主题:表达

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欧盟研究小麦花期基因表达提高农作物产量

小麦是世界范围内最重要的农作物之一,由于需求量的持续上升和环境条件改变,解决全球未来小麦短缺势在必行。欧盟第七研发框架计划(FP7)提供300万欧元资助,总研发投入490万欧元,由欧盟7个成员国英国(总协调)、法国、西班牙、德国、匈牙利、捷克和丹麦,以及第三国澳大利亚、墨西哥、阿根廷、塞尔维亚和哈萨克斯坦,主要农业科研机构、大学和小麦育种企业组成的国际ADAPTAWHEAT研发团队。从2012年1月开始,致力于周围环境条件变化影响小麦花期遗传基因表达的研究开发,试图通过人为控制外界环境条件调节小麦基因表达,从而提高小麦生产率,提高小麦产量质量。  

ADAPTAWHEAT研发团队,首先对小麦花期的基因表达进行全面调查和定性分析,揭示花期基因表达同周围环境条件变化之间的相互作用机理。截止目前,研发团队利用自行研制开发的最新技术方法和规范标准,已成功筛选出超过1000种小麦品系的控制花期遗传基因,建立起包括各品系物理特性遗传基因和花期表达在内的信息数据库,为进一步的深入研究打下坚实基础。与此同时,已在主要合作伙伴国建立起新的实验室研究模型,将深入研究小麦花期关键基因表达同外部环境条件变化之间的相互作用机理。  

为更好地分析了解影响小麦花期的外部环境条件因素,研发团队已选择不同小麦品系,分别种植在欧盟和世界范围内的不同区域。初步研究结果显示,改变周围环境条件可诱导小麦花期相关基因潜力和基因变异。提高小麦产量质量的进一步研发开发,尚需得到大田实地验证。根据项目研究进展,研发团队正在制定新的小麦品种育种计划,项目截止日期2015年12月。  

   

日期:2014年12月30日 - 来自[技术要闻]栏目
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版纳植物园发现可用于能源植物小桐子转基因研究的新型组成性表达启动子


   启动子是基因上游区域的一段DNA序列,对基因的时空表达起着重要的调控作用,所以启动子的克隆和表达分析研究对能源植物小桐子的功能基因鉴定和转基因育种是十分必要的。 

  中国科学院西双版纳热带植物园能源植物分子育种研究组的陶彦彬博士及其合作者在徐增富研究员的指导下,首先对能源植物小桐子的ubiquitin extension protein (JcUEP)基因在各个组织部位的表达进行了分析,发现该基因在小桐子各个组织部位均有表达,然后进一步克隆获得了1.2kb的JcUEP启动子。JcUEP-GUS转基因小桐子和拟南芥中的启动子活性分析结果表明,JcUEP启动子在各个组织部位均有表达活性,是一个组成性表达启动子。该研究还对JcUEP启动子和常用的花椰菜花叶病毒(CaMV)35S基因启动子CaMV35S在小桐子中的活性进行了比较分析。结果发现,在茎、成熟叶和雌花中,两个启动子的活性相当,而在根、幼叶、花序芽、雄花、12天的果实、25天的果皮和25天的种子中,CaMV35S启动子的活性比JcUEP启动子强。但是,JcUEP启动子在各个组织部位的表达活性比CaMV35S启动子更加均一。另外,在低温、干旱、盐和ABA处理的条件下,JcUEP启动子仍能保持原有的表达活性。上述研究结果表明,小桐子本身来源的JcUEP启动子可替代CaMV35S启动子用于小桐子或其他植物的转基因研究。

  相关研究结果以Isolation and characterization of an ubiquitin extension protein gene (JcUEP) promoter from Jatropha curcas为题,发表于国际专业期刊Planta。

日期:2014年12月19日 - 来自[生物能源]栏目

天津工业生物所在丝状真菌纤维素酶诱导表达信号传导途径研究中取得新进展


在2%纤维二糖培养基中各多基因突变体的纤维二糖消耗(A)和三个多基因突变体(Δ3βG、CPL4:Δ3βGΔclp1和CPL7:Δ3βGΔcdt2Δclp1)中cdt1、cdt2以及clp1基因的表达水平分析(B)

