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当期目录

    2024年 第40卷 第2期    刊出日期:2024-02-26
    特约综述
    蛋白质翻译后修饰之间的互作关系及其协同调控机理
    陈艳梅
    2024, 40(2):  1-8.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0963
    摘要 ( 154 )   HTML ( 23)   PDF (1837KB) ( 196 )  
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    蛋白质的翻译后修饰在细胞信号转导过程中起核心调控作用。除了单一翻译后修饰的调控外,细胞中还存在由多个翻译后修饰共同调控一些关键的代谢或信号通路的分子机制。翻译后修饰是蛋白质之间的语言,通过不同修饰之间的相互作用和协同调控,把复杂的信号整合后传递到下游其他蛋白并形成信号网络,最终影响蛋白质的结构、亚细胞定位、相互作用以及生物学功能。本文概述磷酸化、泛素化和类泛素化三类重要的翻译后修饰在植物细胞信号通路中的串扰作用模式及协同调控机制。

    综述与专论
    植物生长发育动态QTL解析研究进展
    付威, 韦素云, 陈赢男
    2024, 40(2):  9-19.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0790
    摘要 ( 99 )   HTML ( 11)   PDF (3712KB) ( 101 )  
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    准确而有效的QTL定位是克隆目的基因、开展分子育种的前提和基础。植物生长发育随外界环境因子变化而变化,其动态发育的不同时期表型是不同主效基因/QTL动态表达的结果,基于生长停滞期表型数据的传统主效基因/QTL分析只能估算QTL在多个时期的累积效应,并不能充分反映该基因位点在发育过程中的真实作用模式及效应,不能真实反映QTL在不同发育时期的动态表达模式,无法获取数量性状的动态信息。全生长周期的动态QTL分析为在分子水平上研究植物生长发育动态的遗传机制、鉴定主效基因提供了良好策略。本文总结了动态QTL分析的遗传模型、分析方法及其在植物发育数量性状定位中的研究进展,并对当前动态QTL分析存在的问题和发展趋势进行了展望,以期为植物生长发育动态QTL解析及分子标记辅助选育提供参考。

    茶树叶绿体基因组的研究与应用进展
    杨雨青, 谭娟, 汪芳, 彭顺利, 陈婕, 谭明燕, 吕美艳, 周富裕, 刘声传
    2024, 40(2):  20-30.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0451
    摘要 ( 90 )   HTML ( 17)   PDF (3715KB) ( 85 )  
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    多数植物叶绿体基因组为双链环状DNA,具有保守的四分体结构、非重组、单倍体、单亲遗传、进化速率适中、序列和结构高度保守等特征,可为植物进化等提供有用信息。茶树种质资源丰富,其复杂的起源、进化、分类等方面缺乏有效鉴评,而有碍于对其高效保护与创新利用。目前,叶绿体基因组测序技术快速发展并向三代过渡,33份茶树资源的叶绿体基因组已在NCBI公布,茶树叶绿体基因组基因类型、基因序列特征已被部分揭示,且已应用于茶树资源的分类鉴定、起源进化、白化机制等方面研究,但仍有不少茶树资源的叶绿体基因组未被破译。本文简述了植物叶绿体基因组的起源、遗传方式、基本特征;重点述评了茶树叶绿体基因组测序技术、基因组特征、基因类型、基因序列等最新研究成果;概述了茶树叶绿体基因组应用现状;最后探讨了茶树叶绿体基因组未来的应用与发展方向。

    我国作物病菌标准品的研究进展
    杨文莉, 朱梨梨, 陈健, 陈燕欣, 姚涓, 姜大刚
    2024, 40(2):  31-37.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0607
    摘要 ( 76 )   HTML ( 7)   PDF (1486KB) ( 63 )  
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    作物在生长发育过程中,容易受到病菌侵染,造成巨大的经济损失。及时准确地对作物感染病菌的情况进行检测,有助于为制定病害的防治措施提供参考依据。作物病菌标准品是作物病害检测工作中的重要参考,在作物病菌的定性和定量检测工作中具有十分重要的地位。目前,作物病菌标准品相关研究的报道较少,因此有序开展作物病菌标准品的研制工作极为迫切。本文通过对作物病菌检测方法、检测标准及作物病菌标准品研究进展进行梳理总结,以期为我国作物病菌标准品的研制提供理论参考。

    MDCK细胞无血清悬浮培养技术在流感疫苗研究与生产中的应用进展
    靳莉武, 张震宇, 靳冬武, 马花, 马玉梅, 乔自林, 王家敏
    2024, 40(2):  38-47.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0787
    摘要 ( 67 )   HTML ( 11)   PDF (2585KB) ( 46 )  
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    流感是一种常见的呼吸道疾病,由流感病毒引起,接种疫苗是预防流感的有效手段。MDCK细胞(Madin-Darby Canine Kidney Cells)具有易于培养和高产量的特点,可以支持流感病毒的复制和增殖,被广泛用于流感疫苗的研究和生产。随着对流感病毒研究的不断深入,为了进一步拓展MDCK细胞用于流感病毒研究和工业应用的能力,研究人员开始发展MDCK细胞无血清全悬浮培养技术。通过长期的培养和优化,驯化的MDCK悬浮细胞株可以更好地适应流感病毒的生长环境,提高流感病毒的产量和感染性。总之,MDCK细胞无血清悬浮培养技术在流感病毒研究和工业应用中发挥着重要作用,为流感疫苗生产和抗流感药物研发提供更好的工具。同时也必须重视MDCK细胞的安全性,采取合适的措施来确保其应用的安全性和可靠性。

    技术与方法
    基于流式细胞仪鉴定番石榴倍性方法的建立及应用
    邵雪花, 李桂兰, 肖维强, 赖多, 庄庆礼, 秦健
    2024, 40(2):  48-54.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0844
    摘要 ( 48 )   HTML ( 5)   PDF (2844KB) ( 59 )  
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    【目的】利用流式细胞仪鉴定番石榴的染色体倍性,为番石榴倍性育种和杂交育种奠定基础。【方法】以番石榴为材料,比较了样品部位、离心处理和保存方式对倍性检测结果的影响。【结果】番石榴花瓣作为倍性检测材料时,收集到的细胞核DNA数目最多,CV值为1.96%,峰形效果最佳;在制备细胞核悬浮液时,过滤后不离心,直接染色后上机的测定效果最好;新鲜番石榴花瓣得到的细胞核DNA含量明显高于冷藏和其他冷冻处理组,且背景碎片少,主峰明显;-80℃冷冻处理对样本的破坏性最小,检测效果仅次于新鲜的番石榴花瓣。本研究建立的番石榴流式细胞术倍性分析的方法为:取番石榴花瓣0.50-1.00 cm2,加入1 mL的mGb裂解液中混合切碎,过滤后加入30 μL PI染色1 min即可上机检测。【结论】利用建立的流式细胞术对33份番石榴种质资源进行倍性鉴定,共检测出二倍体32份,六倍体1份。该方法执行简便、高效准确,为番石榴种质资源倍性鉴定提供了有效方法。

