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10月份国内学者参与发表多篇Nature文章
点击次数:629 更新时间:2012-11-12

进入十月份,中国学者参与的多项研究在Nature杂志及其重要子刊上发表,其中主要包括的是水稻全基因组遗传变异精细图谱,利用基因修饰的单倍体胚胎干细胞获得健康成活的转基因哺乳动物,以及人的葡萄糖转运蛋白GLUT1-4在大肠杆菌中的同源蛋白XylE的晶体结构等。

首先,中科院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌课题组构建了水稻全基因组遗传变异精细图谱,并进行基因比较。结果发现,水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,经过漫长的人工选择形成了粳稻。对驯化位点的鉴定和进一步分析发现,分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系zui近,表明广西很可能是zui初的驯化地点。

水稻驯化发生在远古时代,当时人类活动范围还十分局限,野生水稻的居群也存在地方适应性,不会发生大规模“迁移”。根据栽培稻和各地野生稻的基因比较结果,大致可以推断,人类祖先zui初使用了何地的稻种开始进行驯化,而那个区域也极可能就是人类驯化水稻的发源地。

他们同时还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻,并非同时驯化出现。黄学辉介绍,通过基因分析,可以大致推断出栽培水稻的扩散路径:人类祖先首先在广西的珠江流域,利用当地的野生稻种,经过漫长的人工选择,驯化出了粳稻,随后往北逐渐扩散。而往南扩散中的一支进入了东南亚,在当地与野生稻种杂交,经历了第二次驯化,产生了籼稻。

其次中国动物研究所周琪研究组和赵小阳研究组合作进行研究,实现了利用基因修饰的单倍体胚胎干细胞获得健康成活的转基因哺乳动物。

这项研究为灵长类等大动物的基因功能研究及疾病模型的建立开辟了一条新的道路。目前,哺乳动物中除了大鼠与小鼠的胚胎干细胞能够作为遗传修饰的载体外,其他物种包括灵长类动物的胚胎干细胞无法进行生殖系传递,从而严重限制了利用这些物种建立疾病模型的工作。周琪等利用单倍体干细胞既能维持单倍性、又具有无限扩增能力的特性,建立了利用单倍体干细胞进行基因修饰并遗传的技术体系。这一方法有望克服目前难以获得能够稳定遗传的非啮齿类基因修饰动物的难题,对药物开发、疾病发生机制等研究工作将产生积极的促进作用。

同时也为研究生殖与发育的调控机制提供了模型,并提示类似技术可能对于人类致病基因的筛查和通过辅助生殖技术进行基因修正提供新的途径。

还有来自清华大学的颜宁研究组报道了人的葡萄糖转运蛋白GLUT1-4在大肠杆菌中的同源蛋白XylE的晶体结构,并且运用生化手段对其工作机理进行了研究。

颜宁教授的研究组一直将人体葡萄糖转运蛋白及其在各物种中同源蛋白的结构与功能研究作为主要方向。经过多年努力,她们首先获得了GLUT1-4在大肠杆菌中的同源蛋白,XylE,的结构。XylE在肠杆菌中负责将D-木糖以质子依赖的方式同向转运进入细胞。它与人的GLUT1-4蛋白有着高达50%的序列相似性,进化上高度保守。XylE蛋白的三维晶体结构呈现出典型的MFS家族折叠方式——由12个跨膜螺旋组成N端和C端两个以假两次轴对称的结构域。

与已知结构的MFS超家族其它成员不同,XylE呈现出一种向细胞外侧开放、部分封闭的全新构象,并且具有一个*的由4个α螺旋组成的胞内结构域。她们获得了XylE与底物D-木糖,抑制剂D-葡萄糖,以及一种葡萄糖衍生物的三个复合物的结构,找到了与底物结合的重要氨基酸残基,并通过生化实验分析,验证了这些残基在底物识别与转运过程中起到的作用。

尤为重要的是,序列比对显示这些残基在GLUT1-4中*保守,从而*次揭示出GLUT1-4识别底物的分子基础。利用计算机软件同源建模,研究组搭建了人的GLUT1蛋白的三维结构。这一结构模型由于是以具有高度同源的XylE蛋白的晶体结构为基础,比以往研究报道的结果(如写入第5版Lehninger Principles of Biochemistry教科书的GLUT1跨膜模型)更为准确。根据这个结构模型,研究组进一步研究了GLUT1-4与相关人类疾病相关的突变残基的功能与致病机理
 

 
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