2011 年第5 期(总第期) 中国科学院成都生物研究所科技信息情报中心 ...

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2011 年第5 期(总第期) 中国科学院成都生物研究所科技信息情报中心 ...

期 )

2011 年 第 5 期 ( 总 第

10 日

中 国 科 学 院 成 都 生 物 研 究 所 科 技 信 息 情 报 中 心

2011 年 6 月


2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )



研 究 发 现 基 于 组 蛋 白 预 测 细 胞 命 运 方 法 ........................................... 1

新 策 略 改 善 蛋 白 质 相 互 作 用 分 析 ................................................. 3

研 究 首 次 详 解 细 菌 转 运 电 荷 方 式 ................................................. 5

可 同 时 表 达 4 种 荧 光 蛋 白 克 隆 猪 问 世 ............................................. 7

新 技 术 可 生 成 人 工 染 色 质 ....................................................... 9

元 素 周 期 表 再 添 两 “ 新 丁 ” 原 子 量 分 别 为 289 和 292 ............................. 11

蛋 白 H3K27me3 去 甲 基 化 酶 研 究 获 进 展 ........................................... 12

科 学 家 研 发 出 胞 内 即 时 影 像 检 测 共 振 传 感 器 ...................................... 14

研 究 揭 示 南 水 北 调 中 线 工 程 水 源 地 湿 地 生 态 功 能 .................................. 16

5 月 26 日 《 自 然 》 杂 志 精 选 ................................................... 18

研 究 发 现 雌 凹 耳 蛙 听 不 见 超 声 .................................................. 20

大 气 二 氧 化 碳 浓 度 改 变 植 物 对 线 虫 诱 导 抗 性 ...................................... 22

盗 蜜 行 为 和 植 物 相 互 关 系 研 究 获 进 展 ............................................ 24

小 麦 热 激 蛋 白 90 家 族 研 究 获 进 展 ............................................... 26

研 究 揭 开 两 种 家 养 水 稻 进 化 起 源 ................................................ 29

中 国 科 学 院 成 都 生 物 研 究 所 科 技 信 息 情 报 中 心

2011 年 6 月 25 日


研 究 发 现 基 于 组 蛋 白 预 测 细 胞 命 运 方 法

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

揭 示 胚 胎 干 细 胞 分 化 形 成 终 末 组 织 类 型 的 详 细 机 制 是 许 多 干 细 胞 生 物 学 家 的 研 究 目 标 。

近 日 来 自 美 国 宾 夕 法 尼 亚 大 学 医 学 院 的 研 究 人 员 在 祖 细 胞 研 究 中 发 现 了 一 种 基 于 组 蛋 白 预

测 细 胞 命 运 的 方 法 。 这 一 研 究 成 果 在 线 发 表 在 国 际 著 名 期 刊 《 科 学 》(Science) 上 。

领 导 这 一 研 究 的 是 宾 夕 法 尼 亚 大 学 细 胞 与 发 育 生 物 学 教 授 、 再 生 医 学 研 究 所 副 主 任

Kenneth S. Zaret 博 士 。 近 年 来 Kenneth 将 研 究 焦 点 集 中 在 基 因 调 控 、 染 色 质 结 构 以 及 发 育 和

干 细 胞 生 物 学 等 领 域 , 取 得 了 一 系 列 突 破 性 研 究 成 果 , 在 Science 及 Cell 子 刊 上 发 表 多 篇 研

究 论 文 。 现 担 任 MCB 杂 志 的 编 辑 , 并 在 多 个 研 究 院 科 技 咨 询 委 员 会 、 生 物 技 术 与 制 药 公 司

以 及 NIH 任 职 。 同 时 兼 任 美 国 国 家 医 学 研 究 院 (NIGMS) 科 学 顾 问 委 员 会 主 席 , 美 国 科 学 促

进 会 (AAAS) 会 员 。

了 解 发 育 胚 胎 将 不 同 功 能 分 派 给 不 同 细 胞 类 型 的 机 制 是 发 育 生 物 学 及 再 生 医 学 研 究 领

域 的 一 个 关 键 问 题 。 在 过 去 的 数 年 里 ,Zaret 的 实 验 室 一 直 致 力 于 揭 示 小 鼠 胚 胎 中 决 定 特 异

性 细 胞 类 型 分 化 的 细 胞 信 号 网 络 。 研 究 人 员 曾 证 实 一 种 特 异 的 细 胞 生 长 因 子 可 结 合 到 细 胞 表

面 的 特 异 受 体 上 , 启 动 特 异 的 化 学 信 号 决 定 细 胞 命 运 , 推 动 细 胞 沿 着 肝 细 胞 途 径 分 化 , 并 抑

制 其 向 胰 腺 细 胞 方 向 分 化 。

在 新 研 究 中 ,Zaret 研 究 小 组 证 实 组 蛋 白 乙 酰 转 移 酶 P300 和 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 Ezh2 在

确 定 细 胞 向 肝 脏 或 胰 腺 命 运 转 化 中 发 挥 了 重 要 的 调 控 作 用 。 当 研 究 人 员 在 小 鼠 中 对 应 抑 制 这

两 种 酶 的 功 能 时 成 功 地 诱 导 胚 胎 细 胞 生 成 了 较 少 的 肝 细 胞 和 较 多 的 胰 腺 细 胞 。

― 我 们 惊 讶 地 发 现 在 细 胞 命 运 被 确 定 前 , 朝 着 肝 脏 或 胰 脏 分 化 的 胚 胎 细 胞 在 组 蛋 白 这 一

表 观 遗 传 学 标 志 上 就 存 在 着 差 异 。 这 表 明 我 们 或 可 通 过 操 作 这 些 组 蛋 白 而 影 响 细 胞 的 命 运 ,

亦 或 可 通 过 检 测 这 些 组 蛋 白 在 分 化 的 早 期 更 好 地 预 测 这 些 细 胞 的 命 运 ,‖Zaret 说 。

― 细 胞 被 确 定 其 特 殊 命 运 的 机 制 一 直 以 来 是 发 育 生 物 学 中 的 重 要 研 究 热 点 ,‖ 美 国 国 立 卫

生 研 究 院 遗 传 学 和 发 育 生 物 学 部 主 任 Susan Haynes 博 士 说 :― 这 项 研 究 促 使 科 学 家 们 更 深 入

地 了 解 了 这 一 过 程 的 早 期 阶 段 , 并 为 在 再 生 医 学 治 疗 中 控 制 干 细 胞 命 运 提 供 了 新 的 方 法 。‖

― 通 过 更 深 入 地 了 解 细 胞 正 常 编 程 的 机 制 , 我 们 将 最 终 能 够 实 现 对 其 他 细 胞 的 准 确 重 编

程 ,‖Zaret 强 调 。

研 究 人 员 希 望 能 够 基 于 这 一 发 现 开 发 出 新 技 术 推 动 胚 胎 干 细 胞 生 成 治 疗 及 研 究 所 需 肝

脏 或 胰 腺 β 细 胞 , 从 而 解 决 目 前 存 在 的 胰 腺 及 肝 脏 组 织 短 缺 的 问 题 , 为 I 型 糖 尿 病 及 急 性 肝

衰 竭 患 者 提 供 所 需 移 植 器 官 。 目 前 他 们 正 尝 试 模 拟 胚 胎 发 育 步 骤 推 动 胚 胎 干 细 胞 向 成 熟 细 胞

分 化 。 此 外 , 他 们 还 希 望 能 够 将 这 些 研 究 发 现 应 用 于 评 定 中 期 祖 细 胞 表 观 遗 传 学 状 态 中 去 。

在 接 下 来 的 研 究 中 , 研 究 人 员 还 计 划 利 用 生 成 的 肝 脏 细 胞 和 胰 腺 细 胞 研 究 及 筛 选 出 能 修 复 缺

陷 或 促 进 细 胞 生 长 的 药 物 。

( 论 文 作 者 :Kenneth S. Zaret 文 章 来 源 :《 科 学 》)

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

Chromatin “Prepattern” and Histone Modifiers in a Fate Choice for

Liver and Pancreas

Abstract: Transcriptionally silent genes can be marked by histone modifications

and regulatory proteins that indicate the genes’ potentialto be activated. Such marks

have been identified in pluripotent cells, but it is unknown how such marks occur in

descendant,multipotent embryonic cells that have restricted cell fate choices. We

isolated mouse embryonic endoderm cells and assessedhistone modifications at

regulatory elements of silent genes that are activated upon liver or pancreas fate

choices. We foundthat the liver and pancreas elements have distinct chromatin

patterns. Furthermore, the histone acetyltransferase P300, recruitedvia bone

morphogenetic protein signaling, and the histone methyltransferase Ezh2 have

modulatory roles in the fate choice.These studies reveal a functional ―prepattern‖ of

chromatin states within multipotent progenitors and potential targets tomodulate cell

fate induction.

Science (volume 332: issue 6032)

