生物技术前沿一周纵览（2016年10月21日）
提升植物光合效率的新策略
光合作用是一个极其复杂的生化过程。根据是否需要光，光合作用被人为地分为光反应和暗反应，两种反应是密不可分的有机整体。光反应产生能量ATP和还原力NADPH，而暗反应需要消耗ATP和NADPH，实现对二氧化碳的还原固定。研究人员针对光反应产生的ATP不能满足暗反应固碳能量需求这一问题，根据光反应中ATP是与NADPH偶联产生的基本原理，从细胞全局出发，把光合作用的光反应和暗反应作为有机整体，以连接光合作用光反应和暗反应的NADPH为切入点，提出了一个导入NADPH消耗模块，从而打破细胞固有的NADPH平衡，通过光反应与暗反应的有效耦联，来增强光反应的内在驱动力，进而提高光合作用效率的新策略。（Metabolic Engineering）
野生大豆GSHDZ4基因赋予拟南芥耐盐性
大豆HD-Zip(Homeodomain-leucine Zipper)转录因子家族在非生物胁迫响应中扮演着重要角色。研究人员对耐盐碱土壤的野生大豆(Glycine soja) 中的该基因家族进行了研究。研究人员发现碱性胁迫诱导HD-Zip基因Gshdz4的表达。过表达Gshdz4基因的拟南芥在生长和发育中对碳酸氢盐的抗性增强。研究发现转基因植物中胁迫相关基因的转录本水平也有很大程度的提高。然而，在高pH条件下转基因植株和野生植物的生长情况没有显著差异。研究发现过表达Gshdz4基因的转基因株系在种子发芽过程中对渗透压力变得更加敏感。上述结果显示Gshdz4基因赋予植物碳酸氢盐抗性。这项研究增加了人们对HD-Zip家族功能的认识，为野生大豆的抗盐碱机制提供了新见解。（BMC Plant Biology）
大米和蔬菜中的重金属对人体的影响
环境污染是造成食品安全问题的一项重要因素，其中重金属污染收到重点关注。饮食摄入是人体暴露重金属的主要途径，如长期低剂量地暴露重金属污染物也可能对人体健康造成潜在的危害。研究人员以珠三角地区市售大米和蔬菜为研究对象，研究了对3种不同污染水平大米和市售蔬菜中重金属对人体生物有效性以及烹调处理对生物有效性的影响。结果显示，烹调处理可以降低大米中镉和砷生物有效态含量。低水量烹调可减少中低度污染大米中的镉总量达10%，但中高水量对镉生物有效性没有影响；而低水量烹调对砷生物有效性没有影响，但中高水量可显著减少大米中的砷生物有效性。烹调处理对蔬菜的重金属的生物可给性影响因蔬菜种类而存在差异性，对叶菜类中镉铅生物可给性降低幅度较大，而对番茄、青瓜、胡萝卜和土豆镉铅的生物可给性影响不大。蔬菜中镉的生物可给性占总量的47%-82%；而铅的可给性显著较低，大约为总量的8%-58%。（Environmental Science and Pollution Research）
花粉传播影响植物适应更热天气
物种可能通过改变它们的地理范围，以跟随适宜的生活条件，或者适应不同气候，从而在全球气候变暖中生存下来。但针对植物进化的几个模型并没有预测宜居温度范围的变化，也忽视了花粉散布的效应，而花粉散布影响着基因流。因此，研究人员把花粉散播引入到了现有模型中，以分析它对植物气候变化响应的效应。根据模型，增加花粉散播距离会减缓地理范围变化的速度。花粉散播也影响了群体适应新温度条件的速率。如果忽略了花粉散播，特别是对于那些花粉散播得比种子更远的物种，预测气候变化导致的植物灭绝风险或未来地理范围改变可能不够准确。花粉散播可能让植物在比没有花粉散播的情况下，以更快的速率在气候变化中生存下来。（PNAS）
重要油料作物油棕基因组学研究获进展
油棕是世界上产油率最高的热带木本油料作物之一，以5%的种植面积生产世界上45%的植物食用油脂，享有“世界油王”之称。它还是生物燃料的理想原料来源，产出的能量是栽培所需消耗能量的9倍。我国是全球棕榈油最大的消费国之一，几乎全部依靠进口。由于油棕种质资源匮乏，导致商业用品种遗传背景单一、抗源缺乏、大型真菌病害流行。但由于缺乏基因组数据，无法应用现代育种技术。研究人员对东南亚重要的高产母本厚壳Dura材料进行全基因组随机测序，组装出1.701Gb、覆盖基因组95%以上区域的高质量序列草图，并且对油棕主要组织器官进行深度转录组测序，注释出近36105个高度可靠的油棕基因。由此建立的基因表达谱覆盖了油棕大部分的自然生长阶段，为油脂合成及调控基因功能研究和抗病高产育种提供了重要基因组和表达谱分析数据。（DNA Research）
揭示家鸡体型的遗传机制
家鸡是表型多样性最为丰富的鸟类，不同家鸡品种在形态、生理、行为等方面存在巨大差异，因而家鸡是遗传、发育、进化研究的良好动物模型。体型是家鸡最主要的经济性状之一，培育出生长速度快、体型大的家鸡品种是育种工作者所追求的目标。研究人员选取了以小体型著称的元宝鸡为研究对象，对其进行全基因组重测序，利用比较群体基因组学方法揭示了家鸡体型大小进化的遗传机制。研究发现，元宝鸡基因组中4个区域可能和其小体型相关，尤其是位于22号染色体上的BMP10基因在元宝鸡中表现出很强的选择信号。相关性分析表明，BMP10与家鸡体重变异显著相关，可以解释元宝鸡体型22.41%变异。进一步分析发现，BMP10上游启动子区域的突变导致其在元宝鸡心脏中表达上调。在斑马鱼中过表达BMP10可导致生长受阻。该研究表明，BMP10是决定元宝鸡体型小的重要基因，为今后的育种提供重要的靶点，同时该研究也揭示比较群体基因组学是一种非常有效的揭示家养动物复杂性状变异的遗传机制的手段。（Journal of Molecular Cell Biology）
对植物蛋白实现动态量化检测
植物质膜是高度动态的结构，而传统细胞观察与生化研究只能在静态结构或集群水平上进行观察与分析，从而使植物细胞膜动力学特征研究受到极大限制。因此，迫切需要发展新技术精确分析生物体这一复杂的生物学过程。研究人员结合最新的荧光相关光谱（FCS）和与其他技术联用的FCS研究结果，系统总结了已有成像技术的优缺点及其在活体植物细胞单分子研究中的最新进展，并展望了其发展前景。研究提出了适合植物活细胞研究的自相关和互相关函数，阐述了如何检测细胞质膜的不均一分布特性的基本原理，发展了应用荧光互相关光谱检测蛋白质单体—二聚体比率的工作模型。（Molecular Plant）
