生物育种新技术——重离子束辐照

回顾了我国辐射育种的现状,阐述了重离子辐照育种新技术的优势:剂量分布具有Bragg峰,能够造成难以修复的DNA损伤,更有利于突变体的产生。最后介绍了重离子辐照育种所取得的成果。     

环境胁迫诱导的细胞适应性突变

细胞具有普遍的突变和进化能力, 如病原菌的抗药性、工业菌株的适应性和人体细胞的癌变等, 但是细胞的适应性突变是如何产生的呢？通过非致死性突变分析模型的建立与应用, 产生了新的适应性进化观点, 即环境胁迫诱导细胞适应性突变。这种环境诱导的细胞突变过程涉及多方面的生理调控, 包括细胞内毒性物质(如氧活性物质)积累并造成DNA损伤、DNA错配修复的活性受到抑制、胞内RpoS反应和SOS反应被激活等。这些反应使胞内高保真的DNA复制状态转变为低保真的DNA修复状态, 提高胞内突变率和重组活性。此外, 基因转录影响基因组的不稳定, 容易产生DNA损伤, 并造成局部的高突变率, 即形成了转录偶联的DNA修复与突变为基础的适应性突变观点。文章围绕环境胁迫诱导细胞突变率增加和转录偶联的DNA修复与突变这两种适应性突变分子机制, 阐述其相关的研究进展, 以期更好地理解环境条件诱导细胞发生适应性突变的过程。     

重离子诱变微生物育种的研究进展

近年来,重离子束作为一种新的辐射诱变源在微生物育种领域已多有应用.与传统的辐照源相比,重离子束具有更高的传能线密度,可以产生更强的辐射损伤生物效应,因此诱变效率高.本文综述了近年来重离子诱变在微生物育种中取得的进展、诱变后突变体菌株的筛选策略、重离子束引起微生物遗传物质改变的直接和间接机制以及突变后的修复机理,并对其在...     

重离子射线照射后抗辐射菌基因组DNA的损伤修复

研究了不同种类的重离子射线及同一射线的不同剂量照射后引起的抗辐射菌(Deinococcus radiodu-rans)R1的DNA二条链的切断损伤修复时间。结果表明,抗辐射菌经重离子射线照射后所引起的DNA二条链的切断损伤经过培养能被修复;切断的DNA二条链的修复时间随着照射剂量的增加而延长;高LET的重离子射线照射所引起的损伤修复比低LET的重离子射线需要更长的时间,损伤修复的时间与射线的LET之间存在一定的依存性。由此认为:抗辐射菌经照射后引起的DNA二条链切断损伤与射线的种类及照射的剂量有关,照射的剂量越大,射线的LET越高,则DNA二条链的切断损伤越多,损伤修复所需要的时间越长。     

哺乳动物DNA连接酶在DNA双链断裂修复通路中的作用

保持基因组的完整性和稳定性对于生物体的存活是十分重要的。DNA损伤来源于多方面,主要包括内源性的生理因素（如细胞代谢产物、DNA复制错误、抗体类别转换等）和外源性因素（如UV照射、同位素辐射等）。基因组DNA一旦发生损伤,机体内的DNA损伤修复机制就会被激活。DNA被错误地修复会导致基因突变或者基因组的不稳定,包括染色体缺失、扩增以及转位,最终这些突变的细胞可能会转化为癌细胞,进而引起肿瘤的发生。     

组学技术在重离子辐射微生物诱变育种中的应用

重离子辐射诱变具有诱变率高、诱变谱宽、突变体易稳定等优势,在微生物育种实践中已得到广泛应用。随着测序技术的发展,对重离子辐射诱变效应的研究可以实现较为全面地了解突变体在基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等多个层面的生物学信息。本文综述了利用重离子辐射诱变技术进行微生物育种的研究进展,以及联合高通量测序技术探究重离子诱变产生的生物学效应机理。在此基础上,进一步探讨利用组学方法研究重离子诱变微生物的新思路,旨为重离子诱变微生物育种技术提供参考和建议。     

