大豆结瘤和固氮的现代遗传学与生物技术学

大豆(Glycine max)是一种重要的供给粮食和动物饲料的主要农作物。作为豆科植物的一员,大豆与一种被称之为根瘤菌的土壤细菌形成了复杂的共生关系,结果导致新的根器官--根瘤的形成。在这个吸引人的新器官中,被植物所囚禁的根瘤菌能把空气中的氮气转换为可利用的氮肥。在巴西,有助于增加种子收成的细菌菌株借助微生物学手段已经被分离出来。目前,现代遗传学、生物技术学、生理学、生物化学和基因组学使得分离根瘤形成过程中的关键基因成为现实。 综合这些研究发现了诱导,并随后控制细胞分裂的一种新的分子机制。笔者所在的研究小组已经在大豆中克隆到了根瘤菌结瘤因子信号的关键受体,以及一些在复杂的根-茎-根信号传递途径中的分子组分,这些组分涉及到肽类激素,受体激酶和小的信号代谢产物。上述发现表明提高大豆产量和抗逆性的大豆改良进入一个新的阶段。     

烟草两组分信号系统基因NTHK2

两组分信号传递系统对于生物体的生长发育及适应性反应起着非常重要的作用．以本室克隆的两组分信号系统基因ＮＴＨＫ１为探针,筛选烟草ｃＤＮＡ文库,获得了一个同源基因ＮＴＨＫ２．序列同源性分析表明ＮＴＨＫ２可能编码乙烯受体类似物,具有组氨酸激酶结构域和磷酸化受体结构域．但组氨酸激酶结构中的特定磷酸化位点组氨酸发生了变化,被天冬酰胺取化．Ｓｏｕｔｈｅｒｎ分析表明烟草基因组中含有较低拷贝数的ＮＴＨＫ２基因．应     

β-罗勒烯信号分子诱导的防御基因表达模式

β-罗勒烯是近年来发现的一种植物通讯信号分子，现在只了解β-罗勒烯能诱导离体叶片中与水杨酸有关的防御基因的表达．但是到目前为止还不了解β-罗勒烯能否诱导完整植株中防御基因的表达，它在植物防御基因表达模式中起着什么作用．本文报道了对β-罗勒烯作用研究的三个新结果．第一，β-罗勒烯能够诱导完整植株中防御基因的表达；第二，顺式-β-罗勒烯和反式-β-罗勒烯两种同分异构体都能诱导防御基因的表达,但作用方式不同，第三，罗勒烯能消除茉莉酸和水杨酸两信号传递途径之间的拮抗作用．     

基因转录后沉默信号可以在拟南芥嫁接体内快速双向传递

RNA干扰(RNAi)是引起生物体基因转录后沉默的新技术之一, 通过转基因向植物体内引入特异的RNA沉默信号, 已成功用于基因功能研究. 我们利用拟南芥动蛋白异型体KatB和KatC两个基因上共有的一段同源编码序列(168 bp)构建了能导致目标基因KatB和KatC双基因转录后沉默的DEX (dexamethazone) 诱导性RNAi载体. RT-PCR和Northern blot结果显示, 转基因拟南芥纯合体植株(简称RNAi型植株)经DEX诱导后,KatB和KatC的mRNA逐渐减少, 表明这两个基因发生了转录后沉默作用. 用改进后的简易方法将RNAi型与野生型拟南芥植株进行高效率嫁接, 对砧木和接穗中目标基因mRNA变化进行了半定量RT-PCR检测. 结果表明, 无论用RNAi型植株作为砧木或接穗, DEX诱导产生的基因沉默信号均能导致相应野生型接穗或砧木中KatB和KatC mRNA的减少, 证明说明基因转录后沉默信号可以通过嫁接面在拟南芥体内双向传递; 与已报道的基因沉默信号在烟草嫁接体内传递速度相比, 拟南芥基因沉默信号的传递更为迅速．     

细胞分裂素信号转导: 已知的简单性与未知的复杂性

在植物的生长发育过程中, 细胞分裂素通过调节细胞分裂与分化起着非常重要的作用. 最近几年的研究表明, 细胞分裂素信号可能采用一种类似于细菌和真菌中的双元组分系统, 通过在不同的组氨酸磷酸蛋白激酶和效应分子之间连续传递磷酸基团而完成其转导过程. 细胞分裂素信号转导途径与其他信号转导途径之间存在异常活跃的相互交叉反应, 同时细胞分裂素受体及其下游众多关键组分明显存在功能冗余的现象. 因此, 这些问题的解决成为阐明细胞分裂素信号转导网络的关键.     

