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生物技術前沿一周縱覽(2015年2月13日)

2015-02-13 09:57 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 Cell聚焦中國植物科學研究


近日,Cell雜志推出了2015年最新一期的《聚焦中國》(Spotligh on China),重點介紹了近年來中國植物科學研究的飛速進展。作為Cell旗下《Molecular Plant》的特殊增刊,亮點介紹了中國植物科學家們所取得的一部分重要研究進展,其中包括了一些除去水稻中有毒物質砷的新技術,有關植物應對干旱和高鹽機制的基礎研究,以及一些有前景新基因組研究,它們將幫助植物育種者生成更具適應性及更美味的作物。這期增刊還選擇再版了來自Cell旗下各個期刊中國研究人員發表的一些植物研究論文和綜述文章,并介紹了在植物科學研究前沿一些頂尖科學家以及以上海交通大學生命技術學院為代表的研究機構的情況。(Cell
 
 
植物重復基因對的進化規律和機制
 
全基因組重復事件是生物界中的一個普遍現象,目前在很多物種中都有報道,但是目前重復基因對的進化規律和機制并不是十分清晰。研究人員對大豆和擬南芥中PEBP(磷酰酯乙醇胺結合蛋白)家族的30個成員進行了系統性研究。該研究首先對大豆和擬南芥中PEBP家族成員的進化歷程進行了分析,發現該家族成員在進化過程中既經歷了全基因組重復同時也經歷了串聯重復事件,大豆和擬南芥中大部分PEBP家族成員在進化過程中都保持了各自亞家族的功能和相似的作用機制,其中也有個別成員在功能上發生了比較顯著的分化。通過對蛋白序列和轉基因植株表型的系統關聯分析,鑒定出了一系列PEBP家族在進化中保守的或導致功能分化的關鍵氨基酸位點。同時,研究還發現,基因表達模式的變化也是導致功能分化另外一個重要因素。(Plant Cell
 
 
種子萌發中的膜脂變化
 
在種子萌發的生理生化過程中,細胞的膜結構和功能的重建是非常重要的一種變化。許多種子在低溫下快速吸水時會發生吸脹冷害,導致種子活力和成苗生長能力顯著下降。研究人員以典型的吸脹冷害耐受型和敏感型兩個大豆品種的種子為例,利用脂類組學方法,詳細比較分析了在萌發過程和滲透引發處理中140種膜脂分子的變化規律。發現膜脂在在正常萌發中呈現了三種變化趨勢,其中一種變化趨勢與種子吸水曲線的對應關系呈現了質膜的重建過程,另一種變化趨勢與葉綠素熒光的對應關系呈現了葉綠體的生成過程。進一步分析發現,細胞膜重建過程中磷脂酸的下降與低溫導致的磷脂酸升高共同決定了膜脂中磷脂酸的含量,而磷脂酸含量的高低最終決定了膜脂完整性。(Plant,Cell and Environment
 
 
異型花柱植物花表型多態性維持研究
 
異型花柱(heterostyly)一直被奉為最經典的植物繁育系統研究模式。為了實現高效的繁育功能,異型花柱植物巧妙的組合了雌雄器官的空間布置和生理親和性,將動物介導的花粉散布過程優化到極致。研究人員曾以茜草科二型花柱植物滇丁香(Luculia pinceana)為研究對象,依據譜系溯祖方法,對滇丁香自然分布區內不同花型構造的種群進行譜系關系重建。近期,該小組在二態譜系分支中選取一個二態花型比例平衡居群,對居群內兩種花型個體進行空間定位,通過DNA分子標記方法,對1051個幼苗進行父本推斷,構建該二態居群內的基因流網絡結構。研究首次在基因流層面證實了“二型花柱植物互逆的雌雄空間異位能夠促進個體間發生足量的非選型交配”,同時證實了同型花間生理不親和性在維持多態過程中的重要作用。(New Phytologist
 