    CRISPR/Cas9介导的adeG基因敲除大肠杆菌细菌模型的建立
    朱恬仪, 孔桂美, 焦红梅, 郭停停, 乌日汗, 刘翠翠, 高成凤, 李国才
    2024, 40(2):  55-64.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0841
    摘要 ( 65 )   HTML ( 5)   PDF (5140KB) ( 48 )  
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    【目的】鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii, AB)是引起医院内感染的重要条件致病菌之一,耐药性AB是目前防治的棘手问题。细菌外排泵是引起耐药性的重要原因之一,拟通过PCR检测鲍曼不动杆菌耐药结节分化家族(resistance-nodulation-division,RND)外排泵基因adeLFGH的分布,探索其与耐药性的关系;建立adeG耐药基因模型,利用CRISPR/Cas9系统对其进行靶向敲除的初步研究。【方法】运用肉汤微量稀释法检测耐药性分布;PCR筛查13株临床分离多重耐药鲍曼不动杆菌adeLFGH外排泵基因并分析其分布;扩增RND外排泵关键基因adeG并构建耐药细菌模型;设计特异性sgRNA,利用CRISPR/Cas9系统进行靶向敲除,药敏实验检测其敲除效果。【结果】13株临床鲍曼不动杆菌对多黏菌素E敏感,对左氧氟沙星耐药率较低,仅为38.5%,对头孢他啶的耐药率为92.3%,对妥布霉素耐药率为84.6%,对其他临床常见药物耐药率均为100%。13株多重耐药鲍曼不动杆菌adeLFGH携带率为100%。药敏实验结果显示adeG模型耐药菌株的哌拉西林、替卡西林/克拉维酸以及哌拉西林/他唑巴坦由敏感转为耐药,氯霉素、美罗培南、米诺环素由敏感转为中介。特异性sgRNA介导CRISPR/Cas9系统靶向敲除效率不同。pCas9-sgRNA1(adeG)靶向后哌拉西林/他唑巴坦的耐药性得到了逆转,对妥布霉素、四环素、多西环素、米诺环素的耐药性也有不同程度的降低;pCas9-sgRNA2(adeG)和pCas9-sgRNA3(adeG)使哌拉西林/他唑巴坦由耐药恢复到了中介,但对其他药物的耐药性逆转效果并不显著。【结论】特异性 CRISPR/Cas9 系统可以特异性敲除耐药基因,提示可为耐药菌的治疗提供新的思路和方法。

    利用CRISPR/Cas9技术构建Quaking敲除的小鼠胚胎成纤维细胞株
    高登科, 马白荣, 郭怡莹, 刘薇, 刘田, 靳亚平, 江舟, 陈华涛
    2024, 40(2):  65-72.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0879
    摘要 ( 42 )   HTML ( 9)   PDF (5003KB) ( 19 )  
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    【目的】利用CRISPR/Cas9技术构建小鼠胚胎成纤维细胞(NIH3T3)Quaking基因敲除细胞株,并检测Quaking基因对NIH3T3细胞增殖能力的影响。【方法】首先,利用在线网站设计两条靶向作用于Quaking外显子的sgRNA,成功构建了两个分别靶向Quaking基因第1、第2外显子的CRISPR/Cas9重组慢病毒质粒。将构建的Quaking基因CRISPR/Cas9重组慢病毒载体和pcDNA3.1-Quaking过表达质粒共转染至HEK293T细胞中,通过Western blot实验检测Quaking蛋白的敲除效率。其次,将筛选得到的敲除效率高的重组慢病毒质粒(LentiCRISPRv2-sgRNA1)与辅助包装质粒共转染入HEK293T细胞进行慢病毒包装,慢病毒转导NIH3T3细胞后,利用嘌呤霉素筛选阳性单克隆细胞株。最后,通过Western blot及免疫荧光染色鉴定敲除效果。【结果】发现Quaking蛋白在该细胞株中不表达,并测序证实了发生片段敲除。CCK8检测发现,Quaking基因敲除显著抑制了NIH3T3细胞的增殖能力。【结论】本研究首次通过CRISPR/Cas9技术成功构建了小鼠胚胎成纤维细胞(NIH3T3)Quaking基因敲除细胞株,为后续研究Quaking基因在小鼠生理功能调节中的作用机制提供了体外模型基础。

    利用CRISPR/Cas9技术构建Pmepa1基因敲除的TCMK1小鼠肾小管上皮细胞系
    张宏民, 龙雯, 劳筱清, 陈雯妍, 商雪梅, 王洪连, 王丽, 粟宏伟, 沈宏萍, 沈宏春
    2024, 40(2):  73-79.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0500
    摘要 ( 37 )   HTML ( 8)   PDF (3540KB) ( 20 )  
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    【目的】利用CRISPR/Cas9技术构建Pmepa1基因敲除的TCMK1小鼠肾小管上皮细胞系,并探讨Pmepa1敲除对TGF-β刺激下TCMK1细胞纤维化的影响,为研究Pmepa1在纤维化模型中的作用提供细胞模型。【方法】根据CRISPR/Cas9设计原则设计靶向小鼠Pmepa1基因组序列的sgRNA序列,构建pX333载体并转染进入TCMK1细胞,采用流式分选mCherry阳性细胞、单克隆细胞扩增和测序鉴定Pmepa1敲除细胞,Western blot验证Pmepa1基因敲除情况。采用RT-PCR和Western blot分析Pmepa1敲除对TGF-β1诱导的R-Smad的活化和纤维化的影响。【结果】将sgRNA设计在Pmepa1第2个外显子,pX333-Pmepa1质粒转染TCMK1细胞48 h后,观察到mCherry荧光蛋白的表达,流式细胞分析转染效率约为17%,pX333-Pmepa1质粒转染阳性细胞经流式分选和单克隆扩增培养,得到19个细胞克隆,对Pmepa1基因位点上sgRNA靶点序列PCR扩增测序分析发现2个双等位基因移码突变细胞,Western blot验证Pmepa1蛋白表达缺失,表明Pmepa1基因敲除TCMK1细胞株构建成功,与未敲除细胞相比,Pmepa1敲除细胞在TGF-β1刺激下,p-Smad2和p-Smad3的表达显著升高,并且促进纤维化基因Fibronectin和Collagen I 的表达。【结论】利用CRISPR/Cas9技术成功构建Pmepa1基因敲除TCMK1小鼠肾小管上皮细胞系,为Pmepa1蛋白的功能研究建立了细胞模型以及Pmepa1在纤维化中的重要作用。