碳纳米材料可能损害脑组织

科学家们尝试从菠菜中提取一种蛋白质合成系统中的基本蛋白质,结果发现其66%的基因片段与细菌中起同样作用的蛋白质的基因片段同源,而且又有46%的基因片段与后者完全相同。为进一步弄清这种蛋白质的作用,科学家们将其植入细菌中,结果发现细菌的蛋白质合成立即受到抑制。这表明,这种植物蛋白质具有良好的杀菌作用。这种蛋白质含有RRF基因,它首先在细胞中合成,然后被送到叶绿体中发挥作用。细菌蛋白质合成受到抑制,正是由于植物的RRF基因对细菌的RRF基因产生了重要干扰,从而使植物产生化学抗病作用。研究人员发现,植物中存在着一道迄今人…     

动物蛋白质的产生菌——遗传工程现在已能使每个细菌生产多达10万个巨大的动物蛋白分子

最近这几年,高等机体的一些基因被引入到大肠杆菌(E.Coli)细菌内,并在细菌里进行“无性繁殖”,就是说与细菌的遗传物质整合在一起。这样被插入的基因在细菌环境内自身一般不制造它们在天然环境中产生的蛋白质。因此,如果人们想把这些携带着外来基因的细菌转变成为合成蛋白质的小型工厂,关键在于强使它们表达传递给它们的信息。要     

可怕的生物基因武器

历史上任何新的科学发现,都可能会被人们用作军事工具。如20世纪初科学家发现了细菌,不久以后便出现了细菌武器;科学家发现核分裂现象后,不久又出现了核武器。随着现代基因工程研究的不断深入,基因武器也即将出现。它是以特定种族为目标,研究不同种族和人群的基因特性,克隆某种细菌或病毒,导致特定种     

危害家禽的细菌基因

美国农业部最近说,科学家已经发现了一种可使家禽、猪、牛和人患上多种疾病的细菌基因。 美国农业部行政官员米利·冈萨雷斯（ＭｉｌｅｙＧｏｎｚａｌｗｚ）在一则新闻中说：“这项研究突破有可能使人们尽早发现和预防这些疾病,从而减少农民每年因为这种细菌导致的疾病而造成的巨大损失。” 这种出血败血性巴斯德细菌的基因组成是由明尼苏达大学的研究人员发现的。 美国农业部说,出血败血性巴斯德菌会引起鸡和火鸡中的禽霍乱以及猪、牛和家禽中致命的呼吸道疾病,单单是家禽一项,美国农民每年的损失估计就高达２亿美元。 这种细菌还能感…     

基因结构:更加惊人的发展

有关基因表达的知识大多来自诸如细菌之类简单的原核生物的研究。这些细胞的基因表达过程比较简单。首先一只基因的DNA拷贝成一种对应的信使RNA分子(mRNA);然后,mRNA决定蛋白质的合成,这种蛋白质作为细菌的一种酶或结构组份行使它的功能。但是,高等生物的真核细胞远比细菌复杂,因此,对于那些从事研究真核细胞遗传信使表达的人员来说是事倍功半。现在情况正在起变化。研究人员从揭示真核细胞基因表达的奥秘所作出的努力中开始看到了一些进展。他们发现的情况,显然不同于已了解的细菌基因的表达过程。一些研究人员最近发现,真核细胞的许多基因     

