生物技术前沿一周纵览（2014年3月7日
中外科学家通过绘制辣椒基因组序列发现其进化与驯化的线索
在大约公元前6000年被美洲原住民驯化的辣椒是一种具有商业重要性的食品、医学和观赏作物，2011年全世界收获了3460万吨辣椒鲜果。然而辣椒果的尺寸、形状和产量背后的分子机制尚不清楚。一个国际研究组完成野生与栽培的辣椒的基因组序列，发现了这种作物的进化与驯化的线索。研究人员测出了中国贵州省生长的栽培种辣椒Zunla-1 (Capsicum annuum L.)以及它的生长在墨西哥中北部的野生祖先Chiltepin(C. annuum var. glabriusculum)的参考基因组序列。大小为3.26Gb的辣椒基因组的81%以上是由称为转座子的移动遗传元素构成的，这些基因组插入很可能发生在30万年前，这导致了辣椒家族的进化史上的较晚近的基因组扩张。系统发生分析提示，辣椒很可能与它的亲缘物种马铃薯和番茄在大约3600万年前分离。此外，扫描了18个主要的栽培种辣椒品种的基因组，以寻找人工选择的迹象，结果识别出了与驯化有关的基因，这可能解释野生和栽培种辣椒之间的差异；在这些基因中有一些可能与种子休眠缩短、抗病原体和抗逆性增强以及储存寿命增加有联系。此外，作者识别出了具有辣椒特异性的基因重复以及一个与辣椒素的积累有联系的基因-剂量补偿机制，它导致了一些辣椒品种的辣味有差异。这些基因组序列有可能帮助改善辣椒育种项目的有效性。（PNAS）
幼苗破土而出的土壤驱动机制
陆地种子植物的早期生活往往是从黑暗的土壤下开始。随着时间推移，通过适应植物进化出精细的黄化过程使得幼苗能够破土而出，获得自养能力。但这一过程要求幼苗能够感知土壤条件，从而传递这一信息以调节幼苗生长和光合器形成。但目前对于土壤覆盖驱动植物形态发生改变，尤其是响应各种的土壤条件协调不同器官细胞过程的机制仍然不是很清楚。来自北京大学、耶鲁大学的研究人员在新研究中确定了发芽幼苗土壤反应的一些关键特征，并推断植物激素乙烯（Ethylene）是土壤诱导植物形态发生变化的一个主要调控因子。研究人员证实土壤覆盖激活了幼苗生成乙烯，EIN3/EIL1依赖性的乙烯响应级联反应是幼苗成功破土而出的必要条件。在土壤下，下胚轴中的ERF1信号通路激活减慢了细胞伸长，而在子叶中PIF3信号通路激活控制了光合器预装配。此外，EIN3/EIL1引导PIF3- ERF1分子回路使得幼苗同步了黄化质体成熟与下胚轴生长的速度，最终转而使得幼苗能够在由暗向明过渡过程中维持快速获得光合自养能力所需的原叶绿素酸酯量，避免了光氧化损伤。这些研究结果指出了一条驱动土壤诱导植物形态形成的遗传信号通路，并确定了在拟南芥幼苗中乙烯发挥特殊作用，协调了器官特异性的土壤反应。（PNAS）
老树的重要性
森林是全球碳循环的重要组成部分，参与调节温室气体浓度。老龄林和它们的叶子比新森林固碳量小，但这个规律是否适用于单个树木还不得而知，该项研究利用对超过400个树种所做的一项全球性分析显示，它并不适用。相反，较大和较老的树要比较年轻和较小的树更快地积累碳。这一点可以通过将随着年龄增长叶子数量增加和森林密度降低考虑进去之后而在其他层面上所产生的效应得到解释。大树的快速生长意味着，相对于它们的数量来说，它们在森林对陆地碳循环和全球气候系统的反馈中可能会发挥一个与其数量不相称的重要作用。(Nature)
Cas9–RNA怎样“审查”DNA？
基于CRISPR/Cas9的DNA靶向技术很快成为合成生物学和基因组工程领域的一个领先工具。它利用由一个由RNA分子引导的细菌核酸内切酶 “Cas9”能够定位几乎任何相匹配目标DNA序列的特性来进行结合和切割。一项研究报告了利用单分子和宏观生化实验来揭示RNA-引导的Cas9如何识别基因组DNA并查找特定的切割位点。该研究的结果显示，一个很短的三核苷酸protospacer adjacent motif（PAM），在将Cas9–RNA复合物向潜在DNA靶点上招募中以及在激活核酸酶催化活性中所起作用。竞争测定法提供的证据表明， DNA链的分离和RNA-DNA异源双链体的形成开始于PAM，并朝向靶序列的远末端进行。这些结果揭示了Cas9利用PAM扫描大型的DNA分子并快速识别潜在的靶位点的“审查”机制。（Nature）
功能强大的“超级基因”
