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生物技術前沿一周縱覽(2014年10月31日)

2014-10-31 08:48 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

首個棗基因組測序重大研究成果發表
 
2014年10月29日,棗基因組測序成果問世,標志著我國在棗基因組學研究方面達到了國際領先水平,在世界上率先完成了棗樹的高質量全基因組測序,并使棗樹成為世界鼠李科植物和我國干果樹種中第一個完成基因組測序的物種。棗樹基因組的雜合度達到1.9%,加之SSR重復序列極為豐富和GC含量偏低的原因,使得棗樹基因組屬于高度復雜的基因組類型,具有相當大的測序和組裝難度。該研究在第二代測序技術基礎上,綜合采用BAC-to-BAC和WGS-PCR-free方法,有效克服了高度復雜的棗基因組的測序組裝難題,成功開展了對我國著名棗品種‘冬棗’的全基因組從頭測序,并組裝出高質量的棗基因組序列,從中發現了大量的棗特色基因(獨有基因、正向選擇基因和擴張基因)。此外,本研究還通過比較基因組、轉錄組測序和大量的室內外觀察及實驗分析,深入揭示了棗果大量積累糖分、棗樹枝條的獨特脫落習性及棗樹極強的耐鹽抗旱特性等優異性狀形成的分子機制。該研究對加速棗樹功能基因組學研究、促進棗樹乃至鼠李科和其他果樹的遺傳改良和分子育種工作必將產生重大而深遠的影響。(Nature Communications
 
 
植物激素乙烯增強植物對高鹽脅迫耐受性的分子機制
 
鹽脅迫是影響植物生長發育進而影響作物產量最重要的環境因素之一。植物激素乙烯作為一種重要的逆境脅迫激素,參與了多種生物和非生物的脅迫反應。最新研究發現用乙烯氣體或乙烯合成前體ACC預處理植物都能顯著增強對鹽脅迫的耐受性;高濃度的鹽處理可以通過促進兩個F-box 蛋白EBF1/EBF2蛋白的降解,從而促進乙烯信號通路中的兩個核心轉錄因子EIN3和 EIL1的蛋白積累,并且首次發現了一條不依賴于乙烯上游信號開關EIN2 而調節EIN3蛋白穩定性的途徑。進一步通過基因芯片分析、體外EMSA及體內ChIP實驗,鑒定了一批鹽脅迫條件下EIN3/EIL1的靶標基因,5個脅迫相關轉錄因子和一個可能感應氧化還原勢的多肽參與介導了乙烯對鹽脅迫的耐受性。同時,還發現EIN3上調了一組過氧化酶PODs(peroxidases)的基因表達,增強了POD酶的活性,并協助清除鹽脅迫產生的活性氧(ROS),從而增強了植物對鹽脅迫的耐受性。(PLoS Genetics
 
 
一種特殊蛋白控制動植物細胞微管組織
 
在研究細胞結構時,可以根據形狀來推測其功能。植物細胞中有一個動態的骨架,負責引導細胞的生長、發育、運動和分裂。隨著時間推移,骨架的變化造就了細胞的形狀和行為,最終形成整個生物體的結構和功能。研究人員對一種叫做GCP-WD的特殊組織蛋白進行了研究,發現這種蛋白控制著成核的位置、速度和細胞皮質陣列的形狀,對植物細胞骨架和細胞結構形成具有重要作用,因此在確定植物細胞的形狀和功能上,GCP-WD是一個關鍵因子,影響著細胞的結構體系。其在哺乳動物的中心型微管組織結構中起了重要作用,對動物細胞骨架的組織也可能非常關鍵。隨著量子理論和計算機的發展,許多物理學家對微管的作用也越來越感興趣。通過在植物細胞中進行了定量活細胞研究,可以了解微管是如何組織的背后的分子機制。觀察GCP-WD的功能和運作,對研究動物細胞微管的科學家來說也很有意義。(Current Biology
 
 
一種干旱誘導處理提高水稻和苜蓿及狗牙根抗鹽和抗旱性的方法
 
干旱對世界作物產量的影響,在諸多自然逆境中占首位,是制約農業發展的一個重要問題。目前,還沒有快速提高植物抗旱性的方法,因此利用一種非生物脅迫處理產生的誘導抗性來提高多種植物品種(尤其是部分重要農牧作物)對其他非生物脅迫的抗性,對于提高作物在干旱情況下的產量,維持水土保持能力和區域生態環境的改善都具有重大意義。針對上述情況,研究人員發明一種干旱誘導處理提高水稻和苜蓿及狗牙根抗旱性的方法。方法易行,操作簡便,見效快捷,在短期內可以提高植物的抗旱性,從而提高在季節性干旱時和干旱區的農作物產量,牧草產量,達到草坪植被保持、水土保持的生態效益和經濟效益。“一種低鹽誘導處理提高水稻和苜蓿及狗牙根抗旱性的方法”(ZL201310094573.0)獲國家發明專利授權。該方法適用于中國各干旱地區及其他地區因雨量時空分布不均而經常發生季節性干旱時水稻,苜蓿和狗牙根的種植、水土保持和生態保護。(中科院武漢植物園
 