细菌转录翻译偶联机制研究

中心法则描述了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递过程。转录过程是RNA聚合酶以DNA为模板合成信使RNA的过程,翻译过程是核糖体利用信使RNA合成蛋白质的过程。与真核生物不同,细菌和古菌没有细胞核膜的分隔,其转录过程和翻译过程在相同时间、相同位置上进行。其中,RNA聚合酶与核糖体相互协同,同步完成转录和翻译的现象被称为转录翻译偶联。转录翻译偶联是细菌和古菌的一种重要基因调控机制,能同时有效地调控转录过程和翻译过程,是细菌适应复杂环境的重要生物学基础。数十年来,大量的研究逐步揭示了细菌转录翻译偶联机制在细菌基因表达调控中的作用,一系列参与转录翻译偶联过程的调控因子也被鉴定发现。近期,基于不同偶联状态的转录翻译偶联复合体结构的突破性研究,首次系统地展示了在不同信使RNA间距下,转录翻译偶联过程的动态变化,为后续研究转录翻译偶联基因调控机制提供了理论基础。     

拟南芥DELLA下游的GASA基因表达研究

赤霉素(gibberellins, GAs)信号转导途径相关组分的分离与功能研究对于最终阐明GA作用机制十分重要, 目前赤霉素信号途径关键因子DELLA的下游组分研究较少. 拟南芥中受GA调控的GASA (GA-Stimulated in Arabidopsis)家族共有15个基因, 预测所有GASA蛋白的N端均有一可剪切的信号肽, C端含有12个半胱氨酸的GASA保守结构域. RT-PCR结果证实, 在DELLA突变体gai-t6和rga-24以及二者双突变体中, GASA4和GASA6的表达上调而GASA1和GASA9下调, 与GASA4和GASA6表达受外源赤霉酸(GA₃)促进而GASA1和GASA9表达受GA₃抑制的结果相一致. 除此之外, 其他一些GASA基因表达也分别受GA3和脱落酸(ABA)的独立或共同调控. 大部分GASA基因在根、茎、叶、花和幼嫩荚果中均有表达. 利用启动子驱动GUS报告基因的方法研究了GASA6, GASA7, GASA8, GASA9, GASA10, GASA11和GASA12等7个基因的器官表达特异性, 发现在生长分化旺盛的组织器官及离层区均有这些基因的表达, 可能与细胞的分裂和生长有关. 本研究为GASA基因家族在GA和ABA 信号途径中的功能研究提供重要依据.     

真核细胞基因中存在插入顺序

关于基因表达的知识,大部分来自对简单的原核细胞(如细菌)的研究。原核细胞中,基因的DNA首先转录为被叫作信使核糖核酸(mRNA)的相应的RNA分子,然后,mRNA又指导充当细菌细胞的酶或起结构成份作用的蛋白质的合成。真核细胞基因的表达则与细菌大不相同。例如,有些科学家发现,真核细胞的许多基因的某些核苷酸顺序,在相应的mRNA中不能找到,它们被称为插入或间隔顺序。     

研究发现新抗生素

正最近,科学家发现了一种强大的新抗生素。这种抗生素能对抗实验室和动物测试中的许多感染,包括一些对传统抗生素产生耐药性的细菌。这是通过创新性的基因测序技术发现的又一种新型抗生素。研究人员筛查了1500种土壤样本中的遗传物质,并用这种技术筛查了此前在实验室中无法培育或研究的数千种土壤细菌。这种新的化合物具有干扰感染细菌形成细胞壁的能     

水稻乙烯信号转导

乙烯在植物生长发育过程中以及在应对多种环境胁迫的防御反应中起着重要的调控作用.其发挥作用的分子机制在以拟南芥为主的双子叶植物中得到了系统研究,已建立了一个线性信号转导模型.与拟南芥相比,人们对水稻等单子叶植物中乙烯作用机制还了解较少.本文介绍了水稻乙烯信号转导目前取得的研究进展,并与拟南芥及其他植物进行了比较.拟南芥乙烯信号转导通路中的大多数组分在水稻中已找到了同源序列,包括5个乙烯受体,OsCTR1,OsEIN2,OsEIL1和OsERFs等.与拟南芥的同源组分相比,水稻乙烯受体家族各成员在功能上可能更具有特异性.但是OsEIN2和OsEIL1对水稻乙烯反应只表现了有限的调控作用.ERF类转录因子OsERF1和OsEBP-89可能也参与水稻乙烯反应,但它们是否被OsEIN2-OsEIL1介导的信号途径激活并不清楚.鉴于水稻的乙烯反应在多方面与拟南芥不同,推测水稻中或许存在着新的信号传递组分或新机制.筛选水稻乙烯反应突变体并鉴定相应基因将可能初步揭示水稻乙烯信号转导的新机制。     

