生物技术前沿一周纵览（12月20日）

RNA降解新机制

RNA分子合成过程中发生任何的错误，或是不必要的RNAs累积对于细胞都是有害的，因此细胞通过外切体复合物清除有缺陷或是不再需要的RNAs，这是细胞代谢的一个关键步骤。真核生物外切体是由无催化活性的9亚基核心和包含促进RNA水解活性的Rrp44蛋白质组成的多亚基复合物。大量研究表明外切体参与了多种RNA的降解和加工，在各种RNA的代谢中起重要作用。研究人员通过采用单粒子电子显微镜技术和生物化学分析方法，证实了存在两种不同的底物招募信号通路。在通过核心的通路中，单链RNA底物从核心传输到Rrp44蛋白，诱导了Rrp44的特征性构象改变。而在另一条直接进入通路中，则不发生这种构象改变。显像结果显示RNA底物避开了核心，直接进入到Rrp44的EXO位点。此外，研究人员还对外切体与RNA底物在不同孵育时间点的反应体系进行了直接观测，通过多维统计分析，捕捉到该复合物在降解底物过程中的多种形态，并形象地展示了不同结构及通路间的可能变换过程。这些研究结果为真核生物外切体的几种RNA加工方案提供了机制解释，阐明了这一复合体底物特异性的降解模式。（Nature Structural & Molecular Biology）

测序解析miRNA调控害虫发育机制

小菜蛾（Plutella xylostella）是全球范围内严重危害十字花科作物生长的鳞翅目害虫，据估计每年造成的损失和防治成本达到40亿-50亿美元。最近的转录组分析和基因组测序全面鉴定了小菜蛾的miRNA组。实验中构建了小菜蛾（从卵到成虫）的整个发育阶段的混合小RNA文库。通过比对家蚕基因组和miRBase上已报道的miRNAs，共鉴定出234个miRNAs。当使用小菜蛾的基因组数据作为参考时，可鉴定出348个miRNAs，这其中有120个miRNAs在两种比对情况下是重合的。因此，从小菜蛾的不同发育阶段中总共鉴定出462个miRNAs，而其中69个miRNAs已在Etebari等的研究中被发现。在剩余383个新的miRNAs中，有174个是小菜蛾特有的。这将成为分析miRNA在小菜蛾的变态发育，对环境的生理行为适应性中作用的基础。研究进一步分析了miRNA表达谱的变化，在所有被检测的miRNAs中，143个miRNAs在卵，幼虫，蛹和成虫中表达稳定，而其余91个miRNAs在小菜蛾的不同发育阶段发生差异性表达，分别有16、16、16和7个小菜蛾miRNAs分别在卵、幼虫、蛹和成虫中特异性表达。上述研究不仅系统记录了小菜蛾完整的miRNA谱，同时也为将来的功能分析和害虫防治提供了分子靶标。（PLoS One）

植物开花调控机理

植物的开花时间受到4条信号传导途径的调控，包括光周期信号通路、自发性及春化作用、碳水化合物信号通路和激素信号通路。其中对光周期信号通路研究最为丰富，已确认FT是光周期途径植物开花时间决定关键基因。研究人员在新型禾本科模式植物二穗短柄草中证实植物开花基因FT受到miR2032的调控。miRNAs是真核生物基因表达的一类负调控因子，广泛参与调控了植物器官的形态建成、生长发育、激素感知应答与信号转导以及植物对外界非生物或者生物胁迫因素的应答。研究发现，一种早熟禾亚科特异性microRNA：miR2032靶向了短柄草FT同源物介导mRNA切割。miR2032在短日照（SD）条件下培育的植物中大量表达，而在转为长日照（LD）条件下培育的植物中受到显著抑制。miR2032前体基因座表观遗传染色质状态，尤其是组蛋白甲基化标记的水平响应日照而发生变化。在短柄草中通过靶标模拟（target mimicry）方法人为破坏miR2032，可在短日照而非长日照条件下改变开花时间，表明miR2032是在光周期介导的开花时间调控中发挥功能。这些研究结果揭示了FT基因的一个新型转录后调控机制，为阐明植物开花时间控制多种协调信号通路提供了一些新认识。（The Plant Cell）

拟南芥miR396参与调控心皮数量

无论在动物还是在植物中，miRNA都起着关键的调控作用。植物miRNA可以通过调控靶基因时空表达模式进而控制植物的器官发育。研究人员发现miR396在调控拟南芥花发育过程中具有重要作用。在拟南芥里，miR396在花中的表达最高。miR396的过表达导致雌蕊的双心皮变成了单心皮。在过表达植物的花器官里，miR396的7个GRF基因受到了明显的抑制。虽然GRF单、双和三突变体都没有产生单心皮雌蕊，但是改变GRF基因上的miR396识别位点可以使miR396的雌蕊恢复正常。在蛋白质水平上，GRF可以与GIF形成共调控复合物。而GIF基因的三突变体也产生了单心皮雌蕊。研究结果表明，miR396可以抑制GRF的表达以减少GRF/GIF共转录调控复合物的形成，最终控制雌蕊心皮的数量。（Plant Physiology）

