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    生物技術前沿一周縱覽(2014年2月21日)

    2014-02-21 10:24 | 作者: | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽


    英國科學家研發出抗病害產量高的轉基因土豆

    馬鈴薯晚疫?。≒hytophthora infestans)由一種喜愛潮濕環境的致病真菌引起,患病作物的葉子和根莖均會腐爛。該病曾在19世紀導致愛爾蘭大面積馬鈴薯絕收,愛爾蘭人口銳減近四分之一。歐洲農民為預防這種病害,需要在土豆生長季中噴灑十余次農藥。據估算,這一病害目前仍給全球農業造成不小的損失。英國塞恩斯伯里實驗室等機構的研究人員研發出了一種轉基因土豆,不僅可以抵御這種病害,且產量更高。他們從南美洲一種野生土豆中獲取一種基因,將其植入歐洲地區常種植的土豆品種中,這種基因可成功啟動土豆抵御晚疫病的天然機制。此外,這種轉基因土豆的產量也比普通品種更高。野生土豆的基因要進入常見的種植土豆中,通過自然進化要十分漫長的時間,而通過基因技術防治病蟲害比使用農藥等方法要好得多。(Philosophical Transactions B

    世界首例ROSA26基因打靶豬模型誕生

    來自中國和美國的研究人員合作獲得了世界首例ROSA26定點基因敲入豬模型。利用該模型豬,研究人員成功地實現重組酶介導的基因交換,從而解決了一直困擾轉基因豬研究領域的效率低下、表型不確定的問題,為揭示和人類干細胞相關的疾病機理和實施干細胞治療提供了寶貴的大動物實驗依據。該研究團隊首先在豬基因組中找到了一個特殊基因位點ROSA26,處在這個位點后的基因會廣泛表達于所有組織和細胞中。在過去的20年中,通過對小鼠ROSA26基因位點的修飾,獲得了一系列ROSA26小鼠模型,并在發育生物學以及干細胞研究中發揮了巨大的作用,目前該位點僅在人胚胎干細胞和大鼠中被鑒定和修飾,尚未在大動物中發現及應用。研究人員利用TALEN介導的基因敲入技術,成功地構建了世界上第一個ROSA26定點敲入Cre重組酶報告基因的大動物模型。該動物模型可在豬體內世系追蹤各類干細胞的分化和再生。在此基礎上,研究人員在ROSA26位點引入一對異源loxp位點,經重組酶介導的基因交換,成功將EGFP基因替換為紅色熒光蛋白tdTomato基因,由此又獲得了世界上第一個重組酶介導的基因交換大動物模型。利用該模型,研究人員可將任意基因通過重組酶介導的基因交換插入ROSA26位點,實現目的基因在大動物所有組織中的無差異表達。同時,由于重組酶介導的基因交換無需藥物篩選即可獲得,從而使獲得的轉基因豬不攜帶外源的藥物抗性基因,可去除轉基因豬農產品的生物安全和食品安全隱患。(Cell Reaearch

    蜜蜂病傳染大黃蜂,作物授粉效率受影響

    高效授粉對于糧食生產和生態系統可持續發展來說都至關重要,有證據表明新出現的傳染病造成一些重要昆蟲授粉者種群數量下降。這項研究結合實驗室感染實驗和野外研究顯示了兩個嚴重的蜜蜂(Apis mellifera)病原體對于一種野生授粉昆蟲“大黃蜂”(Bombus terrestris)的感染能力。來自英國各地的數據顯示,“變形翅膀病毒”(DWV)和微孢子蟲寄生蟲Nosema ceranae 在兩種類型的授粉者中存在“共局部化”現象,蜜蜂病對大黃蜂也有傳染性。這項工作表明,野生授粉者種群可能面臨風險,而且與人工管理的蜜蜂種群不同的是,它們沒有因為養蜂人采取干預措施而受到保護。野生授粉者的這種損失會顯著降低作物授粉效率。(Nature

    一種Tet-樣蛋白的結構研究

    Tet家族的加雙氧酶將5-甲基胞嘧啶(5mC)轉化成5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)、5-甲?;奏?5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)。在這項研究中,研究人員從結構上和生化上定性分析了來自阿米巴鞭毛體Naegleria gruberi的Tet-樣蛋白。Naegleria Tet-樣蛋白(NgTet1)與哺乳動物Tet蛋白的序列相似性大約為39%,同時也具有相似的生化活性。與含有一個甲基化的CpG點的DNA形成復合物的NgTet1的晶體結構顯示,NgTet1利用一個堿基翻轉機制來接觸5mC。(Nature