一九九八年十大科技突破

1998年12月号美国《科学》杂志刊登了它评选的十大科技突破。 (1)一个国际天文学家小组通过对超新星的研究发现,宇宙中存在着一种反引力,正是这种力与引力相抗衡使得宇宙不断地加速膨胀。这种观点不同于宇宙“大爆炸”理论。 (2)科学家发现果蝇、老鼠和细菌具有类似人体生物钟的守时基因。 (3)科学家发现神经系统里有能够使化学信号以每秒100个离子的速度从一个神经元流向另一个神经元的结构。     

音乐才能靠基因?

正科学家基于对多地区人类基因组的研究结果提出,人的音乐才能很可能与基因有关——基因决定耳蜗的构造。耳蜗是耳朵的一个解剖结构,负责将来自外界的声音信号转换为相应的神经电信号,传送到大脑的中枢听觉系统接受进一步处理,最终实现听觉知觉。在音乐从外界传递到耳朵并最终传递到大脑的过程中,不同频率的空气震动(声波)被转换为神经冲动,这     

细菌微室

长期以来,人们认为细菌的细胞没有细胞器,但是最近20年细菌微室的研究颠覆了这一传统观点.微室是细菌的细胞器,由壳蛋白和酶蛋白通过自组织形成.细菌微室与病毒在外观上很像,为100～200 nm的多面体.细菌微室的系统性研究源于沙门氏菌1,2-丙二醇分解代谢途径的研究.该途径相关基因形成pdu操纵子, pdu操纵子中除了酶蛋白外还有一些结构基因编码微室壳蛋白.细菌微室的生理功能是由蛋白质壳形成一个防止分子扩散的屏障,将内部环境与细胞质进行物理隔离,使得含有易挥发或有毒化合物的代谢反应容易进行.细菌微室在细菌中广泛分布,种类繁多,目前已经在分布于45个门的细菌中发现68种微室基因簇.细菌微室的生理功能具有高度多样性,在二氧化碳固定和多种化合物分解代谢中具有重要生理功能.本文主要就细菌微室的结构、生理功能、主要类别以及细菌微室在生物工程领域的应用前景等进行介绍.     

钙在红光诱导的绿豆原生质体膨大中的作用

在植物光形态建成的研究中,光信号如何传递的问题至今尚不清楚.Roux等曾在Haupt和Weisenseel的基础上,提出钙信使系统参与光信号传递的假说.这一假说已在低等植物转板藻叶绿体的向光旋转和球子蕨孢子需光萌发中得到证实.我们以高等植物绿豆黄化幼苗下胚轴原生质体为实验材料,研究在光敏色素调节的原生质体膨大反应中,钙是否作为第二信使,起着传递光信号的作用.     

集落刺激因子-1受体介导的信号转导途径

集落刺激因子_1(CSF_1)主要在G1期调节细胞的极早期和迟早期反应 ,是细胞增殖、分化所必需的生长因子 .CSF_1与其受体 (CSF_1R)的结合导致后者的磷酸化从而激活其内部酪氨酸激酶的活性 ,激活的受体直接与细胞浆内的效应蛋白联系 ,诱导多条信号转导途径 .CSF_1可以通过Ras和Ets相关蛋白诱导c_myc基因的表达 ,也可以激活c_fos/jun家族基因的表达 ;CSF_1R激活STAT1和STAT3参与信号转导 ,但JAKs似乎不能在CSF_1R介导的信号传递中发挥作用 ;CSF_1R激活PI3_K ,PI3_K可通过一条独立于Ras/Raf的MAPKK相关途径作用于下游蛋白 ;CSF_1R可以使PC_PLC发挥增强信号传递的效应 .此外 ,CSF_1R还可介导信号传递的负调节 ,CSF_1R的自身转化 (turnover)及磷酸酶SHPTP1的脱磷酸化作用是信号传递负调节的主要机制 .