    SARS-CoV-2 Omicron 变异株多重微滴式数字 PCR 定量方法的建立及应用
    郑巧, 林华, 徐浩, 安微, 薛昌华, 张婧, 韩国全
    2024, 40(2):  80-89.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0758
    摘要 ( 40 )   HTML ( 9)   PDF (3896KB) ( 19 )  
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    【目的】为建立精准、高效的多重微滴式数字 PCR(droplet digital PCR,ddPCR)定量分析检测方法,开发可同时鉴别新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)ORF1ab 基因、N 基因、E 基因以及 Omicron 变异株 S 基因的检测体系,提高病毒性传染疾病的诊断效率及传播风险监测能力。【方法】通过筛选保守基因序列并设计特异性引物与探针,优化反应体系和扩增程序,对该方法的特异性、灵敏度及稳定性进行评价。以临床样本为实验材料,利用建立的 ddPCR 方法进行检测和验证,确定阳性检出率。【结果】多重 ddPCR 反应体系中,各对引物探针对目的片段均能有效扩增,SARS-CoV-2 ORF1ab 基因、N 基因、E 基因以及 Omicron 变异株 S 基因灵敏度检测下限分别为0.59、0.68、1.44、1.03 copies/µL。在20份临床样本的核酸检测中,共检出16份阳性样本,阳性率达80%(16/20),经荧光定量 PCR 方法复测符合率一致。【结论】研究建立的多重 ddPCR 方法特异性强、灵敏度高,可实现对临床样本中微量新冠病毒的精确定量检测。

    研究报告
    水稻热激转录因子HsfA2b调控非生物胁迫抗性的功能分析
    邹修为, 岳佳妮, 李志宇, 戴良英, 李魏
    2024, 40(2):  90-98.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0908
    摘要 ( 86 )   HTML ( 13)   PDF (4502KB) ( 57 )  
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    【目的】水稻在生长发育过程中,常会受到各种非生物胁迫而严重影响产量。热激转录因子作为植物抗逆过程中的一个重要元件,通过调控一系列胁迫响应基因的表达以提高植物抗逆性。探究水稻热激转录因子OsHsfA2b调控非生物胁迫的功能与初步机理,为培育水稻抗逆新品种提供了优异基因资源和理论支撑。【方法】通过构建OsHsfA2b过量表达和RNAi的转基因水稻,分别观察水稻幼苗在高温、低温、干旱和高盐处理后的抗逆表型,统计存活率。同时,在逆境胁迫处理后,通过DAB染色检测水稻叶片活性氧(ROS)含量及RT-qPCR检测抗氧化途径相关基因OsSODOsCAT的表达量,分析OsHsfA2b对抗氧化途径的调控作用。【结果】在高温、低温、干旱和高盐等非生物胁迫条件下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达。与野生型NPB相比,OsHsfA2b过量表达转基因水稻对非生物胁迫的抗性明显增强,植株损伤程度较轻,存活率提高。相反,OsHsfA2b-RNAi水稻对非生物胁迫更加敏感,植株损伤严重,存活率降低。此外,在非生物胁迫条件下,OsHsfA2b过量表达转基因水稻比NPB和OsHsfA2b-RNAi水稻体内活性氧的含量减少,并且OsHsfA2b显著诱导了抗氧化途径相关基因OsSODOsCAT的表达,OsHsfA2b参与抑制水稻体内活性氧的积累以降低逆境胁迫诱导的活性氧大量积累对植株的伤害。【结论】非生物胁迫下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达,可通过抗氧化途径正调控水稻对逆境胁迫的抗性。

    水稻维生素B1合成相关基因OsTHIC的功能研究
    张超, 王子瑞, 孙亚丽, 毛馨晨, 唐家琪, 于恒秀
    2024, 40(2):  99-108.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0797
    摘要 ( 82 )   HTML ( 9)   PDF (4545KB) ( 61 )  
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    【目的】维生素B1(vitamin B1, VB1)是生物所必需的微量元素,其作为多个酶的辅因子,参与重要的细胞代谢途径,而水稻中维生素B1合成途径还有待深入研究。本研究旨在解析水稻维生素B1合成相关基因OsTHIC的生物学功能。【方法】综合运用诱变技术、色素测定、Mutmap+、基因编辑及非靶向代谢组分析等手段克隆目的基因并解析其功能。【结果】从EMS诱变的水稻突变体库中发现一个心叶白化致死突变体wll1white leaf and lethal 1)。wll1从四叶期开始出现心叶白化表型,白化表型逐渐扩展到其他叶片并导致幼苗死亡。与野生型相比,wll1的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低。利用Mutmap+及基因编辑技术,确定目的基因为维生素B1合成相关基因OsTHICOsTHIC在叶片具有较高表达量,OsTHIC蛋白定位于叶绿体。wll1OsTHIC的敲除突变体中维生素B1含量均显著低于野生型,外施维生素B1可以恢复wll1的突变表型。外施维生素B1OsTHIC突变均会影响维生素B1合成相关基因的表达。非靶向代谢组测序分析表明,野生型与wll1差异代谢物在氨基酸的生物合成、辅因子的生物合成、ABC转运器及氨酰基-tRNA的生物合成等方面显著富集。【结论】OsTHIC通过调控维生素 B1 含量,参与氨基酸合成等代谢过程,在水稻生长发育过程中发挥重要作用。