    “衛星細胞”與肌肉衰老

    對成年哺乳動物干細胞的功能來說至關重要的特性之一是,長時間保持靜止狀態的能力以及需要再生時做出反應的能力。骨骼肌數量及功能的損失是人類晚年衰老的共同特征,與被稱為“衛星細胞”的骨骼肌干細胞的再生能力的喪失有關。研究者發現,衰老中的“衛星細胞”發生從靜止狀態向衰老前狀態的不可逆轉變,這與已被發現是衰老的一個標志的腫瘤抑制蛋白p16INK4a的表達水平增加有關。成年期間p16INK4a的抑制被發現能將“衛星細胞”保持在一個可逆的靜止狀態,使肌肉能夠再生;p16INK4a在老年人的“衛星細胞”中失調,肌肉再生潛力喪失。(Nature

    CRISPR/ Cas系統修飾基因在植物中獲得穩定遺傳

    近年來,CRISPR/ Cas系統一躍成為了在包括植物在內的許多生物體中實現靶向基因編輯的一種強有力的工具。然而,所有有關植物的研究報道都將焦點放在非穩定系統或是穩定轉入CRISPR/Cas系統的第一代植物上。來自中國科學院上海生命科學研究院的研究人員在擬南芥中,對CRISPR/ Cas系統誘導的基因修飾的遺傳度、特異性及模式進行了多代分析。結果表明T1、T2和T3代植物攜帶突變(嵌合突變、雜合突變、雙等位基因突變或純合突變)的比例分別為71.2%、58.3%和79.4%。CRISPR/Cas誘導的突變大部分為1 bp的插入和短缺失。T1代植物中所檢測到的基因修飾主要發生在體細胞,因此沒有任何的T1代植物因基因修飾事件成為純合子植株。相比之下,有22%的T2代植物因基因修飾成為純合子植株。所有純合子均穩定地傳遞至下一代,其靶位點沒有發生任何新的修飾。此外,通過檢測靶位點以及與靶位點高度同源的序列,并進行深度全基因組測序,研究人員未發現任何的脫靶突變跡象。結果表明,CRISPR/Cas系統是在植物中生成靶基因特異性的、靈活的、可遺傳修飾的一種有用工具。(PNAS

    基因決定植物葉片的獨特形狀


    每種植物都具有一種獨特的葉片形狀,即使相同科的植物葉片形狀也有差異。關于“葉片會是什么形狀”的信息被儲存在 DNA 中。德國 Max Planck 植物育種研究所的研究人員在比較十字花科兩種植物時發現了一個新基因RCO ((REDUCED COMPLEXITY),碎米薺(Cardamine hirsuta)的全裂葉形狀歸因于該基因。這個同源框基因能夠抑制小裂葉之間的細胞增殖和生長,使它們相互分離。擬南芥(Arabidopsis thaliana)沒有這個基因,因此,它的葉片不是全裂葉,而是簡單完整的葉片形狀。此外, RCO 功能僅限于葉片形狀;它并不能決定葉片是否形成。在碎米薺中, RCO 基因缺失并不會產生任何其他可見的變化。因此,其效果僅限于對葉緣的生長抑制作用。并且,RCO 并沒有對植物激素生長素(auxin)產生影響。這種特殊性使 RCO 相比較迄今確定的其他基因,更可能是葉片形狀進化的驅動力。為查明RCO 促進葉片復雜性的新功能是如何出現的,研究人員還研究了含 RCO 的基因簇中另外兩個基因,這兩個基因通過一個前體基因的復制,出現在進化過程中。(Science

    動物神經毒素起源和蛋白質功能進化取得新進展

    蝎毒素和昆蟲防御素共享保守的空間結構和相關的生物學活性。兩者通過破壞靶標生物的細胞膜結構實現捕食和防御,為研究保守的結構支架進化新的生物學功能提供了理想的模型。為了在實驗室條件下實現從昆蟲防御素到神經毒素的轉換,研究人員嘗試從尋找連接蝎毒素和昆蟲防御素的進化中間體入手。首先建立了識別蝎毒素家族的分子圖譜,然后,利用計算生物學方法分析了6個昆蟲目的防御素分子,發現兩個有毒目昆蟲(膜翅目和半翅目)的部分防御素擁有蝎毒素的分子圖譜。為了鑒定這些潛在進化中間體的結構和功能,研究人員選擇了麗蠅蛹集金小蜂的防御素 Navidefensin2-2開展了實驗性進化研究。發現實驗刪除Navidefensin2-2的一個氨基端環區可以消除防御素-通道間相互作用的空間位阻,進化成高親和力靶向K+通道的神經毒素(命名為Navitoxin)。進一步的核磁共振分析表明這種昆蟲防御素衍生的毒素呈現典型的半胱氨酸穩定的α螺旋和β-折疊片層的蝎毒素的空間結構。突變兩個定位于分子圖譜的關鍵氨基酸殘基完全消除或顯著降低了Navitoxin對通道的結合,表明該分子和蝎毒素采取相似的K+通道結合模式。這些結果首次證實有毒動物神經毒素起源的可預見性。該策略也首次用實驗方法建立了兩個遠緣相關蛋白家族的進化關系,為進化指導的毒素類藥物設計提供了新的思路。(Molecular Biology and Evolution

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