C~(6+)重离子对山黧豆种子的诱变效应

本实验探讨了C~(6+)重离子对山黧豆种子的诱变效应,结果发现,C~(6+)重离子对山黧豆种子的萌发率、成苗率、幼根及幼苗生长速度有着显著的影响,而且辐照剂量与效应呈明显正相关,此外,与~(60)Co-γ射线相比,C~(6+)重离子不仅诱导形成了较高的有丝分裂畸变率,而且还能在所用剂量的低中级剂量范围内(10~2—10~5P/cm~2)产生较宽广的畸变谱,表明C~(6+)重离子照射有可能在辐射损伤较小的情况下产生有用突变。文章还推论了C~(6+)重离子在山黧豆无毒或低毒品系的诱变育种中可能采用的剂量范围。     

白念珠菌DNA损伤与修复

内外环境中各种因素如电离辐射、紫外辐射、氧化剂、烷化剂等都可以造成白念珠菌DNA的损伤。如果DNA的损伤得不到有效的修复,便会造成突变。白念珠菌的突变率很高,但并不是所有DNA受损伤的细胞都会表现出突变型性状,这跟其自身的修复系统有很大关系,主要包括切除修复、错配修复及双链断裂修复等途径,使得绝大多数损伤能够及时修复,从而维持DNA的完整性与稳定性。白念珠菌DNA的损伤修复可能影响其适应性、药物敏感性等表型,从而给临床感染患者的治疗增加难度。本文主要从白念珠菌DNA损伤的产生,损伤信号的传导识别及损伤修复三方面综述目前的研究进展。     

DNA损伤修复与亨廷顿病的发生机制

亨廷顿病(Huntington’s disease,HD)是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病,是由于亨廷顿基因(Htt)发生突变而导致的,突变的亨廷顿蛋白(mutant huntingtin,m Htt)会在胞内产生聚集引起细胞功能异常并引发神经退行.亨廷顿病的具体分子机制有多种假说,例如氧化压力、线粒体功能异常等.2017年《自然》(Nature)杂志发文认为DNA损伤修复异常是神经退行性疾病发生的共同机制.大量证据显示,DNA损伤修复在HD的发生中扮演着重要角色,Htt突变会引发多种DNA损伤以及修复通路的过度激活,HD细胞对离子辐射敏感同时存在双链断裂修复缺陷,同时Htt突变会阻碍DNA修复关键因子共济失调毛细血管扩张突变(ATM)蛋白在DNA修复中正常功能的发挥.DNA修复通路还是HD发病年龄的重要影响因素.此外,将ATM做为治疗靶点能够减轻突变Htt引发的细胞毒性以及动物模型的疾病进程.ATM还在维持细胞稳态和线粒体信号中起着关键作用,鉴于线粒体异常与HD发病的相关性,ATM作为治疗靶点的分子机制也逐渐明朗.本文着重于介绍DNA损伤修复与亨廷顿病的发生机理的研究进展,为阐明HD的发病机理,开发有效的治疗手段提供思路.     

C重离子对山薰豆种子的诱变效应

本实验探讨了C⁶⁺重离子对山薰豆种子的诱变效应,结果发现,C⁶⁺重离子对山熬豆种子的萌发率、成苗率、幼根及幼苗生长速度有着显著的影响,而且辐照剂量与效应呈明显正相关．此外,与⁶⁰Co-г射线相比,C⁶⁺重离子不仅诱导形成了较高的有丝分裂畸变率,而且还能在所用剂量的低中级剂量范围内（10²-10⁵P/cm²）产生较宽广的畸变谱,表明C6+重离子照射有可能在辐射损伤较小的情况下产生有用突变．文 章还推论了C⁶⁺十重离子在山蕉豆无毒或低毒品系的诱变育种中可能采用的剂量范围．     

