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生物技術前沿一周縱覽(2014年5月9日)

2014-06-28 23:39 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

花粉壁形成材料的分子調控機制
 
花粉壁是花粉粒周圍的一個多層特化細胞壁,不僅為雄配子體提供機械保護使其免受干燥、環境壓力和微生物攻擊,對于授粉的各個方面,包括花粉粘附、水合作用和萌發也是必不可少的。物種之間的花粉粒外壁形態有所不同,這個復雜而有時是物種特異性的模式,連同其耐久性,使其能夠用于古生物學和法醫分析。在系統發育關系較遠的有胚植物、石化的綠色藻類和高等植物之間,孢粉素是高度保守的,表明自有胚植物最初占據大陸以來,它在進化上一直是保守的。盡管如此,由于其不溶性和化學彈性,其生物化學和生物合成,在很大程度上仍未闡明。研究表明,花藥的最內層---絨氈層特異性轉錄因子AMS在花粉發育過程中發揮多樣化和關鍵的作用,包括在小孢子母細胞分離、四分體胼胝質層溶解和隨后的孢粉素生物合成和花粉外被形成過程中發揮直接的轉錄調控作用。研究人員以擬南芥為材料,采用全基因組表達分析,結合生化和功能驗證,對AMS參與調節候選基因進行了深入的研究。證實了AMS在協調孢粉素的生物合成和花粉外壁形成材料的分泌中,發揮至關重要的作用。(Plant Cell
 
 
植物的“眼睛”光敏色素
 
大多數的植物總是設法讓自己向著太陽。相關的蛋白家族被稱作為“光敏色素”家族,這些蛋白存在于所有植物的葉子中。它們檢測到光線的存在會告知細胞所處的是白天還是黑夜,植物是在蔭涼處或是在太陽下??梢詫⑺鼈円曌魇侵参锏?lsquo;眼睛’。研究人員設法了解了植物細胞中的光敏蛋白在發現光線時所做出的改變。這些眼睛在分子水平上的作用機制: “光敏色素”蛋白家族控制了植物趨光生長,通過光合作用固定更多二氧化碳的過程。通過光輻射,植物中的光敏色素發生改變,將一些信號傳遞給細胞。光敏色素具有一個三維分子結構。光敏色素吸收光線,蛋白的結構發生改變??茖W家們研究了材料來源相對豐富的細菌光敏蛋白,發現這種結構改變使得幾乎整個分子被重建,這一發現增進了對于光敏色素作用機制的了解。這有可能促成一些新的策略,開發出能夠在少光的地方生長的、更為高效的作物。(Nature
 
 
揭開大豆果實不裂之謎
 
野大豆果實自然開裂,會使種子過早散落,不利于收獲,這也是造成大豆減產的主要原因。但我國先民在漫長的選擇和馴化等農業活動中改變了這一性狀,產生了現在果實不裂的栽培大豆。研究團隊針對栽培大豆果實裂莢抗性這一關鍵馴化性狀展開了全面而深入的研究。結果發現,野大豆果實腹縫線處的纖維帽細胞具有關鍵作用。當果實成熟時,這些細胞隨之破裂,使兩個果瓣裂開。而栽培大豆中,纖維帽細胞有6~8層并且細胞壁劇烈加厚。當果實成熟時,酶的分解和機械張力都很難使這些細胞破裂,兩個果瓣也就不會在自然狀況下裂開。
纖維帽細胞的細胞壁受到至少一個基因的控制,而這個基因的活動又被一個叫作抑制子的部件控制著??蒲袌F隊找到了相關基因以及它的抑制子,并發現我國先民在大豆的選擇過程中,將這個抑制子徹底破壞掉了,使得該基因的活動不受限制,造成纖維帽細胞的細胞壁劇烈增厚,最終導致兩個果瓣不能自然裂開。從20世紀90年代以來,人們一直在利用多種技術試圖找到這個基因,以便在現代分子育種中利用該基因實現大豆增產,但均未取得突破。大豆中發現的果實不裂是一種全新的分子調控機制,該基因和相關調控機制有望應用于豆類作物的品種改良和大豆的分子育種過程。(Nature Communications)
 
 
揭示植物-菌根共生能量來源
 
在植物叢枝菌根共生中,叢枝菌根真菌能夠富集土壤中的磷、氮等營養,傳遞給植物供其生長;同時植物提供碳源供叢枝菌根真菌生長。研究已發現多個磷轉運蛋白和氮轉運蛋白負責植物與叢枝菌根真菌之間營養轉運,而磷轉運蛋白是一類H+離子梯度依賴型的轉運蛋白,但在植物-叢枝菌根共生中H+離子梯度的產生和維持還不清楚。研究人員利用正向和反向遺傳學,獲得了水稻和苜蓿中特異被叢枝菌根真菌誘導的H+-ATPases,并發現突變體不能通過叢枝菌根共生獲得磷營養,表現為叢枝菌根共生缺失。這是目前發現的首個有活性的H+-ATPase參與菌根共生,通過產生和維持細胞內外H+離子梯度而驅動植物與菌根真菌之間的營養交換。該研究揭示了植物-叢枝菌根共生營養交換過程中能量的來源,并表明通過對H+-ATPase的修飾有望提高植物從環境獲取營養的能力。這些研究成果深化了人們對植物-微生物共生的理解,為作物通過共生高效利用營養奠定了基礎。(Plant Cell
 
