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生物技術前沿一周縱覽(2014年4月18日)

2014-06-28 23:49 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

解析植物生長中的非胚性信號作用
 
植物的胚存在于種子內,一旦發芽會生成成熟植株。過去人們認為,胚發育只是由胚的遺傳構成所決定。新研究表明,存在于胚環境中的一些特異細胞類型可以發送蛋白信號影響這一過程。在哺乳動物中也存在類似的情況,胚胎發育受到鄰近胎盤細胞發出的信號調控。了解非胚性細胞影響發育植物胚的機制是構建出包括有利雜交作物在內的新型改良植物物種的關鍵。當采用的親代作物親緣關系較遠時,雜交物種的胚往往無法正常發育。之前,沒有認識到非胚性植物細胞能夠引導胚生長,現在獲得了一些有價值的信息表明鄰近細胞極有可能通過一連串的蛋白信號直接與胚互作并影響它。下一步是確定響應這些非胚性信號的胚胎因子,并了解它們的作用模式。這種借助周圍細胞發出信息來控制胚的生長和發育的機制從根本上改變了過去對于植物分子發育的理解,將開啟一些令人興奮的研究途徑,有可能促使培育和繁殖出整合現有物種最成功的一些特征的植物。(Science
 
 
轉基因作物面臨的抗性問題
 
昆蟲學家發現,害蟲已經對抗蟲轉基因玉米產生了重要抗性。轉基因玉米的廣泛種植已經使一些西方玉米根蟲(Diabrotica virgifera virgifera LeConte)對Bt毒素產生了抗性。目前Bt玉米主要產生三種毒素,而這些害蟲能夠抵抗其中的兩種。生產Bt毒素Cry3Bb1的轉基因(GM)玉米可以對抗根蟲,這種作物于2003年在美國首次被批準使用。2009年農民們開始發現,這些GM作物受到了根蟲的破壞。2011年,這種破壞還波及了另一種生產毒素mCry3A的GM玉米。研究指出,抵抗Cry3Bb1的根蟲也能夠抵抗mCry3A,是因為兩種毒素具有類似的結構,在根蟲腸道有一些相同的結合位點。造成這一問題的原因是,根蟲非常頑強而Bt玉米又沒有生成足夠的毒素,無法對其實現完全控制。針對歐洲玉米螟的Bt毒素,能夠殺死超過99.99%的目標。而針對玉米根蟲的Bt毒素,卻能允許超過2%的根蟲存活下來。年復一年種植同樣的轉基因玉米,使根蟲體內的抗性快速演化。該研究說明如果不對GM作物進行綜合性的害蟲管理,幾年后抗性就會出現。通過生物技術將不同的Bt毒素結合起來對抗根蟲,是延緩抗性出現的重要途徑。與此同時,還應該實行作物輪作,以破壞害蟲的生活周期。(PNAS
 
 
昆蟲新型抗病毒系統
 
蚊子可以作為多類病毒的天然宿主及傳播媒介,但與此同時,病毒感染對蚊子的生理功能及壽命沒有顯著影響。因此人們推測在蚊子中應存在一個復雜而完善的抗病毒免疫體系,能有效限制病毒的感染及避免病毒對宿主生理功能的破壞。該研究以埃及伊蚊及多種病毒為研究模型,在世界上首次發現并闡明了昆蟲補體系統抗病毒感染的工作機制。利用比較基因組學、反向遺傳學及生物化學實驗方法在埃及伊蚊中鑒定出一套基于補體因子的新型抗病毒免疫系統。該系統可識別并有效抑制登革熱病毒 (Dengue virus) 及黃熱病病毒 (Yellow Fever virus) 在埃及伊蚊體內的感染增殖,首次在昆蟲中證明昆蟲補體免疫系統具有顯著的抗病毒功能。具體抗病毒機制描述如下:(1) 在埃及伊蚊血淋巴細胞 (昆蟲主要的免疫細胞) 表面的AaSR-C蛋白作為模式識別受體識別病毒顆粒;(2) AaSR-C結合補體因子AaMCR,從而形成一個“補體蛋白-病毒”復合體;(3)“補體蛋白-病毒”復合體激活下游信號通路產生大量的抗病毒短肽;(4) 抗病毒短肽殺滅病毒。(PLoS Pathogens
 
 
激活果蠅的發光潛能
 
自然界中能夠在黑暗中自然發光的動物很少,螢火蟲就是其中之一。當螢火蟲體內的熒光素酶將小分子D-luciferin氧化時,這種生物就能夠發光??茖W家發現,果蠅也具備在黑暗中發光的潛力(生物熒光),而UMMS合成的一種新型D-luciferin類似物,可以激活果蠅的發光潛能。D-luciferin類似物被稱為CycLuc2,能夠在CG6178的催化下發出紅光。只需要將CycLuc2簡單添加到活細胞內,就足以使果蠅細胞發光。合成CycLuc2擁有獨特的不對稱環形結構,這有助于它與酶正確匹配,啟動生物發光所需的氧化反應。這項研究顯示,生物發光所需的生化條件在自然界中其實相當普遍。人工合成的熒光素能夠幫助人們開發更多生物體內的發光潛力,激活相應的酶促反應。將內源性蛋白作為熒光素酶,就無需對DNA做出改動,這將大大有助于生物發光成像的應用,例如研究基因表達、理解感染機制、追蹤癌細胞或者評估新藥的效力等。這無疑大大拓展了生物發光成像技術的應用范圍,為活體研究增添了新的工具。(PNAS
 
