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中国农科院生物所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。

《中国科学报》 (2014-10-15 第6版 农科)

日期:2014年10月15日 - 来自[技术要闻]栏目
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上海生科院发现调控乙酰胆碱酯酶表达的自然存在的反义RNA


上海生科院发现调控乙酰胆碱酯酶表达的自然存在的反义RNA

9月18日,国际学术期刊International Journal of Biochemistry and Cell Biology 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张学军研究组题为A natural antisense transcript regulates acetylcholinesterase gene expression via epigenetic modification in Hepatocellular Carcinoma 的最新研究成果。该研究鉴定了AChE的反义RNA -AChE-AS,并证明其能够通过改变AChE启动子区的表观遗传修饰来调控AChE的表达,并且这种调控能够参与到细胞凋亡过程。

  在世界上特别是东亚地区,肝癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)发病率非常高并且致死率也很高。由乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒引起的慢性肝损伤会导致高肝癌发病率,因此,人们迫切希望研究肝癌发病的分子机制以帮助医生更好地诊断和治疗该病。

  AChE终止胆碱能神经冲动传导的功能已为人所熟知。而最近研究发现多种肿瘤中AChE出现异常表达,但是其具体调控机制和功能仍不清楚。张学军研究组长期致力于细胞凋亡中AChE功能的研究,研究发现,几乎来源所有组织的凋亡细胞中均能表达AChE,并在多种疾病模型中证实了AChE的促凋亡功能。

  在该研究中,博士研究生席其良等在张学军研究员的指导下,首先通过系统检索UCSC Genome Brower并通过引物特异性RT-PCR在多种人正常肝以及肝癌细胞系中验证了自然存在的AChE的反义RNA(AChE-AS)。接下来发现AChE-AS和AChE的表达在多种细胞系以及临床肿瘤组织中都具有负相关性。这提示两者的表达模式可以为肝癌肿瘤诊断提供线索。而干扰小RNA(siRNA)沉默实验发现AChE-AS能够调控突触型AChE(S-AChE)的表达,并且发现AChE-AS主要定位于细胞核内并且近染色质。然后通过蛋白免疫印迹实验进一步发现AChE-AS能够通过影响AChE的启动子的功能来抑制AChE的表达。后续实验证明AChE-AS是影响AChE启动子区组蛋白的甲基化水平,而不是影响AChE启动子区的DNA甲基化水平。最后作者发现沉默AChE-AS能够增加细胞对化疗药物顺铂和丝裂霉素C的敏感性。这一研究提示AChE反义RNA对AChE的表达调控可能对肝癌肿瘤治疗提供新的思路。

  该项工作得到了国家自然科学基金和上海市科委的支持。

日期:2014年10月10日 - 来自[技术要闻]栏目

饲料所构建新型芽孢杆菌高效表达系统解决蛋白酶生产瓶颈

中性蛋白酶是最早规模化生产和商业化应用的工业酶制剂之一,广泛应用于洗涤、制革、丝绸、食品加工等多个领域。枯草芽孢杆菌是目前国内外中性蛋白酶的主要生产菌株,其发酵生产水平在8,000-10,000U/mL,该菌株做为行业的研究热点,众多研究单位和企业投入大量人力物力,通过菌株诱变、基因工程改良等方法提高其表达水平,但10余年来并未取得较好的进展。

中国农业科学院饲料研究所姚斌研究员率领饲用酶制剂创新团队系统地开展了芽孢杆菌高效表达系统研究,在大量的芽孢杆菌高效表达机理的研究基础上,建立了芽孢杆菌高效表达元件挖掘与组合利用技术、外源基因整体优化技术、受体菌分子改良技术、遗传操作技术等关键技术,创立了通用性好、表达量高的芽孢杆菌表达技术体系和菌株改良技术体系。利用该技术体系,构建的中性蛋白酶重组表达菌株,突破困扰行业10年之久的技术瓶颈,使其发酵液单位表达量达到28,000 U/mL,较目前的表达水平提高2倍,大幅度降低了蛋白酶的生产成本,该技术达到国际领先水平。重组菌株具有极好的稳定性,在无选择压力的培养基上连续传代100代不退化,并且发酵工艺简单,易控制,完全满足了工业化生产的要求。目前该技术已实现产业化生产和应用。

