生物技术前沿一周纵览（11月29日）

胡杨基因组及其耐盐机制

胡杨（Populus euphratica Oliv.）是一种生长在戈壁盐碱地的独特树种，在高盐胁迫下仍能保持较快的生长速率和光合效率，是研究耐盐、抗旱等机制的代表性树种。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所和兰州大学、华大基因公司等单位合作，在胡杨基因组及其抗逆机制研究领域取得重要进展。胡杨基因组相对复杂，基因组杂合率约0.5%，共发现34279个编码基因，鉴定了152个保守microRNA以及114个潜在的新microRNA。与毛白杨的比较基因组研究显示，胡杨参与耐盐的基因家族成员在进化过程中出现多个重复复制现象，在响应盐胁迫的功能策略上富集大量正向选择（positive selection）的基因，它们中的一些基因在盐胁迫下表现显著上调。研究提出了胡杨可能的耐盐机制，为理解树木适应盐胁迫机制，加速林木的成材性和耐逆遗传工程改良等提供了重要研究基础。（Nature Communications）

5个物种奶畜乳蛋白图谱

乳蛋白是决定奶类营养品质的主要指标，为了从生物学角度阐明奶牛、牦牛、水牛、山羊和骆驼奶类的蛋白质差异，北京畜牧兽医研究所采用蛋白质组学技术定量了这5个物种的乳清蛋白质组，鉴定了211种乳蛋白，对113个鉴定蛋白的分子功能、细胞组分和生物学过程进行了归类，在国际上首次构建了乳清蛋白定量差异表达谱，揭示出这5个物种奶畜的乳蛋白图谱，既解析了乳蛋白生理功能的基础，也可作为评判奶类营养品质的依据，同时有助于从分子层次辨别不同奶畜乳蛋白的掺假问题，标志着我国科学家在奶类品质研究上取得了重要进展。 (Journal of Proteome Research)

鲸类动物的基因组图谱

一个国际研究小组对4头小须鲸、1头鳍鲸、1只宽吻海豚和1只江豚进行了基因测序，其中小须鲸是成功破译的第一个海洋哺乳动物的深度基因组图谱。研究人员还将这些鲸目动物的基因与其他哺乳动物的基因进行了比较分析，从全基因组水平上提高了对于鲸类适应海洋环境的进化变化的认识。鲸鱼能够对由于缺氧、活性氧物种增加和高盐水平引起的生理应激产生抵抗，这是鲸鱼对海洋生活适应的明显标志。研究结果显示，鲸类动物的基因组中与调整盐度和血压、抗氧化及耐缺氧等功能相关的基因家族明显扩大，跟鲸鱼体毛和感觉感受器相关的基因家族明显缩小。这些数据不仅有助于了解小须鲸的适应机制，而且也为未来海洋哺乳动物疾病控制和预防、物种保存和保护提供宝贵的数据资源。（Nature Genetics）

大肠杆菌基因组规模的代谢重建

美国加州大学圣地亚哥分校研究人员通过对55个大肠杆菌的基因组测序，描绘了每个菌种的所有基因、反应和代谢产物，表征出大肠杆菌的核心代谢能力。对650种不同环境下的生长能力的研究显示，每个菌种的代谢能力与它们所处的环境有关，一些独特的代谢途径对应菌种的致病性和特殊环境条件，由此能够预测不同菌种在不同生境下的适应性，区分菌种间的功能差异，识别“营养缺陷型”菌种。这种重建的“代谢模型”可用于定义一个微生物物种的代谢本质，描绘出在适应过程中的特定微环境中生长的差异，并有助于开发出控制致死性大肠杆菌传染的方法。(PNAS)

评价转基因牛肉的亚慢性毒性

近几十年来随着转基因技术的不断成熟和发展，其应用范围也越来越广泛，目前已经在实验室成功培育了奶牛、猪、羊等多种转基因动物。以中国农业大学开发的高效表达转人乳铁蛋白的转基因克隆牛的牛肉为研究对象，通过大鼠90天喂养试验对其安全性进行初步评价。研究中将传统对照牛肉和转基因牛肉分别制成冻干粉并分析其主要营养成分，将冻干粉分别按5%和10%的掺入比例配制饲料，调节其他组分的含量使饲料达到营养均衡。试验期间每日观察动物体征，每周记录动物体重和进食量，实验结束时对动物进行尿液检查、血液细胞学和血液生化学分析，对重要脏器进行称重并进行组织病理学检查。结果表明，进食含有转基因牛肉饲料的大鼠体重、进食量、尿液、血液细胞学和血生化、脏器重量及组织病理学均未产生明显改变。本研究结果提示转基因牛肉的食用安全性与普通牛肉无差别。本研究为转基因动物的食用安全性评价积累了资料。（Food and Chemical Toxicology）

