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2017年3月10日Science期刊精华

来源:生物谷 2017-03-14 23:12


2017年3月14日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2017年3月10日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science特刊:7篇长文解读人工合成酵母染色体——开启合成生命新纪元!
doi:10.1126/science.aaf4597
doi:10.1126/science.aaf4831
doi:10.1126/science.aaf4557
doi:10.1126/science.aaf4791
doi:10.1126/science.aaf4706
doi:10.1126/science.aaf4704
doi:0.1126/science.aaf3981
doi:10.1126/science.355.6329.1038
doi:10.1126/science.aan1126
doi:10.1126/science.aam9739

来自4个国家的一个大科学团队一起合作合成了酿酒酵母中约1/3(约3500万碱基对)的基因组(总1200万碱基对),这个研究团队由纽约大学兰贡医学中心酵母遗传学家Jef Boeke领导,分析了7条人工染色体的3维结构,相关研究成果于3月10日以特刊的形式发表在国际顶尖杂志Science上,共7篇研究长文,其中4篇来自中国,其中天津大学元英进课题组2篇,清华大学生命科学院戴俊彪课题组1篇,华大基因杨焕明院士与爱丁堡大学Yizhi Cai课题组合作发表1篇。

2010年,另一个研究团队创造了首个合成细菌生物体,含有一条长度达100万对碱基对、同时具有生物学活性的人工合成基因组。“这一系列最新研究对于创造首个全合成真核细胞基因组具有里程碑式的意义。”加州拉霍亚Synthetic Genomics公司的Daniel Gibson在写给The Scientist的邮件中如此评价这系列突破性研究,也就是他创造了首条人工合成细菌基因组及首个人工合成细胞。他为这系列研究写了一篇编辑评论文章,但是并没有参与相关工作。

2014年,Boeke及另一个研究小组的研究人员一起合成了首条真核细胞染色体:酿酒酵母染色体Ⅲ的精简版本。此后,为了合成他们的“合成酵母2.0(Sc2.0)”计划中设计的含有1130万对碱基对的酵母基因组,Boeke的研究团队与其他研究团队一起组成了合成酵母基因组计划团队,这个任务也是“基因组编写计划(Genome Project—Write)”中的首要任务。

这个Sc2.0团队首先开发了软件创造不同的染色体设计和规则,包括清除单一类型密码子(TAG)、去掉重复序列以及酵母基因组中相对较少的内含子。研究人员还在非必需基因下游引入了短的重组位点(IoxP位点),可以此去掉这些非必需基因以研究由此产生的效应。研究人员还将酵母合成染色体Ⅲ上的超过100万对碱基对的重复核糖体DNA转移到其他染色体上,结果表明这组基因的定位很灵活,改变其位置不会对细胞造成副作用。

研究人员设计了原始合成酵母染色体(SynⅢ),随后由一组本科生合成短的DNA序列并慢慢替代染色体Ⅲ上的天然DNA序列,直到所有碱基对都被替换。对于Sc2.0计划,该研究团队使用了相似的方法:为了合成额外的5条染色体,研究人员从约750对碱基对的短DNA序列开始,在体外慢慢将它们组装成长为5-6万对碱基对的DNA序列,然后再与酵母细胞中已存在的染色体进行重组。而来自天津大学的本科生则创造了其中的1条新的合成酵母染色体——染色体Ⅴ。

据研究人员报道,用合成的染色体替换16条天然染色体中的6条并不会影响出芽酵母生长,同时经修饰合成的染色体也不会剧烈影响酵母基因组的空间结构。

从零开始构建染色体可以让科学家们明白每种基因结构对细胞的生物学的影响程度。“从一开始我们就说过,如果我们要在这个项目上花费时间、精力和经费,我们在设计上就需要冒险,因为我们可能会得到很有趣的生物学现象。”Boeke说道。

Boeke解释说Sc2.0研究团队目前正在努力合成并检测剩下10条染色体的功能。“基因组编写计划似乎是技术上的一个伟大的开端。”Church写道,“不久我们就会知道这项技术如何应用于农业和医学领域。”

