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生物技術前沿一周縱覽(12月20日)

2014-07-07 17:38 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

RNA降解新機制

RNA分子合成過程中發生任何的錯誤,或是不必要的RNAs累積對于細胞都是有害的,因此細胞通過外切體復合物清除有缺陷或是不再需要的RNAs,這是細胞代謝的一個關鍵步驟。真核生物外切體是由無催化活性的9亞基核心和包含促進RNA水解活性的Rrp44蛋白質組成的多亞基復合物。大量研究表明外切體參與了多種RNA的降解和加工,在各種RNA的代謝中起重要作用。研究人員通過采用單粒子電子顯微鏡技術和生物化學分析方法,證實了存在兩種不同的底物招募信號通路。在通過核心的通路中,單鏈RNA底物從核心傳輸到Rrp44蛋白,誘導了Rrp44的特征性構象改變。而在另一條直接進入通路中,則不發生這種構象改變。顯像結果顯示RNA底物避開了核心,直接進入到Rrp44的EXO位點。此外,研究人員還對外切體與RNA底物在不同孵育時間點的反應體系進行了直接觀測,通過多維統計分析,捕捉到該復合物在降解底物過程中的多種形態,并形象地展示了不同結構及通路間的可能變換過程。這些研究結果為真核生物外切體的幾種RNA加工方案提供了機制解釋,闡明了這一復合體底物特異性的降解模式。(Nature Structural & Molecular Biology

測序解析miRNA調控害蟲發育機制

小菜蛾(Plutella xylostella)是全球范圍內嚴重危害十字花科作物生長的鱗翅目害蟲,據估計每年造成的損失和防治成本達到40億-50億美元。最近的轉錄組分析和基因組測序全面鑒定了小菜蛾的miRNA組。實驗中構建了小菜蛾(從卵到成蟲)的整個發育階段的混合小RNA文庫。通過比對家蠶基因組和miRBase上已報道的miRNAs,共鑒定出234個miRNAs。當使用小菜蛾的基因組數據作為參考時,可鑒定出348個miRNAs,這其中有120個miRNAs在兩種比對情況下是重合的。因此,從小菜蛾的不同發育階段中總共鑒定出462個miRNAs,而其中69個miRNAs已在Etebari等的研究中被發現。在剩余383個新的miRNAs中,有174個是小菜蛾特有的。這將成為分析miRNA在小菜蛾的變態發育,對環境的生理行為適應性中作用的基礎。研究進一步分析了miRNA表達譜的變化,在所有被檢測的miRNAs中,143個miRNAs在卵,幼蟲,蛹和成蟲中表達穩定,而其余91個miRNAs在小菜蛾的不同發育階段發生差異性表達,分別有16、16、16和7個小菜蛾miRNAs分別在卵、幼蟲、蛹和成蟲中特異性表達。上述研究不僅系統記錄了小菜蛾完整的miRNA譜,同時也為將來的功能分析和害蟲防治提供了分子靶標。(PLoS One

植物開花調控機理

植物的開花時間受到4條信號傳導途徑的調控,包括光周期信號通路、自發性及春化作用、碳水化合物信號通路和激素信號通路。其中對光周期信號通路研究最為豐富,已確認FT是光周期途徑植物開花時間決定關鍵基因。研究人員在新型禾本科模式植物二穗短柄草中證實植物開花基因FT受到miR2032的調控。miRNAs是真核生物基因表達的一類負調控因子,廣泛參與調控了植物器官的形態建成、生長發育、激素感知應答與信號轉導以及植物對外界非生物或者生物脅迫因素的應答。研究發現,一種早熟禾亞科特異性microRNA:miR2032靶向了短柄草FT同源物介導mRNA切割。miR2032在短日照(SD)條件下培育的植物中大量表達,而在轉為長日照(LD)條件下培育的植物中受到顯著抑制。miR2032前體基因座表觀遺傳染色質狀態,尤其是組蛋白甲基化標記的水平響應日照而發生變化。在短柄草中通過靶標模擬(target mimicry)方法人為破壞miR2032,可在短日照而非長日照條件下改變開花時間,表明miR2032是在光周期介導的開花時間調控中發揮功能。這些研究結果揭示了FT基因的一個新型轉錄后調控機制,為闡明植物開花時間控制多種協調信號通路提供了一些新認識。(The Plant Cell) 

擬南芥miR396參與調控心皮數量

無論在動物還是在植物中,miRNA都起著關鍵的調控作用。植物miRNA可以通過調控靶基因時空表達模式進而控制植物的器官發育。研究人員發現miR396在調控擬南芥花發育過程中具有重要作用。在擬南芥里,miR396在花中的表達最高。miR396的過表達導致雌蕊的雙心皮變成了單心皮。在過表達植物的花器官里,miR396的7個GRF基因受到了明顯的抑制。雖然GRF單、雙和三突變體都沒有產生單心皮雌蕊,但是改變GRF基因上的miR396識別位點可以使miR396的雌蕊恢復正常。在蛋白質水平上,GRF可以與GIF形成共調控復合物。而GIF基因的三突變體也產生了單心皮雌蕊。研究結果表明,miR396可以抑制GRF的表達以減少GRF/GIF共轉錄調控復合物的形成,最終控制雌蕊心皮的數量。(Plant Physiology

