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生物技術前沿一周縱覽(2014年3月21日)

2014-07-02 21:05 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

玉米代謝GWAS研究新成果
 
植物生成大量結構各異的代謝產物,它們在植物的生長、細胞補充、全株資源分配以及植物的發育和應激反應中發揮著重要的作用,此外,它們還為人類提供了必不可少的營養、生物能、醫藥、香料等資源。了解植物生物化學對于在不斷變化的氣候條件下實現可持續發展農業以及資源保護至關重要。玉米是全球糧食和飼料供應的重要農作物之一,對這一物種開展全面代謝組學研究迫在眉睫。此外,玉米因其自交系所顯現的特殊基因組及表型多樣性,還是遺傳學研究的模式生物。研究人員通過對玉米粒進行基于代謝物組(Metabolome)的全基因組關聯(GWAS)對玉米代謝展開了全面的研究。研究確定了種植在多個區域702個玉米品種的983個代謝物特征,通過基于代謝物的全基因組關聯繪圖鑒別出了跨越3種環境的1459個顯著基因組-性狀關聯。大多數(58.5%)鑒別的基因座得到了表達QTL的支持,一些(14.7%)基因座通過連鎖作圖得到了驗證。重測序和候選基因關聯分析確定了與代謝性狀相關的5個候選基因的潛在因果變異。通過突變和轉基因分析進一步驗證了其中的兩個基因。所鑒別的一些與粒重相關的特征或許可以被用作為生物標記物來推進玉米遺傳改良。新研究增進了對于玉米功能基因組學和代謝的認識,并為作物改良提供了一個強有力的工具。(Nature Communications
 
 
解析花蜜的進化之謎
 
花蜜對于開花植物的重要性不言而喻,但植物生產和分泌花蜜的過程仍然未知。研究人員對三種不同的開花植物(擬南芥、蕪菁和野生煙草)進行了研究,在蜜腺中尋找可能涉及糖轉運的轉運蛋白。結果發現,糖轉運蛋白SWEET9在三種植物中的糖轉運中都起關鍵作用。該蛋白負責介導花蜜分泌的過程,將糖轉運到蜜腺的細胞外區域,是花蜜合成和分泌中的關鍵元件。SWEET9還可能對于開花植物的進化至關重要,出現在開花植物進化的早期。推測在第一批開花植物形成蜜腺之時,SWEET9糖轉運蛋白就出現了,這是植物吸引和犒勞傳粉者的重要一步,有助于提高植物的遺傳多樣性。(Nature
 
 
首次揭示奶山羊生殖器官miRNA
 
microRNA(miRNA)是一類非編碼小RNA,通過靶向調控基因表達而發揮重要功能。許多研究已證實,miRNA參與調節多種生物學過程,包括哺乳動物生殖系統發育和配子發生過程。通過高通量測序技術,研究人員已分別對人類、大鼠、小鼠、牛和豬的睪丸組織中的microRNA表達譜進行了全面的分析,并發現這些miRNA具有顯著的保守性,部分保守的miRNAs與哺乳動物精子發育密切相關。薩能奶山羊是一種重要的經濟動物,具有較短的妊娠期,可以為人類提供毛皮、肉、奶和其他有價值的產品,同時也是進行多肽藥物研究的重要轉基因動物模型。因此對奶山羊的生殖細胞和生殖器官發育的機理進行深入研究具有重要價值。為此,研究人員采用高通量測序技術對奶山羊生殖器官的miRNA表達譜進行了深入挖掘和分析。首先通過小RNA測序技術對成年奶山羊睪丸組織中的小RNA譜進行了測定和分析。通過比對miRBase中已報道的牛和羊的miRNA,鑒定出在奶山羊睪丸組織中有373個保守的miRNAs和91個新的配對miRNAs。研究人員使用定量PCR對其中部分miRNAs在奶山羊睪丸中的表達進行了驗證。進一步通過比較奶山羊睪丸組織與相對應的牛和小鼠中的miRNA表達譜,發現有128個保守的miRNA可能參與了奶山羊的睪丸發育和減數分裂。此項研究揭示了奶山羊睪丸組織中的首張miRNA表達譜。表征這些miRNAs將有助于更好地理解奶山羊的生殖與發育的分子機制。(Reproduction in Domestic Animals
 
 
大型動物基因表達圖譜繪制
 
研究人員對編碼于動物基因組中的信息在不同器官、發育階段和環境條件下的處理機制展開了迄今為止最大型的調查研究,繪制出了基因如何在神經細胞中發揮功能以及響應環境壓力的新圖像。此項研究以模式生物果蠅為研究對象。70%的已知人類疾病基因在果蠅中都有密切相關的基因,而果蠅的基因組只有人類基因組1/30大小。以往的果蠅研究提供了一些有關癌癥、出生缺陷、成癮行為和神經系統疾病的信息。在最新的這項科學研究中,構建出了迄今為止最全面的動物基因表達圖譜。盡管我們身體每個細胞中的基因組都基本相同,每種細胞類型的轉錄組卻并不一樣,且不斷地在發生變化。轉錄組可響應環境挑戰迅速發生改變,基因表達動態變化使得我們的身體能夠適應如溫度或化學物質接觸等改變。為了繪制出轉錄組圖譜,科學家們利用了深度測序技術生成了1.2萬億個堿基的RNA序列數據。在29種果蠅組織類型、25個細胞系以及暴露在各種“環境挑戰”中對RNA進行了分析。結合極深度測序和多種組織及情況生成了完整的RNA活性圖譜,揭示出了只在一種組織類型中表達的一些新基因和罕見RNAs。發現了一些神經系統組織中RNAs出人意料的復雜性和多樣性,以及從前未知的與應激反應相關的一些基因。(Nature
 
