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生物技術前沿一周縱覽(2014年11月14日)

2014-11-14 09:28 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

5種稻屬植物全基因組破譯并揭示水稻基因組與基因的適應性進化機制
 
通過基因組建庫與測序關鍵實驗技術的掌握和基因組序列拼接、注釋與分析等生物信息學平臺的構建,科研人員低成本完成了稻屬植物AA-基因組5個物種核基因組的測序和拼接,獲得了高質量基因組參考序列。該研究團隊在國際上首次構建了包括水稻的稻屬植物AA基因組物種共6個近緣物種的比較與進化基因組學研究框架。在基因組水平上獲得了近緣植物基因組與基因變異及進化的式樣,以及物種形成遺傳基礎的嶄新認識;鑒定得到了與這些稻屬物種形態性狀變異、開花發育多樣化、生殖隔離形成密切關系的大量基因組結構變異,揭示了不同物種特有的基因家族擴張、丟失、重要功能基因缺失及其功能后果。此外,對稻屬植物AA基因組物種6個近緣物種的比較分析,發現有相當高比例的重要功能基因受到了達爾文自然選擇的影響,它們與水稻開花發育、繁殖、生物與非生物抗性等生物學過程密切相關。迄今為止,稻屬植物AA基因組8個物種基因組圖譜宣布全部完成。(PNAS
 
 
油菜素內酯與赤霉素調控水稻株高的共同作用機制
 
綠色環保型植物生長調節劑油菜素內酯是活性最高的高效、廣譜、無毒的植物生長激素。油菜素內酯能充分激發植物內在潛能,促進作物生長和增加作物產量,提高作物耐冷性,改善作物抗病、抗鹽能力。赤霉素是經典的細胞伸長促進型激素,赤霉素合成基因突變的利用導致了著名的水稻綠色革命。兩種激素的缺失都會導致水稻矮小,但其調控細胞伸長的機制及相互間關系并不清楚。研究人員通過大量突變體的功能分析發現,油菜素內酯通過調節赤霉素的代謝來特異性地調控細胞伸長。生理濃度的油菜素內酯刺激赤霉素合成促進植物生長,而高濃度的油菜素內酯誘導活性赤霉素轉化成非活性形式從而抑制植物生長。反過來,低濃度的赤霉素抑制油菜素內酯反應,而高濃度的赤霉素利用油菜素內酯促進植物生長。該研究揭示了油菜素內酯促進水稻生長的分子機制,系統闡釋了兩種控制株高的重要激素間的關系,為利用油菜素內酯提高作物產量提供了理論支持。(Plant Cell)
 
 
一些植物可通核內復制再生
當一些草本植物被食草動物用力咀嚼時(或在實驗室被科學家損傷時),它們會發生超越補償(overcompensate,植物遭受傷害后會有一種積極反應),產生更多的植物物質,繁殖力變得比平時更強。研究首次表明,植物被砍斷后會出現戲劇性的反彈,這種能力依賴于一個稱為基因組復制(genome duplication)的過程,在這個過程中,單個細胞復制其基因內容的多個拷貝,而不發生有絲分裂。將能夠基因組復制的擬南芥植物,與缺乏這種能力的擬南芥植物進行雜交,在后代中有所表現,證明這兩個特征似乎是彼此相互影響的。為了進一步檢驗這一假設,實驗性地增強了擬南芥植物復制其基因組的能力,同時選擇了一個缺乏這種能力的株系,而且這個株系在被啃食后也經歷了生育率的大幅降低。正如預期的那樣,經過改造后,植物在被破壞后能夠大力反彈?;蚪M復制使細胞增大,提供了更多的個體基因拷貝,有可能增加關鍵蛋白質和其他驅動細胞生長的分子的生產。(Molecular Ecology
 
 
植物小孢子形成的保守分子調控機制
 
目前在擬南芥中開展的廣泛遺傳學研究,已經確定了幾個組件,它們在胚珠發育中扮演重要的角色。其中,SPOROCYTELESS/NOZZLE (SPL/NZZ)是一個關鍵的調節因子,在胚珠發育過程中負責促進大孢子母細胞和珠被的形成。已有研究表明,在小孢子發生過程中,AGAMOUS可通過與基因3′-區域的CArG直接結合,激活SPL/NZZ的表達。最近,植物激素——細胞分裂素,已被報道能夠促進SPL/NZZ的表達,SPL/NZZ反過來又激活胚珠發育期間的生長素運輸基因PIN1。然而,SPL/NZZ確切的作用方式尚不清楚。該研究結果表明,在擬南芥中,SPL作為一個適配器樣的轉錄抑制因子,通過招募TPL/TPR共抑制因子來抑制CIN樣TCP轉錄因子的活性,從而控制胚珠的發育。有趣的是,植物和真菌都采用相同的基因抑制策略,來控制孢子形成,表明這種策略可能是一種進化上保守的機制。(Cell Research
 
