生物技术前沿一周纵览（2018年4月8日）
生物技术前沿一周纵览（2018年4月8日）
CRISPR-Cas9玉米基因组编辑方法取得进展
基于CRISPR-Cas9系统的基因编辑工具近年来在医疗、农业等领域展现出巨大的应用潜力。研究人员选择了若干玉米减数分裂特异基因的启动子用于驱动Cas9基因的表达，希望在配子中实现高效的基因组编辑，从而在T1代获得大量纯合或双等位的突变体。其中用到的一个为玉米DMC1基因启动子，构建了DPC（DMC1 promoter-controlled）CRISPR-Cas9载体系统，用该载体系统转化玉米幼胚后，结果意外发现：凡是抗性愈伤组织靶位点均发生基因组编辑， T0代植株中出现60-70%左右的纯合或双等位的突变体，其余为杂合或嵌合的突变体植株。并且这些纯合或双等位突变体植株(再生自一个抗性愈伤组织)含有不同的突变allele类型。通过对多个基因靶点（包括一个标记基因zb7，突变能产生白化的表型）的编辑实验，验证了该载体系统的高效性。这一技术为研究细胞分裂突变体的基因功能提供了非常快速高效的方法，当代纯合或嵌合突变体就可以直接观察细胞学及染色体行为与功能。（Plant Biotechnology Journal）
科学家发现植物分枝调控的新机制
植物分枝是影响植物株型的关键因素，不仅对植物适应环境非常重要，也影响农作物和园艺作物的栽培方式或产量，因此解析植物分枝形成的分子调控机制具有重要理论和应用价值。 研究人员通过遗传筛选首次发现了一个调控植物叶片发育的重要基因TIE1，该基因编码一个转录抑制因子（Tao et al., 2013, Plant Cell）。研究发现，过量表达TIE1不仅使叶片形态发生变化，也使植物的分枝增多，深入分析表明TIE1能特异地在腋芽部位表达，并且表达量随着腋芽的发育而降低。遗传证据进一步证明了TIE1在植物分枝形成过程中起到重要调控作用，当TIE1功能降低时，植物的分枝明显减少。他们发现TIE1蛋白可与BRC1蛋白直接相互作用，并且确定了TIE1与BRC1相互作用的区域是BRC1中结合DNA的TCP保守域。转录组测序确定了TIE1和BRC1共调控多个与分枝相关的基因，包括已知的BRC1直接下游基因如HB21、HB40和HB53。最后该研究确定TIE1是通过在蛋白水平上抑制BRC1的活性来调控其下游基因，进而控制植物分枝的分子机制。（PLOS Genetics）
茶树抗炭疽病机制
炭疽菌（Colletotrichum fructicola）是我国茶树炭疽病主要优势种之一。研究人员利用遗传背景相近的龙井43（易感病）和中茶108（强抗病）品种作为供试材料，分别对接种炭疽菌后24小时和72 小时的叶片组织进行转录组测序分析，发现抗病品种差异表达基因显著富集在过敏性坏死（HR）和活性氧代谢通路，而感病品种中的相应同源基因并未富集此通路；通过组织化学染色技术，发现抗病品种在接种 24 小时出现 HR 反应并伴有细胞壁加厚，而感病品种仅出现叶肉细胞坏死；两个品种叶片均出现不同程度的过氧化氢积累，但抗病品种比感病品种提前 24 小时响应，并且抗病品种叶片的反应程度比感病品种剧烈，进一步验证了转录组实验结果。这说明过敏性坏死和活性氧代谢是茶树抵御炭疽菌侵染的重要手段。另外，通过蛋白互作网络分析，发现抗性品种特异性差异表达基因可相互作用，其中抗病基因激活MAPK级联反应并调控下游包括次级代谢物合成在内的多种抗性反应。（Horticulture Research）
人工模仿DNA的分子成功
