生物技术通报

动态调控：一种高效的细胞工厂工程化代谢改造策略

叶健文, 陈江楠, 张旭, 吴赴清, 陈国强

2020, 36(6): 1-12. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0317

摘要 ( 685 )

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动态调控作为代谢工程优化中最有效的策略之一,通常包含输入信号发生器、生物传感器和执行机构3个部分。输入信号可以是细胞代谢物和环境条件变化,如化学分子、核糖核酸、温度、光信号等。而生物传感器是能够响应输入信号变化,并转化成特定信号输出的基因元件,其输出信号可以直接调控基因表达,也可以作为其他感应元件的输入。重点介绍了动态调控的基本原理及分类及其在微生物细胞工厂工程化改造中的应用实例,主要包括动态调控的优势和研究进展、动态调控系统的构建与表征,同时,也着重讨论了动态调控在细胞工厂改造中潜在的机遇与可能面临的挑战。

抗逆元件及其在高效微生物细胞工厂构建中的应用进展

常瀚文, 郑鑫铃, 骆健美, 王敏, 申雁冰

2020, 36(6): 13-34. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0259

摘要 ( 568 )

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微生物作为重要的细胞工厂,其应用时经常面临的各种胁迫条件严重制约细胞活力和生产性能。大量文献证明,微生物的胁迫耐受性是受到胞内多个代谢途径和生理系统调控的复杂表型。那么,挖掘和应用增强菌株胁迫耐受性的抗逆元件是构建高效微生物细胞工厂的有效手段。目前,已报道的微生物抗逆元件主要包括调控细胞壁和细胞膜、DNA修复、氧化应激、相容性溶质、能量产生和信号转导的相关基因以及外排泵、热激蛋白和全局转录因子等。着重介绍了近年来抗逆元件及其在高效微生物细胞工厂构建中的应用实例,同时,讨论了实际应用中可能面临的机遇与挑战。

拟南芥EBP1蛋白与RNA相互作用的初步研究

李晓燕, 李驰宇, 于峰, 廖红东

2020, 36(6): 35-45. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1066

摘要 ( 411 )

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基因表达调控是现代分子生物学研究的热点话题,随着研究手段的不断成熟,其RNA转录后调控已成为备受关注的领域。RNA结合蛋白（RBPs）是转录后调控的关键因子,参与RNA可变剪切、RNA稳定、翻译等多个过程的调控。ErbB3绑定蛋白（EBP1）是结构功能高度保守的RNA结合蛋白,可与rRNA、tRNA、mRNA等多种RNA结合,参与调控核糖体生物生成、蛋白质翻译多个过程,但目前已报道的靶RNA甚少,对靶RNA的作用机制目前仍不清楚。通过生物信息学分析发现拟南芥EBP1结合RNA的保守结构域,并在体外可直接结合“GUCUCUCACUGCGACGGCUU”序列;通过RNA免疫共沉淀实验找到了3个靶mRNA（AT1G24792、AT3G25211、AT3G24320）;结合核糖体提取及虫草素处理实验发现EBP1可显著调控特定靶mRNA的稳定性及其翻译速率。研究结果不仅证实拟南芥EBP1具有结合RNA的功能,还显示其参与调控靶RNA的转录后事件,为进一步研究EBP1在转录后调控的生物学机制奠定基础。

葡萄ERECTA基因过表达提高拟南芥生长量和耐热性

刘敏, 房玉林

2020, 36(6): 46-53. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1170

摘要 ( 400 )

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葡萄ERECTA基因受高温诱导表达,且在葡萄的幼叶和花中表达量较高。为了研究葡萄ERECTA基因在植物生长发育和高温响应中的作用,将该基因在拟南芥中过表达,观察其表型变化和对高温的耐受性。结果表明,葡萄ERECTA基因过表达可以显著增加拟南芥叶片的长度、宽度和数量,花梗变细长,角果长度和株高显著增加。将拟南芥种子在高温处理后常温培养2 d,大部分Landsberg erecta（Ler）幼苗发育不正常,而过表达型ER-OE幼苗均未受到高温胁迫的影响。拟南芥植株在40℃高温处理4 d,ER-OE植株受胁迫程度较轻,叶片电导率的顺序为Ler>Col>ER-OE;在22℃恢复5 d后,Col、Ler和ER-OE的存活率分别为33%、12%和83%。ERECTA基因既可以提高植株的耐热性,又可以增加生长量,为培育葡萄抗性新品种提供了新的基因资源,在农业生产上有很好的应用前景。

