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生物技術前沿一周縱覽(2018年3月23日)

2018-03-23 16:12 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

 生物技術前沿一周縱覽(2018323日)

 

昆蟲桿狀病毒DNA聚合酶N末端的多個功能位點

 

桿狀病毒(Baculovirus)是一類特異感染節肢動物的病原微生物,目前被廣泛應用于生物農藥、蛋白質表達以及基因治療。研究人員對N末端的連續截斷發現,隨著N末端序列的逐漸減少,構建的重組病毒在病毒的擴散、基因組的復制以及多角體形成等方面的能力也相應地下降。對DNA聚合酶N末端生物信息學分析顯示,雖然前64個氨基酸同源性不高,但存在一個保守的α-β-β-β二級結構,以及分布于氨基酸 67-186區域的四個保守模序,對這些保守模序的位點突變能夠影響病毒的復制以及病毒的產量,點突變使DNA聚合酶蛋白半衰期減短、活性變弱,從而影響了病毒DNA的復制,最終導致病毒產量以及多角體合成的下降。該研究對桿狀病毒在昆蟲體內擴散提供了重要的理論依據,具有潛在的應用價值。(Journal of Virology

 

 

科學家建立CRISPRi/dCas9的腦內多基因同時抑制系統

 

基因特異性的失活策略是基因功能研究的重要方法,以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯工具已被廣泛用于建立轉基因細胞株和動物模型。研究人員利用病毒傳遞策略,針對神經元構建了優化的基于dCas9CRISPRi系統,達到在小鼠腦內進行高效且靶向特異性的抑制功能基因表達的目的。該系統能夠在神經元的單細胞水平獲得均一的表型,而且在基因沉默能力上顯著優于傳統的RNAi技術。同時,利用sgRNA相隔錯配的策略,在神經元中實現了精確的靶向特異性基因抑制,幾乎不產生脫靶效應。研究人員進一步在動物腦內拓展了該技術的應用。利用神經元亞群特異性的啟動子,條件性控制功能基因Syt1在海馬齒狀回興奮性和抑制性神經元中的獨立失活,實現了對局部神經網絡興奮/抑制平衡的雙向調節。最后,研究人員開發了基于一體化載體和雙載體的兩套CRISPRi多重基因抑制系統,分別成功實現了小鼠腦內syt1及其互作網絡蛋白共5重基因的同時抑制,且能夠實現靈活多變的多基因不同組合的高效失活。(Nature Neuroscience 

 

 

科學家揭示新型轉錄因GcrA的轉錄激活機制

 

轉錄是基因表達的主要調控環節。研究人員分別解析GcrA-DBDDNA結合結構域)與甲基化DNA的復合物晶體結構,以及GcrA-CTD與轉錄起始因子σA2的復合物晶體結構,揭示其識別m6A甲基化修飾的分子機制,并提出GcrA同時結合DNARNAP的模型,即GcrA-CTD通過與σA2結合鉚釘在RNAP,隨后通過GcrA-DBDDNA的相互作用將RNAP招募到具有GcrA調控基因的識別位點,GcrA-DBDGcrA-CTD之間的大約50個氨基酸柔性區域能夠使GcrA識別位于啟動子DNA不同位置的基序(-30上游、-20附近、+10、+20附近;編號基于轉錄起始位點)。該研究提出了以GcrA為代表的一種新型轉錄激活機制。(Nucleic Acids Research 

 

科學家發現防控稻田雜草新機制

 

稻田稗草(E. crus-galli)被認為是全球最嚴重的雜草之一。研究表明,稗草可以合成異羥肟酸類次生代謝產物丁布(DIMBOA)的三個基因簇,具有抑制水稻生長的作用。同樣,稗草還能合成次生代謝產物稻殼素(momilactone)的基因簇,具有抵御稻瘟菌等病菌生長能力。研究人員首次了解到稗草會利用基因簇的遺傳機制合成這些化合物與水稻競爭,從而起化感作用。研究還發現細胞色素(CYP450)和谷胱甘肽巰基轉移酶(GST)基因具有解毒功能,以非靶標抗性機制,直接參與雜草除草劑抗性的進化。(Nature Communications

 

 

大氣干旱影響青藏高原草地植被生長

 

氣候變暖可導致大氣水汽壓差增加、大氣干旱化趨勢增強。當大氣水分虧缺時,植物往往通過降低葉片氣孔導度抑制光合作用,還可能通過增強蒸散發作用加劇土壤干旱,使植被生長面臨更加嚴峻的大氣干旱脅迫。青藏高原是氣候變暖最強烈的區域之一,也是印度季風和西風交匯碰撞的區域。研究人員系統分析了近30年青藏高原大氣水汽壓差變化及其對草地植被生產力的動態影響。研究表明,在氣候變暖背景下,青藏高原大氣水汽壓差持續增加,高原草地的大氣環境趨于干旱化,這種大氣干旱會顯著降低青藏高原草地生產力。值得注意的是,該現象呈增強趨勢,具體表現在影響強度和范圍上的持續增加。進一步研究發現,若無大氣CO2濃度增加對草地生產力正的促進效應,大氣干旱對草地植被生長的抑制作用會變得更強、影響范圍更廣。(Geophysical Research Letters

 

 

科學家揭示植物功能性狀調節全球變化對草地生產力的影響

 

隨著全球降水和氮沉降的增加,許多生態學家致力于研究生態系統功能與全球環境變化之間的關系,并取得一些重要進展。研究人員通過長期的野外氮、水控制實驗,系統研究了環境變化影響我國溫帶典型草原生產力的直接和間接過程。研究表明,增加氮、水既直接提高生產力,又通過增加植物功能多樣性的兩個組分間接驅動生產力。與許多類似研究不同,該研究中物種和系統發育多樣性并不能解釋生產力的變化。研究發現增加群落植物功能多樣性的一個組分(community-level weighted mean of plant stature)會提高該草地生產力,而增加另一個組分(functional dispersion)則會降低生產力。該研究首次提供了上述兩個功能多樣性組分對草地生產力具有相反影響的實驗證據,并表明群落中優勢物種的性狀以及物種間的性狀分布在調節生態系統功能中都具有重要作用。(Journal of Ecology 

 

玉米秸稈高效利用新法

 

我國秸稈資源豐富,大力發展秸稈飼料化將有助于解決我們牧草資源短缺和人畜爭糧等產業問題。研究引入物理性處理技術—蒸汽爆破。研究發現,蒸汽爆破不僅顯著降低了秸稈中半纖維素含量,提高了纖維素的相對含量,而且提高了秸稈發酵產氣速度、木糖等還原糖和VFA產量,促進了瘤胃微生物發酵。經觀察發現,蒸汽爆破秸稈的纖維素和半纖維素降解率顯著升高,且蒸汽爆破秸稈的表面粘附更多的微生物,并且易快速形成致密的微生物生物膜。因此,蒸汽爆破預處理能破壞玉米秸稈纖維結構,提高瘤胃微生物粘附效率,增強秸稈瘤胃降解率和發酵能力,為奶牛產奶提供更多的能量和營養。(Bioresource Technology

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