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。近年来,模式生物粗糙脉孢菌成为研究纤维素降解及产酶机理的新系统。2010年Science期刊报道了中科院天津工业生物技术研究所田朝光研究组参与发现的粗糙脉孢菌纤维寡糖转运蛋白CDT1和CDT2在纤维素的降解和利用中起到非常重要的作用。

天津工业生物所田朝光研究组以粗糙脉孢菌为对象,继续对纤维寡糖诱导纤维素酶信号传导途径进行研究。通过构建系列多基因组合敲除菌株,对其纤维素酶基因表达和纤维寡糖转运能力进行分析,并通过转录组测序等手段对相关基因功能进行了研究,发现一个参与纤维素酶诱导表达信号传导途径的新元件-CLP1蛋白,该蛋白与CDT2相比具有较高的同源性,但其不参加纤维寡糖的转运。在纤维素以及纤维二糖诱导条件下,CLP1通过与纤维寡糖转运蛋白CDT1和CDT2的共同作用对纤维素酶基因的转录进行负调控。在三个葡萄糖苷酶基因敲除突变体(Δ3βG)的基础上进一步共敲除clp1和cdt2,构建的五基因突变体CPL7在纤维二糖诱导条件下,纤维素酶产量相较于对照菌Δ3βG提高了6.9倍,转录组分析表明,CLP1是通过调控纤维寡糖转运蛋白,尤其是CDT1的表达,从而调节作为诱导物纤维二糖的摄入,进一步来影响纤维素酶的表达。另外,研究发现高产菌株CPL7的纤维素酶诱导机制被全面启动,包括大量纤维素酶基因、诱导物转运蛋白以及主要的纤维素酶表达调控因子。

该研究得到国家自然科学基金、973计划等项目资助,并申请了相关专利。相关研究成果发表在Journal of Biological Chemistry期刊上,中科院博士研究生蔡鹏丽为论文第一作者。

文章链接:http://www.jbc.org/content/early/2014/11/14/jbc.M114.609875.long


日期:2014年11月28日 - 来自[技术要闻]栏目
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科学家成功实现利用意念控制基因表达


特定意念的脑电波可以控制基因转化为蛋白质的过程

据科学日报报道,近日瑞士巴塞尔苏黎世理工学院生物系统学院(D-BSSE)的马克·福尔奇(Marc Folche)和其它研究人员研发出一种新型的基因调节工具,使得特定意念的脑电波可以控制基因转化为蛋白质的过程,也就是基因表达。这个科研小组是由生物技术和生物工程学教授马丁·佛森格( Martin Fussenegger)带领的,这项研究被发表在期刊《自然通信》上。

“我们首次实现了将人类大脑的脑电波转移到基因网络上,并根据特定的意念类型调节基因的表达。通过意念控制基因的表达一直是我们追逐了十多年的一个梦想。”佛森格说道。

这一最新的意念控制基因调节系统的灵感来自游戏MindFlex(意念控制机),玩家将佩戴一个特殊的头盔,前额上方的传感器可以记录脑电波。记录的脑电图(EEG)将转移至游戏环境。脑电图将控制风扇传送信号,使得一个小球可以经意念的控制越过一个个障碍物。

最新研发的这个系统也使用了一个脑电图头盔。被记录的脑电波经分析后通过蓝牙无线传输给一个控制器,后者又将控制一个场频信号发生器,从而产生电磁场,这为植入物提供了感应电流。

接着一束光将经过这个植入物:一个释放近红外光的集成LED灯将开启并照亮一个包含转基因细胞的培养腔。当近红外光照亮细胞时,它们开始产生所需要的蛋白质。

这个植入物最初在细胞培养物和老鼠身上进行测试,通过不同被试者的意念进行控制。研究人员在实验中使用了分泌性碱性磷酸酶(SEAP)作为测试,后者是一种容易检测到的人体蛋白质,它会从植入物的培养腔里扩散至老鼠的血液里。

