生物技术前沿一周纵览（2014年5月16
水稻高产关键基因DEP1功能的新发现
G蛋白是调控动植物生长发育的重要信号传导蛋白，包括α、β和γ亚基。DEP1基因编码植物G蛋白γ亚基。在体内，DEP1蛋白能够与Gα亚基（RGA1）和Gβ亚基（RGB1）相互作用。进一步研究发现，RGA1活性降低或者RGB1活性提高能够抑制水稻生长对氮的响应。这表明，G蛋白复合体参与调控植物对氮信号的感知与响应。因此，通过调节G蛋白的活性可以改变水稻对氮的响应，进而在适当减少氮肥施用量的条件下获得水稻的高产。DEP1基因这一新功能的发现，为揭示农作物氮高效利用的分子调控机制提供了新线索。（Nature Genetics）
植物基因组印迹研究方面取得新的进展
基因组印记是一种非常重要的表观遗传学现象之一。在植物中基因组印迹主要发生在被子植物的三倍体胚乳组织中，且在胚乳以及种子的发育过程中扮演者重要的作用，但由于拟南芥胚乳随着种子发育很快消失，所以长期以来一直很难解析双子叶植物基因印迹对胚乳表型影响的生物学意义。研究人员利用典型双子叶胚乳型种子蓖麻，发展了崭新的研究体系，鉴别了大量新颖的印迹基因，通过系统分析植物印迹基因在进化过程的保守性发现了植物印迹基因具有很强的物种特异性。特别是通过基因组的甲基化分析，发现了基因印迹的发生和DNA甲基化密切相关，强烈暗示着DNA甲基化很可能是印迹基因发生的主要驱动力之一。该研究不但极大的丰富了植物印迹基因及其功能的知识，而且为研究植物基因组印迹发生的生物学意义及其在单双子叶植物中的演化规律提供了重要的研究体系。（Nucleic Acids Research）
植物抵御链格孢菌入侵方面取得新进展
链格孢菌(Alternaria alternata)的多个病理小种可以感染诸多的经济作物，如马铃薯、梨、柑橘、及烟草等，每年均造成巨大的经济损失。然而目前对该真菌的防控还没有有效的办法。研究人员利用野生二倍体烟草(Nicotiana attenuata)，对其长期演化来的抵御链格孢菌入侵的分子机理进行了研究，发现当野生烟草感受到该真菌的入侵后，不仅可以激活脱落酸信号系统通过关闭气孔以抵御入侵，更重要的是还可以快速激活茉莉酸(JA)信号通路，调控植物保护素scopoletin 的生物合成。茉莉酸的生物合成途径被阻断或植物中茉莉酸的受体被沉默时，植物不再能积累scopoletin来抵御真菌的入侵，这些植物也变得对真菌易感。并且，不同叶龄的叶片激活合成scopoletin不同，导致对链格孢菌的抗性不同，成熟叶片感病，而幼嫩叶片抗病，或为大田里链格孢菌在成熟的烟草叶片上高发的另一个重要的原因。该研究发现的分子机制有助于指导对该真菌引起病害的防控（Journal of Experimental Botany）
揭示MYB82调控植物表皮毛发育
表皮毛由植物表皮细胞发育而来，广泛分布于陆生植物，是生长在植物表皮组织的一种特化结构。叶片表皮毛可以起到保护叶片、防止强光灼伤、减小蒸腾的作用。有些植物的表皮毛可以分化成腺毛从而分泌一些次生代谢物质更好地保护植物。表皮毛的起始和形成受到细胞内基因的程序性调控。目前的研究表明，由3个不同基因家族蛋白形成的WD40/bHLH/MYB调控复合物是调控表皮毛起始和形成的关键因子，其中任何一个蛋白功能的缺失都会导致植物无法形成表皮毛。研究人员在拟南芥里鉴定了一个GL1的同源基因MYB82，该基因在叶片的新生表皮毛中有较强的表达。通过分析MYB82基因的过表达以及显性抑制转基因植物，发现MYB82正调控表皮毛的发育。MYB82突变体并没有影响表皮毛的发育，表明MYB82与其他MYB基因共同调控表皮毛的发育。MYB82蛋白可以和GL3蛋白形成复合物，据此推测MYB82是WD40/bHLH/MYB调控复合物中的一个成员蛋白。（Journal of Experimental Botany）
