少,但這方面的信息可以幫助了解它們的功能。為此,Henrik Kaessmann及同事發表了對11種四足動物的全部lncRNA及表達模式所做的首次大規模演化研究。他們識別出了超過1萬個靈長類特有的lncRNAs和大約2500個高度保守的lncRNAs,其中大約400個很可能起源于至少3億年前,這在四足動物歷史上是非常早的。很多lncRNAs,尤其是那些更古老的,目前仍在積極的使用中,其功能可能主要是調控胚胎發育以及從精子生成到突觸傳遞的其他功能。(Nature

    一個組蛋白變體的伴侶分子

    組蛋白H2A.Z是組蛋白H2A(真核細胞的染色質中所存在的標準組蛋白之一)的一個變體。H2A.Z在轉錄和其他細胞核過程中有重要功能。Ali Hamiche及同事發現人蛋白ANP32E是一個H2A.Z伴侶,能夠促使H2A.Z從染色質中被清除。生化和結構數據指出了ANP32E識別和驅趕H2A.Z的分子基礎,而全基因組圖譜分析則揭示了ANP32E是怎樣調控H2A.Z在基因組重要調控區域中之存在的。(Nature

    水?;蚪M圖譜

    水牛,是一種大型偶蹄動物,因其巨大的經濟價值,被稱為“黑金”。馴養的水牛在亞洲非常普遍,是肉、角、皮和奶制品生產的重要來源。目前,世界上的水牛提供了超過世界5%的牛奶,是東南亞地區的主要農用動力之一??紤]到水牛的重要性以及改良水牛品種迫切需要基因組相關的研究,Lal Teer攜手華大基因于2012年3月份啟動了水牛全基因組合作項目。1月24日,孟加拉Lal Teer畜牧科技公司與華大基因聯合宣布水?;蚪M圖譜繪制完成。該項科研成果將為深入了解水牛這一物種的起源、馴化過程及其品種選育等奠定重要的遺傳學基礎。研究顯示,水?;蚪M大小約為2.77Gb,略小于人類基因組,共有21550個編碼基因。同時,研究人員將水?;蚪M與牛、馬、熊貓、豬、狗等哺乳動物基因組進行了比較,并構建出水牛的進化樹。而正在進行的個性化分析將更進一步地解析水牛這一物種的生物學特質,為選育水牛優良品種、實現產業轉化奠定基礎。該研究將為增強及確保孟加拉以及其他發展中國家的營養及食品安全奠定重要的基礎。(華大基因

    比目魚性別決定機制及底棲適應機制

    來自中國水產科學研究院黃海水產研究所、深圳華大基因研究院、哥本哈根大學、德國維爾茨堡大學、法國農業科學研究院和新加坡國立大學等單位的科研人員成功破譯了迄今為止首個比目魚——半滑舌鰨全基因組序列圖譜,揭示了半滑舌鰨性染色體起源機制和比目魚底棲適應的分子機制,同時為后續半滑舌鰨的遺傳改良、新品種培育奠定基礎,此外,研究人員還揭示了半滑舌鰨溫度控制下的性別逆轉現象的表觀遺傳調控機制,并發現了在這種表觀遺傳調控下的性別逆轉的穩定遺傳現象。半滑舌鰨(Cynoglossus semiliaevis)是中國特有的名貴經濟海水魚類,屬于近海溫水性底層魚類。半滑舌鰨的性別決定類型為ZW/ZZ 型,雌性具有巨大的異形性染色體(W染色體)??蒲腥藛T對半滑舌鰨雌雄魚分別進行了高深度全基因組測序、從頭(de novo)組裝和分析。通過性染色體在雌雄魚基因組測序覆蓋深度的不同,并結合高密度遺傳連鎖圖譜(SSR和SNP),構建了Z染色體的精細圖譜和對應的W染色體序列圖譜?;赯W同源基因推測的半滑舌鰨性染色體形成時間約為3000萬年前。半滑舌鰨的性染色體和鳥類的性染色體都是ZW系統,它們各自獨立的由同一套常染色體進化而來,屬于趨同進化現象。研究人員推斷半滑舌鰨的Z染色體在其性別決定過程中起著主導作用,而且Z染色體連鎖的dmrt1基因同鳥類的性別決定基因(dmrt1)一樣,表現出性別決定基因的表達特性。半滑舌鰨雖然具有性染色體,然而其性別并不完全由遺傳決定,同時也受到外界環境的影響。研究人員對半滑舌鰨正常雄魚(ZZ)、偽雄魚(ZW)、正常雌魚(ZW),以及偽雄魚和正常雌魚交配產生的子一代偽雄魚(ZW)和雌魚(ZW)的性腺進行全基因組DNA甲基化和轉錄組的比較分析,發現正常雌魚性逆轉成偽雄魚之后,全基因組的DNA甲基化模型幾乎變得跟正常雄魚一模一樣。而且,性逆轉后發生的甲基化改變,顯著富集于跟性別決定通路有關的基因。研究人員認為DNA甲基化調控對于半滑舌鰨的性別逆轉有著多方面的重要作用。