新型病毒电池

提高电容量、寻找更为耐用的电极材料，一直是锂电池研究的热点问题。麻省理工学院(MIT)研究人员采用M13病毒组装电极，可以提升电极的导电性，促进充电和放电时的化学反应，从而大大提升电池的性能。在病毒的帮助下，新型电池电极表面积更大，充电和放电效率更高，其能量密度能够达到目前顶尖锂离子电池的2-3倍，且制造工艺更加简单、安全。该研究还处于早期阶段，电解液等关键部分仍然有待开发。（Nature Communications）

基于 3D 生物打印的 5 个新领域

Organovo 公司今年因其颇具革命性的与 3D 生物打印相关的组织工程平台而备受瞩目。在未来几年里，该公司将在药物发现方法、肿瘤以及器官移植方面为制药工业带来极大的革新。 3D 生物打印技术将在以下 5 个技术领域带来重要进步。 （一）制药、疫苗和抗毒素：药物活性成分仍需采用传统的制造方法，但是，精确打印的纳米医药品是向医学应用前进的关键步骤，将来 3D 打印机将实现从因特网上下载疫苗和药物，然后利用标准化学品构建模块在自己家中打印药剂，当然，在此过程中还切实需要解决质量控制等问题。 （二）毛发生长：美国哥伦比亚大学的科学家发明了一项基于 3D 生物打印的技术，可以在一天内实现延迟或终止秃顶。尽管该技术目前还尚未通过人体进行测试，但是这种重大突破确实是从2D细胞环境的研究活动向 3D 条件转化中获得的成功。（三）骨骼：组织工程并不限于软组织，英国诺丁汉大学的药学教授 Kevin Shakeshaff 正在开发一种从活细胞打印替代骨骼的技术。他首先构建一个与骨骼具有相似特性的被骨细胞包裹的支架，该支架在随后的三个月内随着新骨骼的生长，将取代其位置并逐渐溶解。（四）动物产品（食品）：利用组织工程技术生产可持续的动物产品——如肉类，看似是新奇的未来派的，然而Organovo公司却开发了一种无需屠杀动物而生产肉类的方法。面对全球肉制品巨大的市场机会，人类日常消费的动物产品可以利用类似的技术进行生产，包括凝胶和明胶、食品添加剂用脂肪、蜜、蜜露等。（五）动物产品（非食品）：动物产品不仅仅是食品，还包括皮革、鳞、动物脂肪、毛发以及更多可利用组织工程可持续生产的东西，其中皮革是商业上首要关注的目标。（生物360）

人工栽培草莓基因组

日本研究人员破译了人工栽培草莓品种“丽红”的基因组，并与4种野生草莓进行了比较。野生草莓一般多为二倍体或四倍体，而人工栽培的草莓是杂交成的八倍体。因此，“丽红”草莓约有 6.98 亿个碱基对，大约为 8.7 万个基因，远远大于野生草莓的碱基对数量。对八倍体人工栽培草莓的研究，是世界范围内首次对此类多倍体物种进行的基因组分析，并有助于获得草莓甜度、大小等经济性状相关的基因的认识，以开发出更好的草莓品种。（DNA Research）

如何延迟玉米根虫对Bt玉米产生抗性的建议

Bt玉米自90年代中期就在美国广发种植，对主要攻击玉米茎杆的玉米螟的防治非常有效，但另一种重要害虫玉米根虫（主要攻击根部）已开始出现抗性的报告。科学家对二者的抗性机理进行了比较研究，针对玉米螟所产生的Bt蛋白的剂量要高于玉米根虫，这使很少玉米螟能够存活，降低了其产生后代，特别是抗性后代的几率；针对对玉米根虫，由于玉米根虫具有交配前迁移的特性，可能存活的抗性昆虫与非抗性昆虫交配的机会增加，从而降低了产生抗性后代的机会。为了延迟玉米根虫对Bt蛋白产生抗性，科学家提出通过综合害虫管理（IPM）方式来解决这一问题：（1）轮作大豆或其他作物，打破生长季节的玉米根虫的生命周期。（2）偶尔轮作非Bt玉米，并在种植过程中使用根虫土壤杀虫剂。（3）考虑使用含有不同Bt蛋白的玉米品种代替表现不佳的现有品种。（4）考虑使用包含有针对玉米根虫的复合性状Bt杂交种。（5）如果既不适合轮作，也没有其他复合性状Bt玉米可用，在一至两个生长季中通过杀虫剂抑制根虫成虫可作为一个适当的补救措施。（6）最重要的是，要通过调查玉米根虫密度的信息，使用轮作和杀虫剂等多种策略，实施一个长期的综合方法来防治玉米根虫，延迟玉米根虫对Bt蛋白产生抗性。（Journal of Integrated Pest Management）（EurekAlert-Science News）