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生物技術前沿一周縱覽(2014年11月21日)

2014-11-21 12:38 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 利用光合作用調節蛋白提高水稻產量達30%

    
光合作用能力增加將可能提高生產力和產量。研究人員發現一種可激活能夠增強水稻光合作用活性的基因,編碼調節因子higher yield rice (HYR),可以使植物能夠在壓力的條件下存活、茁壯成長和提高生產力。調節因子HYR的確調控光合作用這個復雜的過程。HYR調節蛋白通過保持整個光合作用機制活躍并保持生產力,通過利用HYR調節因子可將產量提高達近30%。HYR可增加光合作用,這會增加糖產量,增加生物量,最終使正常水稻品種有更高的糧食產量。更高的光合作用,會致使HYR水稻具有更大的抗逆性??鼓嫘栽黾涌墒顾驹诟珊岛蜔釅毫l件下具有更高的稻米產量,并維持較好的糧食品質。HYR所調節的這套基因,是利用非轉基因方法培育相似水稻品種的藍圖。(Nature Communications
 
 
實現碳中性小麥生產的希望
 
小麥是世界上第二受歡迎的食物來源,到2050年全球糧食需求預計會增長70%。當前的耕作實踐涉及在單作或小麥休耕耕作制(兩年耕種、一年休耕)下種植小麥。在休耕的這一年,通過多次進行的耕地操作(用機械方式松土)使農田里沒有雜草。然而,耕地需要大量的化石燃料,同時還會導致土壤有機質的流失,會造成嚴重的環境后果。研究人員對不同小麥生產體系的碳足跡進行了研究,發現通過降低休耕期頻率和增加能夠固氮的豆科糧食作物(如小扁豆)的數量,小麥的碳足跡就有可能被極大地減小。該發現表明,降低休耕期(土地不耕種的時期)的頻率,同時在作物輪作中將豆科糧食作物也包括在內,可以提高作物產量和減少碳排放。(Nature Communications
 
 
植物的一個雙時鐘系統
 
生物時鐘系統幫助很多生物使其生理活動適應每天的和季節性的環境變化。對哺乳動物來說,時鐘系統有雙重性質:“視交叉上核”中的一組腦神經元起中央主導性時鐘的作用,調控周圍組織中的局部時鐘。相比之下,人們長期以為,植物節律在所有細胞中都是相等的。最近的證據證明,植物也有一個雙重時鐘系統。通過利用兩種新技術對擬南芥葉子組織進行詳細分析,發現在維管組織內,時鐘具有與在其他組織內截然不同的特點,而且維管時鐘也影響其他組織內的時鐘調控。(Nature
 
 
農業發展增加大氣CO2 的季節性變化
 
大氣CO2 記錄顯示了反應陸地植被CO2 吸收情況季節性變化的一個季節性周期。過去50年這一季節性周期幅度的增加目前還無法完全得到解釋。一項研究表明農業的集約化可能是大氣CO2 季節幅度增加的一個關鍵貢獻因素。利用VEGAS陸地生物圈模型顯示,中緯度農業生產力的增強,為1961 年到2010年間全球凈表面碳流量幅度的增加做出了45%的貢獻,相比之下來自氣候變化的貢獻為29%,來自CO2 施肥作用的貢獻為26%。利用來自聯合國糧農組織的作物生產統計數字和碳會計模型顯示,大氣CO2 季節性中所觀測到的變化的多達1/4可以由作物生產力的提高得到解釋,其中玉米、小麥、水稻和大豆是主要貢獻因素。這些研究將有助于更好了解全球碳循環,也顯示了人類行動正在改變生物圈-大氣層的大規模相互作用的程度。(Nature
 
 
土壤重金屬植物修復的新分子途徑
 
我國有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標,而土壤中重金屬可通過農作物吸收進入食物鏈,嚴重影響食品安全并危及人類健康。植物修復基因工程因其環境友好、安全可靠等優點,是目前解決土壤重金屬污染的重要途徑之一。通過植物修復基因工程技術,即使土壤受到重金屬污染,植物也可以茂盛生長,同時也將土壤內的重金屬吸收后儲存至液泡中。這樣通過種植這種用遺傳工程手段獲得的具有重金屬高積累和高耐受的植物即可吸收土壤重金屬,然后對植株進行處理,即可降低土壤中重金屬含量。該研究首次揭示了植物響應重金屬鎘脅迫信號轉導的分子調控機制,為土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術途徑和基因資源。(New Phytologist
 
 
借助CRISPR技術構建首個人類完全單倍體細胞系
 
盡管一些關于CRISPR/Cas9的初期研究發現了這一系統的許多脫靶效應,近期的一些論文中卻較少發現這些有害的突變。研究人員借助了稱作為CRISPR/Cas9基因編輯技術構建出了第一個人類完全的單倍體細胞系—每個細胞均只包含23條染色體的單個副本。該研究顯示了以非常高的效率來缺失大片段,且細胞各處均未發生突變。這為將CRISPR/Cas9系統用于大DNA片段提供參考。(Genome Research
 
 
質體基因組結構變異數據庫
質體是負責真核生物(如植物、藻類和原生生物)光合作用的關鍵細胞器,它也被當作遺傳轉化和操作的重要材料。中國科學院北京基因組研究所構建了以質體基因組結構變異和成對基因保守性為主要內容的數據庫Plastid-LCGbase。該數據庫共收集470個質體(主要是葉綠體)基因組,將物種按照界、門、綱、目、科、屬進行分類整理。顯示基因組水平的宏觀基因分布情況以及不同基因組間DNA和編碼序列的同源程度。展示不同進化尺度和分類下成對基因的保守模式以及周圍基因的插入或刪除、重排和易位等基因變異模式。數據庫還通過連接高度保守的基因對,為每個物種鑒定了潛在的操縱子結構。該數據庫囊括了來自廣泛代表性物種的數據,實現了比較基因組數據的可視化,將在探索質體或葉綠體基因組保守和變異的動態規律方面為研究者提供一個有力的平臺。(Nucleic Acids Research
 
 
可可豆中黃烷醇能增強老年人認知能力
與年齡相關的認知衰退和大腦中齒狀回(DG)區域的變化有密切聯系。先前研究認為,DG區域功能隨年齡的衰弱可能影響到記憶在時間上的退化。研究人員讓37名50到69歲之間的老年人連續三個月服用不同劑量的可可黃烷醇并進行監測,以確定可可中的黃烷醇能否增強老年人大腦DG區域的功能以及認知表現。研究人員報告稱,在一項延遲認知記憶的任務中,那些服用黃烷醇劑量較多的受試者的反應要比服用劑量較少的受試者快。對比黃烷醇服用前后的不同大腦掃描圖像,研究人員發現服用黃烷醇后認知功能的增強與大腦DG區域的血液量增加有聯系,這意味著膳食中增加可可黃烷醇的高攝入量能夠改善老年人大腦DG區域的功能,進而增強其認知功能。(Nature Neuroscience
 
 

來源:基因農業網

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