    解淀粉芽孢杆菌SQ-2对水稻的促生作用
    李雪, 李容欧, 孔美懿, 黄磊
    2024, 40(2):  109-119.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0770
    摘要 ( 63 )   HTML ( 4)   PDF (5138KB) ( 54 )  
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    【目的】对实验室分离筛选得到的一株解淀粉芽孢杆菌SQ-2进行促生特性研究,确定该菌株对水稻促生的浓度范围与作用机制,并分析接种菌株前后的土壤菌群结构。【方法】利用钼蓝比色法与固氮酶试剂盒对菌株SQ-2的溶磷能力及固氮酶活性进行检测。将102、104、106、108和3×108 CFU/mL的菌悬液接种至水培与土培水稻中,分别培养14 d和20 d后测定其水培、土培水稻的根茎干鲜重、茎长与茎粗。采用苯酚-次氯酸钠比色法、茚三酮检测法与3,5-二硝基水杨酸比色法测定土培水稻土壤中脲酶、蛋白酶与蔗糖酶的活性。利用pH计电位法检测土壤pH值,用对应试剂盒检测土壤速效氮磷钾含量及酸性磷酸酶活性,并对接种3×108 CFU/mL组的土培水稻土壤进行根际细菌群落结构分析。【结果】菌株SQ-2对磷酸三钙的溶解量为229.63 mg/L,固氮酶活性为55.07 U/L。与对照相比,接种菌悬液浓度在104 CFU/mL时,水培水稻根的干、鲜重增长最为显著;在接种浓度为3×108 CFU/mL时,土培水稻根茎的干、鲜重增长最为显著。随着接种菌悬液浓度的升高,上述土壤酶活性与速效氮磷钾浓度都有着不同程度的增加,而接种菌株3×108 CFU/mL的土壤pH值则由原来的7.83降至7.26。接种菌株SQ-2改变了水稻根际土壤中的菌落构成,显著提高了土壤α多样性的Ace、Chao、Sobs与Shannon指数。【结论】解淀粉芽孢杆菌 SQ-2对土培、水培水稻均有不同程度的促生效果。在土培实验中,能够通过提高土壤酶活性、速效氮磷钾水平及改变土壤菌群结构来起到促生作用,为细菌菌肥的研发提供了新的菌株资源。

    燕麦全基因组SSR位点鉴定及多态性标记开发
    陈凯凌, 武涛, 徐逸群, 高佳, 张美俊, 李欣, 贾举庆
    2024, 40(2):  120-129.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0697
    摘要 ( 54 )   HTML ( 16)   PDF (2538KB) ( 54 )  
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    【目的】了解燕麦基因组SSR位点分布情况并开发燕麦全基因组SSR标记,为燕麦皮裸基因克隆、遗传图谱构建、群体多样性分析等提供科学的参考依据。【方法】利用已公布的“三分三”裸燕麦参考基因组,通过TBtools软件对燕麦全基因组的SSR位点进行检索并利用EXCEL和SPSS软件对检索数据分析其分布特征。根据检索结果设计引物,在构建的F2遗传群体中小规模进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳验证,并克隆测序其有效性与真实性。【结果】在燕麦基因组中,SSR数量众多,类型丰富。全基因组共检索到828 138个SSR位点,SSR平均密度为78.16个/Mb,平均距离为12.90 kb。单、双、三核苷酸重复类型占主导优势。基元重复次数主要集中在5次和6次,A/T、AG/CT和AAC/GTT重复基元为优势基元。燕麦基因组SSR位点呈现中度多态性,长度变化范围为11-1 587 bp。并由此开发设计52对多态性引物在试验材料中进行扩增验证,在构建的遗传群体中均具有多态性。【结论】在“三分三”裸燕麦参考基因组中开发SSR引物有效可行,可以用于后续进一步试验研究。

    陆地棉HD-Zip家族全基因组鉴定及响应非生物胁迫的表达分析
    吴翠翠, 肖水平
    2024, 40(2):  130-145.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0869
    摘要 ( 66 )   HTML ( 8)   PDF (6131KB) ( 46 )  
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    【目的】HD-Zip(Homeodomain and Leucine zipper)家族是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育、逆境响应中发挥重要作用。从陆地棉全基因组范围内鉴定GhHDZ基因家族成员,分析相关基因表达特点,为后续深入研究提供支撑。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉TM-1基因组中鉴定出GhHDZ基因家族成员,并对其理化特性、系统进化关系、染色体定位、基因复制、基因结构和启动子区顺式作用元件等进行分析。利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction, RT-qPCR)分析GhHDZ家族基因在不同非生物胁迫下的表达模式。采用烟草瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况,通过转基因过表达方法验证目标基因功能。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定到205个GhHDZ基因,系统发育分析将GhHDZ家族划分为4个亚组。片段复制是GhHDZ基因家族进化的主要原因,且该基因家族经历了强烈的纯化选择。在转录组分析基础上,对其中10个GhHDZ基因在4种非生物胁迫下的RT-qPCR鉴定分析表明,GhHDZ12GhHDZ46GhHDZ119正向响应冷胁迫,GhHDZ15GhHDZ188负向响应冷胁迫;GhHDZ15GhHDZ46GhHDZ50GhHDZ76GhHDZ116GhHDZ146GhHDZ176GhHDZ188正向响应热胁迫;GhHDZ15GhHDZ50GhHDZ76GhHDZ116GhHDZ119GhHDZ146GhHDZ176GhHDZ188正向响应盐胁迫;GhHDZ12GhHDZ15GhHDZ50GhHDZ116GhHDZ119GhHDZ176GhHDZ188正向响应干旱胁迫,GhHDZ76负向响应干旱胁迫,且发现上述基因对各种胁迫的响应时间各有差异。进一步对GhHDZ146的功能研究发现,该基因定位于细胞核,在拟南芥中异源过表达显著增强了对盐胁迫的耐受性。【结论】在全基因组范围内从陆地棉中系统鉴定出205个GhHDZ家族成员。不同基因对各种胁迫的响应不一,且表达模式存在差异。GhHDZ146对盐胁迫具有正向响应功能。

    ‘红满堂’苹果MbbZIP43基因的克隆与功能研究
    杨艳, 胡洋, 刘霓如, 殷璐, 杨锐, 王鹏飞, 穆霄鹏, 张帅, 程春振, 张建成
    2024, 40(2):  146-159.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0676
    摘要 ( 76 )   HTML ( 12)   PDF (3958KB) ( 55 )  
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    【目的】为探究碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子在‘红满堂’苹果花青素代谢中的调控作用。【方法】从‘红满堂’苹果克隆得到一个bZIP基因,分析了其基因及编码蛋白序列特性,利用洋葱表皮细胞瞬时转化确定其编码蛋白亚细胞定位,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)研究了该基因在不同成熟时期‘红满堂’果实中的表达情况,基于烟草叶片、苹果叶片以及苹果果实瞬时转化研究了其对花青素积累和花青素合成相关结构基因表达的调控作用。【结果】该基因不含内含子,与MdbZIP43(XP_008393381.1)相似度最高,故命名为MbbZIP43。其编码序列长为522 bp,可编码由173 aa组成、含有bZIP_plant_GBF1结构域、定位于细胞核的亲水蛋白。RT-qPCR分析结果显示,随着果实成熟,MbbZIP43在‘红满堂’果实中的表达水平呈“先升后降”的变化趋势,在花后11周的果实中表达量最高。相关性分析显示MbbZIP43基因表达量与总黄酮和花青素含量正相关。瞬时过表达该基因的烟草叶片、苹果叶片和果皮中花青素含量分别提高了17.42%、25.66%和48.99%,过表达MbbZIP43的苹果叶片中花青素合成结构基因CHIF3'HDFRUFGT分别提高了2.27倍、1.84倍、2.39倍和2.89倍;过表达MbbZIP43的苹果果皮中CHIF3'HDFRUFGT分别提高了1.79倍、1.70倍、1.35倍和1.51倍,说明MbbZIP43可以通过上调这些结构基因的表达正调控苹果花青素合成。【结论】MbbZIP43可通过激活花青素合成相关结构基因CHIUFGT等的表达进而促进花青素的积累。

