《西班牙科学家利用酶的生物技术生产防水纸》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 丁陈君
  • 发布时间:2014-05-07
  • 西班牙加泰罗尼亚大学的研究人员发明了一种新的水性化合物可提高纸张及其他纤维材料的性能,如疏水性,并赋予其新的功能,如作为氧化剂。该化合物利用天然酶代替传统的化学试剂,可生物降解,不会对环境造成影响,最重要的是,它不需要额外的投资就能适用于各种生产过程。

    这一重大的技术突破将极大地促进高附加值的纸质产品的创新。到目前为止,企业应用这种新的化合物通过生物技术的手段生产防水纸,且无需使用一些常规的化学品而影响循环利用。

    虽然企业都热衷于投资于生物技术,但在生产工艺中引入酶处理过程来改良纸张性能,创造以纤维素为原料的新产品,这项工作复杂且成本高昂。生产过程往往在特定阶段需要停下来,以进行酶反应。而新发明的化合物可以附着在纸张表面,立即改良纸张性能。因此它可以很快地应用于现有的制造系统而无需中断生产线。

    研究小组已完成了对在不使用传统的化学试剂情况下应用新产品赋予纸张防水性的实验。此外,他们还对以纤维素为原料的纺织品进行了实验,来检测新产品的有效性。结果表明,在婴儿围嘴的一面喷洒新产品后就能立即使其具有防水效果。

    在造纸行业应用这项新发明将使企业更具竞争力,节约能源,减少化学品的使用。同时也能节省运输成本,因为该化合物可以被浓缩后易于运输。目前,市场上大约有2900种不同类型的非书写的特殊纸张。随着电子出版物的不断发展,国际造纸行业的发展趋势是寻求改良纤维素的特性,赋予其新的功能,由此创造新的应用。例如赋予纸张塑料和其他石化产品的性能,制造生物可降解的食物包装盒;使纸张具有抗氧化性,从而延长所装食物的保鲜时间;增加纸张的防水性,以避免在表面添加石蜡;添加抗菌物质以生产抗感染的伤口敷料。

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  • 《西班牙科学家揭示植物抵御真菌感染的关键机制》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:李楠
    • 发布时间:2017-11-28
    • 世界范围内,每年由于真菌感染产生的作物损失至少达1.25亿吨,包括水稻、小麦、玉米、大豆和马铃薯,这些粮食作物足够养活6亿人。真菌不仅在作物生长阶段、在农作物收割后的阶段,包括农产品存储期间、运输过程中或是在消费者手中等,都会带来大量损失。另外,一些真菌产生的霉菌有毒物可导致人类和动物患病、甚至死亡。农民使用真菌杀剂来防治真菌感染,但是不能保证100%有效,并且消费者需要的是不含杀虫剂的作物产品。 同人类相类似,植物也进化出防御机制来保护自身免受真菌侵袭。目前,西班牙农业基因研究中心(Centre for Research in Agricultural Genomics,CRAG)的一个团队发现了一个叫作“小型类泛素修饰蛋白调节机制(SUMOylation)”,通过调控植物中蛋白的活动从而保护植物免受真菌感染,研究结果已发表在专业期刊《分子植物》(Molecular Plant) 。该研究项目是由西班牙国家研究委员会(CSIC)研究员玛利亚·罗伊斯(Maria Lois)团队和玛利亚·可卡(María Coca)研究团队合作完成。玛利亚·罗伊斯(Maria Lois)是蛋白调节研究专家,玛利亚·可卡(María Coca)是植物真菌感染免疫反应研究专家。据玛利亚·罗伊斯解释,这一研究成果可用来开发作物防治新战略,保护农作物免受真菌感染。 小型类泛素修饰蛋白结合其他分子蛋白(SUMOylation),是诸多分子功能的一个关键过程。例如,动物的某些癌症、神经组织退化疾病就与SUMOylation缺陷有关。就植物而言,小型类泛素修饰蛋白与其他蛋白结合,能够调节植物生长以及植物自身对环境压力的反应。然而,科学家很难对SUMOylation的作用进行研究,因为完全阻滞该调节进程会在种子期造成植物死亡。为了克服这些问题,玛利亚·罗伊斯研究小组利用基因工程技术在植物中引入一个蛋白质小片段来部分阻滞SUMOylation,并且保证植物可正常生长。通过这一手段,研究人员发现,SUMOylation受到破坏的植物表现得更容易受死体营养型真菌的感染,如灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)和短小芽孢杆菌(Plectosphaerella cucumerina)。这两种真菌会造成植物死亡,然后以坏死的组织为食。灰葡萄孢菌是一种地域分布广泛的真菌,能感染各种植物。例如,这种真菌会致使酿酒用葡萄得贵腐病和灰霉病,影响葡萄酒质量。短小芽孢杆菌是一种重要的研究模型真菌,可感染诸如甜瓜之类的蔬菜作物。 另外,研究人员观察到,受真菌感染植物中的小型类泛素修饰蛋白很快减少了,表明作为致病机制的一部分,死体营养真菌能够使小型类泛素修饰蛋白减少。 玛利亚·罗伊斯研究团队设计的部分阻滞SUMOylation策略是整个研究项目的关键,科学家期望该策略能开展得更为深入。这一新方法能够帮助科研人员更好地了解受小型类泛素修饰蛋白调控的各种分子进程。更重要的是,这是一个很容易就能在重要的农作物上应用的工具,即便是那些基因很复杂的作物,如小麦。 小型类泛素修饰蛋白调节机制(SUMOylation)研究工作为开发更具针对性的真菌杀剂打开了新的突破口。实际上,玛利亚·罗伊斯已经开始将其在植物小型类泛素修饰蛋白研究中获取的知识应用于人类健康领域。这些研究活动获得了欧洲研究协会(ERC)和加泰隆尼亚政府(Government of Catalonia)的支持。 (编译 李楠)
  • 《科学家利用基因编辑转座子改良水稻性状》