为了调节释放蛋白质的质量,被试者根据三种不同的意识状态——生物反馈、冥想和集中精力——而被分类。在电脑上玩游戏我的世界(MineCraft)的测试者,也即那些集中精力的被试者,诱发老鼠血液里的SEAP水平较为平均。而完全放松(冥想)的被试者诱发老鼠体内的SEAP含量则较高。那些生物反馈的被试者则被要求观察老鼠体内植入物的LED灯,并通过视觉反馈有意识的开启或者关闭LED灯,这一过程将体现在老鼠血液里的SEAP含量的差异上。

“以这种方式控制基因是前所未有的,它的简单性也使得这一方法非常独特。”佛森格解释道。这种可以对近红外光做出反应的光敏感的光遗传学模块是一项特殊的进步。这些近红外光照耀在转基因细胞里被修改的光敏感蛋白质上并触发了信号传导,从而导致SEAP的产生。使用近红外光的原因是它对人体细胞基本无害,且能够深层渗透组织,从而实现视觉追踪植入物的功能。

这一系统可以高效的应用于人类细胞培养和人类-老鼠系统上。佛森格希望有朝一日一个意念控制的植入物将可以帮助抵抗神经学疾病,例如慢性头痛、背痛和癫痫,因为它能够在早期检测特定的脑电波并在合适的时间触发和控制特定因子的产生。

日期:2014年11月15日 - 来自[技术要闻]栏目

上海生科院构建细胞核内长非编码RNA的新型表达载体


11月5日,国际学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组关于研究细胞核内长非编码RNA的新型表达载体的研究成果。该研究首次构建了一种可以将外源过表达的RNA滞留在细胞核内的载体(snoVector),而且过表达的RNA具有生物学功能。

长非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA),一般是指长度大于200个核苷酸,但是不具有编码功能蛋白质能力的长链RNA分子。已有很多研究表明,lncRNAs广泛参与一系列的基因表达调控和生物学过程。有意思的是,许多lncRNAs所介导的调控是发生在细胞核内的,因此需要新的工具来研究其在细胞核内的功能。

如同研究编码基因一样,lncRNA也需要通过质粒载体将其在细胞内进行过表达来研究。然而,目前已知的真核表达载体多数是用来表达编码基因的,载体上含有转录元件、翻译元件和一些促进核质运输(细胞核和细胞浆运输)的元件。因此,这些载体上的转录本就会按照mRNA的加工方式进行加工,并且运到细胞浆里。使用这些载体外源表达一些仅定位在细胞核中的lncRNAs时,这些RNA经常会被运到胞浆里,从而阻碍了其功能的正常发挥,导致出现错误的实验结果。

因此,针对上述现有技术中所存在的问题,同时基于实验室近期发现的一类新型的lncRNA,sno-lncRNA(不含5’帽子和3’尾巴,两端以snoRNA结尾,滞留在细胞核中,Yin et al., Mol Cell, 2012),研究人员设计并构建了一种可以把外源的RNA滞留在细胞核内的表达载体,即snoVector。该载体是由pZW1载体(Wang et al., Cell 2014)改造而来。pZW1载体中的EGFP基因被一个含有多克隆位点的内含子分成两部分,只有当内含子被剪接下来后,才能形成成熟的egfp mRNA,并产生绿色荧光蛋白。研究组在pZW1载体序列多克隆位点中插入两个snoRNA基因,并保留多个酶切位点,便于插入要表达的外源RNA(如图)。当该质粒转染细胞时,含有外源RNA序列的sno-lncRNA能够被表达,通过观察EGFP的产生可以监测sno-lncRNA的加工。

研究组以细胞核内定位的lncRNA,如NEAT1、HOTAIR为研究对象,成功地提高了它们在细胞核的定位。重要的是,研究人员还证明以这种载体表达的两端以snoRNA结尾的NEAT1可以模拟其内源RNA的功能,并发挥生物学作用。研究还证明该snoVector载体可以很有效地表达几乎任何长度在3kb以内的RNA,并使其滞留在细胞核内。例如该载体可以将原本定位于胞浆中mRNAs,如SNRPN、CEBPA等表达并滞留在细胞核内;一些通常被快速降解的内含子序列也能被稳定地表达并滞留在细胞核中;另外,该载体也可以用于表达miRNAs。此外,该载体能够产生绿色荧光蛋白,并含有抗性基因,可以用于稳定表达株的筛选。

