生物技术前沿一周纵览(2018年1月12日)

2018-01-12 17:20 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览


水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计

提升水稻产量是科学家们不懈追求的目标,而对于消费者而言食用和蒸煮品质优良才是最重要的。研究人员通过关联分析等手段,发现了调控稻米品质三个重要理化指标的主效基因,解析了直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度的相关性,发现了决定这3个性状的主效基因和微效基因及它们之间的作用关系,从而揭示了调控稻米食用和蒸煮品质的精细调控网络。研究充分利用基础理论研究的优势和成果,建立了水稻分子设计育种的理论框架与技术体系,培育了基于“理想株型”的“嘉优中科”系列水稻新品种和具有“籼稻产量、粳稻品质”特征的“广两优”系列品种,已经在长江流域进行推广,为我国水稻分子设计育种与生产的跨越式发展奠定了开创性的基础。(国家自然科学奖一等奖


生物钟调控叶片衰老新机制

生物钟是生物体为适应环境昼夜周期变化而进化出的协调细胞内基因表达、代谢网络调控的分子系统,调控植物的新陈代谢、生长发育等多个过程。研究的发现,当拟南芥生物钟核心组分Evening Complex中任何组分发生突变,叶片衰老均会提前。转录组分析及茉莉酸诱导叶片衰老的生理实验表明,Evening Complex直接参与调控茉莉酸信号,而茉莉酸信号是调节植物叶片衰老的重要因子之一,其中MYC2是茉莉酸信号促进叶片衰老的关键转录因子。进一步研究发现,Evening Complex直接结合该基因启动子并抑制其表达,从而在时间维度精细调控茉莉酸诱导植物叶片衰老的进程。(Molecular Plant


冻土区微生物多样性研究取得进展


土壤微生物在陆地碳循环中起重要作用。研究人员以青藏高原多年冻土区为研究对象,通过大尺度取样获得30个3米深度的土壤剖面,并结合高通量测序手段,揭示了青藏高原冻土区土壤微生物多样性的分布格局及其调控因素。研究发现,冻土层和活动层微生物群落结构存在显著差异,并且其驱动因素存在差异:活动层微生物β多样性主要受土壤碳氮含量控制,而冻土层微生物β多样性则主要取决于气候因素和土壤磷含量。研究还发现,空间距离会显著影响细菌β多样性,但并不影响真菌β多样性。研究揭示了冻土层与活动层微生物群落结构及其调控因素的差异,相关结果为改进物种分布模型提供了重要启示。(Molecular Ecology


祁连圆柏中树轮氧同位素变化及气候意义


树木年轮具有定年准确、连续性较好、时间分辨率高、分布范围较广以及可与器测记录进行校正等特点,是重建高分辨率古气候变化的良好记录。研究拟采用不同样芯中相对较宽的部分进行拼接,最终形成连续的、较长的同位素序列的方法。研究分析测试了阿尼玛卿山地区同一树木不同高度、不同方向以及不同树木的不同海拔和不同树龄的氧同位素变化,发现祁连圆柏个体内部以及不同个体间的氧同位素变化高度一致,不同海拔的树轮氧同位素的气候意义也具有相同的特征,均表现出与区域5-7月降水呈显著负相关关系。结果表明,可以利用生长在不同海拔和不同树龄的祁连圆柏来建立长序列的树轮氧同位素序列,并重建过去的古气候历史。该研究探索了祁连圆柏氧同位素在同一个体以及不同个体间的变化,并为建立祁连圆柏的氧同位素长序列提供了切实可行的方法和理论依据。该研究对揭示年代至百年尺度的气候变化规律,辨识现代及未来气候变化的自然背景,检验气候模式的模拟能力和指导未来气候变化的预估均有重要意义(Tellus B


CRISPR/Cas9蛋白切割DNA过程中的调控和校验机制


CIRSPR/Cas9是一种可以由一条单链sgRNA(single guide RNA)指导的利用Cas9核酸酶对靶向DNA进行特异性识别和切割的技术。由于其可以高效快捷地靶向切割DNA而被广泛地应用于基因编辑、基因表达调控、基因定位和成像等领域。研究通过在Cas9蛋白的特异位点上标记荧光团,基于全内反射荧光显微镜快速灵敏地捕捉单个Cas9分子的FRET效率变化以及在每个FRET状态的停留时间,以此反应Cas9的构象变化,并提供该过程中的一系列动力学参数。该研究发现,Cas9展现出三种构象状态,并可以自发的在这三种状态中自由切换。靶标序列的PAM远端与sgRNA的大于三个碱基的错配,导致Cas9的HNH结构域(核酸切割结构域)稍偏离了其正确切割位点,因而将其从切割活性态转化为非活性状态。而这种对错配的校验机制是Cas9蛋白与PAM远端DNA/RNA双链相互作用对其HNH结构域的长程别构调控来实现的。(Cell Reports


衰老过程中NAD下降和肿瘤发生、发展之间的关系


NAD是最重要的生物分子之一,在几乎所有的生理过程中都发挥着重要的作用。哺乳动物的NAD水平由于CD38表达量的上升而降低,并伴随活性氧分子(ROS)水平的增加,而补充NAD前体可以延缓衰老并预防衰老相关疾病的发生。研究在非小细胞肺癌以及结肠癌细胞中构建了CD38过表达的稳转细胞系,发现CD38过表达或FK866(NAD合成限速酶NAMPT的抑制剂)处理会引起细胞内NAD水平的下降和ROS水平的增加,而NAD水平的下降直接驱动细胞发生EMT过程。EMT在肿瘤的发生、发展以及转移过程中都发挥着重要的作用。进一步的分析发现NAD的下降导致15-PGDH蛋白的降解。15-PGDH是前列腺素E2(PGE2)合成酶COX-2的拮抗剂,是结肠癌、胃癌、肺癌等肿瘤中重要的抑癌基因。研究证实ROS引起15-PGDH的降解并导致PGE2的大量增加,而过表达15-PGDH可以抑制EMT过程。分析还发现蛋白酶体和自噬体都参与了15-PGDH的降解过程,并且其降解不是通过经典的泛素化-蛋白酶体通路,而是通过15-PGDH的第44位半胱氨酸残基的氧化磺酸化。Cys44的突变可以抑制或加强15-PGDH的降解。更重要的是,补充NAD前体可以抑制15-PGDH的降解和EMT过程。(Cell Chemical Biology


被子植物早期与传粉者相互关系研究获进展


被子植物约有35万种,在生态系统中占绝对优势。研究人员通过野外采样、观察与视频拍摄、电子扫描镜下性状分析、昆虫的形态与DNA条形码鉴定、协同分子系统树的构建及分子钟的分析,首次从物种、群落和系统发育水平层面,揭示了被子植物“第一个”专性共生传粉系统,即“五味子科植物与瘿蚊”的演化与维持机制。综合研究及分析整个现存被子植物早期分支与传粉者之间相互关系发现,以产卵为目的蝇类(flies)是现存被子植物早期分支种类的主要传粉者。这一类传粉者有“没有花粉会被取食”和“雌性的草食昆虫为了后代发育更忠诚于同一物种的花,因此在植物与传粉者之间形成的往往是更加专性的相互关系”两个明显的优势。地球上现存被子植物早期分支物种主要由产卵的昆虫传粉,相互之间形成了特殊的共生关系,而非具有“泛化的传粉者”。这一新的发现对传统的假说提出了挑战,为研究和理解被子植物早期与传粉者相互关系提供了新思路。(Biological Sciences
 

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