 
解碼植物的化學詞匯表
 
植物整個一生都扎根在一個地方。當面對逆境,例如大群饑餓的食草動物或病害爆發時,它們無法逃跑必須為生存而戰斗。那什么是它們防御的關鍵?就是化學。由于這種持續不斷的沖突,一些植物進化成為了令人驚異的化學家,能夠同步成千上萬種基因生成的數以萬計的化合物。這些稱作為特殊代謝產物(specialized metabolite)的化合物,使得植物能夠抵抗來自環境的短時威脅。更為重要的是,其中的一些化合物可使得人類受益,超過三分之一的醫療藥物都是來自植物的特殊代謝產物。研究人員對一些植物的基因組進行了大規模的比較分析,調查了特殊新陳代謝的演化機制。為了開展這項研究,該研究小組開發出了一個計算管道系統,其可將測序植物基因組轉變為生物體代謝網絡圖。對于我們的分析或是所有的比較基因組分析而言,跨物種數據的一致性和質量是其關鍵,管道系統確保了這種一致性以及精確度和覆蓋度水平。研究結果將大大改變科學家們尋找植物中新的有益代謝產物的方式。有可能對包括農業、生物技術、藥物發現和合成生物學在內的許多研究領域造成廣泛的影響。(Science
 
 
人類自身基因組的探索
 
人類正處于大數據時代,2005年整個人類(據不完全統計)創造了150EB的數據,而在2010年,就達到了1200EB,在生命科學研究領域,隨著新一代基因組測序技術的發展,近十年來大規?;蚪M測序研究越來越多,由此也積累出了龐大的數據群。數據爆炸使科學的研究方法都落伍了,統計學方法也隨之變革。顯著性檢驗:在基因研究中被廣泛使用,如全基因組關聯研究以及外顯子組測序研究。但是顯著性檢驗都需要嚴格意義的閾值,以便進行多方檢測,并且這種方法也只適用于已有充足統計意義的研究,而這依賴于表型的特征,以及假定的遺傳變異,還有研究設計方案。外顯子組突變研究:近年來人類人口數量急劇增加,導致了大量罕見重要功能的變化,這對于理解和預測當前和未來人類疾病和進化的模式,具有重要的意義。研究人員發現從進化的角度上說,在最近的五千到一萬年間,編碼細胞蛋白的基因有將近四分之三發生了突變。外顯子出現的突變或變異的數量,與五千年前出現的完全不同,這表明“近期”發生的事件對人類基因組造成了極大的影響。稀有基因突變研究:發現稀有遺傳變體的豐度為每17個堿基出現一個,且呈地域局限性。因此,即使以大數量樣本進行調查,對稀有變體的編目記載仍很不完善。利用已觀察到的基因變體模式估計這些變體在人群中的增長參數,并估算有害基因變體在一定頻率級中所占的比例,以及每一個基因的突變率。由于快速的人口增長和較弱的純化選擇,人類群體目前具有大量的稀有基因變體。這其中相當一部分都是有害的,與已知疾病的風險存在相關性。(Nature
 
 
蜘蛛基因組幫助認識毒液和蜘蛛絲的生成
 
蜘蛛在生態系統中扮演一個舉足輕重的捕食者角色。它們利用毒液和絲網來征服和捕捉獵物,這使其能夠以最小的能量成本高效地捉到獵物。蜘蛛因此也成為控制昆蟲和害蟲種群數量的一個關鍵物種。為了更多地了解這些捕食者,科學家對非洲社會性絲絨蜘蛛Stegodyphus mimosarum和巴西白膝頭蜘蛛Acanthoscurria geniculate的基因組和轉錄組進行了測序,并對毒液和蛛絲蛋白進行了深度分析。這項工作讓我們對毒液和蜘蛛絲的生成中所涉及的基因和蛋白有所認識。研究識別出了在毒液內的毒素處理和激活中可能涉及的新蛋白,并讓我們對蜘蛛絲蛋白的組成有了新認識。這種信息有可能被用來分別推進有關毒液和蜘蛛絲的藥理應用,例如,有可能被用來推動毒液在神經毒素和殺蟲劑的生產中的應用,并且還可能促進將這些絲蛋白用于生物材料應用的未來研究中。(Nature Communications
 
 
H7N9流感疫苗研究獲進展
 
甲型H7N9流感病毒是一個通常只在鳥類中傳播的病毒亞型,但2013年3月底在上海和安徽兩地率先出現H7N9感染人的疫情。從2014年初至今仍不斷有新感染病例的出現,且病情多危重。世界衛生組織(WHO)2014年4月8日的H7N9疫情統計報告顯示,包括中國以及東南亞總計有375人感染H7N9流感病毒,115人死亡,病死率高達30%。疫苗接種是預防流感病毒感染的最有效手段,全國多家研究機構和疫苗生產企業均在研發H7N9流感病毒疫苗。我國H7N9流感疫苗的研究獲得進展,研究人員在2013年4月8日從全球共享禽流感數據倡議組織(GISAID)獲得H7N9病毒基因信息后,利用反向遺傳病毒拯救技術自主研發了H7N9重組病毒疫苗株(AH-H7N9-PR8),制備了全病毒滅活疫苗,并利用小鼠和獼猴動物模型探索了該疫苗的免疫效力。該全病毒滅活疫苗可誘導高滴度的抗H7N9中和抗體;通過添加氫氧化鋁佐劑或者進行二次免疫,低劑量的疫苗也可誘導更高滴度的中和抗體;致死劑量H7N9病毒攻擊后,注射H7N9疫苗免疫小鼠和獼猴制備的抗血清可以完全保護實驗小鼠。該研究提示,滅活的重組病毒疫苗可產生有效的免疫保護,同時也提示H7N9疫苗免疫者或康復者個體的血漿可以用于預防H7N9感染或治療H7N9感染患者。(Antiviral Research
 

來源:基因農業網

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