 
美設計出合成氨基酸簡易新法
 
研究人員設計出一種“非天然手性氨基酸”的簡易合成方法,有望推動化學工業尤其制藥業的發展。氨基酸是含有氨基和羧基的一類有機化合物的通稱,是生物功能大分子蛋白質的基本組成單位。非天然手性氨基酸的分子為“對映異構體”,在藥物開發、化工合成和催化工業等領域具有重要作用。天然氨基酸便宜易得,但種類不多,因此需要合成非天然手性氨基酸。傳統的合成方法,制備每種不同的非天然手性氨基酸都要利用不同的起始原料合成,該研究的策略是利用最便宜的丙氨酸作為共同的起始原料,來合成成千上萬種非天然手性氨基酸。研究解決了把丙氨酸上的惰性甲基碳氫鍵在溫和條件下打斷這一最大難題,可根據需要連上一個新的化學官能團,每次連上一個不同的官能團就可以得到不同的氨基酸。丙氨酸甲基上有3個碳氫鍵,打斷第一個鍵和第二個鍵會得到不同的氨基酸,但往往會連續發生并得到混合產物而失去應用價值。研究者成功設計出兩種活性不同的催化劑,可以有選擇性地打斷第一個鍵和第二個鍵,從而控制合成氨基酸的結構。該方法開發的非天然手性氨基酸具有很好的藥理活性,潛在應用包括制造抗癌藥物、抗生素以及治療帕金森氏癥等疾病的藥物。(Science
 
 
新的納米粒子提供最佳的基因沉默
 
RNA干擾(RNA interference,RNAi)極有希望用于治療癌癥和其他單基因突變引發的疾病。然而在傳遞足夠的RNA對病變組織進行治療時,仍然很難避免對身體其他部位的副作用。研究人員設計了一種新的納米粒子,能夠傳遞可關閉致病基因的遺傳物質片段。他們通過將RNA包裹在脂肪樣分子(稱為新脂肽lipidoids,一個脂肪分子和蛋白質球體)內,可以用小劑量的siRNA阻斷多個基因。與以前任何siRNA傳輸工具相比,這種粒子能夠獲得5倍以上的基因沉默有效性。并且只需要很少量的RNA,就能引起整個肝臟中的基因敲除,其效果特定于肝臟,并沒有影響其他組織。在檢測該粒子關閉一種凝血蛋白(Factor VII)基因的實驗中,證實了siRNA沉默Factor VII的有效性。這種粒子能夠有效沉默TTR(transthyretin,運甲狀腺素蛋白)基因,這個基因與許多疾病相關,包括老年性全身性淀粉樣變性病、家族性淀粉樣蛋白多發性神經病和家族性淀粉樣蛋白心肌病。此外,在非人靈長類動物的測試中發現,這種納米粒子也可以有力地沉默非人靈長類動物的基因。目前,研究小組正在試圖了解更多關于該粒子如何運轉等,以期進一步提高粒子的性能,同時也致力于開發能夠靶定肝臟之外器官的納米粒子。(PNAS
 
 
從基因組序列快速發現新藥的突破性方法
 
在一項尋找新藥的研究中,研究人員開發出一種方法,能夠從基因組序列中迅速發現新的候選藥物。他們利用這種新方法——Inforna,發現了能夠靶定疾病相關RNA,如microRNA-96 (MiR-96 microRNA被認為通過阻止細胞凋亡或程序性死亡而促進癌癥的發展)的化合物,以及另外幾種靶定近二十幾個其他疾病相關的microRNA的化合物。研究人員開發的計算方法通過從成千上萬的細胞RNA序列中,挖掘藥物-RNA序列(“motif”)相互作用的數據庫,來確定最佳的藥物靶點。從這些基因組序列和所有細胞的RNAs中挖掘信息,以發現能夠靶定這些疾病相關RNAs的藥物,而保留其他未受影響的RNAs。作為原理驗證,他們發現了一種高效的化合物,能夠導致癌細胞攻擊自己而死。這是首次從僅僅一段RNA序列中,合理設計出治療性小分子。這種前所未有的方法,可明確地靶定致癌RNA,這闡明了一種空前的化合物選擇性。相反地,典型的癌癥藥物作用靶點細胞是不加選擇的,通??蓪е虏∪穗y以忍受的藥物副作用。(Nature Chemical Biology
 
 
有機械記憶的干細胞
 
干細胞的命運會受到他們過去所處環境的機械強度的影響。已有研究表明,干細胞當前培養環境的機械強度,如它們被培養的凝膠的硬度,可以誘導它們的分化方向。研究骨髓間充質干細胞的培養歷史發現,在具有不同硬度的細胞培養凝膠上的培養時間,也影響了細胞命運的決定。這種“機械記憶”效應,是由轉錄共激活因子YAP和TAZ介導的。研究人員利用干細胞的這種能力來保留過去的環境信息,來誘使它們在很大程度上在基板上分化成成骨細胞,否則大多數將自然而然地成為脂肪細胞。(Nature Materials
 

來源:基因農業網

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