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生物技術前沿一周縱覽(2014年9月5日)

2014-09-05 08:35 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

植物多倍體起源研究取得重要進展
 
禾本科 (Poaceae) 21.8% 的物種起源于雜交事件,高粱屬 (Sorghum Moench) 隸屬于禾本科高粱族 (Andropogoneae),一年生或多年生草本,約31種,分布在東非、澳大利亞、東亞、南亞、歐洲、美洲的干旱半干旱地區,作為糧食、生物燃料、工業原料具有重要經濟價值。研究人員對高粱族內有柄小穗梯度簡化的高粱屬及其近緣類群進行系統發育研究。結果顯示高粱屬的分子系統學范疇擴大,并首次發現四倍體物種Sorghum sorghoides雜交起源的核基因證據。東非裂谷是禾本科碳四植物的重要分化中心之一,中新世以來地殼斷裂運動使東非形成東、西兩支南北走向的裂谷,采用分子鐘方法估測高粱屬譜系分化大約發生在12.7百萬年前,推測中新世中期至上新世時期,東非裂谷持續隆升產生的片段化生境促進高粱屬在熱帶東非分化。該研究為禾本科作物類群物種形成機制和多倍體起源研究積累素材。(PLoS ONE
 
 
楊樹基因家族功能分化機制研究
 
楊樹基因組中大部分基因家族組成龐大,眾多家族成員如何能在長期的演化歷程中被保留下來,其家族內成員間的功能分化機制又是什么,這些科學問題目前尚未明確。研究人員對楊樹三型氧化酶(PRX)基因家族展開研究。PRX基因家族在木質素生物合成和抗逆反應中發揮重要作用。研究發現,楊樹基因組中有兩組串聯重復的PRX基因,其祖先基因編碼的蛋白定位在細胞壁上。在其后的演化歷程中,有一個祖先拷貝獲得液泡定位的信號肽而定位在液泡中,然后液泡PRX基因經歷了快速的擴張,擴張后的液泡PRX基因受到正選擇驅動而導致所編碼蛋白的生化功能發生分化。研究揭示了亞細胞定位的分化和正選擇在楊樹基因家族功能分化中扮演著的重要角色。(The Plant Cell
 
 
高山植物適應高海拔逆境脅迫的內在機理
 
如何將微觀的蛋白組學技術運用到宏觀的生態適應性研究,是目前植物生理學領域需要探索的方向之一。研究人員利用青藏高原廣泛分布的物種釘柱萎陵菜(Potentilla saundersiana)為實驗材料,以建立在西藏當雄縣的定點觀察站為實驗樣地,該觀察站分布有五個不同海拔的觀察點(4350~5200m )。結合觀察點的氣象數據進行主成分分析表明溫度與土壤水分是兩個最主要的影響植物生長量的主效因子。在不同海拔采樣進行綜合分析,形態分析結果表明釘葉片面積、氣孔大小與氣孔密度隨著海拔升高而減少,但葉片細胞壁卻隨著海拔升高而增厚,暗示葉片形態的進化對高海拔環境的適應;蛋白組學分析獲得118個差異蛋白點,涉及抗氧化反應、脯氨酸與糖代謝以及激素代謝等,同時涉及到蛋白翻譯后調控與表觀遺傳途徑相關蛋白;生理生化分析表明植物體內抗氧化酶系統隨著海拔梯度的升高而增強。綜合來看,在長期的適應性進化過程中,釘柱萎陵菜采取多種策略來增強自身對逆境脅迫的適應能力。(Journal of Proteomics
 
 
細菌或許是解決可持續能源問題的關鍵
 
通過基因工程改造,微生物已首次能夠用來生產可再生的丙烷。丙烷是液化石油氣(LPG)的一個主要成分,現有一個存在很多不同應用的全球市場。由于全球燃料供應短缺,目前人們的主要焦點集中在經濟上具有可持續性的替代品上。丙烷被認為是一種可行的生物燃料,因為它比氫、甲烷或丁醇等其他一些燃料替代品更容易分離和作為一種液體來存儲。研究人員對大腸桿菌的脂肪酸路徑進行操縱,并用該生物自身反應機構來以一種可再生的方式生成丙烷。雖然最初產率低,但能夠識別和添加必要的生物化學成分以助推該生物合成反應,從而使得特定的大腸桿菌菌種能夠合成相當大數量的丙烷。重要的是,這一丙烷生成路徑能在有氧存在的情況下操作,這為該系統應用于藍細菌(一種以太陽光能為主要能力來源、低營養需求的細菌)開辟了道路。(Nature Communications
 
 
單細胞基因組學揭示放線菌的養分和碳循環
 
在大多數淡水生態系統中,最普遍的微生物是放線菌Aci家族成員。據估計,它們占世界各地淡水湖泊和河流浮游生物的高達50%,但是,研究人員還不知道這些微生物在生態系統中所發揮的確切作用,以及它們如何影響碳循環。利用單細胞基因組學,研究人員組裝并比較了來自于美國和歐洲四個淡水湖收集的單細胞aci放線菌群落的基因組草圖,更多地了解這些微生物和它們的生活方式,也可讓研究人員更多地了解它們在碳和養分循環中所起的作用。aci家族成員與其親本(放線菌)及其他已測序的淡水細菌,是明顯特異相關的。它們高度精簡的基因組和小的細胞尺寸表明,它們與超微細菌共有廣泛的生態位維度,例如SAR11分化枝的淡水成員。此外,調查三種不同的群落表明,它們之間存在生態分化。(The ISME Journal
 
 
基因組的飽和編輯
 
在基因組學領域,對能夠迅速、廉價確定突變的功能后果的方法有很大需求。該論文介紹了對基因組區域進行飽和誘變(目的是產生所有可能的突變)、同時保持自然內源性染色體環境的一個方法。該方法利用由CRISPR/Cas9 RNA引導的分裂和multiplex homology引導的修復,其用途通過用所有可能的六聚體來替換一個六堿基對基因組區域和用所有可能的單一核苷酸變體來生成同一個完整的外顯子在BRCA1的18號外顯子內得到了演示。研究人員還對一個必要基因(即DBR1)的一個非常保守的編碼區域進行了飽和編輯。該方法有望能夠促進對順式調控元素和反式作用因子的高分辨率功能分析以及對由臨床測序工作所報告的具有不確定意義的變異體的解讀。(Nature
 
 
染色質三維結構重建的進展與展望
 
真核生物的基因組在細胞核中以染色質的形式存在,染色質的功能與它的三維結構緊密相關,例如,基因組的復制、轉錄、調控、DNA 突變、長鏈非編碼 RNA 的傳播和胚胎發育等生物功能都是在細胞核的三維空間中完成的。隨著染色體構象捕獲(chromosome conformation capture,3C)及其衍生技術與高通量測序技術的結合,產生了大量的染色質交互作用數據. 根據這些染色質交互作用數據,研究人員已經提出很多種方法來重建染色質的三維結構。這些方法有助于在不同分辨率下系統地研究染色質的三維結構,為更好地了解染色質的調控功能提供了結構依據。重建染色質的三維空間結構因而成為當前的研究熱點。但是,目前的染色質三維結構建模研究距離普遍揭示生物學功能的目標還很遙遠,為了讓染色質三維結構在生物學研究中獲得更加廣泛的應用,需要提高染色質三維結構建模的精度、速度和易用性。(中國科學:生命科學
 

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