芽孢杆菌作为一类公认的食品安全型生产菌株,目前30%以上的酶产品通过芽孢杆菌生产,如酸性高温淀粉酶、中温淀粉酶、碱性蛋白酶、普鲁兰酶等大宗酶种,姚斌研究团队建立的芽孢杆菌表达技术体系可望在短时间内将这些重要酶种的技术水平大幅度提高,从而整体推进我国的酶制剂产业的科技进步。(通讯员 王苑)

日期:2014年9月15日 - 来自[技术要闻]栏目
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Cell:武汉大学发表miRNA研究重要发现


  来自武汉大学、加州大学圣地亚哥分校的研究人员证实,在肌肉分化过程中一种叫做miR-1的小RNA分子直接增强了线粒体基因的表达。这一重要的研究发现发表在7月31日的《细胞》(Cell)杂志上。

  领导这一研究的是现任职于武汉大学及加州大学圣地亚哥分校的付向东(Xiang-Dong Fu)教授,其早年毕业于武汉大学病毒学系,是著名的美籍华人科学家,在分子生物学、生物化学等领域有较深造诣,在生命科学界付向东因发现SR家族的剪接因子和一个新的激酶家族而为众人瞩目。已在美国获得专利两项,在国际学术期刊发表论文100多篇,其中Nature 、Science、Cell论文十余篇。

  MicroRNAs(miRNAs)是一类长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子,它能与mRNA的特定位点结合,参与转录后基因表达调控,从而抑制蛋白质的合成。近年来大量的研究证实, miRNAs在调节基因转录与表达,调控生物体正常发育等各个生理过程中扮演重要角色,同时也对人类疾病的防治以及生物进化探索有着重要意义。

  miRNAs的表达具有明显的组织特异性和发育阶段特异性。以往的研究已发现了一些在骨骼肌和心肌中特异表达的miRNAs。并证实miRNAs在肌肉的增殖、分化等发育过程中发挥重要的调节作用, miRNAs的表达异常与某些肌肉疾病的病理过程有关。

  线粒体是一种存在于大多数真核细胞中的半自主细胞器。它是细胞内氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷(ATP)的主要场所,为细胞的活动提供了能量,有“细胞动力工厂”之称。除了为细胞功能外,线粒体还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程,并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。

  在这篇文章中研究人员报告称,发现了一种在肌生长过程中特异性诱导表达的miRNA——miR-1。他们证实miR-1有效地进入到线粒体中,在那里它出乎意料地刺激了线粒体基因组编码的特异性转录物翻译。

  研究人员证实,特异性的miR:mRNA碱基配对和Ago2是产生这一正效应的必要条件。他们通过交联免疫沉淀结合深度测序(crosslinking immunoprecipitation coupled with deep sequencing,CLIP-seq),利用线粒体靶向Ago2挽救功能,以及在细胞质中选择性抑制这一miRNA机器等方法,证实了Ago2对线粒体基因表达发挥直接作用。

  这些研究结果证实了miR-1在线粒体基因表达中发挥正向功能,通过在线粒体中增强基因表达以及在细胞质中抑制基因表达,miR-1介导了一个高度协调的肌肉生成程序。由此本研究揭示了线粒体基因表达一种新调控方式,对肌肉细胞发育程序提供了新的阐释。

日期:2014年8月11日 - 来自[技术要闻]栏目

动物所揭示感染与炎性调控蛋白酶HTRA1表达的机制

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种常见自身免疫病,在世界范围内约1%人群患有RA。临床研究证实,丝氨酸蛋白酶HTRA1(high temperature requirement A1)与关节炎密切相关。然而,到目前为止对哺乳动物细胞中HTRA1基因表达调控的机制未见报道。

中国科学院动物研究所移植生物学研究组与其它实验室合作对调控HTRA1基因表达的细胞外微环境因素及细胞内信号通路进行了系列研究。研究结果表明,在筛选的众多细胞因子及TLR配体中,IFN-γ显著抑制成纤维细胞和巨噬细胞HTRA1表达,而TLR4配体LPS显著提高其表达。此外,IFN-γ显著抑制LPS对HTRA1基因表达的上调作用。应用风湿性关节炎实验模型(collagen-induced arthritis,CIA),科研人员发现LPS处理显著提高小鼠CIA患病率和关节炎病症以及关节组织HTRA1表达水平,而IFN-γ处理显著抑制小鼠CIA患病率和关节炎病症及关节组织HTRA1表达水平。同时,通过阻断HTRA1活性,证实LPS和IFN-γ是通过调节关节组织HTRA1表达调控关节炎的发生和发展。进一步分子机制研究表明LPS通过活化TLR4下游NF-κB经典通路直接上调HTRA1基因表达,而IFN-γ通过活化p38 MAPK-STAT1通路直接抑制HTRA1基因表达。此外,在人类RA患者分离的细胞中,LPS及TNC(TLR4内源性配体)上调HTRA1基因表达,而IFN-γ抑制其表达,并且其作用机制与小鼠细胞一致。该项研究为感染加重RA病理提供了新证据和思路,为IFN-γ在治疗风湿性关节炎以及黄斑变性等其他HTRA1相关疾病提供了新线索和依据。