2.Science:疟原虫触发人体产生吸引蚊子的气味
doi:10.1126/science.aah4563

蚊子喜欢叮咬已感染上疟疾的人,而且明显是由某种气味引起的。如今,在一项新的研究中,瑞典研究人员说,他们鉴定出疟原虫分泌出的一种物质触发人体产生这种气味,而且这种气味仅为蚊子所察觉到。

瑞典研究人员报道,在血液中,疟原虫释放一种特定的物质,即类异戊二烯前体分子:(E)-4-羟基-3-甲基-丁-2-烯基焦磷酸(HMBPP)。这种物质与疟疾感染者的血细胞混合在一起,从而产生一种似乎特别吸引蚊子的芳香气味。

在当前的这项研究中,瑞典研究人员小心翼翼地释放上百只蚊子(逐只地释放)到一个Y型三通管中。这个Y型三通管中加有混合这种疟疾物质的人血液,或者人血液。大约95%的蚊子直接飞入到混合这种疟疾物质的人血液中。

Emami和她的同事们也发现这些蚊子吞食更多的携带这种疟疾物质的血液,因此在理论上,这应当会更快地扩散疟疾。

这一发现是吸引人的,但是还需要在实验室外进行测试。

3.Science:华人科学家首次发现小鼠挠痒痒也传染
doi:10.1126/science.aak9748

在一项新的研究中,通过使用化学遗传学和光遗传学技术,研究人员发现,表现出传染性瘙痒行为的小鼠,其大脑视交叉上核(SCN)区域的神经肽GRP(gastrin releasing peptide,胃泌素释放肽)和其受体GRPR(gastrin releasing peptide receptor),对于传递痒觉的传染性信息是必要和充分的:阻断SCN中GRP的表达可消除传染性瘙痒行为,但刺激该区域中GRP的表达,小鼠的模仿性挠痒行为又恢复了。

为了检验小鼠身上是否会发生传染性瘙痒,研究人员将一个笼子里没有与慢性瘙痒症小鼠接触过的小鼠放在另外一个笼子里的患慢性瘙痒症小鼠的旁边,并记录小鼠看到患慢性瘙痒症小鼠抓痒并产生搔抓行为的频次。同时,没有过度搔抓行为的小鼠作为对照组。

研究人员发现,两组小鼠看到被观察小鼠的次数相似,但在患有慢性瘙痒症小鼠旁边的小鼠显著增加搔抓自己的频率。

为了验证到底是视觉,还是听觉和嗅觉驱动了小鼠的传染性搔抓,研究人员还做了另外一个实验,他们把小鼠放在一个瓶子里观看其他小鼠搔抓的视频。有趣的是,观看了其它小鼠搔抓视频的小鼠也出现了显著的模仿性搔抓行为。

在后面的实验中,研究人员发现,小鼠出现传染性瘙痒时,其脑部有几个区域内的神经活动显著增加,它们在自发性瘙痒时则不会有神经活动的增加,其中最明显的是一个被称作视交叉上核的区域。

接下来,研究人员发现把视交叉上核里面胃泌素释放肽去掉,小鼠再看到其他小鼠抓痒就不会出现传染性瘙痒行为;当研究人员把胃泌素释放肽注射到小鼠的视交叉上核中,即使小鼠没有直接看到其他小鼠瘙痒,也会诱发瘙痒行为。

4.Science:揭示染色质浓缩促进PRC1抑制同源异型基因
doi:10.1126/science.aah5403

组蛋白缠绕在DNA上形成核小体,从而将后生动物DNA包装进细胞核中。染色质浓缩也被认为对多梳抑制复合物1(Polycomb repressive complex 1, PRC1)在发育期间抑制同源异型基因是至为关键的。Mei Sheng Lau等人利用突变和表达分析研究了这种基因沉默机制。改变PRC1浓缩区会影响转录抑制和小鼠体轴形成。因此,染色质浓缩可能促进稳定的可遗传的参与身体形态的基因沉默。(生物谷 Bioon.com)

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