半乳凝素可直接对抗伪装细菌
人体能产生一个蛋白质家族，称为半乳凝素，它们能识别并杀死那些糖涂层非常类似于人体自身细胞的细菌。这些蛋白能够从各种各样的致病细菌中识别出糖类，并有可能被作为抗生素来治疗某些感染。科学家采用来自细菌表面的多糖涂布于载玻片上组成微阵列发现了这一现象。与抗体不同的是，半乳凝素可直接杀死细菌。该研究提供的方法，可以识别人类抗微生物多糖抗体的发育和年龄特异性差异，从而可以预测对疾病的易感性。（Nature Chemical Biology）
解析癌症耐药机制
紫杉醇是一种具有抗肿瘤活性的天然产物，它对癌细胞的有丝分裂纺锤体有明显的毒性作用。通过诱导和促进癌细胞中微管的生成，阻止微管正常生理聚集，抑制癌细胞有丝分裂和纺锤体形成，致使快速分裂的癌细胞被限制在有丝分裂阶段，从而使癌细胞的复制受到阻断而凋亡，因而被广泛用于治疗乳腺癌、卵巢癌、肺癌等多种癌症类型。然而与其他的化疗药类似，紫杉醇的耐药性是限制其临床应用的一个主要原因。研究人员在紫杉醇治疗前后对患者的乳腺癌组织进行了外显子组测试，发现有两种TEKT4种系变异（germline variations）富集于治疗后的肿瘤中。异位表达TEKT4变异体可通过降低微管稳定性，抵抗紫杉醇诱导的稳定微管作用，引起乳腺癌对紫杉醇耐药。此外，相比携带野生型TEKT4的患者，携带TEKT4种系变异的患者无瘤生存期及总生存率下降。这些研究结果揭示出了乳腺癌通过获得种系变异对紫杉醇产生抗药性的的一种潜在机制。(Nature Communications)
一种天然分子可治疗2型糖尿病
ω-3脂肪酸可以帮助降低高饱和脂肪酸饮食引起的胰岛素抗性。一种天然分子，ω-3脂肪酸的衍生物，保护素DX（PDX）被发现可触发肌肉细胞中白介素6（IL-6）的产生和释放，从而模拟体育锻炼对血糖调节的影响。一旦进入血液，IL-6就会以两种方式控制血糖水平：它给肝脏发出信号来减轻葡萄糖生产，并直接作用于肌肉来增加葡萄糖的摄取。研究人员利用缺乏IL-6基因的转基因小鼠，来阐明PDX和IL-6之间的关联。PDX对这些动物的血糖控制影响很小。在肥胖的糖尿病大鼠进行的类似实验中，PDX被证明能够显著改善对胰岛素的响应能力。PDX的这种作用机制，代表了改善血糖控制的一种新的治疗策略。其疗效可与目前用于控制血糖的某些药物相媲美。尽管PDX似乎能够通过触发肌肉中的IL-6分泌，模仿体育锻炼的效果，但是它并不能替代体育锻炼。锻炼所带来的心血管和其他激素益处，远远超过了其对肌肉的代谢效应。下一步是要证明其在人类中的抗糖尿病作用，并确定PDX通过哪些受体来发挥作用。（Nature Medicine）
c-kit细胞在心脏再生中只起很小作用
表达酪氨酸激酶/原致癌基因c-kit的内源性心脏祖细胞一直被认为是受伤后生成新的心肌的主要来源，但用成年心脏固有的c-kit细胞所做的其他研究却报告了相反的结果：这些细胞在活体中不能产生心肌细胞。研究人员利用一个可诱导的世系跟踪系统对这一问题进行了研究。他们发现，心肌细胞从c-kit+世系形成的速度极慢，在生理学上没有多大意义。相比之下，c-kit+细胞对心脏中内皮细胞的生成有实质性贡献。(Nature)
遗传变异如何影响代谢和复杂疾病
研究人员利用高通量代谢谱进行的全基因组关联扫描分析，对遗传变异如何影响代谢和复杂疾病，提供了新的见解。将代谢相关分子与基因功能联系起来，来了解常见复杂疾病相关的根本分子途径，将此基因映射到它们可能的底物或产物上，与多种疾病联系起来，包括高血压、心血管疾病和糖尿病。进一步发现，这些遗传区域优先映射到当前药物开发计划靶定的基因上。因此可用来来评估遗传对药物反应的影响，并评估现有药物对一系列疾病的治疗潜力。该研究开发的一种开放获取的数据库，将促进代谢性疾病的药物发现，和疾病相关生物学机制的研究。（Nature Genetics）
