利用人工光合作用种植作物

利用人工光合作用种植作物光合作用通常是指绿色植物吸收光能后，把二氧化碳和水转化为有机物（包括可供食用的部分）和氧气。但这个过程的能量效率非常低——只有约1%的太阳能会被植物利用。近日，通过一种人工光合作用的方法，将二氧化碳和水转化为了食物。研究人员利用的是他们自主开发的两步串联电解装置，以及两步电催化方法：首先将二氧化碳和水转化为醋酸盐，然后在黑暗环境下培养可制造食物的生物体，这些生物体能够通过“吃”醋酸盐来繁殖。其中，电能是利用太阳能电池板产生的。研究人员表示，这种有机-无机混合系统可以将能量转化效率（太阳能到“食物”）最多提升到植物的18倍。他们还探究了利用该技术种植农作物的潜力，结果发现，豇豆、番茄、烟草、大米、油菜和绿豌豆都能在黑暗环境中，使用醋酸盐中的碳来生长。研究人员表示，这种人工光合作用的方式或可以用在城市中以便种植作物，或用于未来的太空探索。

新研究：提高大豆光合作用效率可大幅增加产量

新研究：提高大豆光合作用效率可大幅增加产量一项新研究说，通过基因改造可以提高大豆光合作用效率，使大豆在质量不变情况下最多可增产33%。光合作用指植物利用光能，将水和二氧化碳转化为有机物并释放氧气的过程。据介绍，遇到过强光照时，植物出于自我保护会激活叶黄素循环，从而使叶片释放多余能量，免受强光侵害；当光照因遮挡等原因减弱时，叶黄素循环这一保护性机制就会关闭，从而使植物叶片可在适当光照强度下进行光合作用。植物关闭叶黄素循环的“切换”过程往往持续数分钟，对农作物来说，这浪费了本可用于光合作用的时间。在农作物整个生长周期中，这些零碎的“数分钟”合起来占据不少时间。美国伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校研究人员领衔的团队近日在美国《科学》杂志发表论文说，大豆中被称为“VPZ”的结构可以调控叶黄素循环，该结构包含3个编码与叶黄素循环有关蛋白质的基因。在田间试验中，研究人员把大豆“VPZ”结构包含的3个基因过表达，加速了关闭叶黄素循环的“切换”过程，提高了大豆光合作用效率。结果显示，大豆产量提高20%以上，产量最高区域增产33%，并且没有影响大豆质量。研究人员先前已在烟草试验田内做过类似试验，证实对烟草的基因改造有助于提升光合作用效率，因此把试验对象拓展到大豆。眼下他们已在更多区域种下这种经过基因改造的大豆，预计2023年年初可以获得结果，以进一步验证效果。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307905.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307905.htm

迈向 CRISPR 2.0，下一代基因编辑技术方兴未艾

迈向CRISPR2.0，下一代基因编辑技术方兴未艾据科技日报，美国食品药品监督管理局（FDA）本月稍早时间宣布，批准CRISPR/Cas9基因编辑疗法Casgevy上市，用于治疗12岁及以上镰状细胞贫血病患者。这是FDA批准的首款CRISPR基因编辑疗法。而11月16日，Casgevy已在英国获批上市。美国初创公司PrimeMedicine首席执行官基思・戈特斯迪纳表示，CRISPR/Cas9被认为是CRISPR1.0，其开创了基因编辑新时代，但局限性也非常明显。目前已有一批CRISPR2.0新技术问世，能以比CRISPR1.0更精确、更通用的方式编辑DNA。荷兰鲁汶大学呼吸系统疾病和胸外科实验室肺病专家玛丽安娜・卡隆则表示，CRISPR1.0基因编辑疗法获批，为下一代基因编辑技术走上舞台中央奠定了基础。