原 文 链 接 :http://www.sciencemag.org/content/332/6032/963.abstract

DOI:10.1126/science.1202845

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新 策 略 改 善 蛋 白 质 相 互 作 用 分 析

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

美 国 Dana-Farber 癌 症 研 究 所 癌 症 系 统 生 物 学 中 心 (CCSB) 的 研 究 人 员 将 PCR 拼 接 与

新 一 代 测 序 结 合 起 来 , 用 于 蛋 白 质 的 相 互 作 用 网 络 分 析 。 该 研 究 成 果 近 日 发 表 在 《 自 然 — 方

法 学 》(Nature Methods) 在 线 版 上 。

细 胞 中 存 在 着 成 百 上 千 个 大 分 子 的 相 互 作 用 , 它 们 介 导 的 功 能 维 持 了 正 常 的 细 胞 活 性 。

为 了 大 规 模 确 定 多 种 生 物 中 的 相 互 作 用 , 人 们 已 经 开 发 出 多 种 高 通 量 的 方 法 , 如 酵 母 双 杂 交

系 统 。 然 而 , 目 前 的 高 通 量 蛋 白 相 互 作 用 组 (interactome) 的 数 据 集 质 量 虽 高 , 但 覆 盖 度 很

低 。 对 于 人 类 而 言 ,95% 以 上 的 相 互 作 用 组 还 有 待 定 位 。

酵 母 双 杂 交 系 统 等 高 通 量 定 位 方 法 的 瓶 颈 在 于 确 定 相 互 作 用 的 蛋 白 、DNA 或 RNA 分 子

的 身 份 。 新 一 代 测 序 技 术 的 补 充 有 望 提 高 通 量 , 同 时 降 低 成 本 。 近 几 年 来 , 新 一 代 测 序 广 泛

应 用 在 生 物 学 的 多 个 方 面 , 但 尚 未 应 用 在 蛋 白 质 的 相 互 作 用 网 络 定 位 , 因 为 通 过 集 体 测 序 无

法 了 解 每 个 相 互 作 用 对 的 成 员 之 间 的 关 联 。

尽 管 ― 鸟 枪 法 ‖ 测 序 能 够 高 效 测 定 基 因 组 和 转 录 组 , 但 新 一 代 测 序 技 术 无 法 直 接 鉴 定 相 互

作 用 对 。 于 是 ,Dana-Farber 癌 症 研 究 所 Marc Vidal 领 导 的 研 究 小 组 将 PCR 拼 接 (PCR

stitching) 与 新 一 代 测 序 结 合 起 来 , 开 发 出 一 种 大 规 模 并 行 定 位 相 互 作 用 组 的 策 略

(Stitch-seq), 并 在 高 通 量 酵 母 双 杂 交 系 统 中 检 验 了 这 种 策 略 。

他 们 通 过 PCR 将 编 码 相 互 作 用 对 杂 交 蛋 白 的 开 放 阅 读 框 (ORF) 或 cDNA 扩 增 出 来 ,

并 通 过 Sanger 或 新 一 代 测 序 来 鉴 定 。X 与 DNA 结 合 结 构 域 融 合 (DB-X), Y 与 激 活 结 构 域

融 合 (AD-Y)。 当 X 和 Y 来 源 于 配 对 PCR 平 板 的 记 录 位 置 , 它 们 可 通 过 计 算 机 重 组 , 形 成

相 互 作 用 序 列 标 签 (ISTs)。

作 者 提 到 , 他 们 的 策 略 使 整 体 费 用 降 低 了 近 40%, 并 允 许 通 量 增 加 。 随 着 新 一 代 测 序

技 术 的 不 断 改 善 , 测 序 费 用 应 当 持 续 下 降 。 作 者 在 研 究 中 选 择 了 454 GS FLX 测 序 平 台 。 之

所 以 选 择 这 个 平 台 , 是 因 为 454 技 术 是 新 一 代 测 序 中 读 长 最 长 的 , 而 82 bp 的 接 头 长 度 要 求

平 均 读 长 要 超 过 100 bp, 才 能 可 靠 鉴 定 相 互 作 用 序 列 标 签 。

作 者 认 为 ,Stitch-seq 不 仅 适 用 于 酵 母 双 杂 交 系 统 , 还 可 扩 展 到 其 他 类 型 的 相 互 作 用 分

析 , 改 善 相 互 作 用 组 网 络 定 位 的 能 力 和 范 围 。

( 论 文 作 者 :Marc Vidal 文 章 来 源 :《 自 然 — 方 法 学 》)

Next-generation sequencing to generate interactome datasets

Abstract: Next-generation sequencing has not been applied to protein-protein

interactome network mapping so far because the association between the members of

each interacting pair would not be maintained in en masse sequencing. We describe a

massively parallel interactome-mapping pipeline, Stitch-seq, that combines PCR

stitching with next-generation sequencing and used it to generate a new human

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

interactome dataset. Stitch-seq is applicable to various interaction assays and should

help expand interactome network mapping.

Nature Methods

原 文 链 接 :http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.1597.html

DOI:10.1038/nmeth.1597

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研 究 首 次 详 解 细 菌 转 运 电 荷 方 式

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

据 美 国 物 理 学 家 组 织 网 5 月 23 日 报 道 , 英 美 科 学 家 首 次 精 确 地 展 示 了 细 菌 中 运 送 电 荷

的 细 胞 内 蛋 白 质 分 子 结 构 , 详 细 揭 示 了 细 菌 如 何 将 电 子 由 细 胞 内 推 到 细 胞 外 的 ― 细 枝 末 节 ‖,

最 新 成 果 让 使 用 细 菌 来 发 电 这 种 美 好 的 愿 景 更 加 接 近 现 实 , 相 关 研 究 发 表 在 美 国 《 国 家 科 学

院 院 刊 》(PNAS) 上 。

这 个 发 现 意 味 着 , 科 学 家 们 现 在 能 着 手 研 发 合 适 的 办 法 , 将 细 菌 直 接 ― 拴 到 ‖ 电 极 上 , 用

这 种 方 法 制 造 出 高 效 的 微 生 物 燃 料 电 池 。 这 项 进 步 也 能 加 速 清 理 油 污 染 或 铀 污 染 的 微 生 物 试

剂 的 研 发 , 同 时 也 将 加 速 由 废 物 提 供 电 力 的 燃 料 电 池 的 研 制 。

细 菌 内 部 的 多 层 蛋 白 质 就 像 细 胞 的 有 机 输 电 线 一 样 , 使 细 菌 内 部 产 生 的 电 子 被 运 送 到 细

胞 表 面 。 在 最 新 研 究 中 , 英 国 东 安 格 里 亚 大 学 生 物 科 学 学 院 的 教 授 汤 姆 · 克 拉 克 领 导 的 英 美

科 研 团 队 , 使 用 名 为 X 射 线 结 晶 学 的 方 法 揭 示 了 一 种 依 附 于 海 洋 细 菌 细 胞 表 面 的 蛋 白 质 的

分 子 结 构 , 细 菌 通 过 这 个 细 胞 转 运 电 子 。

克 拉 克 表 示 : 以 前 我 们 并 不 知 道 细 菌 内 的 电 子 是 如 何 到 达 细 胞 表 面 的 , 最 新 发 现 向 我 们

展 示 了 细 菌 将 电 子 从 细 胞 内 推 到 细 胞 外 的 ― 细 枝 末 节 ‖。 细 菌 可 以 吸 进 氧 化 物 矿 物 质 中 的 有 机

碳 分 子 并 在 细 胞 内 部 ― 消 化 ‖ 它 们 , 接 着 释 放 出 电 子 。 因 此 , 细 菌 坐 在 岩 石 上 并 吸 进 岩 石 的 过

程 可 以 应 用 于 电 极 上 , 细 菌 能 依 靠 电 极 呼 吸 并 产 生 电 子 。 精 确 展 示 这 个 过 程 让 我 们 可 以 ― 顺

藤 摸 瓜 ‖, 进 一 步 研 制 出 高 效 的 微 生 物 燃 料 电 池 等 。

以 前 , 科 学 家 们 试 图 利 用 细 菌 表 面 的 电 力 , 但 只 能 得 到 很 少 的 电 力 , 现 在 , 利 用 这 一 最

新 发 现 , 科 学 家 们 有 望 获 得 足 以 投 入 实 际 应 用 的 电 力 。 克 拉 克 说 :― 我 们 所 做 的 只 是 改 变 细

菌 生 活 的 表 面 环 境 而 已 。‖

英 国 生 物 技 术 和 生 物 科 学 研 究 院 (BBSRC) 和 美 国 能 源 部 对 该 科 研 项 目 提 供 了 资 助 ,

美 国 能 源 部 西 北 太 平 洋 国 家 实 验 室 的 科 学 家 也 参 与 了 该 项 目 。

( 论 文 作 者 :Thomas A. Clarke 文 章 来 源 :《 国 家 科 学 院 院 刊 》)

Structure of a bacterial cell surface decaheme electron conduit

Abstract: Some bacterial species are able to utilize extracellular mineral forms

of iron and manganese as respiratory electron acceptors.In Shewanella oneidensis this

involves decaheme cytochromes that are located on the bacterial cell surface at the

termini of trans-outer-membraneelectron transfer conduits. The cell surface

cytochromes can potentially play multiple roles in mediating electron transferdirectly

to insoluble electron sinks, catalyzing electron exchange with flavin electron shuttles

or participating in extracellularintercytochrome electron exchange along ―nanowire‖

appendages. We present a 3.2-Å crystal structure of one of these

decahemecytochromes, MtrF, that allows the spatial organization of the 10 hemes to

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

be visualized for the first time. The hemes areorganized across four domains in a

unique crossed conformation, in which a staggered 65-Å octaheme chain transects the

lengthof the protein and is bisected by a planar 45-Å tetraheme chain that connects

two extended Greek key split β-barrel domains. The structure provides molecular

insight into how reduction of insoluble substrate (e.g., minerals), soluble substrates

(e.g.,flavins), and cytochrome redox partners might be possible in tandem at different

termini of a trifurcated electron transportchain on the cell surface.

PNAS

原 文 链 接 :http://www.pnas.org/content/early/2011/05/16/1017200108.abstract

DOI:10.1073/pnas.1017200108

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可 同 时 表 达 4 种 荧 光 蛋 白 克 隆 猪 问 世

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

记 者 在 中 科 院 广 州 生 物 医 药 与 健 康 研 究 院 获 悉 , 该 院 近 期 成 功 培 育 出 一 种 特 殊 的 转 基 因

克 隆 猪 , 这 种 克 隆 猪 在 特 定 波 长 的 激 发 光 下 可 分 别 发 出 红 、 黄 、 绿 、 青 4 种 荧 光 , 这 是 国 际

上 首 次 获 得 能 够 同 时 表 达 4 种 荧 光 蛋 白 的 转 基 因 克 隆 猪 。

据 研 究 人 员 介 绍 , 该 项 成 果 的 运 用 , 将 极 大 地 促 进 含 多 种 优 良 性 状 的 转 基 因 克 隆 猪 的 研

究 与 产 业 化 , 为 今 后 加 速 我 国 对 猪 的 遗 传 性 状 进 行 转 基 因 改 良 , 提 高 其 生 产 性 能 , 制 作 用 于

人 类 疾 病 的 动 物 模 型 以 及 作 为 人 类 器 官 移 植 供 体 的 转 基 因 猪 研 究 奠 定 基 础 。

该 研 究 是 广 州 生 物 医 药 与 健 康 研 究 院 研 究 员 赖 良 学 团 队 , 与 南 方 医 科 大 学 教 授 顾 为 望 及

华 南 农 业 大 学 教 授 吴 珍 芳 合 作 完 成 的 。 研 究 组 通 过 电 穿 孔 的 方 法 分 别 将 红 色 、 黄 色 荧 光 蛋 白 、

