生物技术前沿一周纵览（1月3日）
乙酰胆碱酯酶酵母表面展示系统快速检测农药残留
有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂是中国使用的主要农药品种之一，也是造成农产品污染最严重的农药品种之一。酶抑制法是有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂最常用的快检方法。目前主要使用的检测酶类为乙酰胆碱酯酶，但其稳定性不足且价格昂贵。中科院上海生科院营养所王慧研究组构建了乙酰胆碱酯酶的酵母表面展示系统。表达在酵母表面的重组乙酰胆碱酯酶表现出高活性，在酶抑制法检测分析中较市售乙酰胆碱酯酶的灵敏度更高。同时，用酵母细胞作为酶固定化载体，避免了游离酶性质不稳定、极易失活等缺点，也可使后续酶的分离纯化过程更为简易，显著降低成本。该成果可应用于快速检测有机磷和氨基甲酸酯类农药在食品中的残留。系统核心技术已获中国发明专利授权，研发的检测试剂盒即将在上海开展示范应用。（PLoS）
盐生植物利用新思路
盐生植物是一类能够在盐分浓度至少200mmol/L的环境中生长并完成生活史的植物，约占植物物种总数的1%。盐生植物是重要的植物资源，在食用、饲用、药用、工业、保护和改造环境等方面具有开发利用价值。中国科学院新疆生态与地理研究所研究员田长彦课题组通过分析盐生植物的特点，结合实际应用需要，在利用盐生植物改良盐碱地、修复石油和重金属污染等方面提出新思路。首先，在干旱区盐碱地改良方面，提出利用滴灌技术种植一年生真盐生植物。在干旱区，水资源匮乏，而传统的改良措施又消耗大量的水。真盐生植物能够主动吸收土壤里的盐分，聚集在地上部，通过收获地上部可以实现盐碱地改良的目的。因此，利用滴灌技术种植盐生植物可能是具有应用前景的生物改良措施。其次，在修复石油污染方面，提出盐生植物-微生物联合修复措施。因为在中国西北干旱地区石油污染区域，盐生植物可为具有降解能力的根际/内生微生物提供庇护所，从而使这些微生物达到较高的种群数量并稳定维持降解作用。因此，种植盐生植物，利用根际/内生细菌可能是修复石油污染盐渍土的有效方法。最后，在修复盐渍土重金属污染方面，提出应该筛选高生物量并具有中等重金属吸收能力的盐生植物。因为绝大多数重金属超累积植物不是盐生植物，而且超累积植物的生物量普遍较低，所以无法利用这些植物有效修复盐渍土的重金属污染。很多盐生植物不但耐盐，而且还能耐受、吸收重金属。此外，盐分还能促进一些盐生植物对重金属的吸收和转运。因此，发展盐生植物修复技术将有助于解决盐渍土重金属污染问题。（Environmental Science & Technology）
西双版纳植物园筛选出小桐子基因表达分析的内参基因
小桐子(Jatropha curcas)是较具发展潜力的生物能源植物之一。近年来，有关小桐子的基因功能研究越来越深入，但迄今为止，还没有针对小桐子基因表达分析筛选出合适的内参基因。随着RT-qPCR实验技术的广泛应用，在分析基因的表达量时选择合适的内参基因作为参考标准显得尤为重要。中科院西双版纳热带植物园能源植物分子育种组的研究人员采用RT-qPCR技术并结合qBasePLUS分析软件，从11个常用的候选内参基因中为小桐子筛选出了适合于不同实验样品集（共20个样品）的内参基因组合。研究结果表明，在不同发育阶段（营养生长和生殖生长）的组织样品集中，Actin、GAPDH和EF1α为最佳的内参基因组合；在非生物逆境胁迫（脱水胁迫和冷胁迫）的组织样品集中，Actin、GAPDH和TUB5为最佳的内参基因组合；在单独营养生长阶段的组织样品集中，Actin和TUB8为最佳的内参基因组合；在单独生殖生长阶段的组织样品，GAPDH和EF1α为最佳的内参基因组合；在单独脱水胁迫的样品集中，TUB5和TUB8为最佳的内参基因组合；在单独冷胁迫的样品集中，GAPDH和Actin为最佳的内参基因组合。此外，有关脱水胁迫样品集中内参基因组合的筛选结果也在本研究中得到标准化验证。不同的实验样品集应选择相应的内参基因组合作为基因表达量分析，本研究结果对小桐子基因功能研究中的基因表达分析具有很大的参考价值。（International Journal of Molecular Sciences）
蝗虫散居型和群居型之间转变的机制有助于蝗灾可持续治理
