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生物技術前沿一周縱覽(2014年6月27日)

2014-06-28 23:09 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

研究發現二氧化碳排放將使農作物降低營養
 
由美國、日本和澳大利亞等國專家組成的國際研究小組報告說,他們在上述國家的實驗田中種植了41種農作物,研究大氣中二氧化碳含量對不同農作物營養有何影響。結果發現,二氧化碳增加會普遍降低這些農作物的營養價值。按照目前大氣中二氧化碳增加趨勢,到本世紀中葉,大米、小麥、大豆等主要農作物中鋅、鐵和蛋白質的含量最多可減少10%。導致這一結果的具體機制尚不清楚。全球有約20億人主要靠這些農作物攝取鐵、鋅等營養元素,目前,缺乏此類營養導致的健康問題已經十分嚴重,而二氧化碳繼續增加將加劇這一問題。而且,這種營養成分的減少并不能單純依靠多進食來彌補,因為攝入熱量過多同樣會帶來諸多健康問題。該研究表明,二氧化碳排放增多不只會使農作物產量減少,還會降低其營養,這將在很大范圍內影響人類健康。因此,除了加強研發對二氧化碳耐受性強的作物,更應從根本上減少二氧化碳排放量。(Nature
 
 
激素ABA調控水稻葉片衰老的分子機制
  
在農業生產上,由于葉片早衰造成了許多作物減產。有的水稻品種由于存在葉片和根系早衰而造成結實率偏低、空秕率較高,影響了其產量潛力的發揮。有目的地對葉片衰老進行調控,可以提高農作物的產量或延長農產品的貯藏期。植物激素脫落酸(ABA)參與誘導了葉片衰老,但對于這一信號機制仍不清楚。研究人員鑒別出了一個顯性的葉片早衰突變體ps1-D,證實PS1編碼了一種植物特異性的NAC 轉錄激活子OsNAP。經證實,這一基因在水稻衰老中起作用。采用ChIP-PCR和酵母單雜交技術,研究人員證實OsNAP通過直接靶向與葉綠素II降解和養分輸送相關的基因以及其他一些與衰老相關的基因,正向調控了葉片衰老,表明OsNAP是水稻衰老起始一個理想標記物。進一步的分析確定是ABA特異性地誘導了OsNAP,同時OsNAP對ABA的生物合成造成了反饋抑制。OsNAP是ABA和葉片衰老之間的一個重要分子鏈接。因此,微調OsNAP表達應該是未來提高水稻產量的一個有用的策略。(PNAS
 
 
首次報道植物體內褪黑素信號轉導機制
  
褪黑素最是迄今發現的最強的內源性自由基清除劑。褪黑素的基本功能就是參與抗氧化系統,防止細胞產生氧化損傷,在這方面,它的功效超過了已知的所有體內物質,而且它控制體內各種內分泌腺的活動,多項生理功能。近年來人們發現植物中也含有褪黑激素并已經在多種植物中特別是食用和藥用植物中檢測出來,在植物中廣泛進行褪黑激素的研究將對人類的營養、醫藥和農業提供非常有益的信息。研究人員發現冷害可以快速誘導擬南芥體內褪黑素的含量,而且冷害可以誘導擬南芥鋅指結構轉錄因子ZAT6基因的表達;進一步研究發現ZAT6直接參與調控的CBF1-3基因的表達是褪黑素誘導植物對冷脅迫抗性所必需的,而并不調控冷脅迫處理過程中褪黑素含量的變化。從而部分解析了褪黑素誘導植物抗冷脅迫的分子機理, 這也是目前為止首次褪黑素在植物體內信號轉導機制的研究報道。(J. Pineal Res.)
 
 
Proline responding1基因在調控玉米普通蛋白合成和細胞周期中所起的關鍵作用
  
在逆境條件下,植物積累脯氨酸作為對不利條件的適應性反應,脯氨酸的一個主要功能是保護發育中的細胞免受滲透破壞。而最近的數據表明,脯氨酸在蛋白質合成過程中,可能有一定的調控功能。脯氨酸作為蛋白質的組成部分或作為一個自由氨基酸也可能在細胞代謝中發揮重要的作用。對玉米(Zea mays)經典突變體proline responding1(pro1)基因的進行克隆和功能鑒定的研究發現,Pro1基因編碼一個合成酶,其催化來自谷氨酸的脯氨酸生物合成。Pro1基因的功能缺失,可減少脯氨酸在pro1突變體中的積累。脯氨酸不足可導致不帶電荷的tRNApro AGG積累水平有所提高,觸發pro1突變體中真核起始因子2a(eIF2a)的磷酸化作用,從而導致這個突變體中蛋白質合成的普遍減少。脯氨酸不足,也能夠在轉錄水平上下調主要的細胞周期蛋白基因,使細胞周期阻滯,抑制細胞增殖,此過程可逆,表明脯氨酸在細胞周期的過渡中,發揮調控作用。該精細機制表明脯氨酸在植物一般蛋白質合成和細胞周期過渡的調控過程中,發揮重要的作用。(Plant Cell
 