绿 色 以 及 青 色 荧 光 蛋 白 的 4 种 基 因 同 时 转 入 长 白 猪 胎 儿 成 纤 维 细 胞 , 然 后 进 行 体 细 胞 克 隆 ,

将 克 隆 胚 胎 移 入 代 孕 母 猪 体 内 , 最 终 获 得 11 头 转 基 因 克 隆 猪 。

目 前 , 转 基 因 克 隆 猪 已 健 康 成 长 一 年 多 , 并 开 始 繁 殖 下 一 代 。 该 研 究 成 果 于 日 前 发 表 于

国 际 著 名 期 刊 《 公 共 科 学 图 书 馆 — 综 合 》(PLoS ONE) 上 。

体 细 胞 克 隆 技 术 是 目 前 生 产 转 基 因 大 动 物 最 有 效 的 途 径 , 但 受 体 细 胞 增 殖 能 力 有 限 的 影

响 , 此 前 的 研 究 中 , 每 一 轮 克 隆 只 能 转 入 一 个 外 源 基 因 。 赖 良 学 团 队 经 过 潜 心 研 究 , 利 用

2A 短 肽 序 列 巧 妙 地 将 不 同 的 荧 光 蛋 白 基 因 连 在 同 一 个 载 体 上 , 只 通 过 一 轮 动 物 克 隆 即 成 功

获 得 了 含 多 个 外 源 转 基 因 的 克 隆 猪 , 不 仅 克 服 了 体 细 胞 多 基 因 转 移 的 技 术 障 碍 , 而 且 实 现 了

多 基 因 在 高 水 平 上 的 协 同 表 达 。

猪 是 人 类 组 织 、 细 胞 和 器 官 异 种 移 植 最 有 前 途 的 供 体 , 克 隆 猪 表 达 的 荧 光 蛋 白 为 追 踪 猪

组 织 、 细 胞 和 器 官 在 受 者 体 内 存 活 和 机 能 状 况 提 供 了 重 要 的 标 识 , 表 达 4 种 荧 光 蛋 白 的 克 隆

猪 将 成 为 异 种 移 植 研 发 的 理 想 动 物 模 型 。

( 论 文 作 者 : 赖 良 学 等 文 章 来 源 :《 公 共 科 学 图 书 馆 — 综 合 》)

Use of the 2A Peptide for Generation of Multi-Transgenic Pigs

through a Single Round of Nuclear Transfer

Abstract: Multiple genetic modifications in pigs can essentially benefit research

on agriculture, human disease and xenotransplantation. Most multi-transgenic pigs

have been produced by complex and time-consuming breeding programs using

multiple single-transgenic pigs. This study explored the feasibility of producing

multi-transgenic pigs using the viral 2A peptide in the light of previous research

indicating that it can be utilized for multi-gene transfer in gene therapy and somatic

cell reprogramming. A 2A peptide-based double-promoter expression vector that

mediated the expression of four fluorescent proteins was constructed and transfected

into primary porcine fetal fibroblasts. Cell colonies (54.3%) formed under G418

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

selection co-expressed the four fluorescent proteins at uniformly high levels. The

reconstructed embryos, which were obtained by somatic cell nuclear transfer and

confirmed to express the four fluorescent proteins evenly, were transplanted into

seven recipient gilts. Eleven piglets were delivered by two gilts, and seven of them

co-expressed the four fluorescent proteins at equivalently high levels in various

tissues. The fluorescence intensities were directly observed at the nose, hoof and

tongue using goggles. The results suggest that the strategy of combining the 2A

peptide and double promoters efficiently mediates the co-expression of the four

fluorescent proteins in pigs and is hence a promising methodology to generate

multi-transgenic pigs by a single nuclear transfer.

PLoS ONE (Volume 6, Issue 5)

原 文 链 接 :

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0019986

DOI:10.1371/journal.pone.0019986

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新 技 术 可 生 成 人 工 染 色 质

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

据 美 国 物 理 学 家 组 织 网 报 道 , 美 国 宾 夕 法 尼 亚 大 学 研 究 人 员 通 过 一 种 新 的 实 验 技 术 , 对

基 因 组 中 所 有 成 分 实 现 高 度 控 制 , 生 成 均 匀 一 致 的 染 色 质 串 珠 结 构 , 并 开 发 出 分 析 染 色 体 结

构 的 计 算 机 工 具 , 揭 示 染 色 体 复 杂 的 组 装 过 程 。 新 研 究 在 用 DNA 链 人 工 包 装 染 色 体 方 面 取

得 重 要 进 展 , 也 为 基 因 组 生 化 研 究 开 辟 了 新 途 径 。 相 关 论 文 发 表 在 《 科 学 》 杂 志 上 。

染 色 体 由 DNA 链 和 相 关 蛋 白 质 缠 绕 弯 曲 , 高 度 压 缩 包 装 而 成 。 研 究 小 组 首 先 从 酵 母 菌

细 胞 中 提 取 完 整 的 DNA 染 色 体 组 , 经 过 培 养 提 纯 , 然 后 加 入 相 等 分 量 经 纯 化 的 组 蛋 白 (DNA

与 组 蛋 白 的 重 量 比 例 固 定 为 1∶1)。 组 蛋 白 是 DNA 链 缠 绕 成 染 色 体 的 基 本 材 料 , 这 样 包 装

过 程 就 开 始 了 。

经 过 包 装 后 , 细 长 的 DNA 基 因 链 包 围 着 一 颗 颗 组 蛋 白 形 成 串 珠 一 样 称 为 核 小 体 的 小 结 ,

均 匀 分 布 在 未 打 结 的 DNA 链 上 。 核 小 体 是 一 种 染 色 质 结 构 , 进 一 步 卷 曲 压 缩 则 成 为 染 色 体 。

之 前 其 他 研 究 显 示 , 组 蛋 白 和 DNA 也 能 各 自 沿 着 DNA 链 制 造 一 些 核 小 体 结 点 , 但 这 些 串

珠 的 整 体 结 构 却 和 细 胞 内 形 成 的 染 色 质 大 不 一 样 。

研 究 小 组 找 到 了 一 种 新 方 法 , 在 实 验 中 加 入 了 酵 母 菌 提 取 物 和 ATP, 染 色 质 改 造 酶 从

ATP 中 提 取 了 必 须 的 能 量 , 沿 着 DNA 重 新 配 置 核 小 体 , 重 新 构 造 出 与 细 胞 内 染 色 质 一 样 的

人 造 染 色 质 结 构 。

领 导 该 研 究 的 菲 利 普 · 科 博 解 释 说 , 染 色 质 改 造 酶 会 很 活 跃 地 包 装 核 小 体 , 排 除 每 个 基

因 最 初 所 遭 遇 的 障 碍 , 生 成 了 位 置 均 匀 一 致 的 核 小 体 珠 链 。 如 果 没 有 酵 母 菌 提 取 物 和 ATP,

在 实 验 开 始 时 核 小 体 只 能 随 机 散 布 。

最 关 键 的 是 , 研 究 小 组 还 开 发 出 一 种 计 算 机 图 形 组 装 算 法 , 成 为 从 外 部 研 究 染 色 体 成 分

的 有 力 工 具 , 这 样 , 科 学 家 就 能 ― 看 到 ‖ 酵 母 菌 细 胞 中 超 过 6 万 多 个 核 小 体 形 成 染 色 质 的 排 列

方 式 , 从 而 首 次 在 实 验 中 实 际 探 测 到 了 染 色 体 的 结 构 、 功 能 和 它 们 的 组 成 基 因 。

染 色 质 组 装 过 程 中 的 缺 陷 会 导 致 多 种 疾 病 , 包 括 一 些 癌 症 和 慢 性 紊 乱 。 更 直 接 地 研 究 染

色 质 属 性 和 其 组 装 形 状 , 有 助 于 理 解 疾 病 形 成 并 找 到 相 应 疗 法 。

( 论 文 作 者 :Philipp Korber 文 章 来 源 :《 科 学 》)

A Packing Mechanism for Nucleosome Organization Reconstituted

Across a Eukaryotic Genome

Abstract: Near the 5′ end of most eukaryotic genes, nucleosomes form highly

regular arrays that begin at canonical distances from thetranscriptional start site.

Determinants of this and other aspects of genomic nucleosome organization have

been ascribed tostatistical positioning, intrinsically DNA-encoded positioning, or

some aspect of transcription initiation. Here, we provideevidence for a different

explanation. Biochemical reconstitution of proper nucleosome positioning, spacing,

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

and occupancylevels was achieved across the 5′ ends of most yeast genes by

adenosine triphosphate–dependent trans-acting factors.

Thesetranscription-independent activities override DNA-intrinsic positioning and

maintain uniform spacing at the 5′ ends of geneseven at low nucleosome densities.

Thus, an active, nonstatistical nucleosome packing mechanism creates chromatin

organizingcenters at the 5′ ends of genes where important regulatory elements reside.

Science (volume 332: issue 6032)

原 文 链 接 :http://www.sciencemag.org/content/332/6032/977.abstract

DOI:10.1126/science.1200508

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

元 素 周 期 表 再 添 两 “ 新 丁 ” 原 子 量 分 别 为 289 和 292

据 美 国 《 连 线 》 杂 志 网 站 6 月 6 日 报 道 , 元 素 周 期 表 家 族 再 添 两 名 ― 新 丁 ‖: 超 重 元 素

114 和 116, 原 子 量 分 别 为 289 和 292。 它 们 现 在 是 元 素 周 期 表 中 最 重 的 元 素 , 取 代 了 以 前

的 ― 霸 主 ‖—— 原 子 量 为 285 的 第 112 号 元 素 ― 鎶 ‖ 和 原 子 量 为 272 的 第 111 号 元 素 ― 錀 ‖。

这 两 种 新 元 素 的 放 射 性 极 强 , 会 在 不 到 一 秒 的 时 间 内 衰 减 成 更 轻 的 原 子 ,116 号 元 素 会

快 速 衰 减 为 114 号 元 素 , 紧 接 着 又 会 转 变 为 更 轻 的 元 素 鎶 。

几 年 前 , 科 学 家 就 宣 称 发 现 了 这 两 种 元 素 , 例 如 ,1999 年 , 俄 罗 斯 物 理 学 家 用 高 能 粒

子 钙 -48 冲 击 钚 -244, 产 生 了 一 个 很 快 衰 变 的 第 114 号 元 素 的 原 子 。

第 116 号 元 素 于 2000 年 被 科 学 家 发 现 。 经 过 长 达 10 年 的 进 一 步 研 究 以 及 长 达 3 年 的 审

查 , 国 际 纯 粹 化 学 和 应 用 化 学 联 合 会 (IUPAC) 于 6 月 1 日 正 式 将 这 两 种 新 元 素 添 加 到 元 素

周 期 表 中 。

目 前 这 两 种 元 素 还 没 有 正 式 的 名 称 , 此 前 有 科 学 家 建 议 将 第 114 号 元 素 命 名 为

flerovium, 以 纪 念 苏 联 原 子 物 理 学 家 乔 治 · 弗 洛 伊 洛 夫 ; 将 第 116 号 元 素 命 名 为 moscovium,