燕尾蝶通过翅膀的复杂图案、颜色和结构进行拟态。芝加哥大学的科学家们指出，这一复杂的机制受到doublesex的单基因调控。众所周知，doublesex是控制昆虫性别分化的关键基因，而这项研究表明该基因还具有控制拟态的强大功能。为了避免被捕食，一些无毒蝴蝶会模拟有毒蝴蝶的翅膀图案。几个世纪以来，人们一直将蝴蝶翅膀的拟态作为自然选择的典型范例进行研究。有证据表明，燕尾蝶基因组中存在一个控制拟态的区域。鉴于拟态的复杂性，人们一直认为这一区域可能含有“超基因”，即多个紧密相联的基因，蝴蝶翅膀的拟态图案应该是多个基因共同作用的结果，而现在发现，控制性别分化的doublesex基因单独承担了这项工作。单个基因为何能够控制如此复杂的机能的原因可能在于控制doublesex表达时机和地点的非编码DNA可能起到了重要作用。研究显示，在拟态蝴蝶的基因组中doublesex基因是反向的，这不仅减少了重组的可能性，还使其蛋白产物出现了结构差异。由于doublesex是一个可激活其他基因的转录因子，研究人员相信这些差异可能就是翅膀图案多样化的原因。doublesex的具体作用机制还有待于进一步的研究。 (Nature)
miRNA参与决定海胆性别
MicroRNAs（miRNAs）是一类内源性非编码小RNA，在转录后水平调控基因表达。光棘球海胆（Strongylocentrotus nudus）既是非常好的研究发育的模式生物，又是具有重要商业价值的食物来源。然而，到目前为止还没有报道过miRNAs参与调控S. nudus性腺分化。由西北农林科技大学刘小林教授领衔的团队采用小RNA测序技术对此问题展开深入分析。研究人员构建了两个分别来自雄性和雌性S. nudus性腺的小RNA文库并进行高通量测序分析。测序发现，在两个文库中，共有184个miRNAs，包括60个已知的和124个新的miRNAs。研究人员对其中已知miRNA的碱基偏好性和末端变化进行了分析。不仅如此，通过比较两个文库中的miRNA表达谱，发现有67个miRNAs差异表达，它们来自86个共表达和98个性别特异的（47个雄性特异，51个雌性特异）miRNAs，这些差异表达的miRNAs可能参与性别分化。本项研究绘制了第一张S. nudus性腺分化相关的miRNA表达谱。(Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics)
中科院华南植物园发明检测真菌毒素新方法
中科院华南植物园蒋跃明、杨宝等科研人员完成的“一种利用青海弧菌Q67检测真菌毒素萎蔫酸的方法”日前获得国家发明专利授权。水果是人们日常消费最常见的食品之一。然而多种水果在采摘后易受病原菌侵染。这些病原菌不仅能引起或加重水果病害的发生，而且还能产生真菌毒素，进而危害人类的健康。萎蔫酸是其中较为常见的一种真菌毒素，因其较强的毒性而受到人们的关注。目前，萎蔫酸的检测方法以仪器分析方法为主。这些方法具有检测限低、精确度高等特点，但却难以满足实时、迅速、在线分析的要求。发光细菌(如青海弧菌Q67)由于其独特的生理特性以及与现代光电检测手段匹配的特点而备受关注。利用发光细菌的发光强度作为指标来监测有毒物质越来越受到重视，已成为生物检测领域的重要技术。上述发明公开了一种利用青海弧菌Q67检测真菌毒素萎蔫酸的方法。测定结果与液相色谱法测定的结果无显著差异，准确度高。其方法简单，无须大型仪器设备，测定所需的微弱发光仪设备成本较为低廉，具有简便、快速、准确的优点，易于普及和推广应用。（中国科学报）
丝状真菌半纤维素降解关键功能基因研究获进展
在以生物质为原料生产生物乙醇和生物化学品过程中，木质纤维素的降解是一个重要步骤。而木质纤维素降解菌，例如丝状真菌如何感应和代谢固体纤维素和半纤维素仍然没有被清楚解析。科研人员以丝状真菌粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）为对象，发现作为纤维寡糖转运蛋白的CDT-2不仅在纤维素的降解利用中起重要作用，而且在半纤维素的降解利用中也起关键作用。cdt-2的突变体不仅在纤维素上有生长缺陷，同时在半纤维素上也有明显的生长缺陷。基因表达分析显示，cdt-2可以被半纤维素很好地诱导，并且cdt-2突变体表现出明显的木寡糖消耗缺陷。cdt-2突变体在纤维素和半纤维素条件下的转录组数据分析显示cdt-2的缺失导致大量的纤维素酶和半纤维素酶基因下调，并且cdt-2在粗糙脉孢菌中的过表达提高了纤维素酶和半纤维素酶的表达。此外，研究人员发现XLR-1是cdt-2的主要调控转录因子。（PLoS ONE）