该系列研究成果分别于2013年11月发表于Arthritis & Rheumatism (65(11): 2835-2846;文章链接)和2014年6月在Journal of Immunology 杂志在线发表。侯玉柱、林海江及朱琳楠为共同第一作者。动物所赵勇研究员、王强研究员及北医人民医院栗战国教授为该文章通讯作者。该研究得到了科技部和国家自然科学基金委的资助。

日期:2014年6月23日 - 来自[技术要闻]栏目
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Nature子刊构建基因表达路线图

生物通报道  在一项新研究中,来自北卡罗来纳州立大学、北卡罗来纳大学教堂山分校和其他机构的研究人员,朝着构建出帮助科学家们缩小许多疾病遗传病因的路线图迈出了第一步。他们的研究工作还阐明了遗传和环境可对基因表达造成的影响。相关论文在线发表在4月13日的《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志上。

准确地找到常见疾病的遗传病因并不容易,因为一种疾病可能涉及到多个基因。此外,致病DNA变异往往并非直接,而是通过激活邻近的基因起作用。更为复杂的是,基因激活并不像简单的电灯开关,而更像是一种“变光开关”。一些人的特异基因有可能调到了最高水平,而另一些则只是开启了一半,或完全关闭,或介于两者之间。并且像DNA或环境一类的不同因素也在调光开关设置中起作用。

论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学生物信息学中心主任、统计学和生物科学教授Fred Wright说:“所有人都有相同的一组基因。很难确定哪些基因是可遗传的——受到你的DNA的控制,而哪些则可能受到环境的影响。阐明遗传和环境之间的差异对于你在寻找一种特定疾病的遗传联系时缩小领域范围至关重要。”

Wright与论文的共同第一作者、北卡罗来纳大学教堂山分校遗传学和精神病学教授、精神病基因组学中心主任Patrick Sullivan,以及国内外的同事们一起,对来自荷兰双生子研究中心(Netherlands Twin Register)2,752对成年双胞胎,以及来自荷兰抑郁和焦虑研究的1,895参与者的血液样本进行了分析。在20,000个基因中,他们确定了哪些基因可遗传即受到DNA“变光开关”的控制,哪些则主要受到环境的影响。

Wright解释说:“同卵双胞胎具有完全相同的DNA。因此如果一个基因是可遗传的,它在同卵双胞胎中的表达将比异卵双胞胎更为相似。借助这一过程我们构建出了一个可遗传基因数据库,随后我们可以将之与涉及疾病风险的基因进行比较。我们看到一些可遗传基因有更大的可能性与疾病相关——这或许能帮助到其他的研究人员确定未来侧重研究的基因。

Sullivan说:“这是迄今为止发布的最大型的双胞胎基因表达研究,使得我们能够构建出基因VS环境的路线图。这项研究比以往更精确地检测了它们与疾病之间的关系,揭示了近代人类进化和疾病遗传影响之间的重要关联。”

荷兰双生子研究中心展开双胞胎追踪已有25年,它与荷兰抑郁和焦虑纵向研究合作为遗传及表达研究建立了一个资源。双生子研究中心创立者Dorret Boomsma教授说:“除了有关遗传调控和疾病的基本认识,这些研究结果还提供了有关因果信号通路的一些有价值的信息。这项研究表明,双胞胎计划仍是遗传发现的一个重要工具。”

(生物通:何嫱)

日期:2014年4月15日 - 来自[技术要闻]栏目

胃癌细胞增殖研究有新进展

科技日报讯 (通讯员衣晓峰 记者李丽云)在一项题为《Cx基因参与胃癌细胞增殖和药物敏感性机制研究》的课题中,哈医大附属肿瘤医院内七科主任吴瑾教授等人通过多种先进实验手段证实:Cx基因具有抑制胃癌细胞增殖的能力,同时还能增加癌细胞对抗肿瘤药物的敏感性。此项成果近日获得了黑龙江省医药卫生科技进步二等奖及中国老年学会第二届学术大会成果奖。