 
研究揭示葉綠素合成途徑中關鍵反應
 
研究人員解析了擬南芥的谷氨酰-tRNA還原酶(GluTR)與其結合蛋白的復合物晶體結構。該結構中GluTR處于活性狀態,反應的產物釋放通道在結構中得到清楚的展現。實驗分析發現,GluTR的活性受到其結合蛋白的正調控。該研究澄清了國際上長期以來關于GluTR的激活與調控方面的疑問,拓展了人們對GluTR調控多樣性的認識,也為人們研究葉綠素合成調控提供了新線索。葉綠素是植物光合作用吸收和傳遞光能的最主要色素,葉綠素的生物合成途徑由一系列酶促反應完成。GluTR催化的NADPH對谷氨酰-tRNA的還原,是葉綠素合成途徑的第一個關鍵限速反應。因此,GluTR的結構與功能研究對揭示葉綠素合成的調節機制具有重要意義。(PNAS)
 
 
茶尺蠖種群遺傳分化規律
  
茶尺蠖(Ectropis obliqua Prout)是我國茶樹主要害蟲之一,遍及我國各主產茶區,尤以浙、蘇、皖地區發生嚴重。不同地區茶尺蠖種群對茶尺蠖核型多角體病毒敏感性差異明顯,最大差異達到700余倍。為了深入了解和揭示不同茶區茶尺蠖種群的遺傳分化,課題組通過收集全國8省17個地區茶尺蠖種群,以不同地理種群茶尺蠖為研究材料,測定了這些種群的線粒體序列,比較其同源性及序列多態性,構建單倍型分子系統發育樹,將茶尺蠖17個種群分為兩大類群,將兩個不同類群間的茶尺蠖種群進行遺傳雜交。發現其產生的雜交F1代生長發育不正常,性比嚴重失衡,且F1代自交后不能產生可育的F2代;而來自同一類群的茶尺蠖種群間雜交,其后代均能正常生長發育。這說明,兩個類群間的茶尺蠖存在著生殖隔離,遺傳分化已達到種間水平,這為進一步明確茶尺蠖是否存在近緣種或隱種以及這些種的分布提供了研究基礎,同時為科學有效使用病毒防治茶尺蠖提供了依據。(PLoS ONE
 
 
海洋真菌的天然產物有望用作抗生素佐劑
 
被攜帶metallo-β-lactamases (如 NDM-1 和VIM)的革蘭氏陰性病原體感染,是一個不斷發展的公共衛生問題,使得用青霉素、頭孢菌素和carbapenem類抗生素來治療感染受到威脅。研究人員從環境微生物獲得的溶于DMSO的大量天然產物提取物中篩選NDM-1的天然抑制劑。其中的一種提取物(來自海洋真菌Aspergillus versicolor)表現出特別強的抗NDM-1活性,被識別出是aspergillomarasmine A (AMA),后者是大約50年前首次被報告的一種與葉子枯萎相關的天然產物。AMA對NDM-1和VIM-2來說都是一種迅速的、強效的抑制劑,在體外和體內都能完全恢復針對擁有VIM-型或NDM-型抗性基因的細菌病原體的抗菌功效。AMA是無毒且能被很好耐受的,這使其有望成為一種抗生素佐劑。(Nature)
 
 
細胞壁成分脂多糖被傳遞并插入到細菌外膜中的分子結構機制
 
脂多糖(LPS)是革蘭氏陰性菌細胞壁外膜的獨有組成成分,結構較復雜,由類脂A、核心多糖和O-特異側鏈3部分組成。類脂A是革蘭氏陰性菌致病性內毒素的物質基礎;LPS的結構變化決定了細胞表面抗原決定簇的多樣性,還賦予了革蘭氏陰性菌強有力的屏障阻擋抗生素,這對于大多數革蘭氏陰性菌至關重要,能夠干擾它的生物信號通路將為開發出對抗致病菌的新型抗生素提供極好的機會。而目前對于LPS插入外膜及裝配的精確機制仍不是很清楚。研究人員獲得了來自福氏志賀氏菌(Shigella flexneri),分辨率為2.4埃的11kDa LptD–LptE膜蛋白復合物的晶體結構。這一結構揭示出了一個前所未有的兩蛋白“插頭與桶”(plug-and-barrel)的結構,重要的是,兩個脯氨酸殘基使得頭兩個β折疊的二級結構扭曲,減弱了它們與鄰近β折疊的相互作用,在桶壁上生成了一個潛在的入口,使得LPS能夠側向擴散到外膜。了解到細菌將防御屏障的重要元件脂多糖運送到外膜上的機制,為開發出靶向細菌外膜的新抗生素策略開啟了大門。(Nature
 

來源:基因農業網

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