    葡萄CYP707A基因家族的鉴定及对果实成熟的功能验证
    龚丽丽, 余花, 杨杰, 陈天池, 赵双滢, 吴月燕
    2024, 40(2):  160-171.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0856
    摘要 ( 69 )   HTML ( 10)   PDF (4326KB) ( 36 )  
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    【目的】CYP707A是细胞色素P450家族的亚家族成员,所编码的ABA8'-羟化酶是ABA分解代谢的关键酶,对植物生长发育起着重要作用。鉴定葡萄CYP707A基因家族,可为进一步研究葡萄果实成熟机理和生物育种技术提供理论依据。【方法】利用生物学信息方法分析葡萄中CYP707A家族基因的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性、系统进化关系及启动子区顺式作用元件等,并利用RT-qPCR分析VvCYP707A基因在葡萄不同品种(早熟和中熟)的时空表达模式、组织表达模式以及对外源ABA处理的响应模式,并利用果实瞬时表达技术对Vitvi07g01751进行功能验证。【结果】葡萄基因组鉴定出5个VvCYP707As基因,分布于5条染色体,其中Vitvi02g01269、Vitvi07g01751和Vitvi18g00792为片段复制基因。CYP707A基因家族高度保守,其中,基因结构和蛋白基序相似,亚细胞定位均位于内质网;VvCYP707A启动子区域富含与生长发育和激素响应相关的顺式作用元件,均含有ABA激素响应元件;通过RT-qPCR检测基因的表达模式发现,VvCYP707A基因具有时空特异性和组织特异性,主要在果实的幼果期与膨大期和茎、叶组织中高表达,其中Vitvi07g01751基因在早熟品种‘甬早红’膨大期果实中特异性高表达,且在两个品种间的表达模式一致,随着果实的成熟其表达先升高后降低。外源ABA处理下VvCYP707A分为两种表达模式,在浆果肉中外源ABA可诱导5个VvCYP707A基因高表达,在浆果皮中会显著抑制VvCYP707A基因的表达;在葡萄果实中瞬时表达Vitvi07g01751,葡萄的糖度积累缓慢,显著增加编码ABA的受体VvPYL4基因表达量,推测了Vitvi07g01751介导ABA调控葡萄果实成熟的机制。【结论】研究结果揭示了葡萄Vitvi07g01751在果实成熟中起着重要作用。

    猕猴桃BBX基因家族成员鉴定与转录特征分析
    路喻丹, 刘晓驰, 冯新, 陈桂信, 陈义挺
    2024, 40(2):  172-182.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0812
    摘要 ( 64 )   HTML ( 5)   PDF (4078KB) ( 37 )  
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    【目的】BBX(B-Box)作为锌指转录因子亚家族之一,广泛参与植物的生长发育过程。本研究旨在揭示猕猴桃BBX家族的基因特征和潜在功能。【方法】从全基因组水平对猕猴桃BBX基因家族进行鉴定,分析其蛋白质理化性质、亚细胞定位、系统发育特征、蛋白质保守结构域以及同源特性等,同时研究它们在不同组织部位和果实贮藏过程的表达模式。【结果】48个AcBBX不均匀地分布于22条染色体上,编码的氨基酸长度126-515 aa,蛋白分子量14 172.09-57 905.84 Da,预测有4种亚细胞定位;家族成员有0-4个内含子;启动子含有光反应、植物激素调控、逆境胁迫调控、生长发育调控等多种顺式作用元件。结合进化树及保守结构域被聚为5个组,基因串联重复和片段复制是家族成员扩张的主要原因。AcBBXs在猕猴桃不同器官中的表达量有差异,7个成员在成熟果中表达量较其他部位高,3个成员在幼果中表达较高,7个成员在叶中表达量较高,3个成员在花中表达量较高;果实采后贮藏过程中,3个成员受果实外源激素调控影响表达上调且高于其他处理组,6个成员在果实室温贮藏一周后表达上调且高于其他处理组。在果实4℃低温贮藏过程中,10个成员的表达随时间增加而上调,5个成员的表达随时间增加而下调。【结论】揭示了BBX家族不同成员在猕猴桃生长发育和果实采后贮藏期间的转录特征,为后续猕猴桃BBX基因功能验证奠定基础。

    猕猴桃AcMYB88的鉴定及功能研究
    苑馨予, 钟彩虹, 张龙, 郑浩, 李吉涛, 张琼
    2024, 40(2):  183-196.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0726
    摘要 ( 52 )   HTML ( 1)   PDF (7395KB) ( 29 )  
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    【目的】MYB转录因子在猕猴桃花青苷积累中发挥着重要作用,挖掘调控花青苷生物合成的MYB家族转录因子并验证其功能,可进一步明晰花青苷积累的分子机制。【方法】AcMYB110是猕猴桃花青苷生物合成的关键转录因子,通过系统发育树分析猕猴桃中97个MYB家族转录因子,筛选出与AcMYB110高度同源的12个MYB转录因子,采用生物信息学方法分析它们的理化性质、亲疏水性、蛋白磷酸化位点、蛋白质二级结构及其与其他物种的系统进化关系。【结果】12个MYB转录因子编码的氨基酸数目为200-423个;分子量范围为22.3-45.5 kD,均为定位于细胞核的亲水性蛋白。12个候选MYB蛋白的潜在磷酸化位点大多位于丝氨酸残基处;其二级结构以无规则卷曲为主,α-螺旋为辅。在12个候选MYB转录因子中筛选得到1个花青素积累相关的转录因子AcMYB88,在猕猴桃果实发育过程中AcMYB88基因与AcMYB110基因表达模式非常相似。【结论】烟草瞬时过表达研究表明,AcMYB88为花青苷积累的正向调控因子,且能与AcMYB110AcbHLH42协同作用从而促进花青苷的积累。该研究为猕猴桃花青素生物合成以及育种研究等方面提供理论基础。

