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生物技術前沿一周縱覽(2014年3月7日)

2014-07-02 21:15 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

中外科學家通過繪制辣椒基因組序列發現其進化與馴化的線索
 
在大約公元前6000年被美洲原住民馴化的辣椒是一種具有商業重要性的食品、醫學和觀賞作物,2011年全世界收獲了3460萬噸辣椒鮮果。然而辣椒果的尺寸、形狀和產量背后的分子機制尚不清楚。一個國際研究組完成野生與栽培的辣椒的基因組序列,發現了這種作物的進化與馴化的線索。研究人員測出了中國貴州省生長的栽培種辣椒Zunla-1 (Capsicum annuum L.)以及它的生長在墨西哥中北部的野生祖先Chiltepin(C. annuum var. glabriusculum)的參考基因組序列。大小為3.26Gb的辣椒基因組的81%以上是由稱為轉座子的移動遺傳元素構成的,這些基因組插入很可能發生在30萬年前,這導致了辣椒家族的進化史上的較晚近的基因組擴張。系統發生分析提示,辣椒很可能與它的親緣物種馬鈴薯和番茄在大約3600萬年前分離。此外,掃描了18個主要的栽培種辣椒品種的基因組,以尋找人工選擇的跡象,結果識別出了與馴化有關的基因,這可能解釋野生和栽培種辣椒之間的差異;在這些基因中有一些可能與種子休眠縮短、抗病原體和抗逆性增強以及儲存壽命增加有聯系。此外,作者識別出了具有辣椒特異性的基因重復以及一個與辣椒素的積累有聯系的基因-劑量補償機制,它導致了一些辣椒品種的辣味有差異。這些基因組序列有可能幫助改善辣椒育種項目的有效性。(PNAS
 
 
幼苗破土而出的土壤驅動機制
 
陸地種子植物的早期生活往往是從黑暗的土壤下開始。隨著時間推移,通過適應植物進化出精細的黃化過程使得幼苗能夠破土而出,獲得自養能力。但這一過程要求幼苗能夠感知土壤條件,從而傳遞這一信息以調節幼苗生長和光合器形成。但目前對于土壤覆蓋驅動植物形態發生改變,尤其是響應各種的土壤條件協調不同器官細胞過程的機制仍然不是很清楚。來自北京大學、耶魯大學的研究人員在新研究中確定了發芽幼苗土壤反應的一些關鍵特征,并推斷植物激素乙烯(Ethylene)是土壤誘導植物形態發生變化的一個主要調控因子。研究人員證實土壤覆蓋激活了幼苗生成乙烯,EIN3/EIL1依賴性的乙烯響應級聯反應是幼苗成功破土而出的必要條件。在土壤下,下胚軸中的ERF1信號通路激活減慢了細胞伸長,而在子葉中PIF3信號通路激活控制了光合器預裝配。此外,EIN3/EIL1引導PIF3- ERF1分子回路使得幼苗同步了黃化質體成熟與下胚軸生長的速度,最終轉而使得幼苗能夠在由暗向明過渡過程中維持快速獲得光合自養能力所需的原葉綠素酸酯量,避免了光氧化損傷。這些研究結果指出了一條驅動土壤誘導植物形態形成的遺傳信號通路,并確定了在擬南芥幼苗中乙烯發揮特殊作用,協調了器官特異性的土壤反應。(PNAS
 
 
老樹的重要性
 
森林是全球碳循環的重要組成部分,參與調節溫室氣體濃度。老齡林和它們的葉子比新森林固碳量小,但這個規律是否適用于單個樹木還不得而知,該項研究利用對超過400個樹種所做的一項全球性分析顯示,它并不適用。相反,較大和較老的樹要比較年輕和較小的樹更快地積累碳。這一點可以通過將隨著年齡增長葉子數量增加和森林密度降低考慮進去之后而在其他層面上所產生的效應得到解釋。大樹的快速生長意味著,相對于它們的數量來說,它們在森林對陸地碳循環和全球氣候系統的反饋中可能會發揮一個與其數量不相稱的重要作用。(Nature)
 
 
Cas9–RNA怎樣“審查”DNA?
 
基于CRISPR/Cas9的DNA靶向技術很快成為合成生物學和基因組工程領域的一個領先工具。它利用由一個由RNA分子引導的細菌核酸內切酶 “Cas9”能夠定位幾乎任何相匹配目標DNA序列的特性來進行結合和切割。一項研究報告了利用單分子和宏觀生化實驗來揭示RNA-引導的Cas9如何識別基因組DNA并查找特定的切割位點。該研究的結果顯示,一個很短的三核苷酸protospacer adjacent motif(PAM),在將Cas9–RNA復合物向潛在DNA靶點上招募中以及在激活核酸酶催化活性中所起作用。競爭測定法提供的證據表明, DNA鏈的分離和RNA-DNA異源雙鏈體的形成開始于PAM,并朝向靶序列的遠末端進行。這些結果揭示了Cas9利用PAM掃描大型的DNA分子并快速識別潛在的靶位點的“審查”機制。(Nature
 
 
功能強大的“超級基因”
 