以 莫 斯 科 为 名 。

( 作 者 : 刘 霞 文 章 来 源 :《 科 技 日 报 》)

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蛋 白 H3K27me3 去 甲 基 化 酶 研 究 获 进 展

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

PcG 介 导 的 组 蛋 白 H3 第 27 位 赖 氨 酸 上 三 甲 基 化 (H3K27me3) 在 基 因 沉 默 和 发 育 调 控

中 起 着 至 关 重 要 的 作 用 。 小 鼠 胚 胎 干 细 胞 中 超 过 10% 的 基 因 受 该 种 修 饰 调 控 , 拟 南 芥 中 超

过 7,000 个 基 因 受 该 修 饰 调 控 。 拟 南 芥 中 H3K27me3 主 要 由 CLF 和 SWN 两 个 甲 基 转 移 酶 催

化 , 并 招 募 LHP1 结 合 以 有 效 抑 制 基 因 表 达 。 在 哺 乳 动 物 中 H3K27me3 修 饰 是 可 逆 的 , 但

植 物 中 并 不 存 在 哺 乳 动 物 中 H3K27me3 去 甲 基 化 酶 KDM6 的 直 系 同 源 物 。 此 前 有 研 究 表 明 ,

拟 南 芥 中 H3K27me3 甲 基 化 也 是 可 以 被 主 动 去 除 的 , 因 此 揭 示 H3K27me3 去 甲 基 化 的 分 子

机 制 是 植 物 表 观 遗 传 学 研 究 中 的 一 个 重 要 科 学 问 题 。

中 国 科 学 院 遗 传 与 发 育 生 物 学 研 究 所 曹 晓 风 研 究 组 对 植 物 组 蛋 白 去 甲 基 化 酶 基 因 家 族

进 行 了 系 统 鉴 定 和 功 能 分 析 。 该 研 究 组 首 先 建 立 了 植 物 细 胞 内 组 蛋 白 去 甲 基 化 酶 活 性 检 测 体

系 , 通 过 该 体 系 发 现 拟 南 芥 REF6/JMJ12 可 以 特 异 性 地 去 除 H3K27 双 甲 基 化 和 三 甲 基 化 修

饰 。 过 表 达 REF6 的 植 物 与 H3K27me3 功 能 异 常 突 变 体 具 有 相 似 的 表 型 。

遗 传 学 研 究 证 明 ,clf swn 对 ref6 表 现 上 位 效 应 , 同 时 ref6 可 以 部 分 回 复 clf 的 表 型 , 表

明 REF6 和 H3K27me3 甲 基 转 移 酶 起 着 相 互 拮 抗 的 作 用 。 通 过 H3K27me3 抗 体 进 行 染 色 质

免 疫 共 沉 淀 结 合 大 规 模 测 序 分 析 鉴 定 了 数 百 个 基 因 H3K27me3 水 平 上 升 , 这 些 基 因 多 数 是

REF6 的 靶 基 因 , 参 与 植 物 发 育 以 及 对 各 种 刺 激 响 应 等 多 种 生 物 学 过 程 。 转 录 组 分 析 表 明 ,

这 些 基 因 上 H3K27me3 水 平 上 升 与 其 转 录 抑 制 呈 正 相 关 。

综 上 所 述 ,REF6 是 在 植 物 中 首 次 发 现 的 H3K27me3 去 甲 基 化 酶 。REF6 在 动 物 中 的 同

源 蛋 白 KDM4 可 以 去 甲 基 化 H3K9me3,LHP1 在 动 物 中 的 同 源 蛋 白 HP1 在 体 内 结 合

H3K9me3。 由 于 拟 南 芥 中 H3K9me3 水 平 很 低 , 因 此 REF6 和 LHP1 可 能 在 进 化 中 获 得 了 新

的 功 能 , 参 与 到 H3K27me3 介 导 基 因 沉 默 的 调 控 途 径 中 。

这 一 研 究 工 作 填 补 了 植 物 H3K27me3 调 控 机 制 的 一 个 重 要 空 白 , 并 表 明 该 机 制 在 高 等

动 植 物 中 是 保 守 的 , 为 进 一 步 研 究 H3K27me3 在 植 物 生 长 发 育 及 对 环 境 响 应 过 程 中 的 作 用

奠 定 了 基 础 。

该 研 究 结 果 已 于 6 月 5 日 在 《 自 然 — 遗 传 学 》(Nature Genetics) 在 线 发 表 。 曹 晓 风 实 验

室 博 士 研 究 生 陆 发 隆 和 副 研 究 员 崔 霞 为 该 论 文 的 共 同 第 一 作 者 。

( 论 文 作 者 : 曹 晓 风 等 文 章 来 源 :《 自 然 — 遗 传 学 》)

Arabidopsis REF6 is a histone H3 lysine 27 demethylase

Abstract Polycomb group (PcG)-mediated histone H3 lysine 27 trimethylation

(H3K27me3) has a key role in gene repression and developmental regulation1, 2, 3, 4.

There is evidence that H3K27me3 is actively removed in plants5, 6, 7, 8, but it is not

known how this occurs. Here we show that RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6

(REF6), also known as Jumonji domain–containing protein 12 (JMJ12), specifically

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

demethylates H3K27me3 and H3K27me2, whereas its metazoan counterparts, the

KDM4 proteins, are H3K9 and H3K36 demethylases9, 10. Plants overexpressing

REF6 resembled mutants defective in H3K27me3-mediated gene silencing. Genetic

interaction tests indicated that REF6 acts downstream of H3K27me3

methyltransferases. Mutations in REF6 caused ectopic and increased H3K27me3 level

and decreased mRNA expression of hundreds of genes involved in regulating

developmental patterning and responses to various stimuli. Our work shows that

plants and metazoans use conserved mechanisms to regulate H3K27me3 dynamics

but use distinct subfamilies of enzymes.

Nature Genetics

原 文 链 接 :http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/abs/ng.854.html

DOI:10.1038/ng.854

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

科 学 家 研 发 出 胞 内 即 时 影 像 检 测 共 振 传 感 器

来 自 EurekAlert 的 消 息 , 伊 利 诺 大 学 基 因 组 生 物 学 研 究 所 的 研 究 人 员 突 破 了 FRET 技 术

的 局 限 性 , 开 发 了 一 个 共 振 传 感 器 , 来 检 测 细 胞 内 的 氧 化 还 原 动 力 学 的 即 时 影 像 , 这 一 研 究

成 果 公 布 在 《 实 验 生 物 学 与 医 学 》(Experimental Biology and Medicine) 杂 志 上 。

这 项 研 究 由 Robert Clegg 博 士 等 人 完 成 ,Clegg 博 士 是 生 物 科 学 界 发 展 光 学 显 微 镜 新 颖

应 用 的 先 锋 之 一 , 他 在 荧 光 半 衰 期 影 像 显 微 镜 研 究 领 域 获 得 了 许 多 重 要 的 研 究 成 果 。 其 研 究

组 在 之 前 的 研 究 中 已 建 立 了 一 系 列 的 FTRET 供 体 和 受 体 荧 光 蛋 白 在 氧 化 还 原 敏 感 开 关 。

在 这 篇 文 章 中 , 研 究 人 员 在 之 前 研 究 的 基 础 上 , 将 氧 化 还 原 敏 感 的 绿 色 荧 光 蛋 白 (GFPs)

的 概 念 , 转 化 为 FRET 的 成 像 平 台 。 以 FRET 为 基 础 的 感 应 器 的 原 理 主 要 是 应 用 氧 化 还 原 反

应 引 起 氧 化 还 原 敏 感 开 关 的 构 象 变 化 , 改 变 连 接 在 这 个 开 关 的 两 个 荧 光 蛋 白 ( 供 体 和 受 体 )

间 的 距 离 , 从 而 产 生 可 被 检 测 的 共 振 效 率 之 改 变 。 在 氧 化 状 态 下 , 感 应 器 的 荧 光 散 射 波 长 光

谱 红 移 ( 由 于 受 体 荧 光 增 加 ), 这 和 局 部 感 应 器 浓 度 变 化 或 是 激 发 光 的 强 度 无 关 。

以 FRET 为 基 础 的 感 应 器 克 服 了 一 般 以 荧 光 强 度 为 基 础 的 影 像 方 法 所 衍 生 的 障 碍 , 因 为

只 有 能 量 转 移 的 效 率 改 变 时 ,FRET 受 体 分 子 的 荧 光 才 会 增 加 。FRET 的 这 种 特 异 性 和 可 区

别 性 的 特 征 , 是 推 动 发 展 以 共 振 为 基 础 , 而 不 是 只 依 赖 单 一 组 成 的 荧 光 强 度 变 化 作 为 分 析 方

法 的 主 要 动 机 之 一 。

研 究 人 员 认 为 , 这 个 研 究 最 主 要 的 突 破 在 于 改 进 光 讯 号 的 动 态 范 围 , 也 就 是 说 加 强 了 氧

化 态 和 还 原 态 之 间 的 讯 号 差 。 增 加 光 讯 号 的 动 态 范 围 使 得 探 针 更 容 易 区 别 复 杂 的 生 物 样 品 中

的 氧 化 还 原 状 态 。 此 外 , 新 探 针 中 较 高 的 氧 化 中 点 电 位 是 一 个 用 来 侦 测 哺 乳 类 细 胞 中 谷 胱 甘

肽 氧 化 还 原 电 位 的 理 想 工 具 。

以 FRET 为 基 础 的 策 略 有 以 下 的 优 点 :(1) 能 够 量 化 氧 化 还 原 状 态 的 变 化 ,(2) 不 依 赖

感 应 器 的 浓 度 ,(3) 模 块 化 设 计 , 可 以 通 过 改 变 开 关 或 模 块 的 荧 光 探 针 而 精 确 地 调 整 氧 化 还

原 敏 感 性 和 量 测 范 围 。 研 究 人 员 认 为 新 开 发 的 氧 化 还 原 敏 感 性 探 针 可 能 是 至 关 重 要 的 一 个 工

具 来 协 助 我 们 了 解 化 疗 药 物 和 氧 化 剂 的 药 理 和 毒 理 反 应 。

最 近 , 另 外 一 个 实 验 室 也 发 展 了 一 个 以 氧 化 还 原 敏 感 的 萤 光 蛋 白 (roGFP) 为 基 础 的 新

颖 位 差 量 测 探 针 。 利 用 roGFP 感 应 器 来 量 测 需 要 有 两 组 被 不 同 波 长 激 发 出 来 的 萤 光 影 像 强

度 。 利 用 两 组 巯 基 在 双 硫 键 形 成 / 裂 解 的 的 氧 化 还 原 态 之 下 ,roGFP 所 产 生 的 最 大 激 发 光 波

长 来 求 其 比 值 。

( 论 文 作 者 :Vladimir Kolossov 文 章 来 源 :《 实 验 生 物 学 与 医 学 》)