    甘蔗CBL-CIPK基因家族的鉴定和表达分析
    辛奇, 李压凡, 尹铮, 张晓丹, 陈霆, 刘晓华
    2024, 40(2):  197-211.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0830
    摘要 ( 83 )   HTML ( 9)   PDF (5220KB) ( 46 )  
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    【目的】甘蔗是重要的糖料作物,温度、盐碱、水分等因素是制约其生长发育的关键环境因素。类钙调磷酸酶B蛋白CBL(calcineurin B-like protein)是一类Ca2+结合蛋白,通过与其特定的蛋白激酶CIPK(CBL-interacting protein kinase)作用,在Ca2+信号传导通路,尤其是逆境信号传导通路中发挥重要作用。目前,甘蔗全基因组测序已完成,但其CBL-CIPK基因家族成员尚未确定,互作调控机理依然未知。本研究确定了甘蔗CBL、CIPK成员并揭示了CBL-CIPK互作关系,为研究甘蔗CBL-CIPK的互作机理提供基因资源和理论基础。【方法】以甘蔗品种‘GT58’为材料,通过RT-qPCR技术分析CBLsCIPKs在低温、高温、NaHCO3和PEG处理等4种非生物胁迫下的表达水平,利用酵母双杂交试验分析SsCBLsSsCIPKs之间的相互作用。【结果】甘蔗全基因组中共有19个CBL基因和82个CIPK基因,分布在不同的进化分支且存在基因复制现象,基因家族成员之间理化性质差异较大,结构域与蛋白基序具有高度保守性,顺式作用元件分布多样;转录水平上,SsCBL7/SsCBL12/SsCIPK1/SsCIPK5的表达水平易受低温、高温、干旱和高盐等多种非生物胁迫的调控;蛋白水平上,SsCBL1与SsCIPK47和SsCIPK81相互作用,SsCBL8与SsCIPK47和SsCIPK81相互作用。【结论】CBL-CIPK互作网络可能在甘蔗生长发育过程中响应非生物胁迫,发挥重要作用。

    番茄HMA基因家族的鉴定及SlHMA1镉转运功能研究
    赵曜, 文朗, 骆少丹, 栗子杏, 刘超超
    2024, 40(2):  212-222.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0896
    摘要 ( 56 )   HTML ( 14)   PDF (5225KB) ( 30 )  
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    【目的】Heavy metal ATPase(HMA)基因家族广泛参与植物对金属元素的吸收和转运,系统鉴定番茄HMA基因家族成员及其特征,并研究其在应对镉胁迫过程中的功能,为解析番茄重金属转运机制及番茄低镉积累种质创新提供理论依据。【方法】通过生物信息学鉴定番茄HMA基因家族成员,并分析其系统进化树、蛋白理化性质、基因结构、顺式作用元件、基因表达模式等,通过酵母功能互补试验研究SlHMA1的镉转运活性。【结果】番茄基因组中存在8个SlHMAs,分属2个亚组。在基因结构方面,各SlHMAs间及与拟南芥和水稻的同源基因之间都存在显著差异。SlHMAs成员启动子区域含有较多逆境响应相关的顺式作用元件,RT-qPCR结果也揭示大多数SlHMAs表达对镉胁迫有不同程度的组织特异性响应。酵母功能互补试验表明SlHMA1蛋白具有镉转运活性,进化分析表明HMA1广泛存在于植物界,且其ATP水解酶活性相关的氨基酸保守基序DKTGT也在植物界高度保守。【结论】番茄SlHMAs具有HMA家族基因的典型特征,同时也存在功能多样性。SlHMAs及其氨基酸保守基序DKTGT与金属离子转运及镉胁迫响应密切相关,在低镉作物育种方面具有重要应用潜力。

    白菜种子cDNA酵母文库的构建及BrTTG1互作蛋白的筛选及分析
    任延靖, 张鲁刚, 赵孟良, 李江, 邵登魁
    2024, 40(2):  223-232.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0989
    摘要 ( 42 )   HTML ( 4)   PDF (6531KB) ( 32 )  
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    【目的】通过构建白菜种子的cDNA文库,筛选WDR 40蛋白TRANSPARENT TESTA GLABRA 1(TTG1)的互作蛋白,探究TTG1参与MBW三元复合体调控种皮原花青素形成的分子机制。【方法】以棕籽白菜自交系‘B147’的种子为材料,提取总RNA并建立cDNA文库,通过gateway技术构建诱饵载体pGBKT7-TTG1并进行酵母双杂交筛库。【结果】酵母文库库容为1.2×107 CFU,文库滴度是5.0×107 CFU/mL,插入片段平均长度大于1 000 bp,诱饵载体在酵母中无自激活活性。通过构建的诱饵载体pGBKT7-TTG1与构建的cDNA文库杂交,共获得了38个阳性互作蛋白,功能预测显示其中一个蛋白注释为MYB转录因子,注释为MYB73,序列分析结果显示该基因含有R2R3-MYB型抑制子保守基序C1和C2,推测该基因为白菜中参与种皮颜色形成的R2R3-MYB型抑制子,暗示着白菜中可能存在不同MYB转录因子参与的调控网络,影响着原花青素的形成。【结论】本研究构建了白菜种子组织的酵母双杂交cDNA文库,获得了38个TTG1阳性互作蛋白,首次挖掘到了可能影响白菜种皮颜色原花青素形成的R2R3-MYB型抑制子MYB73,为后期探究白菜种皮原花青素的调控网络奠定良好的基础。

    甜菜BvBADH基因家族全基因组鉴定及其高盐胁迫下的表达分析
    李昊, 伍国强, 魏明, 韩悦欣
    2024, 40(2):  233-244.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0874
    摘要 ( 96 )   HTML ( 13)   PDF (6707KB) ( 49 )  
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    【目的】甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase, BADH)是参与甘氨酸甜菜碱(glycine betaine, GB)合成的关键酶之一,在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。【方法】为探究甜菜(Beta vulgarisBvBADH 基因家族成员生物学功能及基因表达模式,本研究采用生物信息学方法,分析了蛋白质的理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位、保守基序、蛋白结构、启动子顺式作用调控元件,并通过RT-qPCR对其在盐胁迫下的表达模式进行分析。【结果】共鉴定出9个BvBADH 基因家族成员,含有9-15个外显子,8-14个内含子,平均氨基酸个数为516,平均分子量为55.84 kD,等电点为5.24-6.98。系统进化分析发现,高等植物BADH可分为3个簇,分别为簇I、II和III,其中簇III成员进一步分为簇IIIa和IIIb两个亚簇。BvBADH基因家族在3个簇中均有分布,分别含有3、1和5个成员。甜菜BvBADH基因家族主要含有胁迫响应元件、激素响应元件和生长发育响应元件,每个成员的顺式作用调控元件数量为13-21个。进一步对 BvBADH在盐处理下甜菜叶片中的表达模式分析发现,100和150 mmol/L NaCl不同程度地诱导BvBADH基因家族成员的表达;但相比之下,它们在100 mmol/L NaCl处理下的表达量高于150 mmol/L NaCl。【结论】BvBADH基因家族在甜菜响应盐胁迫过程中扮演着重要角色,为我国北方地区农作物抗逆性遗传改良提供优异基因资源。