SnoVector用于过表达外源RNA并将其滞留在细胞核中,提供了一种新型的表达载体用于研究细胞核内的lncRNAs。该载体的应用将方便人们对细胞核内RNA的功能和机制的研究,为lncRNA的研究提供新的研究手段。

本课题在陈玲玲研究员指导下,主要由博士研究生殷庆飞和胡世斌完成,工作人员徐叶芬、中国科学院—马普学会计算生物学伙伴研究所杨力研究员和美国康涅狄格大学Gordon Carmichael教授也参与了该工作。该研究得到了中科院、国家自然科学基金委、科技部和上海生科院的经费支持。

日期:2014年11月14日 - 来自[技术要闻]栏目
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生化与细胞所科研人员发表新型表达载体 为研究细胞核内的RNA提供新手段


11月05日,国际学术期刊 Nucleic Acids Research 在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组关于研究细胞核内长非编码RNA的新型表达载体。该研究首次构建了一种可以将外源过表达的RNA滞留在细胞核内的载体(snoVector),而且过表达的RNA具有生物学功能。 

长非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA),一般是指长度大于200 个核苷酸,但是不具有编码功能蛋白质能力的长链RNA分子。已有很多研究表明lncRNAs广泛参与一系列的基因表达调控和生物学过程。有意思的是,许多lncRNAs所介导的调控是发生在细胞核内的,因此需要新的工具来研究其在细胞核内的功能。 

如同研究编码基因一样, lncRNA也需要通过质粒载体将其在细胞内进行过表达来研究。然而,目前已知的真核表达载体多数是用来表达编码基因的,载体上含有转录元件、翻译元件和一些促进核质运输(细胞核和细胞浆运输)的元件。因此,这些载体上的转录本就会按照mRNA的加工方式进行加工,并且运到细胞浆里。使用这些载体外源表达一些仅定位在细胞核中的lncRNAs时,这些RNA经常会被运到胞浆里,从而阻碍了其功能的正常发挥,导致出现错误的实验结果。 

因此,针对上述现有技术中所存在的问题,同时基于实验室近期发现的一类新型的lncRNA,sno-lncRNA(不含5’帽子和3’尾巴,两端以snoRNA结尾,滞留在细胞核中,Yin et al., Mol Cell, 2012),我们设计并构建了一种可以把外源的RNA滞留在细胞核内的表达载体,即“snoVector”。该载体是由pZW1载体(Wang et al., Cell 2014)改造而来。pZW1载体中的EGFP基因被一个含有多克隆位点的内含子分成两部分,只有当内含子被剪接下来后,才能形成成熟的egfp mRNA,并产生绿色荧光蛋白。研究组在pZW1载体序列多克隆位点中插入两个snoRNA基因,并保留多个酶切位点,便于插入要表达的外源RNA(如图)。当该质粒转染细胞时,含有外源RNA序列的sno-lncRNA能够被表达,通过观察EGFP的产生可以监测sno-lncRNA的加工。 

研究组以细胞核内定位的lncRNA,如 NEAT1、HOTAIR为研究对象,成功地提高了它们在细胞核的定位。重要地是,我们还证明以这种载体表达的两端以snoRNA结尾的NEAT1 可以模拟其内源RNA的功能,并发挥生物学作用。我们还证明该snoVector载体可以很有效地表达几乎任何长度在3kb以内的RNA,并使其滞留在细胞核内。例如该载体可以将原本定位于胞浆中mRNAs,如SNRPN、CEBPA等表达并滞留在细胞核内;一些通常被快速降解的内含子序列也能被稳定地表达并滞留在细胞核中;另外,该载体也可以用于表达miRNAs。此外,该载体能够产生绿色荧光蛋白,并含有抗性基因,可以用于稳定表达株的筛选。 

SnoVector用于过表达外源RNA并将其滞留在细胞核中,提供了一种新型的表达载体用于研究细胞核内的lncRNAs。该载体的应用将方便人们对细胞核内RNA的功能和机制的研究,为lncRNA的研究提供新的研究手段。 