雙生病毒導致木薯花葉病癥的分子機制

木薯是非洲主要糧食作物之一,但木薯的產量一直受到木薯花葉病的影響。非洲木薯花葉病是由煙粉虱傳播的多種雙生病毒引起的,其最明顯的病癥是葉片產生花葉病癥。研究人員利用高通量測序技術研究了受非洲木薯花葉病毒(African cassava mosaic virus)侵染木薯的全基因組水平轉錄響應,表明光合作用相關的通路所受影響最大,特別是葉綠素降解相關基因明顯上調,而編碼捕光復合體II的主要天線蛋白基因表達下調;結合受侵染葉片細胞中葉綠素a含量不受影響而葉綠素b含量急劇下降,并且基粒垛疊層數減少,表明植物細胞可通過調控葉綠素循環來維持葉綠素a的穩定,并且減少光系統II的效率,降低病毒侵染對宿主細胞產生的影響。該研究不僅闡明了雙生病毒感病導致木薯葉片褪綠病癥產生的原因,而且表明病毒對光系統的非致死影響是其避免宿主劇烈免疫反應的一種策略,是病原與宿主長期共進化的結果。 (Journal of Integrative Plant Biology)

植物對害蟲免疫機理研究

在模式植物番茄中,過表達系統素前體基因Prosystemin的轉基因植物(35S::PS)組成型地激活茉莉酸響應基因的表達,表明多肽信號分子系統素(Systemin)和植物激素茉莉酸(Jasmonic acid, JA)通過共同的信號轉導途徑調控植物對害蟲的免疫反應。深入研究這一信號轉導途徑對于建立環境友好型的害蟲防控策略具有重要意義。研究人員通過對番茄免疫反應缺失突變體spr8的系統研究發現了在植物免疫反應中起重要作用的功能基因Spr8/TomLoxD。spr8突變體表現出一系列免疫反應缺陷的表型,包括對機械傷害不敏感、表皮毛分泌的萜類代謝物減少、對咀嚼式害蟲棉鈴蟲和腐生型病原菌抗性降低等。圖位克隆的結果表明,Spr8編碼脂氧化酶TomLoxD,是受傷誘導的茉莉酸合成途徑的限速酶。ChIP與EMSA的實驗結果表明,TomLoxD基因的表達受JA信號途徑中的轉錄因子SlMYC2的正反饋調控。遺傳操作發現超表達Spr8/TomLoxD可以顯著提高植物對害蟲和腐生型病原菌的抗性。重要的是,本研究發現過表達Spr8/TomLoxD特異性地增強了植物的免疫性而對生長發育沒有不良影響,這與已經報道的茉莉酸途徑的其它基因顯著不同。這項工作表明,Spr8/TomLoxD在植物保護方面有重要的應用前景。(PloS Genetics) 

家貓馴養的生物學證據

研究人員利用放射性碳測年分析了來自中國泉護村發掘出貓骨,發現這些骨頭的年代可以追溯到大約5300年前的一個200年的時間段內,說明家貓出現的時間比之前所認為的要早3000多年。這些骨頭的尺寸相當于現代歐洲家貓的骨頭尺寸,但是小于歐洲野貓的骨頭。對骨膠原蛋白的同位素分析表明人類、嚙齒動物和貓大量食用以粟為基礎的食物;其中一只貓比其他貓吃的肉更少,吃的以粟為基礎的食物更多,提示粟種植的傳播和共生的嚙齒類吸引了貓。本研究為人與貓共生關系的早期證據,為家貓馴養提供了新的見解。(PNAS) 

小型豬近交系研究與鑒定

我國科學家在863計劃等支持下,全球首次育成被稱為人類理想“替難者”的小型豬近交系,并已通過專家組鑒定達到同類研究國際領先水平。近交系動物以其遺傳高度穩定、基因高度純合,以及偏差小、可重復性強,而具有很高的生物學使用價值和研究意義。目前國際上已培育和利用了450多種近交系小鼠、大鼠等,廣泛應用于解決人類疑難病癥、攻克生命科學和醫學、藥學難題;而豬和鼠類相比,與人類有更大相似性,其生物學利用價值和經濟開發價值更高,尤其在未來人類異種器官移植研究和應用中將發揮重要作用。研究成功組建了F20-F23代近交系群體,遺傳均質性高,并具有完善系譜,與現有海南五指山豬品種有較大的遺傳差異性,為一種新的種質資源。目前該近交系豬已出售3000多頭,成功應用于人類疾病模型、新藥鑒定、轉基因食品安全、異種器官移植等。 (科技日報

來源:基因農業網

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