    日本落叶松LkF3H2基因克隆及调控类黄酮代谢功能研究
    李灿, 蒋湘宁, 盖颖
    2024, 40(2):  245-252.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1508
    摘要 ( 53 )   HTML ( 2)   PDF (4779KB) ( 27 )  
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    【目的】日本落叶松黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase 2,LkF3H2)基因在类黄酮生物合成过程中发挥着重要的调控功能。探究LkF3H2基因在日本落叶松中发挥的具体功能和植物类黄酮生物代谢过程。【方法】根据实验室前期转录组数据克隆日本落叶松LkF3H2基因并进行生物信息学分析及组织表达分析。随后将该基因转化烟草进行转基因烟草组织表达分析及类黄酮含量测定,以探究基因表达量与类黄酮含量之间的关系。【结果】LkF3H2基因cDNA序列长度为1 074 bp,其蛋白编码358个氨基酸,分子式C1785H2807N481O541S18,分子量为40.24 kD,该蛋白是不稳定的亲水性蛋白且不含信号肽;同时系统进化分析得出日本落叶松LkF3H2与火炬松、辐射松、白云杉和欧洲云杉F3H亲缘关系较近并且该蛋白含有保守结构域2OG-Fe(II)oxygenase superfamily,属于2-酮戊二酸依赖性双加氧家族。另外组织表达分析显示LkF3H2基因在一月龄日本落叶松幼苗叶中表达量最高,在一年生日本落叶松幼苗茎中表达量最高,并且在转基因烟草叶中也显示了最高的表达量。值得一提的是,转基因烟草叶中的类黄酮含量也是最高的,其次为茎和根,转基因烟草中类黄酮含量与LkF3H2基因表达量呈正相关关系。【结论】日本落叶松LkF3H2基因属于2-酮戊二酸依赖性双加氧家族并且在类黄酮生物合成过程中发挥着重要功能。

    盐胁迫下氮素对花生种子萌发和种子际细菌菌群结构的调控
    徐扬, 张瑞英, 戴良香, 张冠初, 丁红, 张智猛
    2024, 40(2):  253-265.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0753
    摘要 ( 40 )   HTML ( 7)   PDF (5168KB) ( 23 )  
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    【目的】盐胁迫影响花生种子萌发和植株生长,阐明盐胁迫下适量施肥提高种子萌发率和花生产量的内在调控机制,并解析该过程与种子际土壤细菌菌群结构的关系,为通过改良种子际土壤微生物环境,提高花生出苗健苗率、耐盐抗逆性和花生生产能力提供理论和技术依据。【方法】以耐盐花生品种(花育25号,HY25)为试验材料,设置3个氮素水平0、90和180 kg/hm2,采用盆栽试验和高通量测序技术,阐明氮肥施用对盐胁迫下花生种子际微生物菌群结构、花生发芽出苗和产量的影响。【结果】施加氮肥可有效提高花生种子在盐胁迫下的发芽率和最终产量,并以施氮量90 kg/hm2最适。16S rRNA测序分析显示,种子际的土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)及芽孢杆菌门(Gemmatimonadetes)等为优势菌门。在属水平上,盐胁迫虽然提高了有益菌属拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度,但同时导致有害的链球菌属(Streptococcus)增多,最终降低了有益菌属芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)和溶杆菌属(Lysobacter)的相对丰度。盐胁迫下施氮可以显著改善种子际的土壤微环境,提高有益菌属拟杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属的相对丰度,对土壤修复和地力提升有一定的帮助,同时还能增强花生抗逆性。【结论】盐胁迫下适量施氮可提高种子际有益菌属的相对丰度,从而提高花生种子的发芽率和耐盐性,最终促进盐胁迫下的花生增产。

    黄龙病发病芦柑根际土壤细菌群落组成与多样性特征
    雷美玲, 饶文华, 胡进锋, 岳琪, 吴祖建, 范国成
    2024, 40(2):  266-276.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0837
    摘要 ( 57 )   HTML ( 3)   PDF (4552KB) ( 42 )  
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    【目的】本研究旨在研究福建南平地区芦柑(Citrus reticulata)植株根际土壤细菌群落,并分析黄龙病对其细菌群落的影响,为南平地区芦柑黄龙病的防控提供科学依据。【方法】采用五点法采集了健康和黄龙病发病的芦柑植株根际土壤样本,通过扩增子测序技术和生物信息学方法,深入研究了黄龙病发病芦柑根际土壤细菌群落的多样性和组成变化,分析了土壤理化因子与细菌群落的关联性。【结果】研究结果表明,黄龙病发病的芦柑植株根际土壤细菌群落的多样性略高于健康植株。黄龙病发病芦柑根际土壤中的变形菌门相对丰度明显升高,而放线菌门相对丰度显著降低。在属水平上,与健康植株相比,黄龙病发病芦柑植株根际土壤细菌群落中蔷薇属和嗜酸性杆菌属的相对丰度显著增加,与速效钾、有效磷以及有机质呈现显著负相关,而与pH值呈现显著正相关。相反地,康奈斯氏杆菌属和褚氏杆菌属的相对丰度明显低于健康植株,并与速效钾、有效磷以及有机质呈现显著正相关,同时与pH值呈现显著负相关。【结论】黄龙病菌感染改变了柑橘土壤理化特性,并显著减少根际土壤中有益细菌的相对丰度,从而导致了芦柑植株根际细菌群落的多样性和组成出现显著变化。与此同时,黄龙病发病的芦柑植株可能通过招募固氮和促进植物根际生长的有益细菌来对抗病原菌的侵害。