胃癌是我国发病率及死亡率最高的恶性肿瘤之一,许多病人往往死于体内癌细胞增长旺盛、对药物敏感性差所致的复发和转移。作为一个多基因家族的重要成员,人们发现在较多的癌症中,Cx基因的表达严重受到遏制,且处于失活状态。目前学术界虽认为Cx基因是一种抑癌基因,但对其抑癌机制尚缺少明确认识,并对胃癌细胞中Cx基因表达与药敏性之间关系知之甚少。

在黑龙江省教育厅海外学人基金项目资助下,吴瑾教授课题组抓住这一肿瘤生物学的前沿热点问题,利用基因腺病毒表达载体构建技术和集落形成、细胞侵袭、逆转录聚合酶链反应等先进实验手段,对Cx26、Cx32、Cx43、Cx45等4个基因亚型在不同分化的胃癌组织及癌细胞系中的表达进行了深入探讨,发现它们的表达水平与胃癌组织分化程度呈正相关。其分化程度越高,表达水平亦“水涨船高”,分化程度低,表达水平也随之下降。同时,这4个基因亚型还与临床分期、远处转移关系密切,提示Cx基因与胃癌的发生、发展和预后可能存在内部“路径”。

研究还发现,上述4种基因亚型在胃正常上皮细胞和胃癌细胞系中的表达有差异性,即在胃正常上皮细胞系中呈强表达且阳性率均为100%;而在高分化腺癌细胞中,只有Cx32表达在细胞膜上,因而导致细胞连接斑形成减少,细胞连接通讯功能下降,细胞脱离正常分化、增殖的轨道,具备了恶性转化和逃避抗肿瘤药物打击的潜能;另外,低分化腺癌细胞系中4种Cx基因表达完全缺失,同时伴随细胞连接通讯功能的完全关闭,造成肿瘤细胞躲避正常生长调控和免疫监视,结果使成功“越狱”的肿瘤细胞更容易无限“疯长”。

以上结果提示,Cx基因表达的弱化确实对胃癌的增殖起到了推波助澜的作用。若能将Cx基因转染到低分化腺癌细胞系,使前者表达增强,促使细胞连接通讯功能恢复,则可控制癌细胞过度分裂,并有望增加胃癌对抗肿瘤药物的敏感性。专家评价指出,课题组详尽揭示了Cx基因参与胃癌细胞增殖的“奥秘”,为今后对胃癌的靶向性基因治疗提供了理论基础和实验依据。

日期:2014年4月8日 - 来自[肿瘤相关]栏目
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我学者发现多基因表达谱

4月1日,记者从南京工业大学了解到,该校佘金雄教授新发现的多基因表达谱,不仅能更准确地检测出糖尿病高危人群,还能根据基因表达谱的变化来判断预防和治疗的效果。这一方法为国际首创,填补了国际上糖尿病生物标记物研究领域基因组方面的空白。

Ⅰ型糖尿病主要发生在小孩,是由于人体自身免疫系统攻击人体产生胰岛素的胰岛细胞而导致的自身免疫性疾病。由于病人自身不能产生胰岛素,外源性注射胰岛素只能拯救生命而不能根治。目前,各国专家普遍认为,有效治疗Ⅰ型糖尿病的最佳方式,是早期筛查高危人群和预防。

目前,国际上预测Ⅰ型糖尿病的方法包括DNA检测和自身抗体检测。佘金雄过去在这些领域做了大量工作,是该领域的国际领军人物之一。DNA和抗体的检测还存在很多局限性,检测的灵敏度和特异性都有待改进,且这些指标不能用于治疗或预防效果的评估。这次新发现的基因表达谱不仅能够进一步提高检测的特异性,更重要的是,可以根据基因表达谱的变化来判断预防和治疗的效果。 该研究首次探索了外周血单核细胞的基因表达水平作为糖尿病早期生物标记物的可行性。同时,采用回顾性随访跟踪研究设计、全基因组筛查、多基因验证和联合的新模式,开拓和发展了生物标记研究领域的方法学。该研究还具有突出的临床实践学意义,发现了多基因联合模型可以作为标记物对Ⅰ型糖尿病风险进行早期评估,提高了预测准确度,增强疾病预防的效益风险比。

日前,这一研究成果在美国糖尿病学会官方杂志《Diabetes》上发表,该杂志是目前糖尿病专业领域中影响因子最高的。

日期:2014年4月8日 - 来自[技术要闻]栏目
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