唧唧堂名校科研介绍2014-07-25 3:05 PM

植物'图书馆'能有助于保护食品供应 

首个植物基因开关综合性图书馆将对世界各地科学家开放。该馆收藏包含约2000个克隆植物转录因子—大自然的遗传通断开关。该历时8年促成图书馆开放的研究刊登在了《Cell Reports》杂志上。 

南加州大学的通讯作者Steve A. Kay表示,这些转录因子就像是进入细胞核并能与DNA特异性序列结合的智能导弹。他们能根据细胞对环境反应的需求来调节基因开关。这些“总开关”的克隆都包含在微量滴定板的“井”中。该植物“图书馆”将被送到库存中心以供国内外科学家植物研究所需。 

专攻于植物昼夜节律或生物钟研究的Kay表示,研究人员想要制成高保真高标准的转录因子收藏以供全球植物研究圈研究。这些克隆因子的开源对类似Kay的科学家来说具有重要意义,例如Kay的研究立志于为未来粮食安全设计出更强壮的植物。 

植物“使用说明书” 

本文共同第一作者Jose Pruneda-Paz表示,最终这个收藏将有助于我们了解植物在分子水平上的工作机制。 作为博士后研究人员和教职人员,他先后在Scripps研究所Kay实验室和加州大学圣地亚哥分校帮助建立图书馆。他表示通过操纵这些转录因子最终能够达到提高如抗逆性,种子数量和质量等植株性状的更大目标。Kay则表示,我们要了解植物生长和发展趋势,所有翻译机遇都基于这种认知而来。

这些克隆因子都采集自拟南芥,一种类似白菜和芥菜的开花植物。我们可以将拟南芥比作植物界中的老鼠。 就如同我们通过苍蝇和老鼠学习了解了许多,我们同样也通过拟南芥学习了大量有关生物钟科学的知识,因为拟南芥极易在实验室中种植。该收藏将帮助未受资助的植物研究领域的研究人员。在所有生物医学研究中,联邦政府大约只在植物研究领域资助了1%。如同食物对于人体健康的重要性一样,这相当令人关注。大多数美国人担心死于癌症而非饥饿。对超市购买顾客来说,很难相信粮食短缺的存在,这就像气候变化一样—非眼见不实。

“反向遗传学”

Pruneda-Paz 和 Kay实验室前博士后研究员Ghislain Breton,以及Cell Reports研究的共同第一作者一起回忆了促成2006年植物“图书馆”建成想法的原因。

在研究植物如何适应光/暗周期中,他们将目光聚集在CCA1和LHY产生上,即调节拟南芥生物钟基因的转录因子。传统来说,为了找出基因功能可以使基因发生突变然后试图破译是否这些突变是形成某些特定表型的原因。 但以这种方式无法寻找到答案。因而研究人员决定采用这种反向遗传学方法,而不是试图促成突变来找到特定基因。即可以通过克隆所有转录因子来找出其中的转录因子结合和调节CCA1的表达。基于此开始了建馆的植物收藏历程。

Breton 和 Pruneda-Paz监督了图书馆的初期建造。当Breton转投任斯敦德克萨斯大学助理教授时,Pruneda-Paz继续完成该项目。Pruneda-Paz和Kay完成了加州大学圣地亚哥分校及南加州大学的该项目,在那里他们得到了每天能进行数千实验的机器人平台的辅助。在平台中心的电脑控制“手臂”末端的夹具能固定住微孔板并将其移动到实验所需的各站。Breton表示,潜在目标是建立可以作为其他项目基础的东西,再加上在美国和欧洲的70个研究项目已经因该植物“图书馆”而形成。 这不仅将用于生物钟研究,也能应用在未来许多其他植物生物学项目上。

身处寒冷环境中

由该图书馆促成的其中一项研究结果发表于7月7日的《Current Biology》,在该研究中,Kay实验室发现了植物如何在寒冷环境中调控基因表达。借助于植物实验室,他们进行了隔离两个关键基因-LUX和CBF1相互作用的测试实验,并且发现他们对植物抗冻性密切相关。研究展示了植物在昼夜周期的正常过程中以及在如霜冻的极端温度变化中如何运作以适应温度变化。 

该发表于《Current Biology study》论文的第一作者Brenda Chow即将就职于马里兰州基因序列数据库GenBank,她表示,我们对有关寒冷环境会对生物钟产生多大影响仍所知甚少,这更坚定了转录调控是关键的这一想法。图书馆对整个植物群落都非常有用,尤其对本研究项目来说,这是用来识别CBF1和LUX之间相互作用的独特方式。

英文报道: 
PLANT ‘LIBRARY’ COULD HELP PROTECT FOOD SUPPLY
http://www.jijitang.com/note/5427

论文原文: 
《拟南芥转录因子功能特征的基因组规模资源》, 2014年7月24日发表于《Cell Report》 
http://www.jijitang.com/note/5426

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