燕尾蝶通過翅膀的復雜圖案、顏色和結構進行擬態。芝加哥大學的科學家們指出,這一復雜的機制受到doublesex的單基因調控。眾所周知,doublesex是控制昆蟲性別分化的關鍵基因,而這項研究表明該基因還具有控制擬態的強大功能。為了避免被捕食,一些無毒蝴蝶會模擬有毒蝴蝶的翅膀圖案。幾個世紀以來,人們一直將蝴蝶翅膀的擬態作為自然選擇的典型范例進行研究。有證據表明,燕尾蝶基因組中存在一個控制擬態的區域。鑒于擬態的復雜性,人們一直認為這一區域可能含有“超基因”,即多個緊密相聯的基因,蝴蝶翅膀的擬態圖案應該是多個基因共同作用的結果,而現在發現,控制性別分化的doublesex基因單獨承擔了這項工作。單個基因為何能夠控制如此復雜的機能的原因可能在于控制doublesex表達時機和地點的非編碼DNA可能起到了重要作用。研究顯示,在擬態蝴蝶的基因組中doublesex基因是反向的,這不僅減少了重組的可能性,還使其蛋白產物出現了結構差異。由于doublesex是一個可激活其他基因的轉錄因子,研究人員相信這些差異可能就是翅膀圖案多樣化的原因。doublesex的具體作用機制還有待于進一步的研究。 (Nature)
 
 
miRNA參與決定海膽性別
 
MicroRNAs(miRNAs)是一類內源性非編碼小RNA,在轉錄后水平調控基因表達。光棘球海膽(Strongylocentrotus nudus)既是非常好的研究發育的模式生物,又是具有重要商業價值的食物來源。然而,到目前為止還沒有報道過miRNAs參與調控S. nudus性腺分化。由西北農林科技大學劉小林教授領銜的團隊采用小RNA測序技術對此問題展開深入分析。研究人員構建了兩個分別來自雄性和雌性S. nudus性腺的小RNA文庫并進行高通量測序分析。測序發現,在兩個文庫中,共有184個miRNAs,包括60個已知的和124個新的miRNAs。研究人員對其中已知miRNA的堿基偏好性和末端變化進行了分析。不僅如此,通過比較兩個文庫中的miRNA表達譜,發現有67個miRNAs差異表達,它們來自86個共表達和98個性別特異的(47個雄性特異,51個雌性特異)miRNAs,這些差異表達的miRNAs可能參與性別分化。本項研究繪制了第一張S. nudus性腺分化相關的miRNA表達譜。(Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics)
 
 
中科院華南植物園發明檢測真菌毒素新方法
 
中科院華南植物園蔣躍明、楊寶等科研人員完成的“一種利用青?;【鶴67檢測真菌毒素萎蔫酸的方法”日前獲得國家發明專利授權。水果是人們日常消費最常見的食品之一。然而多種水果在采摘后易受病原菌侵染。這些病原菌不僅能引起或加重水果病害的發生,而且還能產生真菌毒素,進而危害人類的健康。萎蔫酸是其中較為常見的一種真菌毒素,因其較強的毒性而受到人們的關注。目前,萎蔫酸的檢測方法以儀器分析方法為主。這些方法具有檢測限低、精確度高等特點,但卻難以滿足實時、迅速、在線分析的要求。發光細菌(如青?;【鶴67)由于其獨特的生理特性以及與現代光電檢測手段匹配的特點而備受關注。利用發光細菌的發光強度作為指標來監測有毒物質越來越受到重視,已成為生物檢測領域的重要技術。上述發明公開了一種利用青?;【鶴67檢測真菌毒素萎蔫酸的方法。測定結果與液相色譜法測定的結果無顯著差異,準確度高。其方法簡單,無須大型儀器設備,測定所需的微弱發光儀設備成本較為低廉,具有簡便、快速、準確的優點,易于普及和推廣應用。(中國科學報
 
 
絲狀真菌半纖維素降解關鍵功能基因研究獲進展
 
在以生物質為原料生產生物乙醇和生物化學品過程中,木質纖維素的降解是一個重要步驟。而木質纖維素降解菌,例如絲狀真菌如何感應和代謝固體纖維素和半纖維素仍然沒有被清楚解析??蒲腥藛T以絲狀真菌粗糙脈孢菌(Neurospora crassa)為對象,發現作為纖維寡糖轉運蛋白的CDT-2不僅在纖維素的降解利用中起重要作用,而且在半纖維素的降解利用中也起關鍵作用。cdt-2的突變體不僅在纖維素上有生長缺陷,同時在半纖維素上也有明顯的生長缺陷?;虮磉_分析顯示,cdt-2可以被半纖維素很好地誘導,并且cdt-2突變體表現出明顯的木寡糖消耗缺陷。cdt-2突變體在纖維素和半纖維素條件下的轉錄組數據分析顯示cdt-2的缺失導致大量的纖維素酶和半纖維素酶基因下調,并且cdt-2在粗糙脈孢菌中的過表達提高了纖維素酶和半纖維素酶的表達。此外,研究人員發現XLR-1是cdt-2的主要調控轉錄因子。(PLoS ONE

來源:基因農業網

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