本课题在陈玲玲研究员指导下,主要由博士研究生殷庆飞和胡世斌完成,工作人员徐叶芬、中国科学院—马普学会计算生物学伙伴研究所杨力研究员和美国康涅狄格大学Gordon Carmichael教授也参与了该工作。该研究得到了中科院、基金委、科技部和上海生科院的经费支持。(生化与细胞所) 

论文下载 

日期:2014年11月14日 - 来自[技术要闻]栏目

Nature:p53表达有助于心脏病患者病后恢复


心脏病一直令所有患者都望而生畏,不仅仅是因为其突发性,同时也是因为患者一旦心脏病发作,如果抢救不及时,总会留下这样或那样的后遗症。例如心脏病发作后会导致心脏和周围的血管组织受损,不仅会进一步增大心脏病复发几率,还会对患者生存质量造成影响。最近来自北卡罗来纳大学医学院的研究人员发现当在小鼠体内调节p53蛋白表达时,能够促进心脏内皮细胞的修复进程并进而帮助血管重建避免由心脏病引起的心血管损伤。

这一研究结果已经被发表在Nature上。在研究中,科学家诱导小鼠心脏病发作,随后研究其心脏组织处的纤维母细胞的变化情况。结果发现,小鼠心脏病后,在小鼠受损位置有三分之一的纤维母细胞表现出内皮细胞的特异性标记分子。这表明在这一过程中纤维母细胞分化为内皮细胞以帮助受损血管的修复。随后,研究人员敲除了p53基因,并发现纤维母细胞的特化程度锐减了50%左右。而当研究人员刺激p53基因的表达时,纤维母细胞分化为内皮细胞的比例由正常情况下的30%增加到了60%。

目前,市场上尚无经FDA批准的帮助心脏病患者病后恢复的药物。这一研究也为今后开发此类药物提供了帮助。而目前制药巨头葛兰素史克公司正在开发一种名为darapladib,旨在恢复心脏病患者病发后的心肌损伤。目前该药物已经进入临床三期研究,有望在未来填补这一空白。

日期:2014年10月23日 - 来自[遗传与基因组]栏目
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玉米启动子研究取得新进展

近日,记者从中国农业科学院生物技术研究所了解到,由中国工程院院士范云六团队在玉米启动子研究方面取得最新进展,该团队针对目前我国玉米自主知识产权启动子缺乏制约生物技术育种研发及产业化环节的问题,以组学手段高通量鉴定并获得了多个新颖的玉米胚特异性启动子。

该研究利用一套包括14种玉米不同组织及发育时期的芯片表达数据,鉴定出28个胚优先高表达的基因,并对这些基因的表达水平以及表达的组织特异性进一步用公共数据库的表达数据以及实时定量PCR进行了验证。最终以玉米胚特异性高表达基因globulin-1为参照基因,获得了表达量均比对照基因高的7个胚特异性基因,通过玉米幼胚瞬时表达系统以及稳定转化的转基因玉米中均验证了这些启动子的强度和组织特异性。

同时,该研究团队首次报导了玉米、高粱和大豆植物基因组中大量存在双向基因对—— 一种特殊的基因结构形式,并首次用实验验证了驱动这些基因对表达的启动子具有双向启动子功能。在玉米全基因组中搜寻发现共有1696个双向转录本对。

点评:

玉米是重要的粮饲兼用作物,在保障我国粮食安全方面举足轻重,是我国开展生物技术育种产业化的重点作物之一。我国玉米生物技术育种一个限制因素就是可以用于驱动外源基因表达的组织特异性启动子的数量少,尤其是可用的且具有自主知识产权的胚特异性启动子非常有限。一旦落入国外的“专利陷阱”,将会使我国生物技术育种产品产业化功亏一篑。范云六研究团队基于基因芯片分析开展了全基因组水平,规模化鉴定玉米胚特异性高表达基因和启动子。

该研究获得了一些新颖的胚特异性强启动子,用于玉米籽粒发育相关基因的功能和表达调控研究以及高水平表达重组蛋白的生物技术产品的研发,为多基因转化奠定了重要的理论和双向启动子资源,为我国农业生物技术研究提供了可贵的自主知识产权的启动子资源。

日期:2014年10月15日 - 来自[技术要闻]栏目
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