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植物科学前沿一周快讯(2016年11月21日)

2016-11-21

Cell Res: gDNA/NgAgo可有效敲低靶基因的表达

11月11日, 《Cell Research》杂志以Letter to Editor形式在线发表了来自南通大学刘东副教授和复旦大学王永明教授合作完成的一项NgAgo的新研究,这项研究表明,gDNA/NgAgo 系统在斑马鱼中能实现特定基因敲低,导致鱼眼部发育缺陷,但是不能对靶基因进行基因编辑。该研究用脂肪酸结合蛋白11a(Fabp11a)作为靶基因,该基因可以调控葡萄糖和脂质的稳态,还跟炎症有关。为了探讨5′-磷酸化的单链(ss)DNA是否可以指导NgAgo在体内破坏斑马鱼的内源基因,该研究小组先为斑马鱼构建了一个密码子优化的NgAgo,并在N-末端和C-末端具有核定位信号(NLS)肽(NgAgo-2nls);同时又设计了两对5’磷酸化的ssDNA,分别靶向fabp11a的第二个和第三个外显子。然后将这两个ssDNA分别和NgAgo-2nls的mRNA一起注射到单细胞时期的斑马鱼胚胎中。结果发现,大约30%的注射胚胎表现出重度眼部表型。对具有异常眼部表型的胚胎的基因组DNA测序,并对靶区域进行RT-PCR扩增。结果表明,靶基因没有发生任何基因突变,但Fabp11a基因的表达有显著下调。为了更清楚的说明问题,进一步验证实验,排除了单独由NgAgo-2nlsmRNA或者gDNA注射到胚胎所导致的表型,而且同时注射NgAgo-2nlsmRNA和错配的gDNA也不会产生表型,表明,gDNA/NgAgo系统有其特异性。同时发现,gDNA/NgAgo系统靶向敲低Fabp11a基因所导致的斑马鱼眼部异常表型,可以通过注射Fabp11amRNA修复。这项研究结果通过使用gDNA/NgAgo系统在斑马鱼中实现了特定基因的敲低,但是,并没有检测到靶基因上出现任何的插入,因为酶活突变的NgAgo也能产生敲低的效果,作者猜测,该系统可能和酶活突变的Cas9:sgRNA系统类似,都能在靶基因处抑制基因转录。


Science: 揭示基因抑制机制


人们往往将突变视为引发不良性状的基因错误。其实并非所有突变都有害,有些突变甚至能抵消或抑制致病突变的危害。不过,科学家们对这种基因抑制(genetic suppression)机制还知之甚少。多伦多大学的研究人员首次对细胞中的抑制突变进行了全面分析,揭示了基因抑制的基本规则。研究人员选择模式生物酵母进行研究。他们一边通过已发表数据分析酵母基因的抑制关系,一边观察有害突变与其他突变结合时细胞生长受到的影响。有害突变会延缓酵母细胞的生长,因此酵母生长速度的改善都来自于另一个突变。研究人员由此揭示了酵母细胞的数百个抑制突变,并从中找到了基因抑制的基本规则。研究表明,在寻找抑制基因的时候不需要远离携带有害突变的基因。这两个基因往往在细胞中起到相同的作用,它们的蛋白产物可能处于同一位置,或者在同一个分子通路中起作用。研究人员指出,有害突变及其抑制子往往处于功能相关的基因中,人们可以更有针对性地在人类基因组进行探索。



Nature:展示X射线无电子激光器(XFEL)在RNA研究中的强大实力


RNA是所有细胞的关键遗传物质,根据DNA蓝图以多种方式指导核糖体生产蛋白质。核糖开关是一种存在于细菌中的特殊RNA开关。近日, 来自美国NIH癌症研究中心的Yun-Xing Wang (https://ccr.cancer.gov/node/955 )首次对调控蛋白质生产的RNA开关进行了实时成像。研究人员已创伤弧菌的一个核糖开关为材料,这个核糖开关位于一条mRNA长链上,对蛋白质合成进行调控。这条mRNA指导合成的蛋白质,负责帮助细胞生产 腺嘌呤。当细菌内的腺嘌呤过多时,腺嘌呤分子进入核糖开关的口袋,使开关变为另一个形态,改变蛋白质和腺嘌呤生产的速度。 研究人员把这种核糖开关制成纳米晶体,将其混在含有腺嘌呤分子的溶液中。每一个晶体都很小,腺嘌呤可以快速均匀的渗透进去,进入核糖体开关的口袋。随后研究人员用X射线激光器以特定的时间间隔轰击这些晶体,首次观察到了一个转瞬即逝的中间阶段。他们获得了首张核糖开关的空口袋初始状态,还发现它存在两个稍有不同的构象,只有其中一个参与了开关活性。该技术首次在原子水平上实时观察由两个生物分子化学互作触发的生物反应,XFEL为人们提供了其他途径无法获知的细胞基础机制。


发现泛素蛋白酶体系统调控免疫受体的稳定性


植物细胞内抗病受体蛋白(NLR)介导对病原菌的专化性抗性并通常伴有侵染部位的细胞死亡,调控这类免疫受体的稳定性对植物抗病意义重大。在拟南芥中的研究表明,结构类似的免疫受体蛋白直接受泛素蛋白酶体系统(UPS)调控,而在作物中尤其是麦类作物中没有NLR受体直接受UPS蛋白降解途径调控的报道。遗传与发育生物学研究所沈前华研究组(http://sourcedb.genetics.cas.cn/zw/zjrck/200907/t20090721_2130972.html )与谢旗研究组合作,鉴定大麦中的一个新的E3泛素连接酶与大麦多个MLA受体互作,并泛素化免疫受体蛋白,通过UPS系统介导对MLA受体的降解,从而调控免疫受体的稳定性和对白粉菌的抗性,并减弱其细胞死亡对植物带来的不利影响。之前的研究结果表明,MLA的积累也受麦类作物特异表达的小RNA家族(miR9863)成员在转录后水平的调控(Liu et al., 2014),以及分子伴侣在翻译后水平的调控。因此,植物免疫受体的积累和稳定性受到多种机制的调控,其复杂性由此可见一斑。


揭示了蓝光和环境温度协同调控植物生物节律的新机制


作为最重要的两种环境信号,光和环境温度是产生内源生物节律的主要输入系统。外源蓝光和温度信号如何相互作用进而协同调控内源生物节律亟待研究。植生所刘宏涛研究组(http://www.sippe.ac.cn/cp1-8_PI.asp?id=24)的研究发现,蓝光可以抑制两个功能未知的基因COR27和COR28的表达,而低温可以诱导COR27和COR28的表达。COR27和COR28作为正调控因子调控开花时间,同时作为负调控因子调控植物抗冻性,说明COR27和COR28可能是植物平衡生长发育(开花)和抗冻性的关键组分。拟南芥的开花启始以及对冷冻胁迫的抗性都受到内源生物节律调控。进一步的研究表明COR27和COR28的表达受到了生物钟的调控,并且它们可以通过抑制生物钟中央振荡器核心基因PRR5以及TOC1的转录从而调控拟南芥的生物节律,COR27和COR28的功能缺失突变体具有更长的生物钟周期。这些结果说明外源环境信号通过调控COR27和COR28影响生物节律,进而平衡植物生长发育(开花)和抗冻性。