 
揭示己糖激酶1的雙重功能的結構基礎
 
糖類為植物的生長發育提供能量,也可以作為信號分子調控植物光合作用相關基因的表達。糖類的代謝和信號轉導由一系列的酶催化,擬南芥己糖激酶(AtHXK1)在植物的糖酵解和糖信號轉導中發揮著重要的作用。因此,AtHXK1的結構與功能研究對揭示植物體內糖的代謝與信號轉導的雙重功能具有重要意義。近日,中國科學院植物研究所光生物學重點實驗室解析了AtHXK1的3種狀態的晶體結構。其中,結合和未結合底物的晶體結構揭示了AtHXK1的“底物誘導契合”機制,突變體結合底物的晶體結構揭示了AtHXK1執行糖信號功能時的構象,生化實驗證明AtHXK1的底物結合遵循有序機制。該研究首次揭示植物的己糖激酶的結構,并通過結構生物學的手段,闡述了HXK1蛋白的工作模式。(Acta Crystallographica Section D)
 
 
植物提取物可對抗腦瘤
 
水飛薊用來治療肝膽疾病已有2000多年的歷史。水飛薊素是菊科藥用植物水飛薊種子的種皮中提取所得的一種黃酮化合物。水飛薊素的主要活性成分有水飛薊賓(Silibinin)、異水飛薊賓、水飛薊亭和水飛薊寧等四種同分異構體,其中水飛薊賓含量為50%~70%。近年來發現水飛薊賓表現出的抗癌和腫瘤預防作用。研究人員在細胞培養、動物模型和人類腫瘤組織中發現,水飛薊賓還可以用來治療庫欣?。–ushing Disease)——由大腦垂體腫瘤導致的一種罕見激素疾病。該結果已經申請了專利,現在計劃開展臨床試驗,使用水飛薊賓作為一種非侵入性的治療策略。因此,在未來,患者可能不再需要接受腦部手術。利用水飛薊賓,作為一種非侵入性的治療策略,不僅用于庫欣病的治療,而且也用于其他糖皮質激素受體相關疾病的治療,例如肺腫瘤、急性淋巴細胞性白血病和多發性骨髓瘤。(Nature Medicine
 
 
揭示土地利用變化后土壤有機碳動態與氣候因子的關聯性
 
毀林或森林恢復引起的C3植被和C4植被之間的轉換會導致土壤有機碳穩定同位素信號的改變,因而這類生態系統為探討土壤有機碳動態沿氣候梯度的變化提供了獨特的材料。研究人員利用秦嶺地區由C4植被轉為C3植被的棄耕地,以及全球其它地區發生了C3和C4植被轉換的生態系統,通過穩定同位素分析,首次揭示了土地利用變化后土壤有機碳動態與氣候因子的關聯性。研究發現,土壤有機碳的分解速率隨年均溫、年均降水量的升高而上升,土壤有機碳的分解速率與年均溫存在指數關系。這一結果推翻了Giardina和Ryan的研究結論,提示全球變暖會導致土壤有機碳分解的加快。此外,研究人員還建立了土地利用變化后“新碳”(來源于新植被)與“舊碳”(土地利用變化前原有碳)比例變化的經驗方程,并基于經驗方程,估算出毀林和森林恢復后土壤有機碳來源發生轉換的時間分別為43.4年和45.4年。(Global Change Biology)
 
 
我國西南地區樹木年輪氣候學研究
 
研究人員利用樹木年輪氣候學研究方法,建立了迄今麗江地區最長的麗江云杉(Picea likiangensis)年表(387年),分析了年表與氣候因子之間的關系,并基于麗江云杉標準化年表重建了該地區過去361年來帕爾默干旱指數(Palmer drought severity index,PDSI)的變化歷史。研究結果發現,麗江云杉徑向生長主要受春季(3~5月份)PDSI的影響。重建結果顯示過去361年來麗江地區春季PDSI的變化可分為四個較明顯的時期,與周邊地區水文研究結果及歷史氣象災害事件記載吻合較好,且與近60年來觀察到春季干旱事件相一致。盡管近60年的干旱化并不是重建歷史階段內的最干旱時期(氣象干旱),但由于麗江地區近些年來大規模的旅游開發和相應的基礎設施建設,以及不合理的利用增加了對水資源的壓力,加重了這種干旱化現象(社會經濟干旱)。研究人員建議當地政府重視水資源的變化歷史和趨勢,加強對水資源的合理利用和科學管理。(International Journal of Climatology

來源:基因農業網

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