80MeV/u20Ne10+离子对SMMC-7721细胞DNA损伤及细胞周期的影响

从辐照剂量和修复时间两个角度研究了重离子辐照对肿瘤细胞DNA损伤及细胞周期的影响,为重离子治癌的临床应用积累基础数据。不同剂量的80MeV／u^20Ne^10 辐照SMMC—7721细胞样品,利用单细胞凝胶电泳技术(Single Cell Gel Electrophoresis,SCGE)对细胞DNA损伤进行了检测,利用流式细胞技术(Flow Cytometry Methods,FCM)对细胞周期变化进行了分析。80MeV／u^20Ne^10 辐照后4小时内,SMMC—7721细胞的DNA损伤与辐照剂量呈线性关系,在0小时组其线性相关因子r为0．9621,4小时组为0．914;随着修复时间的增加,DNA损伤与辐照剂量不再线性相关,但0．5Gy,1Gy和2Gy三个剂量点的DNA损伤程度极为相近。另外,重离子辐照后SMMC—7721细胞发生S期和G2／M期阻滞现象,其随剂量变化及时间变化的规律不同于X、γ等低LET(Linear Energy Transfer)射线辐照。     

温度条件对染色体损伤修复的影响

细胞内DNA修复系统的正常工作是生物 得以生存并准确无误遗传繁衍的一个重要因 素,而修复过程的错误乃是突变发生的主要原 因。对大肠杆菌的研究证实DNA在复杂的复 制过程中自发或诱发地产生许多错误,而这些 错误最终没有形成损伤则归于各种修复过程中 酶的正常工作。一旦缺少它们,突变株就将 增加［[221。对人皮肤成纤维细胞研究发现,如 果某一修复系统缺失或被抑制,将很快导致癌 变〔1 ,9 ,10 .1370 DNA 修复系统主要包括光修复、切除修 复、重组修复、SOS修复（错误修复）、链交连修 复系统及适应性修复系统等。每一修复系统都 有若干酶参与并在细胞周期的一定时期内对一 定类型的染色体损伤进行修复。例如：人体中 常见的切除修复系统有DNA内切酶、外切酶、 多聚酶、连接酶参与,在细胞的Go, G1, G2期对 DNA的单链损伤进行识别、切割、合成、连接。 其中只要一个酶失活或受到抑制,整个修复系 统便无法正常工作。 在突变育种中,扩大突变谱提高突变率十 分重要。为此,(1)可用不同的理化因子诱发 提高DNA损伤的类型和程度,使SOS修复系 统启动,由错误修复导致突变。(2)改变修复 期环境,抑制修复酶正常活力,使DNA损伤无 法正常被修复产生突变。用某些化学物质抑制 植物修复系统中某些酶的活力,使染色体畸变 率和后代突变率增加已有报道(4,15,16,183。在哺乳 动物培养细胞中,通过升温处理可使辐射所诱 发的伤害增加[12,17,211,并抑制细胞修复,使死亡 细胞增加[11.1970 我们认为改变修复期的环境条 件,如温度、pH值、氧含量等,可能影响修复酶 的活性,导致突变率改变。本实验证实当DNA 损伤水平相同时,仅改变修复期温度,便可使细 胞突变率出现差异显著。     

离子束在生物品种改良中的应用研究进展

辐射诱变育种是利用各种射线诱发生物遗传基因突变,促进基因重组和核外突变,获得有利用价值的突全体。诱变育种的辐射技术和方法在不断地发展看,辐射源由X射线、γ射线发展到快中子、电子束、空间辐射,离子束诱变育种是近十几年崛起的新技术,具有损伤轻、突变率高、突变谱广的优点,概述了这一新的品种改良技术的进展。     

细胞因子信号阻抑蛋白SOCS家族

大量实验研究和临床观察资料证明,SOCS蛋白与细胞信号转导和多种重要疾病的发生发展有着密切的关系。同时随着对JAK／STAT通路和单个SOCS蛋白功能研究的深入,SOCS蛋白在辐射导致细胞周期阻滞信号传导以及与细胞DNA损伤和修复机制相关作用机理将成为未来的研究方向之一。近年来随着重离子治癌临床应用的展开,重离子对细胞辐射损伤和修复信号转导可能与SOCS蛋白相关的研究对于重离子的安全应用提供了理论和实验依据。     