    從浮游生活到底棲生活是比目魚早期變態發育的一個重要特征,它涉及到一系列的生物和表型特性,包括眼睛偏轉、內臟器官移位、身體顏色變化、光感受能力以及其他方面的變化??蒲腥藛T從基因組和轉錄組水平出發,發現半滑舌鰨變態發育前后差異表達基因富集于底棲適應性相關的性狀上,并篩選到可能與變態發育相關的15個正選擇基因。此外,研究發現,暗視覺相關視椎蛋白(rh1)和長波敏感視桿蛋白(lws1)在底棲狀態表達上調,而中波敏感視桿蛋白(rh2)在浮游狀態表達上調,表現出對底棲生活的適應性。通過比較不同魚類視覺相關基因,科研人員發現半滑舌鰨晶狀體結構相關基因(crybb2和crybb3)發生了特異性丟失,另外3個晶狀體結構相關基因則演變為假基因,表現出明顯的視覺退化現象。而作為可能的補償措施,半滑舌鰨具備強大的側線器官以及形成了特異的感覺器官-乳頭狀突起。(Nature Genetics,Genome Research

    稀土上轉換熒光生物標記材料

    與傳統的分子熒光標記材料(如熒光染料)相比,稀土上轉換納米發光材料不僅化學穩定性高、熒光壽命長、潛在生物毒性低,而且由于采用近紅外光源激發具有較大的光穿透深度、無生物組織自熒光以及對生物組織幾乎無損傷等顯著優點,在熒光生物檢測和成像等領域具有重要的應用前景。目前上轉換納米熒光標記材料發展的瓶頸問題是其量子產率低。提高上轉換發光效率、探索新型高效的上轉換納米熒光標記材料一直是人們關注的焦點與努力的目標,也是該類材料能否獲得實際應用的關鍵。 中國科學院福建物質結構研究所光電材料化學與物理重點實驗室陳學元研究小組和結構化學國家重點實驗室黃明東研究小組合作,首次采用熱分解的方法,通過高溫前驅體注射包覆合成了發光性能優良的LiLuF4:Ln3+核殼結構上轉換納米晶。多層核殼包覆顯著提高了納米晶的上轉換發光效率,其中Er3+和Tm3+的絕對量子產率分別達到5.0%和7.6%,為目前已報道單分散稀土摻雜上轉換納米晶的最高值。而且該納米晶經表面修飾后可作為上轉換熒光探針實現對疾病標志物的高靈敏特異性檢測。例如,上轉換異相檢測人絨毛膜促性腺激素 β 亞單位(β-hCG,一種重要的腫瘤標志物)的檢測限達到3.8 ng/mL,與正常人血清中β-hCG的水平相當。此外,該團隊通過概念性驗證實驗,表明LiLuF4納米探針是一種多功能生物標記,可用于多模態生物成像如計算機斷層掃描(CT)成像和腫瘤細胞的上轉換熒光靶向成像。(Angewandte Chemie International Edition) 

    來源:基因農業網

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