减少不必要的突变 新技术为更安全的基因编辑打开了大门

减少不必要的突变新技术为更安全的基因编辑打开了大门来自日本九州大学和名古屋大学医学院的研究人员开发出了一种优化的基因组编辑方法，它可以大大减少CRISPR-Cas9中不需要的突变和毒性。这种被称为"保障性gRNA"（[C]gRNA）的新技术展示了安全和高效基因治疗的潜力，可应用于治疗像纤维发育不良性骨质增生这样的遗传疾病。他们的研究已经发表在《自然-生物医学工程》上。以CRISPR-Cas9为中心的基因组编辑技术已经彻底改变了食品和医药行业。在该技术中，Cas9核酸酶是一种切割DNA的酶，它与合成的引导RNA（gRNA）一起被引入细胞中，引导酶到达所需的位置。通过切割基因组，不需要的基因可以被删除，而新的（功能性）基因可以被轻松而快速地加入进来。基因组编辑的一个缺点是，人们越来越担心突变和脱靶效应。这通常是由于酶瞄准的基因组位点具有与目标位点相似的序列而造成的。同样，当基因被改变时，染色体水平的突变也会发生，这已经阻碍了基因治疗癌症的临床试验，甚至导致接受肌肉萎缩症治疗的病人死亡。该小组假设，目前使用Cas9的编辑协议会造成过度的DNA裂解，从而导致一些突变。为了验证这一假设，由九州大学的MasakiKawamata助理教授和名古屋大学医学研究生院的HiroshiSuzuki教授组成的小组在小鼠细胞中构建了一个名为"AIMS"的系统，该系统对每条染色体分别评估了Cas9的活性。他们的结果显示，常用的方法与非常高的编辑活性有关。他们确定这种高活性导致了一些不必要的副作用，因此他们寻找能够抑制这种活性的gRNA修改方法。他们发现，在gRNA的5′端增加一个额外的胞嘧啶延伸是对过度活性的有效"保障"，并允许控制DNA的裂解。他们称这种微调系统为'保障性gRNA'（[C]gRNA）"。结果是惊人的，使用他们的新技术后，脱靶效应和细胞毒性减少了，单allele选择性编辑的效率提高了，同源定向修复的效率也提高了，这是DNA双链断裂修复最常用的机制。为了测试其在医疗环境中的有效性，他们研究了一种名为纤维发育不良的罕见疾病。利用小鼠模型，他们能够创造出与人类版本的疾病相同的基因类型。然后，利用患者衍生的iPS细胞，他们能够精确地修复导致该疾病的疾病相关等位基因中具体到单个核苷酸的损伤，证明了他们的技术作为一种安全和高效的基因治疗方法的有用性。该团队还构建了第一个关于各种基因组编辑模式和Cas9活性之间相关性的数学模型，这将使用户能够模拟整个细胞群中基因组编辑的结果。这一突破将使研究人员能够确定使效率最大化的Cas9活性，减少所需的巨大成本和劳动。"我们建立了一个新的基因组编辑平台，通过开发具有适当Cas9活性的活性调节[C]gRNAs，可以最大限度地提高所需的编辑效率。此外，我们发现'保障gRNA'可以通过调节gRNA的活性应用于各种需要gRNA的CRISPR工具，如使用Cas12a的工具，它具有不同的DNA裂解机制，"Suzuki教授说。"对于使用Cas9激活或抑制感兴趣的基因的技术，如CRISPR激活和CRISPR干扰，过度诱导或抑制基因的表达可能没有用，甚至对细胞有害。通过[C]gRNA控制表达水平是一项重要技术，可用于各种应用，包括实施精确的基因治疗"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354925.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354925.htm

植物细胞中的叶绿体基因转录机器控制着叶绿体的发育过程，并在调控植物光合作用中发挥着关键作用。但是叶绿体基因转录机器构造一直是未解

植物细胞中的叶绿体基因转录机器控制着叶绿体的发育过程，并在调控植物光合作用中发挥着关键作用。但是叶绿体基因转录机器构造一直是未解之谜。中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队与合作者，通过多年研究，揭开了叶绿体基因转录机器构造。该成果于北京时间3月1日在国际学术期刊《细胞》发表。据了解，此项研究将有助于提高植物的光合作用效率和吸收二氧化碳的能力，未来有望在提升农作物产量等领域发挥重要作用。（央视新闻）

计算机算法识别出 188 种新的 CRISPR 基因编辑系统

计算机算法识别出188种新的CRISPR基因编辑系统CRISPR-Cas9基因编辑工具是过去十年中最重要的科学发展之一，它的发现者因此获得了诺贝尔化学奖。科学家可以利用它对人体细胞进行高效的剪切和粘贴编辑，从而有可能治疗多种疾病，以及改良作物、控制害虫和操纵细菌。该系统包含一个引导RNA，该引导RNA以DNA片段（如致病DNA片段）为目标，然后使用一种酶（通常是Cas9）剪切掉该序列，并用更有益的东西取而代之。最近，人们开发出了具有其他特性的Cas9替代品，包括更高的精度或更大的编辑范围。现在，这个家族有可能变得更大。布罗德研究所、麻省理工学院和美国国立卫生研究院（NIH）的研究人员使用一种算法来寻找新的CRISPR系统。在自然界中，CRISPR是细菌使用的一种自卫工具，因此研究小组对三个细菌数据库进行了深入研究，这些细菌存在于南极湖泊、酿酒厂和狗的唾液等不同环境中。在这种情况下，研究小组将算法设定为寻找与CRISPR相关的基因。几周内，该系统就识别出了数千个CRISPR系统，其中包括188个科学界以前未知的系统。在实验室测试中，它们展示了一系列功能，既属于已知类别，也属于全新类别。其中有几种属于I型CRISPR系统，它们的引导RNA序列比Cas9长。这意味着它们可以更精确地指向目标，降低脱靶编辑的风险--这是CRISPR基因编辑的主要问题之一。在测试中发现，其中两个I型系统能够编辑人体细胞，而且它们的大小应该允许它们以目前用于CRISPR-Cas9的相同包装进行递送。另一种I型系统显示了所谓的"附带活性"，即在与目标结合后分解核酸。这种机制以前曾用于诊断工具（如SHERLOCK），可以从只有一个DNA或RNA分子的样本中识别疾病。研究还发现了一种针对RNA的VII型系统，它可以通过RNA编辑开启一系列新工具。其他系统可用于记录某些基因的表达时间，或作为细胞活动的传感器。这项研究不仅极大地扩展了可能的基因编辑工具领域，而且表明，探索隐蔽环境中的微生物生态系统可能会给人类带来潜在的益处。这项研究的共同第一作者苏米亚-卡南（SoumyaKannan）说："其中一些微生物系统只在煤矿的水中被发现。如果不是有人对此感兴趣，我们可能永远都不会看到这些系统。扩大取样多样性对于继续扩大我们发现的多样性非常重要。"这项研究发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400067.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400067.htm