 
植物天然免疫控制機理研究
 
病原微生物效應蛋白引發的免疫(effector triggered immunity ETI)是植物天然免疫的重要組成部分,在ETI反應中,植物通過胞內免疫受體特異性地識別病原物分泌的效應蛋白進而激活下游的抗性反應,但免疫受體的活性調控機理仍不清楚。擬南芥的抗性蛋白RPM1是重要的細胞內免疫受體,RPM1特異性地介導對效應蛋白AvrB的識別,這種識別是通過對RPM1-互作蛋白RIN4的Thr166磷酸化介導的。目前的模型認為,該位點磷酸化直接被RPM1所識別,觸發免疫反應。該研究發現脯氨酰異構酶ROC1與RIN4互作,催化RIN4的Pro149酺氨酰順反異構,負向調控RPM1的活性;而Thr166磷酸化導致RIN4與ROC1發生解離;突變體分析表明,Pro149對RPM1的活性控制起到關鍵作用,而Thr166位磷酸化的作用是通過調控Pro149構象來實現的。這表明,RIN4 第149位的脯氨酸的順反異構是RPM1激活過程中的分子開關。(Cell Host Microbe
 
 
利用DNA序列追溯植物演化關鍵事件
 
該研究是千種植物轉錄組計劃(One Thousand Plants,1KP)的一部分。研究團隊正不斷地對地球的綠色生命物種進行測序并產出海量的基因序列數據。國際研究小組闡釋了古代水生藻類植物演化成陸生植物,并適應光照、水和土壤養分等復雜過程的演化歷史。隨著植物在平原、山谷和山上生長和繁衍,植物的生理結構經歷了快速變化并促成了無數新物種的形成。這些研究數據也有助科學家更好地了解最常見植物的祖先,包括開花植物和松樹等無花植物。研究還發現了一些可應用在醫學和工業上的植物物種的未知分子特性。這些多樣化的序列為我們帶來了許多激動人心的新發現,這些新發現將會對整個生命科學產生重要影響。例如,發現的新藻類蛋白已被用于哺乳動物大腦運作的相關研究。這項工作的開展需要超大的計算工作量。華大基因、國家基因庫、亞利桑那大學iPlant Collaborative,得克薩斯高級計算中心和Compute-Calcul Canada共同對該項目提供了巨大的計算能力用于基因數據的儲存和分析。(PNAS
 
 
中草藥成分馬兜鈴酸與腎癌關聯性研究
 
來自歐洲的一項大型癌癥研究揭示了腎癌與馬兜鈴酸之間的關聯。這項研究由國際癌癥基因組腎癌協會(CAGEKID)領銜完成,揭示了腎癌與馬兜鈴酸(aristolochic acid)之間的重要關聯。馬兜鈴酸因“中草藥腎病”而引起關注。通過大量樣本DNA和RNA測序,與正常樣本比較,從中發現腎癌這種癌癥類型存在一些特殊的遺傳突變,這些突變會影響特異性生物學途徑和系列基因。研究表明通過大規模測序進行的系統腫瘤DNA解析,能識別之前未知的癌癥成因。馬兜鈴酸的主要毒性成分是AAI,研究人員發現肝臟CYP1A參與AAI的氧化代謝,此代謝過程使小鼠血液及腎臟中AAI的含量降低繼而減輕AAI所致的腎毒性。腎臟不僅是還原代謝AAI能力最強的器官,也是AAI毒性的靶器官。這一結果為深入研究AAN機理提供了新的依據、為馬兜鈴酸腎病預防提供了新的線索,同時也為中藥安全性研究提供了新的思路。(Nature Communications
 
 
天然產物毛萼乙素的生物化學研究
 
毛萼乙素(Eriocalyxin B)是天然對映-貝殼杉烷二萜類化合物,其具有顯著的抑制腫瘤生長作用以及免疫調節活性,在抗腫瘤和炎癥等方面具有重要的應用前景。相關研究表明毛萼乙素的作用機制包括調控細胞內多種重要信號通路,如MAPK、P53等信號通路,其中對于NF-kappaB信號通路活性的調控在抗腫瘤活性以及免疫調節活性中發揮了重要的作用,然而其具體作用靶點尚不明晰。研究人員利用小分子標記探針技術對毛萼乙素的蛋白靶點進行了深入研究,利用化學生物學技術闡明了p50蛋白是毛萼乙素作用以及發揮抗腫瘤活性的直接靶點,并解析了該化合物與p50蛋白作用的結構基礎,為毛萼乙素的藥物研究,以及以p50蛋白為靶點的藥物研究提供了重要的理論依據。(Oncotarget
 
 

來源:基因農業網

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