Development of a high-dynamic range, GFP-based FRET probe

sensitive to oxidative microenvironments

Abstract: We report the optimization of a novel redox-sensitive probe with

enhanced dynamic range and an exceptionally well-positioned oxidative midpoint

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

redox potential. The present work characterizes factors that contribute to the improved

Förster resonance energy transfer (FRET) performance of this green fluorescent

protein (GFP)-based redox sensor. The α-helical linker, which separates the FRET

donor and acceptor, has been extended in the new probe and leads to a decreased

FRET efficiency in the linker's reduced, 'FRET-off' state. Unexpectedly, the FRET

efficiency is increased in the new linker's oxidized, 'FRET-on' state compared with the

parent probe, in spite of the longer linker sequence. The combination of a lowered

baseline 'FRET-off' and an increased 'FRET-on' signal significantly improves the

dynamic range of the probe for a more robust discrimination of its reduced and

oxidized linker states. Mutagenesis of the cysteine residues within the α-helix linker

reveals the importance of the fourth, C-terminal cysteine and the relative

insignificance of the second cysteine in forming the disulfide bridge to clamp the

linker into the high-FRET, oxidized state. To further optimize the performance of the

redox probe, various cyan fluorescent protein (CFP)/yellow fluorescent protein (YFP)

FRET pairs, placed at opposite ends of the improved redox linker (RL7), were

quantitatively compared and exchanged. We found that the CyPet/YPet and

ECFP/YPet FRET pairs when attached to RL7 do not function well as sensitive redox

probes due to a strong tendency to form heterodimers, which disrupt the α-helix.

However, monomeric versions of CyPet and YPet (mCyPet and mYPet) eliminate

dimerization and restore redox sensitivity of the probe. The best performing probe,

ECFP-RL7-EYFP, exhibits an approximately six-fold increase in FRET efficiency in

vitro when passing from the oxidized to the reduced state. We determined the

midpoint redox potential of the probe to be -143 ± 6 mV, which is ideal for measuring

glutathione (GSH/GSSG) redox potentials in oxidative compartments of mammalian

cells (e.g. the endoplasmic reticulum).

Experimental biology and medicine (Maywood, N.J.) Vol 236, Issue 6, pp 681-691

原 文 链 接 :http://ebm.rsmjournals.com/cgi/content/abstract/236/6/681

DOI:10.1258/ebm.2011.011009

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

研 究 揭 示 南 水 北 调 中 线 工 程 水 源 地 湿 地 生 态 功 能

不 同 坡 度 下 的 丹 江 口 水 库 消 落 区 湿 地 景 观

丹 江 口 水 库 是 南 水 北 调 中 线 工 程 的 水 源 地 , 其 水 质 状 况 关 系 着 中 线 调 水 工 程 沿 线 地 区

的 用 水 安 全 。 水 库 消 落 区 湿 地 是 水 体 与 陆 地 之 间 的 过 渡 带 , 具 有 较 为 丰 富 的 生 物 多 样 性 和 独

特 的 生 态 服 务 功 能 。 丹 江 口 水 库 消 落 区 湿 地 是 控 制 库 区 污 染 入 库 的 最 后 一 道 防 线 , 对 于 削 减

非 点 源 污 染 物 入 库 总 量 、 保 障 水 库 水 质 安 全 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。

中 科 院 武 汉 植 物 园 刘 文 治 博 士 、 张 全 发 研 究 员 和 刘 贵 华 研 究 员 通 过 吸 附 - 解 吸 附 实 验 发

现 , 丹 江 口 水 库 消 落 区 湿 地 的 土 壤 具 有 较 高 的 磷 吸 附 容 量 , 每 千 克 土 壤 的 最 大 磷 吸 附 值 可 达

771.3 mg, 但 秋 冬 季 水 位 的 上 升 会 导 致 24.11% 的 土 壤 吸 附 磷 重 新 释 放 到 水 体 中 去 。 通 过 乙

炔 抑 制 - 气 相 色 谱 实 验 , 刘 文 治 等 还 发 现 消 落 区 湿 地 不 同 植 物 群 落 土 壤 的 反 硝 化 能 力 存 在 着

显 著 性 的 差 异 , 水 蓼 和 藨 草 群 落 土 壤 的 反 硝 化 能 力 要 显 著 高 于 其 它 群 落 。 植 物 生 物 量 、 植 被

盖 度 与 反 硝 化 能 力 呈 显 著 的 正 相 关 关 系 。

研 究 结 果 表 明 , 丹 江 口 水 库 消 落 区 湿 地 具 有 较 强 的 氮 磷 污 染 削 减 能 力 , 植 被 条 件 对 湿 地

去 氮 能 力 有 显 著 影 响 。 这 也 提 示 在 大 坝 加 高 后 植 被 重 建 过 程 中 , 可 以 通 过 对 消 涨 带 湿 地 植 被

的 定 向 构 建 来 增 强 湿 地 的 去 氮 功 能 , 以 更 好 地 保 障 丹 江 口 水 库 的 水 质 安 全 。

以 上 研 究 结 果 已 发 表 在 《 海 洋 与 淡 水 研 究 》(Marine and Freshwater Research) (61:

507–512) 和 Clean – Soil, Air, Water (39: 109–115) 等 学 术 期 刊 上 。

( 论 文 作 者 : 张 全 发 等 文 章 来 源 :《 海 洋 与 淡 水 研 究 》)

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

Phosphorus sorption and desorption characteristics of wetland soils

from a subtropical reservoir

Abstract: Water-level regulation results in alternating exposure and inundation

of soils in reservoir fluctuation zones, which may significantly influence the

phosphorus sorption and desorption processes in the soil. The present study

investigated the phosphorus sorption and desorption properties of wetland soils in

China's Danjiangkou Reservoir using a batch equilibrium technique. Results showed

that the maximum phosphorus sorption ranged from 435 to 1429 mg kg-1, with an

average of 771 mg kg-1. The maximum phosphorus sorption was found to be

significantly related to amorphous iron (r = 0.883, P < 0.01) and pH (r = -0.333, P <

0.05), and the binding constant k was strongly correlated with the amorphous iron (r =

0.475, P < 0.01) and organic matter (r = -0.455, P < 0.01). The phosphorus desorption

percentage varied from 8 to 44%, with a mean value of 24%. The present study

implies that short-term inundation in reservoir fluctuation zones would result in soil

phosphorus desorption to some extent, in spite of the considerable absorption ability

in the exposure period. These results are useful for assessing the phosphorus retention

capacity of wetland soils and optimising management strategies for water

conservation in reservoir regions.

Marine and Freshwater Research

原 文 链 接 :http://www.publish.csiro.au/paper/MF09013.htm

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5 月 26 日 《 自 然 》 杂 志 精 选

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

封 面 故 事 : 疫 苗 和 免 疫 问 题 聚 焦

本 期 一 系 列 新 闻 特 写 文 章 、 评 论 文 章 和 研 究 论 文 聚 焦 于 疫 苗 和 免 疫 问 题 。 在 一 篇 文 章 中 ,

Rino Rappuoli 和 Alan Aderem 提 出 , 到 2020 年 , 合 理 设 计 的 疫 苗 将 能 够 解 决 HIV/ 艾 滋 病 、

疟 疾 和 肺 结 核 三 种 问 题 。 在 Comment 栏 目 中 ,Julie Leask 提 出 一 个 问 题 : 在 发 达 社 会 中 人

们 怎 样 才 能 对 免 疫 有 更 大 的 接 受 程 度 。Heidi Larson 和 Isaac Ghinai 总 结 了 在 发 展 中 国 家 脊 髓

灰 质 炎 长 期 防 治 工 作 中 所 得 到 的 经 验 教 训 。 在 ― 新 闻 特 写 ‖ 栏 目 中 ,Roberta Kwok 分 析 了 最 近

的 疫 苗 安 全 问 题 ;Corie Lok 介 绍 了 免 疫 学 家 Bruce Walker 及 其 为 彻 底 改 变 HIV 疫 苗 研 究 领

域 所 作 的 尝 试 。

蛋 白 复 合 物 的 单 分 子 解 析

对 蛋 白 相 互 作 用 进 行 分 析 , 是 了 解 细 胞 功 能 和 调 控 的 关 键 。Taekjip Ha 及 其 同 事 建 立 了

以 单 分 子 分 辨 率 来 解 析 来 自 细 胞 和 组 织 的 蛋 白 复 合 物 的 身 份 及 化 学 计 量 特 征 的 一 种 新 方 法 。

被 称 为 ― 单 分 子 下 拉 ‖(SiMPull) 的 这 种 方 法 能 区 分 一 种 蛋 白 的 多 种 关 联 状 态 , 同 时 还 允 许

通 过 ― 光 漂 白 ‖ 层 次 分 析 来 确 定 复 杂 的 化 学 计 量 特 征 。 该 分 析 方 法 的 潜 力 在 各 种 不 同 场 景 下 都

得 到 了 演 示 , 其 中 包 括 利 用 来 自 组 织 提 取 物 、 细 胞 器 及 膜 蛋 白 的 内 生 蛋 白 所 进 行 的 分 析 工 作 。

利 用 数 据 库 确 定 蛋 白 结 构 的 新 方 法

由 于 ― 蛋 白 数 据 库 ‖(Protein Data Bank) 现 已 有 超 过 6 万 个 结 构 , 所 以 经 常 有 可 能 创 建

基 于 同 源 性 的 模 型 , 来 帮 助 确 定 具 有 一 个 未 知 三 维 结 构 的 某 一 蛋 白 的 X 射 线 晶 体 结 构 。 但

当 人 们 所 感 兴 趣 的 蛋 白 的 序 列 与 已 知 结 构 的 符 合 程 度 不 到 30% 时 , 当 前 的 方 法 通 常 会 失 败 。

一 种 能 够 克 服 这 一 局 限 性 的 新 方 法 已 经 建 立 , 并 成 功 地 用 在 了 13 个 X 射 线 衍 射 数 据 集 的 8

个 当 中 , 它 们 用 传 统 方 法 是 不 能 得 到 解 析 的 。 只 要 分 辨 率 为 3.2 埃 或 更 好 , 在 非 对 称 单 元 中

有 四 个 或 更 少 的 版 本 , 且 已 有 ― 序 列 身 份 ‖ 符 合 度 超 过 20% 的 同 源 蛋 白 的 结 构 , 那 么 在 当 前 方