DNA是生命的核心分子，两条双螺旋互补链内富含遗传信息。为了遗传信息的读取或关闭和调节表达，需要许多蛋白质与DNA发生相互作用，比如将其表面结构与负电荷“结合”。对HIV整合酶来说，在它的帮助下，病毒DNA才得以插入人类DNA；另一种拓扑异构酶则扮演释放DNA超螺旋分子内压力的角色。研究人员成功合成了螺旋分子，这些分子精确地模拟了DNA双螺旋的表面特征，尤其是负电荷的位置。“盗版”DNA由芳香族折叠化合物演变而来，这些合成物具有强烈的折叠构象适应倾向，可以形成一个单一螺旋。仿制非常成功。这些折叠化合物巧妙地诱导了特定DNA结合蛋白（如HIV整合酶和拓扑异构酶）与之结合。研究人员已经证明，对这些酶来说，合成物甚至比天然DNA作为配体的结合效果更好，即使在低浓度下也是如此。造成这种功效的原因似乎是由于它们的结构与天然DNA存在微妙差别。这些以芳香族化合物为基础的DNA类似物作为制备DNA-蛋白质互作抑制剂的未开发手段，很快将席卷全球引领新一代药物开发风暴。（Nature Chemistry）
版纳植物园叶绿体比较基因组学研究取得进展
樟科油丹属树种木材质优，国际市场上的商品名为“medang”，和楠木树种的亲缘关系较近。研究人员以分布于印度南部的油丹模式种Alseodaphne semecarpifolia Nees和分布于我国云南的极危种细梗油丹（A. gracilisKosterm）、黄连山油丹（A.huanglianshanensis H. W. Li & Y. M. Shui）为实验材料，通过二代测序技术完成了叶绿体基因组全覆盖测序。通过比对发现，樟科油丹属植物的叶绿体基因组大小约为153kb，比近缘属润楠属、鳄梨属及楠属植物的叶绿体基因组大，比土楠属植物的叶绿体基因组小。差异主要源自连接单拷贝区和反向重复区的两个基因ycf1和ycf2。两基因的长度变化造就了反向重复区的缩减和扩张，直接影响叶绿体基因组的大小。在油丹的整个叶绿体基因组上，聚集突变位点最多的区域分别是trnG-UCC、ndhF-rpl32、rpl32-trnL和ycf1，而传统系统分析序列上的突变位点则较为少见，是先前用于樟科系统学研究的叶绿体基因片段在种属级别上缺乏分辨力的原因。利用叶绿体基因组序列构建的十二种樟科植物的系统进化树进一步确认了樟科内部由油丹属、楠属、鳄梨属和润楠属构成的单系属群。（Holzforschung）
稻作起源研究中取得进展
稻作起源是人类文明进程中最重要的事件之一，其主要研究内容涉及水稻驯化的起始时间、地点和动因。研究人员对荷花山遗址的植硅体系列样品开展了全面分析，结果发现，源自稻叶的扇型植硅体，其含量和形态特征均出现了历时性变化，随着时代的拉近，其总体趋势为：数量增多、尺寸变大、鱼鳞状纹饰递增。重要的是，该研究还生土层中发现有野生性状水稻扇型和水稻双峰型植硅体，这暗示全新世早期人类活动以前该遗址所在地即生长有野生稻。研究猜想，上山文化时期，先民不仅认识到野生稻可以食用充饥，逐渐学会了采集、储存野生稻，并有意、无意地尝试了栽培。意即，上山文化时期应是水稻栽培和驯化的早期阶段。结合上山文化的相关考古发现与研究，表明钱塘江流域不仅是浙江地区新石器时代文化的发源地，也可能是中国稻作农业的摇篮。（Archaeological and Anthropological Sciences）
世界首例神经疾病基因敲入猪
亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等均是因为蛋白质的错误折叠而导致神经细胞死亡，是当今社会严重威胁人类健康的神经退行性疾病。常见的动物模型小鼠并不能表现出像病人脑中一样的典型神经细胞死亡的重要病理特征。因此，许多有治疗效果的药物在小鼠模型中有效，在临床上对病人却无效。为了探索与人类更相似的大动物能否更好地模拟神经退行性疾病，研究人员为建立更准确模拟神经退行性疾病的动物模型，他们通力合作，利用基因编辑（CRISPR/Cas9）技术，精准地将人突变的亨廷顿基因，即人外显子1中包含150 CAG重复序列精确地插入猪的HTT内源性基因中，利用成纤维细胞筛选出阳性克隆细胞，并通过体细胞核移植技术，成功培育出亨廷顿舞蹈病的基因敲入猪模型，在国际上首次建立了与神经退行性病人突变基因相似的大动物模型。（Cell）