    三株无量山森林土壤芽孢杆菌鉴定及其生物活性挖掘
    王楠, 廖永琴, 施竹凤, 申云鑫, 杨童雨, 冯路遥, 矣小鹏, 唐加菜, 陈齐斌, 杨佩文
    2024, 40(2):  277-288.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0918
    摘要 ( 35 )   HTML ( 3)   PDF (6753KB) ( 23 )  
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    【目的】挖掘无量山国家自然保护区潜在的高活性微生物菌株,旨在为农业绿色投入品研发提供高效的菌种资源。【方法】以番茄枯萎病菌(Fusarium oxysporum)为靶标筛选高拮抗活性菌株,观察对菌丝生长的影响,测定对孢子萌发的抑制作用;检测脂肽类化合物合成基因以及菌株体外产酶、解磷、解钾、固氮及产铁载体能力;结合形态学、生理生化特征和16S rRNA、gyrArpoB基因进行菌株鉴定,室内盆栽试验验证防病和促生效果。【结果】分离筛选获得153株可培养细菌,其中,菌株SH-53、N4471和N9456抑菌效果分别为92.35%、87.29%和88.47%,能抑制病原菌菌丝生长和分生孢子萌发,且对多种病原菌表现出良好拮抗活性。3株功能菌均具有溶锌、产淀粉酶和蛋白酶的能力,菌株SH-53和N4471还具有解磷、固氮、分泌纤维素酶以及产铁载体能力。3个功能菌基因组中均含有srfAfenAituAituCituDbymC等脂肽类化合物合成基因。经鉴定菌株SH-53为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),N4471为卡式芽孢杆菌(B. cabrialesii),N9456为暹罗芽孢杆菌(B. siamensis)。盆栽试验结果表明,3株功能菌防效分别为84.66%、54.96%和59.74%,对番茄幼苗的株高、茎粗、根长等农艺性状均具有较好促进作用。【结论】3个菌株具有高效、广谱的抑菌活性,具有多样化的生物活性,作为高效的微生物资源具有广阔的应用前景。

    嗜热毁丝菌裂解性多糖单加氧酶TtLPMO9I的酶学性质及其功能研究
    郑菲, 杨俊钊, 牛羽丰, 李蕊麟, 赵国柱
    2024, 40(2):  289-299.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0877
    摘要 ( 38 )   HTML ( 4)   PDF (6349KB) ( 29 )  
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    【目的】为挖掘新型裂解性多糖单加氧酶(LPMO)酶资源,探究LPMO在辅助降解纤维素过程中起到的重要作用。【方法】Thermothelomyces thermophilus基因组中克隆表达了一个新型LPMO酶TtLPMO9I,系统地分析了其序列及结构的进化特征;采用DNS法表征了TtLPMO9I的酶学性质;在反应体系中添加不同浓度的抗坏血酸探究外部电子供体对TtLPMO9I活性的影响;以玉米秸秆和微晶纤维素为底物,通过检测还原糖的生成量计算获得TtLPMO9I与纤维素酶的协同作用效果。【结果】TtLPMO9I在60℃,pH 5.0时表现出最佳酶活力。在60℃孵育12 h后,仍能剩余54%的活性。经pH 6.0-8.0处理12 h后,酶活无损失。添加外部电子供体抗坏血酸使TtLPMO9I的活性提高至184%。在玉米秸秆和微晶纤维素降解过程中,TtLPMO9I与纤维素酶表现出良好的协同作用效果。将50-200 μg的TtLPMO9I添加至降解体系中,还原糖产量分别提高了34%-142%和6%-46%。【结论】TtLPMO9I不仅具有良好的温度稳定性和pH稳定性,在木质纤维素的降解过程中也具有突出的作用效果,为工业生产应用提供了潜在的优质酶资源。

    雨生红球藻钙依赖蛋白激酶(CDPK)家族鉴定与表达分析
    李亚男, 张豪杰, 梁梦静, 罗涛, 李旺宁, 张春辉, 季春丽, 李润植, 薛金爱, 崔红利
    2024, 40(2):  300-312.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0719
    摘要 ( 55 )   HTML ( 6)   PDF (8974KB) ( 24 )  
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    【目的】钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)广泛参与植物生长发育和环境胁迫响应。为探究CDPK基因在雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长发育及虾青素积累中的功能,对HpCDPK基因家族进行鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法鉴定雨生红球藻HpCDPK基因家族成员,分析其编码蛋白的理化特性、系统进化、保守基序和功能结构域,以及缺氮等胁迫条件下HpCDPK成员基因的表达谱。【结果】结果表明,共鉴定7个HpCDPK基因家族成员,所有HpCDPK蛋白都含有典型EF-hand基序和蛋白激酶结构域。系统发育分析表明,这些HpCDPK与来自莱茵衣藻的CrCDPK聚为一类,与高等植物拟南芥的AtCDPK分开,暗示在进化过程中发生了种属特异性的基因复制事件。转录组数据分析表明,HpCDPK基因表达受到多种胁迫诱导,其中HpCDPK7基因转录水平在缺氮条件下上调最为明显。此外,HpCDPK与类胡萝卜素合成相关基因的表达相关性分析结果显示,HpCDPK与多个类胡萝卜素合成相关基因表达密切关联,特别是HpCDPK2与虾青素合成关键基因(BKTBCH)的表达显著正相关(P<0.05)。【结论】本研究鉴定了7个HpCDPK基因,HpCDPK7基因在缺氮条件下的表达上调最为明显,HpCDPK2可能在类胡萝卜素及虾青素合成积累中发挥重要调控作用。研究结果为后续深入解析HpCDPK介导雨生红球藻胁迫响应和类胡萝卜素合成积累的功能及分子机制提供参考依据。

    融合跨物种科学数据的性状调控基因本体模型构建及应用
    张丹丹, 赵瑞雪, 鲜国建, 熊赫
    2024, 40(2):  313-324.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0748
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    【目的】在新技术带来的育种数据激增与计算育种对知识服务的新需求下,为解决作物育种知识服务中跨物种学科知识获取效率低且优异多效基因发现困难的问题。【方法】本研究构建了性状调控基因本体模型框架,并定义了本体模型中的实体层次结构和实体属性。以主粮作物水稻、玉米、小麦和模式植物拟南芥为数据采集对象,构建了以性状调控基因本体模型为模式层的知识图谱并进行实验。【结果】最终形成了涵盖13种实体、16种数据属性和14个对象属性的性状调控基因本体模型,以此模型为本体层的知识图谱实现了跨物种间学科知识关联检索、优异多效基因挖掘和跨物种基因功能预测。【结论】本研究所提出的性状调控基因本体模型构建方法,能够实现跨物种间性状调控基因的关联发现,可提高跨物种学科知识的获取效率,可支撑多维度科学数据寻证分析的功能基因发现结果。本研究为多效基因的挖掘和基因功能预测提供了一条可实现的方法路径,为作物育种科学研究提供了有效的数据支撑服务。

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    目录
    2024, 40(2):  325. 
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    版权
    2024, 40(2):  326. 
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    2024, 40(2):  327. 
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