法 会 失 败 的 一 半 以 上 的 情 形 中 , 该 新 方 法 应 能 在 没 有 实 验 ― 相 信 息 ‖ 的 情 况 下 快 速 确 定 蛋 白 的

结 构 。

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

火 星 的 形 成 与 生 长

Nicolas Dauphas 和 Ali Pourmand 利 用 精 确 的 铪 — 钨 — 钍 同 位 素 数 据 研 究 发 现 , 火 星 吸

积 生 长 速 度 非 常 快 , 在 200 万 年 或 更 多 的 时 间 里 就 达 到 了 其 目 前 大 小 的 约 一 半 。 这 一 发 现 与

它 是 一 个 ― 受 困 ‖ 的 行 星 ― 胚 胎 ‖, 随 后 不 曾 与 其 他 天 体 碰 撞 和 合 并 的 观 点 是 一 致 的 , 并 且 也 许

还 能 解 释 为 什 么 火 星 的 质 量 远 远 小 于 金 星 和 地 球 的 质 量 。 这 些 结 果 还 表 明 , 火 星 是 在 星 云 气

体 耗 散 之 前 生 长 的 , 当 时 直 径 约 100 公 里 的 ― 微 行 星 ‖( 如 球 粒 状 陨 石 的 母 天 体 ) 仍 在 形 成 中 。

真 核 生 物 登 陆 时 间 被 提 前

在 来 自 苏 格 兰 高 地 西 北 ― 托 里 东 组 ‖ 的 距 今 10 亿 年 的 前 寒 武 纪 页 岩 中 所 获 得 的 化 石 发 现

表 明 , 能 够 在 陆 地 上 生 活 的 真 核 生 物 从 海 洋 中 登 陆 的 时 间 要 比 人 们 以 前 所 认 为 的 更 早 。 生 命

是 在 距 今 超 过 30 亿 年 前 从 海 洋 中 起 源 的 , 但 人 们 对 其 首 次 出 现 在 陆 地 上 的 时 间 却 不 是 很 清

楚 。 微 化 石 团 块 沉 积 在 以 前 的 湖 床 上 和 硅 化 的 微 生 物 垫 中 , 代 表 着 长 达 1 毫 米 、 有 有 机 壁 的

一 个 多 样 化 的 多 细 胞 生 物 类 群 中 的 成 员 。 它 们 似 乎 曾 是 生 活 在 淡 水 中 的 简 单 真 核 生 物 , 而 且

也 许 有 时 会 部 分 暴 露 于 空 气 中 。

奥 陶 纪 的 海 洋 捕 食 者

―Anomalocaridids‖ 是 寒 武 纪 海 洋 中 巨 大 的 节 肢 动 物 捕 食 者 。 它 们 是 来 自 加 拿 大 中 寒 武 纪

伯 吉 斯 页 岩 的 奇 特 化 石 发 现 之 一 , 并 以 此 而 出 名 , 已 在 世 界 各 地 的 寒 武 纪 地 层 中 发 现 , 但 人

们 过 去 却 广 泛 认 为 它 们 及 其 亲 缘 种 没 有 存 活 到 寒 武 纪 之 后 。 现 在 ,Peter Van Roy 和 Derek

Briggs 通 过 关 于 来 自 摩 洛 哥 奥 陶 纪 地 层 的 ―Anomalocaridids‖ 的 一 篇 报 告 , 将 这 些 奇 特 动 物 的

记 录 延 伸 到 了 奥 陶 纪 。 除 了 它 们 之 外 , 最 近 还 有 一 些 来 自 这 个 国 家 的 寒 武 纪 动 物 化 石 见 诸 报

道 。 其 中 的 一 种 奥 陶 纪 ―Anomalocaridids‖ 长 度 约 一 米 左 右 , 也 许 能 够 挑 战 鹦 鹉 螺 目 软 体 动 物

等 捕 食 者 在 海 洋 中 的 统 治 地 位 。

基 于 T- 细 胞 的 HIV/ 艾 滋 病 免 疫 新 路 线

在 近 年 来 发 生 的 一 些 引 起 人 们 高 度 关 注 的 临 床 试 验 失 败 之 后 ,HIV/ 艾 滋 病 疫 苗 研 究 的

重 点 已 从 控 制 病 毒 复 制 的 基 于 T- 细 胞 的 疫 苗 转 向 阻 断 感 染 发 生 的 疫 苗 。 对 于 基 于 T- 细 胞 的

免 疫 方 法 ,Hansen 等 人 走 了 一 条 新 路 , 他 们 所 采 用 的 是 巨 细 胞 病 毒 (CMV) 载 体 。 他 们 发

现 , 接 种 一 种 针 对 ― 猿 免 疫 缺 陷 病 毒 ‖(SIV) 的 、 基 于 ― 恒 河 猴 -CMV‖ 的 疫 苗 , 可 以 使 恒 河 猴

对 SIV 有 长 期 抵 抗 力 。 这 种 保 护 似 乎 是 由 组 织 中 的 T- 效 应 子 记 忆 反 应 来 调 控 的 , 说 明 CMV

等 持 久 性 病 毒 载 体 在 HIV/ 艾 滋 病 疫 苗 中 可 能 是 有 效 的 。

作 者 : 田 天 文 章 来 源 :《 科 学 时 报 》

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研 究 发 现 雌 凹 耳 蛙 听 不 见 超 声

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

在 两 篇 《 自 然 》(Nature) 论 文 报 道 ― 雄 凹 耳 蛙 有 超 声 通 讯 能 力 ‖ 和 ― 雌 凹 耳 蛙 叫 声 诱 发 雄

蛙 非 凡 趋 声 行 为 ‖ 之 后 ,6 月 14 日 ,《 自 然 — 通 讯 》(Nature Communications) 发 表 了 题 为 ― 超

声 蛙 听 觉 频 率 灵 敏 度 显 示 非 同 寻 常 的 性 别 差 异 ‖ 一 文 , 特 别 报 道 了 中 科 院 生 物 物 理 研 究 所 ― 雌

蛙 对 超 声 没 有 反 应 ‖ 这 项 重 要 成 果 。 该 文 的 第 一 作 者 和 通 讯 作 者 为 生 物 物 理 所 沈 钧 贤 研 究 员 。

研 究 表 明 , 作 为 通 讯 方 式 之 一 , 仅 雄 凹 耳 蛙 进 化 了 超 声 听 觉 。

声 通 讯 在 蛙 繁 殖 行 为 中 起 着 重 要 作 用 。 已 证 实 雄 凹 耳 蛙 有 超 声 通 讯 能 力 , 但 还 不 清 楚 雌

蛙 是 否 有 超 声 通 讯 。 生 物 物 理 所 沈 钧 贤 研 究 员 及 同 事 进 行 声 学 、 电 生 理 学 及 激 光 测 振 实 验 发

现 , 将 雄 凹 耳 蛙 求 偶 声 回 放 给 雌 蛙 , 记 录 到 雌 蛙 对 正 常 范 围 叫 声 的 反 应 ( 趋 声 , 有 时 还 发 出

雌 蛙 特 有 的 高 频 短 声 ), 但 对 超 声 范 围 ( 频 率 高 于 20 千 赫 ) 的 求 偶 声 没 有 反 应 。

雌 蛙 中 脑 听 觉 电 生 理 研 究 进 一 步 证 实 : 在 超 声 范 围 内 观 测 不 到 雌 蛙 有 听 觉 反 应 。 激 光 多

普 勒 测 振 实 验 也 提 示 , 雌 蛙 鼓 膜 对 超 声 不 敏 感 。 他 们 认 为 , 凹 耳 蛙 听 觉 存 在 显 著 的 性 别 差 异 :

雄 蛙 进 化 了 超 声 听 觉 , 而 雌 蛙 听 不 见 超 声 。 在 脊 椎 动 物 中 , 凹 耳 蛙 是 唯 一 已 知 听 觉 性 别 差 异

如 此 巨 大 的 物 种 。

( 论 文 作 者 : 沈 钧 贤 等 文 章 来 源 :《 自 然 — 通 讯 》)

Ultrasonic frogs show extraordinary sex differences in auditory

frequency sensitivity

Abstract: Acoustic communication has an important role in the reproductive

behaviour of anurans. Although males of the concave-eared frog (Odorrana tormota)

have shown an ultrasonic communication capacity adapted to the intense,

predominately low-frequency ambient noise from local streams, whether the females

communicate with ultrasound remains unclear. Here we present evidence that females

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

exhibit no ultrasonic sensitivity. Acoustic playback experiments show that the calls

from male evoke phonotaxis and vocal responses from gravid females, whereas the

ultrasonic components (frequencies above 20 kHz) of the calls do not elicit any

phonotaxis or vocalization in the females. Electrophysiological recordings from the

auditory midbrain reveal an upper frequency limit at 16 kHz in females. Laser

Doppler vibrometer measurements show that the velocity amplitude of the tympanic

membranes peaks at 5 kHz in females and at ~7 kHz in males. The auditory sex

differences in O. tormota imply that ultrasonic hearing has evolved only in male

anurans.