自噬与DNA损伤修复及其对肿瘤的影响

DNA损伤与肿瘤的发生发展密切相关。当DNA损伤发生时,会触发一系列的损伤应答反应以帮助细胞生存,其中即包括对自噬的诱导。ATM、P53和PARP1等多种参与DNA损伤修复的效应因子通过影响AMPK、mTOR以及一些凋亡蛋白等启动自噬。而作为一种降解途径,自噬则可通过调节DNA修复相关蛋白的水平直接影响同源重组修复、非同源末端连接修复和核苷酸切除修复等促进DNA修复,以及通过维持细胞内稳态间接促进DNA修复,从而在正常细胞的恶性转化和肿瘤耐药等发生机制中扮演重要角色。此外,DNA修复失败时,自噬也可作为一种肿瘤细胞的程序性死亡方式。因此研究自噬通过调节DNA损伤修复而对肿瘤的影响对于理解肿瘤发生的机制和提供治疗思路都有重要意义。     

HeLa细胞中hR24L基因的表达、DNA损伤修复、G2/M阻滞与电离辐射之间的关系(简报)

DNA是生命活动中最重要的遗传物质,保持其分子结构的完整性对于细胞至关重要,因此研究DNA损伤修复是生命科学的重要课题之一。基因组比较简单,易于操作的单细胞真核生物酵母遂成为研究DNA损伤修复的重要材料。对紫外线或电离辐射敏感的酵母突变株称为rad突变株。酵母细胞的基因组中有近30个遗传位点与辐射抗性有关。根据单突变和双突变的敏感特征所得出的上位关系可将其分为3个上位显性组:RAD3组,该组成员参与核苷酸的切除修复,其突变株对紫外线敏感;     

细胞周期检验点与肿瘤发生之间关系的研究进展

DNA损伤反应引起的基因组不稳定性并不足以导致肿瘤发生,还需要一些协同突变促进肿瘤的生长或存活,因此,基因组结构不稳定和周期检验点突变失活是肿瘤发生的重要因素。与正常细胞不同,肿瘤细胞中细胞周期检验点反应缺陷,当肿瘤细胞遭受基因毒药物损伤时,可通过激活周期检验点反应阻滞细胞周期进程,加强损伤修复,导致耐药表型的产生。因此,寻找特异性的检验点抑制剂来加强化疗药物或辐射对肿瘤细胞的杀伤效应,已成为肿瘤治疗的一个研究方向。     

辐射诱变创制水稻新种质研究进展及浙粳99突变体库的建立

辐射诱变育种所需年限短、变异率高、后代性状稳定快,在作物遗传育种中已广泛应用.本文统计了我国近10年来利用辐射诱变技术培育的在生产应用上发挥重要作用的部分优良新品种18个,说明通过辐射诱变可加速水稻变异,丰富水稻遗传图谱,为培育高产、优质、抗病水稻新品种提供更多类型种质资源.此外总结了利用辐射诱变获得的各种类型突变,包...     

重离子辐照酿酒酵母DNA损伤修复途径研究进展

重离子辐照通过直接和间接作用导致生物体DNA产生损伤,包括DNA的链断裂、碱基的插入或丢失以及氧化损伤等.DNA损伤直接影响复制、转录和蛋白质合成,同时还是突变的重要原因,因此,DNA损伤修复系统尤为重要.在酿酒酵母中,这些损伤主要是通过同源重组修复(homologous recombination repair,HRR)、碱基错配修复(mismatch repair,MMR)和碱基切除修复(base excision repair,BER)等途径来修复的.作为真核生物研究的模式生物,对于酿酒酵母DNA损伤修复的HRR、MMR和BER途径研究颇多,也不断有一些新的成果出现,特别是对于相关途径的完善和相关蛋白的深化更是研究热点,在此对近年来有关重离子辐照酿酒酵母DNA损伤修复途径方面的研究做一综述.     

镉诱导293细胞XPC的表达

目的:研究镉导致核苷酸切除修复基因XPC在HEK293细胞中的表达变化,探讨XPC基因在镉导致细胞DNA突变种的作用.方法:离体培养的人胚肾293细胞以20umol/L(低剂量组)和40umol/L(高剂量组)分别氯化镉处理24小时,Real-time PCR检测处理前后XPC的表达变化情况.结果:两组中.氯化镉处理前后XPC的表达明显升高(P<0.01);高剂量组中XPC的表达与低剂量组中XPC的表达没有明显差别(P>0.05).结论:高表达的XPC、XPF在镉导致的DNA突变中起着重要的修复作用,核苷酸切除修复机制对镉造成的DNA损伤具有一定的修复作用.