双生病毒导致木薯花叶病症的分子机制

木薯是非洲主要粮食作物之一，但木薯的产量一直受到木薯花叶病的影响。非洲木薯花叶病是由烟粉虱传播的多种双生病毒引起的，其最明显的病症是叶片产生花叶病症。研究人员利用高通量测序技术研究了受非洲木薯花叶病毒（African cassava mosaic virus）侵染木薯的全基因组水平转录响应，表明光合作用相关的通路所受影响最大，特别是叶绿素降解相关基因明显上调，而编码捕光复合体II的主要天线蛋白基因表达下调；结合受侵染叶片细胞中叶绿素a含量不受影响而叶绿素b含量急剧下降，并且基粒垛叠层数减少，表明植物细胞可通过调控叶绿素循环来维持叶绿素a的稳定，并且减少光系统II的效率，降低病毒侵染对宿主细胞产生的影响。该研究不仅阐明了双生病毒感病导致木薯叶片褪绿病症产生的原因，而且表明病毒对光系统的非致死影响是其避免宿主剧烈免疫反应的一种策略，是病原与宿主长期共进化的结果。 (Journal of Integrative Plant Biology)

植物对害虫免疫机理研究

在模式植物番茄中，过表达系统素前体基因Prosystemin的转基因植物（35S：：PS）组成型地激活茉莉酸响应基因的表达，表明多肽信号分子系统素(Systemin)和植物激素茉莉酸(Jasmonic acid， JA)通过共同的信号转导途径调控植物对害虫的免疫反应。深入研究这一信号转导途径对于建立环境友好型的害虫防控策略具有重要意义。研究人员通过对番茄免疫反应缺失突变体spr8的系统研究发现了在植物免疫反应中起重要作用的功能基因Spr8/TomLoxD。spr8突变体表现出一系列免疫反应缺陷的表型，包括对机械伤害不敏感、表皮毛分泌的萜类代谢物减少、对咀嚼式害虫棉铃虫和腐生型病原菌抗性降低等。图位克隆的结果表明，Spr8编码脂氧化酶TomLoxD，是受伤诱导的茉莉酸合成途径的限速酶。ChIP与EMSA的实验结果表明，TomLoxD基因的表达受JA信号途径中的转录因子SlMYC2的正反馈调控。遗传操作发现超表达Spr8/TomLoxD可以显著提高植物对害虫和腐生型病原菌的抗性。重要的是，本研究发现过表达Spr8/TomLoxD特异性地增强了植物的免疫性而对生长发育没有不良影响，这与已经报道的茉莉酸途径的其它基因显著不同。这项工作表明，Spr8/TomLoxD在植物保护方面有重要的应用前景。（PloS Genetics）

家猫驯养的生物学证据

研究人员利用放射性碳测年分析了来自中国泉护村发掘出猫骨，发现这些骨头的年代可以追溯到大约5300年前的一个200年的时间段内，说明家猫出现的时间比之前所认为的要早3000多年。这些骨头的尺寸相当于现代欧洲家猫的骨头尺寸，但是小于欧洲野猫的骨头。对骨胶原蛋白的同位素分析表明人类、啮齿动物和猫大量食用以粟为基础的食物；其中一只猫比其他猫吃的肉更少，吃的以粟为基础的食物更多，提示粟种植的传播和共生的啮齿类吸引了猫。本研究为人与猫共生关系的早期证据，为家猫驯养提供了新的见解。（PNAS）

小型猪近交系研究与鉴定

我国科学家在863计划等支持下，全球首次育成被称为人类理想“替难者”的小型猪近交系，并已通过专家组鉴定达到同类研究国际领先水平。近交系动物以其遗传高度稳定、基因高度纯合，以及偏差小、可重复性强，而具有很高的生物学使用价值和研究意义。目前国际上已培育和利用了450多种近交系小鼠、大鼠等，广泛应用于解决人类疑难病症、攻克生命科学和医学、药学难题；而猪和鼠类相比，与人类有更大相似性，其生物学利用价值和经济开发价值更高，尤其在未来人类异种器官移植研究和应用中将发挥重要作用。研究成功组建了F20-F23代近交系群体，遗传均质性高，并具有完善系谱，与现有海南五指山猪品种有较大的遗传差异性，为一种新的种质资源。目前该近交系猪已出售3000多头，成功应用于人类疾病模型、新药鉴定、转基因食品安全、异种器官移植等。 （科技日报）