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生物技術前沿一周縱覽(2015年11月20日)

2015-11-20 12:34 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

水稻育性機制揭示
 
細胞質雄性不育(CMS)現象是指雌性器官發育正常,能夠正常受精而雄性器官發育不正常,不能產生正常受精配子的現象,CMS現象能夠在植物細胞核基因的作用下育性恢復正常。水稻細胞質雄性不育系的發現為水稻育種及世界糧食安全作出了巨大貢獻。研究人員最新研究發現PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白家族RF6與己糖激酶6(hexokinase 6,OsHXK6)協同作用與水稻育性恢復相關。Rf6基因編碼一種新型PPR家族蛋白,其發生了特征性PPR motifs 3–5復制,定位于線粒體,與OsHXK6發生物理結合,可促進加工異常的CMS相關轉錄物atp6-orfH79,確保正?;ǚ郯l育及恢復育性。RF6蛋白復制motif 3對于RF6-OsHXK6互作,加工異常轉錄物及恢復生育力至關重要。此外,研究人員證實OsHXK6水平下降可導致atp6-orfH79轉錄物累積和雄性不育。這些結果揭示了,RF6與OsHXK6協同作用恢復HL-CMS育性的一種新機制,這將推動進一步地開發利用水稻雜種優勢。(PNAS
 
 
玉米產量性狀遺傳位點確定
 
玉米是全球第一大農作物。玉米的單株產量由玉米的每穗籽粒數目以及粒重共同決定。研究人員針對玉米的控制玉米籽粒數目的主效遺傳位點KRN4,利用全基因組關聯分析、圖位克隆等手段,證實了KRN4位于控制玉米雌穗發育重要基因Unbranched3(UB3)基因下游60kb,包含一個1.2kb的轉座子片段的插入缺失,為UB3的順式調控因子,通過遠距離調節UB3基因的表達量,控制玉米穗行數的數量變異。KRN4位點優良單倍型可以提高2行穗行數,增加將近20%的每穗籽粒數目,因此可以顯著提升玉米產量。研究者同時發現,KRN4位點可以通過和UB3基因內的功能性SNP變異發生遺傳互作,進一步提高玉米籽粒產量。(PLoS Genetics
 
 
擬南芥中揭示形態發育的微調機制
 
植物在從發芽種子到幼苗的發育過渡期間,經過了胚后期生長。最近的研究表明,在擬南芥中最初被確定為胚胎發育和種子成熟的一個主要調節因子LEAFY COTYLEDON1(LEC1),在胚后期發育中起著一個獨特的作用。研究人員發現LEC1敲除突變體在成熟種子中具有更高的耐干性,LEC1通過與PIF4的蛋白質相互作用,與下胚軸相關基因啟動子的G-box結合,調節早期幼苗的下胚軸伸長。PIF4是一種暗形態發生中的主要轉錄調節因子。這項研究結果表明,LEC1在胚后期生長的轉錄調控中充當PIFs的一個共激活因子,這為植物提供了一種可能的機制,在從胚胎期到幼苗期的轉變過程中,微調形態發育以讓自己生存。(Plant Cell
 
 
利用CRISPR/Cas9構建轉基因豬
 
豬是世界上最重要的家畜之一,豬肉在中國的消費量尤其大。研究發現,Myostatin (MSTN)作為TGF-β超家族的一員,在肌肉生長中發揮負調控因子作用,其為改善家畜生長性能帶來了巨大的希望。在最新研究中,研究人員將豬胚胎成纖維細胞(PFFs)的轉染效率提高了接近90%,由此提高了靶向載體的突變效率,并證實CRISPR/Cas9系統可在豬胚胎成纖維細胞MSTN位點誘導NHEJ、長片段刪除/倒置及同源指導修復(HDR)。最終,研究人員通過體細胞核移植利用無選擇標記基因的Cas9/gRNA改造的成纖維細胞生成了基因靶向豬,獲得了了MSTN雙等位基因突變8只克隆小豬。一些小豬顯示明顯的肌間溝及大舌頭,這是雙肌(DM)表型的特征。相比于對照,突變克隆豬的MSTN蛋白水平下降。該研究中所采用的基因編輯平臺可以高效地生成生物安全性轉基因豬。(Scientific Reports
 