    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2025-07-15
    • 转座子(TEs)是真核生物基因组中广泛存在的DNA重复序列,约占水稻基因组的35%。转座子是植物产生遗传变异的重要来源,通过多种机制调控基因表达及表型变异。水稻的泛转座子变异图谱研究表明,转座子在水稻驯化和育种性状改良方面发挥重要作用。 近日,中国科学院院士、遗传与发育生物学研究所研究员李家洋带领的科研团队,联合崖州湾国家实验室的研究人员,在《植物生物技术杂志》(Plant Biotechnology Journal)上在线发表了题为Generation of OsGRF4 and OsSNAC1 alleles for improving rice agronomic traits by CRISPR/Cas9-mediated manipulation of transposable elements的研究论文。该研究通过对水稻基因OsGRF4或OsSNAC1的非编码区进行转座子编辑,实现了对目的基因表达的精确调控。同时,该研究创制的优良等位基因为作物遗传育种提供了新策略。 微型反向重复转座子(MITEs)是短小而非自主的DNA转座子,是水稻基因组中数量较多的转座元件,且与至少58%的水稻基因相关。研究表明,MITEs是水稻基因表达变异的主要驱动因素之一,而利用MITE插入多态性进行全基因组关联研究有助于挖掘并控制农艺性状的潜在基因。 该研究推测,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术设计基因非编码区的MITEs转座子分布可以上调或下调目标基因的表达,从而创制新的基因等位基因型以改良水稻性状。为验证这一设想,科研人员选择水稻中的生长调节因子4基因OsGRF4和胁迫响应基因OsSNAC1进行研究。研究显示,OsGRF4可正向调控水稻产量的相关性状,在其终止密码子下游的1200bp内插入一个294-bp的PIF/Harbinger超家族MITE;OsSNAC1可以增强水稻的耐盐性,但在其上下游非翻译区未检测到MITE。研究发现,水稻某些基因下游非编码区中的MITE可以介导靶基因的翻译抑制。因此,研究认为,通过CRISPR/Cas9技术删除OsGRF4下游非翻译区中的MITE,可以创制出过表达的等位基因型。研究针对OsGRF4基因的MITE靶区域,设计构建了2个CRISPR/Cas9 sgRNAs,并对其进行编辑。科研人员对得到的无转基因的纯合突变体进行分析发现,OsGRF4基因的MITE删除,提高了OsGRF4mite突变体中靶蛋白的丰度,并改善了与产量相关的农艺现状。水稻基因上游非翻译区中的一些MITEs可作为增强子,如miniature Ping (mPing) TE可以增强盐胁迫响应基因的转录水平。因此,研究人员尝试将430-bp的mPing插入耐盐基因OsSNAC1的上游非翻译区。进而,科研人员剖析得到的纯合突变体发现,OsSNAC1基因的MITE插入,提升了盐胁迫下OsSNAC1MITE突变体中靶基因的转录水平,并增强了它的耐盐性。