Nature Communications

原 文 链 接 :http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n6/full/ncomms1339.html

DOI:10.1038/ncomms1339

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

大 气 二 氧 化 碳 浓 度 改 变 植 物 对 线 虫 诱 导 抗 性

地 上 与 地 下 生 物 的 互 作 联 系 是 当 代 生 态 学 研 究 的 热 点 , 而 大 气 中 CO2 浓 度 升 高 是 未 来

发 生 的 必 然 趋 势 。 由 于 茉 莉 酸 介 导 的 系 统 防 御 能 够 贯 串 植 物 的 地 上 与 地 下 部 分 , 因 此 研 究 植

物 的 茉 莉 酸 诱 导 抗 性 途 径 可 以 将 大 气 CO2 浓 度 升 高 和 地 下 线 虫 危 害 有 机 的 联 系 起 来 , 探 讨

大 气 CO2 浓 度 升 高 如 何 通 过 植 物 产 生 级 联 效 应 (cascading effect) 影 响 地 下 生 物 。

中 科 院 动 物 研 究 所 种 群 生 态 学 研 究 组 在 CO2 人 工 气 候 箱 中 , 利 用 茉 莉 酸 防 御 途 径 加 强

型 番 茄 35S、 茉 莉 酸 防 御 途 径 缺 失 型 番 茄 spr2 和 野 生 型 番 茄 Wt 三 种 试 验 材 料 , 研 究 了 大 气

CO2 浓 度 倍 增 (750ppm) 的 环 境 下 , 三 种 基 因 型 番 茄 对 南 方 根 结 线 虫 抗 性 的 变 化 。 研 究 发

现 , 大 气 CO2 浓 度 升 高 降 低 了 野 生 型 和 35S 番 茄 中 以 蛋 白 酶 抑 制 剂 (PI) 为 代 表 的 茉 莉 酸

诱 导 防 御 水 平 , 增 加 了 野 生 型 和 spr2 番 茄 中 以 病 程 相 关 蛋 白 (PR) 为 代 表 的 水 杨 酸 诱 导 防

御 水 平 。CO2 浓 度 升 高 改 变 了 不 同 番 茄 基 因 型 的 茉 莉 酸 和 水 杨 酸 诱 导 防 御 途 径 下 游 基 因 的

表 达 , 以 及 总 酚 、 黄 酮 和 单 宁 等 次 生 物 质 含 量 , 从 而 降 低 了 茉 莉 酸 防 御 途 径 加 强 型 番 茄 35S

对 线 虫 的 抗 性 。

结 果 表 明 : 尽 管 CO2 浓 度 升 高 同 时 增 加 三 种 基 因 型 番 茄 的 碳 氮 比 , 加 快 了 植 物 的 生 长

发 育 , 却 改 变 了 不 同 基 因 型 内 源 防 御 途 径 的 互 作 关 系 , 进 而 导 致 不 同 基 因 型 番 茄 在 未 来 环 境

下 对 地 下 线 虫 抗 性 的 变 化 。

以 上 研 究 发 表 在 《 公 共 科 学 图 书 馆 — 综 合 》(PLoS ONE) 上 。

( 论 文 作 者 :Feng Ge 文 章 来 源 :《 公 共 科 学 图 书 馆 — 综 合 》)

Elevated CO 2 Influences Nematode-Induced Defense Responses of

Tomato Genotypes Differing in the JA Pathway

Abstract: Rising atmospheric CO 2 concentrations can affect the induced defense

of plants against chewing herbivores but little is known about whether elevated CO 2

can change the induced defense of plants against parasitic nematodes. This study

examined the interactions between the root-knot nematode Meloidogyne incognita

and three isogenic tomato (Lycopersicon esculentum) genotypes grown under ambient

(390 ppm) and elevated (750 ppm) CO 2 in growth chambers. In a previous study with

open-top chambers in the field, we reported that elevated CO 2 increased the number

of nematode-induced root galls in a JA-defense-dominated genotype but not in a

wild-type or JA-defense-recessive genotype. In the current study, we tested the

hypothesis that elevated CO 2 will favor the salicylic acid (SA)-pathway defense but

repress the jasmonic acid (JA)-pathway defense of plants against plant-parasitic

nematodes. Our data showed that elevated CO 2 reduced the JA-pathway defense

against M. incognita in the wild-type and in a genotype in which defense is dominated

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

by the JA pathway (a JA-defense-dominated genotype) but up-regulated the

SA-pathway defense in the wild type and in a JA-defense-recessive genotype

(jasmonate-deficient mutant). Our results suggest that, in terms of defense genes,

secondary metabolites, and volatile organic compounds, induced defense of

nematode-infected plants could be affected by elevated CO 2 , and that CO 2 -induced

changes of plant resistance may lead to genotype-specific responses of plants to

nematodes under elevated CO 2 . The changes in resistance against nematodes, however,

were small relative to those reported for chewing insects.

PLoS ONE

原 文 链 接 :http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0019751

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盗 蜜 行 为 和 植 物 相 互 关 系 研 究 获 进 展

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

盗 蜜 是 指 昆 虫 、 鸟 类 或 其 他 访 花 者 通 过 在 花 冠 上 打 洞 的 方 式 取 食 花 蜜 的 现 象 。 对 这 一 现

象 的 研 究 发 现 , 盗 蜜 对 宿 主 植 物 存 在 直 接 影 响 和 间 接 影 响 。 直 接 影 响 包 括 两 个 方 面 : 一 是 盗

蜜 者 为 宿 主 植 物 传 粉 , 即 在 传 粉 者 缺 乏 时 , 盗 蜜 者 对 植 物 的 繁 殖 具 有 一 定 的 保 障 作 用 ; 二 是

盗 蜜 者 破 坏 宿 主 植 物 的 繁 殖 器 官 , 导 致 植 物 的 繁 殖 适 合 度 降 低 。 间 接 影 响 主 要 是 因 盗 蜜 者 取

食 花 蜜 导 致 传 粉 昆 虫 的 行 为 改 变 , 间 接 影 响 植 物 的 繁 殖 适 合 度 。 由 于 完 全 自 交 的 植 物 没 有 传

粉 者 , 通 常 的 观 点 认 为 盗 蜜 对 自 交 植 物 没 有 影 响 。

中 国 科 学 院 昆 明 植 物 研 究 所 ( 青 藏 高 原 研 究 所 昆 明 部 ) 硕 士 研 究 生 张 婵 在 导 师 杨 永 平 研

究 员 和 段 元 文 副 研 究 员 的 指 导 下 , 以 龙 胆 科 喉 毛 花 属 植 物 喉 毛 花 (Comastoma pulmonarium)

为 研 究 对 象 , 在 中 科 院 海 北 高 寒 草 甸 生 态 系 统 定 位 观 测 站 开 展 了 历 时 两 年 的 试 验 研 究 , 并 结

合 2001 年 的 试 验 结 果 , 发 现 : 海 北 站 附 近 分 布 的 喉 毛 花 分 泌 了 大 量 花 蜜 , 却 以 自 交 的 方 式

产 生 种 子 ; 花 蜜 的 主 要 消 费 者 是 盗 蜜 昆 虫 ( 克 什 米 尔 熊 蜂 ,Bombus kashmirensis); 盗 蜜 可

能 通 过 降 低 喉 毛 花 用 于 发 育 受 精 胚 珠 的 资 源 而 引 起 种 子 选 择 性 败 育 , 进 而 降 低 了 被 盗 蜜 花 产

生 后 代 的 近 交 衰 退 , 但 并 没 有 促 进 自 交 的 进 化 。

该 研 究 结 果 以 ―Selective seed abortion induced by nectar robbing in the selfing plant

Comastoma pulmonarium‖ 为 题 在 线 发 表 于 《 新 植 物 学 家 》(New Phytologist) 杂 志 。 审 稿 专

家 对 该 研 究 的 结 果 给 予 了 很 高 评 价 , 认 为 该 研 究 从 实 验 设 计 到 结 论 均 具 有 极 大 创 新 性 , 首 次

有 力 挑 战 了 以 往 认 为 盗 蜜 对 自 交 植 物 没 有 影 响 的 观 点 。 并 认 为 , 该 创 新 性 的 研 究 为 盗 蜜 生 态

学 尤 其 是 盗 蜜 对 自 交 植 物 资 源 分 配 的 研 究 提 供 了 新 的 研 究 思 路 , 极 大 地 推 动 了 盗 蜜 研 究 领 域

的 新 进 展 。

( 论 文 作 者 : 杨 永 平 等 文 章 来 源 :《 新 植 物 学 家 》)

Selective seed abortion induced by nectar robbing in the selfing

plant Comastoma pulmonarium

Abstract: Self-pollination often provides plants with the benefit of reproductive

assurance; thus, it is generally assumed that species’ interactions that alter floral

attractiveness or rewards, such as nectar robbing, will have little effect on the seed

production of selfing species. We challenge this view with experimental data from

Comastoma pulmonarium, a selfing annual experiencing a high ratio of nectar robbing

in the Qinghai–Tibet Plateau. We manipulated robbing (robbed or netted) and

pollination mode (hand-selfed or hand-outcrossed) in a factorial design and measured

the number of developing ovules and mature seeds, together with seed weight and

seed germination, in each treatment. Robbing decreased the number of mature seeds,

but not the number of developing ovules, suggesting a negative influence of robbers

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

through indirect effects via selective seed abortion. We found no evidence for

early-acting inbreeding depression, but found later-acting inbreeding depression. Our

data also suggested that later-acting inbreeding depression of progeny from robbed

flowers could be reduced in comparison with that from unrobbed flowers. We suggest

that nectar robbing can have both negative and positive effects on the quantity and

quality, respectively, of progeny produced in selfing plants, and challenge the view

that robbing has no effect on selfing species.

New Phytologist

原 文 链 接 :

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2011.03785.x/abstract

DOI:10.1111/j.1469-8137.2011.03785.x

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小 麦 热 激 蛋 白 90 家 族 研 究 获 进 展

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

热 激 蛋 白 90(Hsp90) 家 族 是 一 类 进 化 上 非 常 保 守 的 热 激 蛋 白 , 广 泛 存 在 于 动 植 物 和 真

菌 中 。 作 为 一 种 重 要 的 分 子 伴 侣 ,Hsp90 参 与 多 种 生 理 过 程 , 如 信 号 传 导 、 蛋 白 质 折 叠 和 降

解 等 。Hsp90 在 细 胞 质 、 线 粒 体 、 叶 绿 体 和 内 质 网 中 都 有 分 布 。 此 前 的 研 究 表 明 , 胞 质 Hsp90

在 调 控 植 物 的 生 长 发 育 、 抗 病 耐 逆 过 程 、 缓 冲 遗 传 变 异 等 方 面 具 有 重 要 功 能 , 但 已 有 的 研 究

主 要 集 中 在 拟 南 芥 和 烟 草 等 双 子 叶 模 式 植 物 上 , 而 在 单 子 叶 植 物 , 如 小 麦 中 尚 未 进 行 系 统 研

究 。 因 此 , 对 小 麦 胞 质 Hsp90 家 族 进 行 系 统 鉴 定 和 生 物 学 功 能 研 究 , 对 深 入 认 识 小 麦 生 长

发 育 调 控 和 抗 病 耐 逆 过 程 具 有 重 要 的 理 论 意 义 , 对 小 麦 品 种 改 良 也 具 有 应 用 价 值 。

中 国 科 学 院 遗 传 与 发 育 生 物

学 研 究 所 张 相 岐 研 究 组 和 王 道 文

研 究 组 合 作 , 对 小 麦 胞 质 Hsp90

基 因 家 族 进 行 了 系 统 鉴 定 和 功 能

分 析 。 首 先 , 根 据 植 物 Hsp90 基

因 保 守 序 列 设 计 引 物 , 通 过 PCR

扩 增 和 筛 选 普 通 小 麦 BAC 文 库 等

方 法 获 得 了 9 个 胞 质 Hsp90 基 因

的 cDNA 和 基 因 组 DNA 序 列 。 从

结 构 上 , 这 9 个 基 因 可 明 显 分 为 3 组 , 即 TaHsp90.1,TaHsp90.2 和 TaHsp90.3。 染 色 体 定 位

表 明 , 这 3 组 TaHsp90 基 因 分 别 位 于 第 2、7 和 5 同 源 群 染 色 体 上 , 每 组 有 3 个 成 员 , 分 别

来 自 A、B 和 D 基 因 组 , 据 此 将 9 个 基 因 分 别 命 名 为 TaHsp90.1-A1、B1、D1,TaHsp90.2-A1、

B1、D1 和 TaHsp90.3-A1、B1、D1。 同 时 , 通 过 同 源 克 隆 方 法 获 得 了 普 通 小 麦 A 基 因 组 的

二 倍 体 供 体 种 乌 拉 尔 图 小 麦 (T. urartu,AA)、D 基 因 组 的 二 倍 体 供 体 种 粗 山 羊 草 (Ae. tauschii,

