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生物技術前沿一周縱覽(2015年12月4日)

2015-12-05 10:21 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

Nature推出基因組編輯專題
 
《自然》(Nature)雜志最新推出了一期名為“Genome editing”的專題,以11篇文章形式專題介紹了ZFNs、TALENs和 CRISPR–Cas9這三種主要的基因組編輯工具,基因組編輯在醫學、農業、表觀遺傳學等各個領域廣泛應用,胚胎基因組編輯,及基因組編輯面對的4大問題等相關內容?;蚪M編輯就是利用一些酶來靶向切割DNA序列,再借助細胞機器修復這些切割,以達到對基因組進行定點修飾目的的一項技術。這項技術能夠實現精準地對基因進行改變。其中CRISPR–Cas9具有便捷、廉價、產物具有可擴展性,且能夠用于多個靶向基因組位點等優勢,相比ZFNs和TALENs得到了更廣泛地應用(Nature
 
 
系統改造提高基因組編輯的精度
 
如何減少CRISPR-Cas9基因編輯系統“脫靶”編輯錯誤,是當前該技術應用的主要技術問題之一。研究人員通過了解Cas9蛋白的結構,發現負電荷的DNA結合到了Cas9蛋白一個正電荷的凹槽中,從而減少脫靶切割,由此預測出用一些中性氨基酸來替代正電荷的氨基酸,相比于“靶向”序列,可以大大減少Cas9與“脫靶”序列的結合。最終確定通過改變化膿性鏈球菌Cas9酶的 3個氨基酸,可將“脫靶編輯”顯著減少至無法檢測到的水平。研究人員將這種新設計的酶命名為“增強型”化膿性鏈球菌Cas9(eSpCas9),可用于需要高水平特異性的基因組編輯應用。(Science
 
 
紅花苜?;蚪M草圖發布
 
豆科植物可通過同化空氣中的氮氣,提高土壤的硝態氮肥力,在大量使用化肥之前,紅三葉草和其他豆科作物對于作物輪作、改善土壤肥力是必不可少的。另外,紅花苜蓿還是一種可以提供富含蛋白質的飼料,能夠增加反芻動物乳汁中的ω-3脂肪酸。與白三葉草和其他豆類相比,紅花苜蓿還具有一種高水平的酶,能使蛋白質被消化得更慢、更有效。加快合并有利于紅花苜蓿在可持續農業中應用的性狀,最近,英國科學家進行了紅花苜蓿(Trifolium pratense L.)DNA的測序和組裝,可幫助育種者改善這種重要飼料作物的有益性狀。(Scientific Reports
 
 
馬齒莧應答干旱及高溫脅迫的機制揭示
 
隨著全球氣候變化,干旱、高溫脅迫對植物影響的研究受到關注。馬齒莧作為一種藥食兩用植物,富含多種維生素和脂肪酸。對包括干旱和高溫在內的多種脅迫具有較強的抗性。研究人員探究了馬齒莧逐步響應干旱和復水的生理特征。研究結果表明,10天左右的干旱處理可明顯提高馬齒莧體內活性及脯胺酸的含量,葉綠素含量下降,電導率上升。而復水后3小時之內,多種生理指標迅速恢復,1-3 天后即恢復到對照水平。該研究不僅解析了馬齒莧對復水的響應,同時也為馬齒莧逆境條件下的適時采收提供了生理水平上的依據。(Scientia Horticulturae
 
 
認識植物微生物組
 
植物上也具有復雜的微生物群落,它們在植物的生長和健康中扮演重要角色。植物所選擇的細菌群落稱為微生物組(microbiota),主要來源于自然土壤中存在的微生物,具有廣泛的多樣性。研究人員培養了模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)葉片和根中發現的細菌,利用這些代表性細菌菌株的純培養集合,研究人員可以在實驗室中重建擬南芥根和葉中的任何微生物組。這一研究成果,標志著使用定義微生物組的植物微生物生態學開啟了一個新時代。(Nature
 

篩選得到可提高浮萍淀粉積累的植物調節劑

水生植物浮萍具有生長速度快、生物量大的特點,而且能夠高效利用廢水中的氮、磷轉化為生物質。特別是浮萍的品質優良,不僅木質素、纖維素含量低,而且淀粉含量高。這些優良品質和能將環境治理與生物質生產結合的特點使得浮萍已成為研究開發的熱點。研究人員從21種植物生長調節劑中篩選出在富營養條件下對浮萍生長和淀粉積累均有促進作用的烯效唑,發現在噴灑烯效唑后浮萍相關內源激素水平及葉綠素含量發生變化。烯效唑通過調節內源激素和葉綠素生物代謝中的關鍵酶而改變內源激素水平,并增加葉綠素含量和凈光合速率,最終導致生物量和淀粉積累的增加。這項工作為植物激素應用于浮萍后淀粉代謝調控的分子生物學研究提供了有價值的信息。(Biotechnology for Biofuels


單細胞質譜新技術

單細胞研究是當前一個新興領域。雖然單個細胞基因組學和轉錄組學可以通過DNA和RNA擴增進行分析,但卻必須有微量的起始樣品。研究人員開發了一種單細胞質譜分析技術,用以檢測植物細胞代謝。借助于顯微鏡,通過微操作系統操控一個微小的毛細管針頭刺入一塊植物組織中,然后取出單個細胞,抽提其中的物質。細胞里毫微微升的物質與電離溶劑混合,再利用高電壓電,將毛細針頭中的材料射入質譜儀。這種方法也可以用于動物細胞分析。(Nature Protocols)    

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