 
用豬生產人血白蛋白
 
人血清白蛋白(HSA)是血漿中含量最豐富的蛋白質,在人體生理學中起著關鍵的調節作用,是一些嚴重疾病的常規處方藥。由于人類血液供應不足以及與人類血液相關的風險,科學家們一直都在尋求人血清蛋白的替代生產。研究人員利用CRISPR/Cas9系統將人血清白蛋白cDNA敲入豬的白蛋白基因位點,同時阻止豬內源性白蛋白的表達,實現了在豬中生產重組人血清白蛋白。經過基因型分析,研究人員發現,16只豬仔攜帶了預期的敲入基因,這些豬仔血液中存在人血清蛋白。此外,這個敲入的等位基因被成功地傳遞給后代。該研究的成功有望促進科學家探索豬和其他大型家養動物用以生產生物醫學產品,或選育具有更理想性狀的家畜品種。(Scientific Reports
 
 
利用RNA控制CRISPR/Cas9基因編輯
 
CRISPR/Cas9可以用來失活或糾正任何生物體內的特定基因,然而CRISPR/Cas9持續地發揮基因編輯活性也帶來了額外編輯不必要位點的風險。研究人員創制了一種利用RNA來按要求開啟和關閉CRISPR-Cas9系統的新方法。該方法設計了一條“導向”RNA來匹配特定靶基因序列,將Cas9酶引導至期望的位點切割DNA。細胞可以修復這一DNA斷裂,由此失活這一基因?;蛘?,研究人員可以誘導細胞用更健康的基因版本來替換靠近切割位點的片段。新方法導入了一些化學修飾的、基于RNA的藥物短暫激活CRISPR/Cas9基因編輯系統。利用了一種初始的、特異修飾的RNA來替換通常的導向RNA。這一RNA可以將Cas9的DNA切割活性引導至選擇性靶基因處,著手進行編輯過程,但這種活性是短暫的,當清除導向RNA藥物時編輯就會停止。擴展這一方法則可通過添加第二種化學修飾RNA藥物引導失活Cas9酶編碼基因來更快速地關閉這一分子剪刀。(PNAS
 
 
DNA精確模擬平臺開發
 
分子動力學可以解析發生在不同時間尺度上的過程,適用于不同規模的分析體系。這一技術能用來模擬DNA的各種活動,包括DNA折疊以及DNA與蛋白和藥物的互作??茖W家們日前開發了首個能夠精確模擬DNA的平臺,有助于研究DNA的結構改變,以及DNA與蛋白和藥物的互作。該模型可以在原子水平上模擬DNA動態,達到非同尋常的精確性。這項研究耗時五年,共測試了一百多個DNA體系,相關數據儲存在一個公共網站上(http://mmb.irbbarcelona.org/ParmBSC1/)。(Nature Methods
 
 
基因編輯研究的保障機制
 
當前,基因編輯技術大大增加了特異基因向后代傳遞的機會,因此有必要制定積極的生物安全措施,確保在受限的實驗室試驗中有效及安全地研究基因功能并進行基因編輯。一項新研究驗證了一系列基因研究的安全保障方案的有效性,例如增加及改進物理生物防護屏障,及利用遺傳改造來阻止實驗室生物在可能性非常小的事件中存活及繁殖,甚至逃至生態系統中。針對CRISPR技術,研究小組開發的分子約束機制通過操控這些生物學元件來阻止基因驅動在野外起作用。通過分開導向RNA和Cas9蛋白,使得它們不在同一生物體內共同編碼,或插入一個人工序列到靶基因中,基因表達只會在實驗室生物體中激活,因此無法在野外發揮作用。(Nature Biotechnology)
 

來源:基因農業網

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