 
細菌的一種DNA結合蛋白AddAB的結構解析
 
在細菌雙螺旋DNA斷裂修復中,自由端最初由一種雙功能的螺旋酶/核酸酶作用于其上,典型情況就是大腸桿菌的RecBCD酶發揮作用。RecBCD會將DNA展開,所以它最終將碰上一個名為Chi (C)的極性八聚序列,后者會造成核酸酶活性的減弱,使其特異性發生變化。研究人員獲得了來自枯草芽胞桿菌的與DNA相結合的一種相關酶AddAB的若干結構。這些結構有助于認識轉位過程、識別以及當被識別時所出現的暫停。(Nature
 
 
新疆發現羅布麻屬富鋰植物
 
羅布麻是夾竹桃科羅布麻屬的多年生草本植物,生長在鹽堿荒地、沙漠邊緣、河岸以及戈壁荒灘等環境。我國主產于西北、東北、華北和黃河流域,其中以新疆荒漠地區為最佳產地。羅布麻葉可以入藥,也可加工成茶,具有降壓、安神、抗抑郁等作用。羅布麻的安神和抗抑郁的作用與鋰作為情緒穩定劑的功效類似。他們據此推測羅布麻葉中可能含有豐富的鋰,羅布麻的部分功效可能是鋰在起作用。研究人員通過檢測吉木乃、布爾津、阜康等多處生境采集到的羅布麻和伴生種的植物樣品,發現羅布麻葉片中鋰的含量比伴生種的植物樣品高出十幾倍甚至上百倍。通過溫室盆栽實驗測定不同鋰濃度處理下羅布麻的生長、光合以及植物各器官中鋰的含量等指標發現:50ppm的鋰對羅布麻的生長和光合沒有顯著影響,而200ppm和400ppm的鋰處理則顯著抑制了羅布麻的生長和光合;葉片中的鋰含量在200 ppm處理下最高,可達1800ppm。而一般植物體內的鋰含量不高于幾個ppm。研究人員還比較了羅布麻茶與市場上常見的其他茶葉的鋰含量,發現不管是茶葉還是茶水中的鋰含量,羅布麻茶都要高出幾十倍。(中國科學報
 
 
天然化合物番茄堿可治療肌肉萎縮
  
肌肉萎縮(Muscle atrophy)是由衰老、各種疾病和傷害(包括癌癥、心臟衰竭和骨科損傷等)引起的。它會使人虛弱和疲勞,影響體力活動和生活質量,并會使人跌倒和骨折。研究人員利用由麻省理工學院Broad研究所和哈佛大學開發的一種稱為Connectivity Map的系統生物學工具,鎖定番茄堿這種天然化合物。番茄堿的mRNA表達與肌肉萎縮患者mRNA表達呈負相關性。利用培養的人和小鼠骨骼肌管,檢測了番茄堿對骨骼肌的影響,首次發現,番茄堿可刺激mTORC1信號轉導和合成代謝,引起蛋白質和線粒體積累,最終刺激培養的人平滑肌細胞生長。研究表明,番茄堿(tomatidine)——從青色番茄中提取的一種天然化合物,能更有效地增強肌肉并防止肌肉萎縮。從青色番茄中提取的天然化合物可刺激肌肉生長,提高肌肉力量和耐力,并防止肌肉萎縮。番茄堿是來自于西紅柿的一種天然化合物,當α-番茄紅素在腸道內被消化時,會產生番茄堿。因此可以適量食用青番茄,但很難把握番茄堿的安全用量。此項研究為將番茄堿用作開發肌肉萎縮和肥胖癥新藥提供了天然線索。(JBC
 
 
人類狩獵-集采者的腸道細菌
 
科學家對一組人類狩獵-集采者(坦桑尼亞的Hadza人)腸道中的各種微生物進行了研究。該研究在Hadza人的微生物組成中識別出了可能與他們覓食生活方式有關的獨特特征,包括雙歧桿菌出乎意料的缺乏,這種細菌普遍被認為是有益于我們健康的“好細菌”。研究者分析了來自Hadza人和西方人的糞便的細菌和某些微生物代謝物(短鏈脂肪酸,SCFAs)發現,兩個人群在微生物和SCFA組成上有差別,Hadza人腸道細菌更多樣化。Hadza人缺乏雙歧桿菌(在所有其他人類的小腸中和家畜中所發現的微生物)。Hadza人樣本的另一獨特特征是,男性和女性之間的微生物組成有差別,這可能是由不同性別的勞動分工造成的。新石器時期從狩獵-集采向農業社會的過渡涉及飲食和生活方式的劇變,對此人類和他們的微生物伙伴都必須適應。這項研究成果代表著在認識這種同步化的適應方面邁出了重要一步,同時也突顯了這樣一個事實:關于“正常”的或“健康”的微生物群的概念是取決于具體情景的。(Nature Communications
 

來源:基因農業網

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