 
首次測定南極抗凍魚基因組序列
 
南極抗凍魚(Antarctic notothenioid fish)基因組序列首次測定完成。這一突破性成果,將闡明動物對寒冷水域獨特的進化適應性,將有助于揭示魚類如何應對海水溫度上升,由于氣候變化,預計接下來的兩個世紀會出現海水溫度上升。通過測定南極大頭魚(Bullhead notothen)的基因組發現,抗凍魚部分地通過許多在線粒體起作用的蛋白質改變,來適應寒冷水域。先前描述的進化現象,包括生產蛋白質防凍劑以防止體液凍結的基因獲得,也在基因組中得以確認。對抗凍魚的基因組變化(可讓其成功地利用環境資源),提供了第一個總體快照?;蚪M就像是一個時間膠囊,記錄了寒冷適應相關的進化事件。下一步是測定更多的抗凍魚基因組序列,以便可以在不同物種之間進行比較,以了解它們如何適應環境中的不同生境。(Genome Biology
 
 
EICA假說和NWH假說在飛機草成功入侵中的整合
 
許多研究表明外來入侵植物到達入侵地后,其競爭能力會增強。EICA 假說和NWH假說是從進化角度解釋外來入侵植物競爭能力增強的兩個重要理論。EICA假說認為外來入侵植物到達入侵地后,由于逃脫了原產地天敵的控制,會把原來抵御天敵的物質和能量重新分配到生長中去,使競爭能力增強。NWH假說認為,入侵植物能夠分泌特異的化感物質,由于原產地的本地種跟入侵種協同進化的歷史時間較長,因此對該化感物質不敏感,選擇性進化可能使入侵植物的化感作用越來越強。雖然EICA假說和NWH假說是從不同的角度來解釋外來入侵植物競爭力增強的原因,但兩個假說并不是互相排斥的,然而很少有研究同時驗證這兩個假說。該研究顯示,飛機草到達入侵地后,可能對當地新的競爭對象(植物)和天敵組成發生了適應性進化,飛機草素的含量增加,從而使其競爭力增強。此外本研究也表明,外來植物到達入侵地后,可能減弱對某些天敵的抗性,也可以增強對另外一些天敵的抗性;競爭力的增強并不一定依賴生長的加快和生物量的增加,競爭力和防御力并不一定存在Trade-off關系。(New Phytologist
 
 
構建細胞核內長非編碼RNA的新型表達載體
 
長非編碼RNA(long noncoding RNA,lncRNA)廣泛參與一系列的基因表達調控和生物學過程。許多lncRNAs所介導的調控是發生在細胞核內的,因此需要新的工具來研究其在細胞核內的功能。研究人員以細胞核內定位的lncRNA,如NEAT1、HOTAIR為研究對象,成功地提高了它們在細胞核的定位。并證明以這種載體表達的兩端以snoRNA結尾的NEAT1可以模擬其內源RNA的功能,并發揮生物學作用。研究還證明該snoVector載體可以很有效地表達幾乎任何長度在3kb以內的RNA,并使其滯留在細胞核內。該載體也可以用于表達miRNAs。此外,該載體能夠產生綠色熒光蛋白,并含有抗性基因,可以用于穩定表達株的篩選。SnoVector用于過表達外源RNA并將其滯留在細胞核中,提供了一種新型的表達載體用于研究細胞核內的lncRNAs。該載體的應用將方便人們對細胞核內RNA的功能和機制的研究,為lncRNA的研究提供新的研究手段。(Nucleic Acids Research
 
 
日常水果中的天然保健物質
 
根據一項在小鼠身上完成的新研究的結果,科學家們發現了存在于某些日常水果中的化學物質可以幫助重要器官避免心臟病發作或中風后的長期損傷。研究人員希望這些化學物質將為開發出新型的注射用藥物,來防止心臟病發作及中風引起的長期損害提供一個起點。在心臟病發作或中風過程中,血凝塊可導致心臟或大腦缺血和缺氧。當血凝塊脫落,血液流回到心臟或大腦中時可引起進一步的損傷。最新發現是琥珀酸(succinate)累積引起了這種損傷。當糖類和脂肪被分解釋放出能量儲存于體內時,琥珀酸就會自然出現在機體中。研究人員在采用代謝組學分析小鼠模型時發現在血流恢復時給予一種叫做丙二酸酯(malonate esters)的簡單化合物,可以減少小鼠和大鼠的器官損傷。丙二酸酯可以阻止琥珀酸累積以及破壞性分子的釋放。該化合物很便宜且容易獲得,天然存在于如草莓、蘋果和葡萄等水果之中,只是其量未高到有益效應的水平。進一步開發這項研究成果,有望在5-10年內促成一種有效的治療方法。(Nature
 
 
 

來源:基因農業網

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