DD) 和 四 倍 体 的 野 生 二 粒 小 麦 (T. turgidum ssp. dicoccoides,AABB) 中 的 全 部 12 个 同 源

基 因 。

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

进 化 分 析 显 示 ,Hsp90.2 和 Hsp90.3 两 组 基 因 的 亲 缘 关 系 较 近 , 在 进 化 树 中 处 于 一 个 分

枝 , 而 Hsp90.1 与 其 它 两 组 Hsp90 基 因 的 亲 缘 关 系 相 对 较 远 , 单 独 处 于 一 个 分 枝 。 暗 示 3

组 胞 质 Hsp90 可 能 已 经 产 生 了 功 能 分 化 。 随 后 , 利 用 病 毒 诱 导 的 基 因 沉 默 (VIGS) 实 验 对

3 组 Hsp90 基 因 的 功 能 进 行 了 分 析 。 结 果 表 明 , 降 低 TaHsp90.1 基 因 的 表 达 后 , 小 麦 植 株 发

育 明 显 迟 缓 , 而 部 分 沉 默 其 它 两 组 基 因 对 植 株 生 长 发 育 无 明 显 影 响 , 说 明 TaHsp90.1 是 小 麦

正 常 生 长 发 育 所 必 需 的 。 对 通 过 VIGS 分 别 降 低 了 3 组 TaHsp90 基 因 表 达 的 抗 条 锈 病 小 麦 品

种 Suwon11 植 株 接 种 小 麦 条 锈 菌 小 种 Cy29, 结 果 发 现 降 低 TaHsp90.2 或 TaHsp90.3 表 达 的

植 株 对 条 锈 菌 的 抗 性 (HR) 丧 失 , 沦 为 感 病 , 而 降 低 TaHsp90.1 表 达 的 植 株 仍 然 保 持 对 Cy29

的 良 好 抗 性 。 说 明 TaHsp90.2 和 TaHsp90.3 两 组 基 因 具 有 抗 小 麦 条 锈 病 功 能 。

该 研 究 首 次 揭 示 了 小 麦 胞 质 Hsp90 基 因 家 族 内 部 的 功 能 分 化 , 并 证 实 了 不 同 组 的 基 因

分 别 具 有 调 控 生 长 发 育 或 抗 条 锈 病 功 能 。

该 研 究 结 果 已 于 4 月 13 日 在 《 新 植 物 学 家 》(New Phytologist) 上 在 线 发 表 。

( 论 文 作 者 : 张 相 岐 等 文 章 来 源 :《 新 植 物 学 家 》)

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

Molecular analysis of common wheat genes encoding three types of

cytosolic heat shock protein 90 (Hsp90): functional involvement of

cytosolic Hsp90s in the control of wheat seedling growth and disease

resistance

Abstract: Heat shock protein 90 (Hsp90) molecular chaperones play important

roles in plant growth and responses to environmental stimuli. However, little is known

about the genes encoding Hsp90s in common wheat. Here, we report genetic and

functional analysis of the genes specifying cytosolic Hsp90s in this species. Three

groups of homoeologous genes (TaHsp90.1, TaHsp90.2 and TaHsp90.3), encoding

three types of cytosolic Hsp90, were isolated. The loci containing TaHsp90.1,

TaHsp90.2 and TaHsp90.3 genes were assigned to groups 2, 7 and 5 chromosomes,

respectively. TaHsp90.1 genes exhibited higher transcript levels in the stamen than in

the leaf, root and culm. TaHsp90.2 and TaHsp90.3 genes were more ubiquitously

transcribed in the vegetative and reproductive organs examined. Decreasing the

expression of TaHsp90.1 genes through virus-induced gene silencing (VIGS) caused

pronounced inhibition of wheat seedling growth, whereas the suppression of

TaHsp90.2 or TaHsp90.3 genes via VIGS compromised the hypersensitive resistance

response of the wheat variety Suwon 11 to stripe rust fungus. Our work represents the

first systematic determination of wheat genes encoding cytosolic Hsp90s, and

provides useful evidence for the functional involvement of cytosolic Hsp90s in the

control of seedling growth and disease resistance in common wheat.

New Phytologist

原 文 链 接 :

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2011.03715.x/abstract

DOI:10.1111/j.1469-8137.2011.03715.x

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研 究 揭 开 两 种 家 养 水 稻 进 化 起 源

2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

6 月 9 日 , 在 最 新 一 期 的 《 公 共 科 学 图 书 馆 — 遗 传 学 》(PLoS Genetics) 上 , 来 自 中 国

科 学 院 北 京 基 因 组 研 究 所 的 吴 仲 义 研 究 员 和 中 山 大 学 施 苏 华 教 授 发 表 了 合 作 研 究 文 章 《 水 稻

基 因 组 两 种 进 化 历 史 : 驯 化 基 因 的 角 色 》(Two Evolutionary Histories in the Genome of Rice: the

Roles of Domestication Genes), 揭 开 了 两 种 家 养 稻 起 源 进 化 的 重 要 篇 章 。

水 稻 是 最 重 要 的 粮 食 作 物 之 一 , 供 养 着 超 过 三 分 之 一 的 世 界 人 口 。 在 我 国 及 周 边 很 多 亚

洲 国 家 , 水 稻 是 关 乎 国 家 民 生 大 计 的 重 要 命 脉 。 而 目 前 , 家 养 稻 共 分 为 粳 稻 和 籼 稻 两 种 品 系 。

粳 稻 主 要 生 长 分 布 于 中 国 北 部 、 日 本 、 韩 国 等 高 纬 度 地 区 。 而 籼 稻 主 要 生 长 分 布 在 中 国 南 部 、

东 南 亚 、 印 度 等 低 纬 度 地 区 。 水 稻 是 人 类 从 打 猎 采 集 的 生 活 状 态 转 到 农 业 栽 种 的 过 程 中 , 被

人 类 驯 化 培 育 的 重 要 植 物 物 种 。 两 种 家 养 水 稻 的 起 源 和 演 化 , 一 直 是 进 化 生 物 学 家 、 历 史 学

家 和 考 古 学 家 所 关 心 的 热 点 问 题 。

通 过 分 子 生 物 学 和 形 态 学 的 研 究 , 有 学 者 认 为 , 两 种 家 养 稻 是 独 立 起 源 的 。 它 们 分 别 由

不 同 地 区 的 不 同 人 群 , 在 不 同 地 点 驯 化 而 成 。 而 另 有 学 者 则 持 不 同 观 点 , 他 们 认 为 , 两 种 家

养 稻 是 一 次 起 源 的 , 它 们 的 存 在 只 是 驯 化 后 物 种 适 应 不 同 的 地 理 环 境 的 结 果 。 两 派 学 者 各 持

证 据 , 一 直 以 来 未 有 定 论 。

利 用 新 一 代 的 测 序 技 术 , 基 因 组 所 及 中 山 大 学 研 究 人 员 发 现 , 水 稻 全 基 因 组 绝 大 多 数 基

因 都 支 持 了 其 独 立 起 源 的 历 史 , 两 种 家 养 稻 似 乎 都 是 从 野 生 群 体 里 独 立 培 育 出 来 的 。 然 而 ,

当 研 究 人 员 分 析 那 些 受 过 人 工 选 择 的 重 要 基 因 区 段 时 却 发 现 , 两 种 家 养 稻 的 基 因 及 其 类 似 很

多 重 要 的 农 业 经 济 性 状 看 起 来 是 一 次 起 源 的 。

研 究 者 认 为 , 当 一 种 重 要 的 农 业 经 济 性 状 在 一 种 家 养 稻 中 出 现 时 , 古 代 育 种 专 家 就 通 过

杂 交 , 把 相 对 应 的 基 因 区 段 ,― 借 鉴 ― 或 ‖ 拷 贝 ‖ 到 另 外 一 个 物 种 里 , 从 而 使 得 另 外 一 个 品 种 也

具 备 了 人 们 所 想 要 的 表 型 ( 例 如 , 种 子 不 容 易 落 粒 等 )。 古 代 人 们 的 这 种 相 互 ― 克 隆 ‖ 和 ― 盗 版 ‖,

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2011 年 第 5 期 ( 总 第 期 )

勾 画 了 人 类 重 要 农 业 经 济 性 状 基 因 的 演 化 历 程 。 该 研 究 结 果 , 在 支 持 学 界 的 两 种 理 论 的 同 时 ,

也 统 一 了 上 述 两 种 假 说 。

( 论 文 作 者 : 吴 仲 义 等 文 章 来 源 :《 公 共 科 学 图 书 馆 — 遗 传 学 》)

Two Evolutionary Histories in the Genome of Rice: the Roles of

Domestication Genes

Abstract: Genealogical patterns in different genomic regions may be different

due to the joint influence of gene flow and selection. The existence of two subspecies

of cultivated rice provides a unique opportunity for analyzing these effects during

domestication. We chose 66 accessions from the three rice taxa (about 22 each from

Oryza sativa indica, O. sativa japonica, and O. rufipogon) for whole-genome

sequencing. In the search for the signature of selection, we focus on low diversity

regions (LDRs) shared by both cultivars. We found that the genealogical histories of

these overlapping LDRs are distinct from the genomic background. While indica and

japonica genomes generally appear to be of independent origin, many overlapping

LDRs may have originated only once, as a result of selection and subsequent

introgression. Interestingly, many such LDRs contain only one candidate gene of rice

domestication, and several known domestication genes have indeed been

―rediscovered‖ by this approach. In summary, we identified 13 additional candidate

genes of domestication.

PLoS Genetics

原 文 链 接 :http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1002100

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