蝗虫是一种世界性的农业害虫。它们危害的特点在于周期性的种群大爆发，并能长距离迁飞。多年研究表明，蝗虫从散居个体转变成喜欢群体生活的个体，是飞蝗形成大规模群体、长距离迁飞和成灾的生物学基础。因此，理解蝗虫散居型和群居型之间转变的机制，有助于蝗灾可持续治理新策略和新方法的开发。近些年来，有关蝗虫型变机制的认识，在不断加深。尤其是在飞蝗型变的分子调控机制方面，中科院动物研究所研究员康乐研究组从2004年利用基因组学、代谢组学、生物信息学以及基因操作等方法，揭示了飞蝗型变中行为调控的分子机理，勾勒出调控蝗虫型变的分子调控网络。这些系列性论文的发表，引起国际同行的高度关注。因此，《昆虫学年评》》杂志邀请康乐撰写了有关蝗虫型变分子调控机制的综述性文章。这篇文章从蝗虫型多态现象的进化、型变的分子基础、型变的分子调控机制、型变的表观调控、以及展望等六个部分阐述了近十年来蝗虫型变分子调控机制的研究进展。综述中，大部分重要发现均来自康乐领衔的研究组。例如，嗅觉调控分子CSP和takeout、神经递质分子多巴胺的代谢通路、肉碱类小分子代谢物、免疫应答分子、small RNA等重要的功能分子或者基因，为理解蝗虫型变过程中行为、体色和免疫能力的变化机理以及适应意义提供了重要基础。基于当前型变研究的进展以及生命科学的前景，作者还提出了未来型变研究中面临的三个挑战和机遇。（Annual Review of Entomology）
iPS细胞研究新发现
来自中国农业大学、北京生命科学研究所的研究人员，采用高通量测序技术揭示出多能性下降的诱导多能干细胞（iPS细胞）中印记基因的甲基化遭到了破坏。该发现对于更深入地阐明重编程机制以及提高iPS细胞质量具有重要的意义。2006年日本科学家山中伸弥利用病毒载体将四个转录因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到了类似胚胎干细胞的一种细胞类型——iPS 细胞。这种通过将完全分化的体细胞重编程，不经胚胎阶段而直接逆转至多能干细胞状态的iPS 细胞一度被视为最有希望运用到再生医学及新药开发的重要资源，为人类各种遗传性及功能性疾病的研究和治疗带来了新希望。然而近年来陆续有一些研究团体报道称，在iPS细胞中观察到转录组、染色质结构、甲基化组，甚至是分化潜能方面的差异，引起了人们对iPS细胞进一步临床应用的严重担忧。因此，筛选出高质量的iPS细胞，鉴别出与多能性相关的一些关键因子是进一步应用iPS细胞的前提条件。为了探讨这一问题，研究人员构建出了一些具有相同遗传背景和原病毒整合位点的iPS细胞系，利用四倍体补偿实验(tetraploid complementation assay)确定了每个iPS细胞系多能状态特征。随后，他们采用深度测序鉴别了“4N-ON” iPS细胞系与对应的“4N-OFF” iPS细胞系之间在基因表达和总体表观遗传修饰方面的全基因组差异。总共有105个测序样本储存在公共基因芯片数据库GEO中，将成为可供研究团体利用的有价值的数据资源。全基因组分析结果提供了迄今为止有关iPS细胞多能性最详细的信息。研究人员证实，iPS细胞在mRNA、小RNA、核心组蛋白修饰(H3K27me3、H3K4me3和 H3K4me2)和DNA甲基化水平上总体相似。然而，每个iPS细胞系都具有一些细胞系特异性的差异，这有可能与特定细胞身份有关系。最为重要的是，研究人员发现，通过不同的转录因子组合衍生的、多能性减少的iPS细胞系中印记基因Zrsr1的甲基化一致遭到破坏。并且，通过改善培养条件或是亚克隆iPS细胞的方法，不能恢复破坏的甲基化。并且在起源于另外一些重编程系统的独立iPS细胞系中，研究人员进一步确证了Zrsr1低甲基化和iPS细胞多能状态相关。（Cell Research）
利用DNA条形码监测海洋哺乳动物多样性
DNA条形码技术是利用生物体DNA中一段保守片段对物种进行快速准确鉴定的新兴技术。在12月30日的Zookeys杂志上发表的一项研究中，研究人员评估了DNA条形码技术在监测海洋哺乳动物生物多样性中的实用性。结果表明，利用DNA条形码技术连同搁浅网络，将明显提高海洋哺乳动物生物多样性监测的精确度。DNA条形码（DNA barcoding），是指生物体内能够代表该物种的、标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段。DNA条形码已经成为生态学研究的重要工具，不仅用于物种鉴定，同时也帮助生物学家进一步了解生态系统内发生的相互作用。法国布雷斯特大学海洋馆和BioGeMME实验室的研究人员，与Parc naturel marin d'Iroise和PELAGIS合作，评估了DNA条形码技术在监测海洋哺乳动物生物多样性中的实用性。他们确认了由现场记者做出的物种鉴定，辨认了分解的尸体或部分尸体，检测了鼠海豚和灰海豹的种内遗传变异（通过视觉探测不到）。研究人员在来自15个不同物种（12个鲸目动物和3个鳍足动物）的89只动物中，测定了超过500bp的线粒体COI基因的5’末端。除了海豚科之外，根据其COI序列，所有动物都能被区分开来。然后，研究人员又采用DNA条形码鉴定了一些“未确定”的样本。对海豚科动物样本，研究人员测定了线粒体控制区（MCR）的一部分。所有结果表明，利用DNA条形码技术连同搁浅网络，将明显提高海洋哺乳动物生物多样性监测的精确度。全球气候变化，以及更多的局部环境变化（其中一些是由人类引起的），对海洋领域产生了影响。DNA条形码在监测海洋哺乳动物生物多样性中的常规使用，将明显提高我们检测这种影响的能力，这是采取适当的保护措施所必需的第一步。（Zookeys）