小麦病程相关基因TaSec14的克隆及功能研究

牛欢, 冯静云, 黄建国, 张超群, 张露露, 刘晓颖, 王振英

2020, 36(6): 54-62. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1043

摘要 ( 319 )

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Sec14蛋白家族在植物中参与磷酸代谢、信号转导等基本生命过程。从感白粉病小麦品种京411中克隆到一个磷脂酰肌醇转运蛋白基因,其开放阅读框为1 212 bp,编码403个氨基酸,与二穗短柄草中磷脂酰肌醇转运蛋白PITP3（XP_010236107.1）有80.45%的同源性,含有SEC14保守结构域,命名为TaSec14。接种白粉菌后,TaSec14在京411及其近等基因系BJ-1中表达趋势一致,表达量均高于抗病小麦品种Brock。利用病毒介导的基因沉默技术敲减京411中的TaSec14基因后,BSMV∶TaSec14叶片上白粉菌孢子的成功侵染率低于GKP Buffer对照组,而畸形率高于对照组,表明降低TaSec14基因的表达能在一定程度上提高感病小麦京411对白粉菌的抗性。推测TaSec14基因可能在小麦与白粉菌互作过程具有调控作用。

外源褪黑素对干旱胁迫下牡丹幼苗生理特性的影响

范海霞, 赵飒, 辛国奇, 李静

2020, 36(6): 63-72. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0055

摘要 ( 400 )

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为探究褪黑素（Melatonine,MT）对牡丹幼苗抗旱性的影响及生理机制,以牡丹品种凤丹（Paeonia ostii Fengdan）幼苗为试材,研究不同浓度外源褪黑素（50、100和200 μmol/L）对干旱胁迫下牡丹幼苗生长及生理特性的影响。结果表明,干旱胁迫严重限制了牡丹幼苗的生长和光合作用,叶片细胞脂质过氧化及伤害指数增加,引起氧化应激及渗透调节反应。经外源褪黑素预处理能够减轻干旱胁迫对牡丹幼苗的伤害,具体表现为根系、茎叶及总干物质量提高;减少叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素等光合色素降解,改善光合作用及PSⅡ电子传输能力;降低丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）、超氧阴离子（O₂^-）含量及细胞膜质伤害指数（MII）,提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）及谷胱甘肽还原酶（GR）等抗氧化酶活性减少脂质过氧化;促进渗透调节物质积累。总之,以100 μmol/L MT处理对牡丹幼苗抗旱性提高效果最好。外源褪黑素预处理能提高干旱胁迫下牡丹幼苗光合荧光特性、抗氧化和渗透调节能力,促进干旱胁迫下牡丹幼苗生长。

稻田土壤固氮菌株的分离筛选及促生潜力

靳海洋, 王慧, 张燕辉, 胡天龙, 林志斌, 刘本娟, 蔺兴武, 谢祖彬

2020, 36(6): 73-82. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1020

摘要 ( 442 )

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旨为获取高效固氮菌株,为稻田生物固氮能力的微生物调控提供菌种资源。选用4个具有不同固氮效率水平的水稻土样品,采用稀释平板法和富集纯化法从土壤中分离可培养固氮菌株,通过基因组DNA的nifH基因扩增、乙炔还原活性的定量测定和无氮培养基上的生长状况筛选优势固氮菌株,进一步对优势固氮菌株进行促生潜力测定。共分离纯化得到可培养微生物菌株14株,以新分离菌株的基因组DNA为模板,有7株菌株能够扩增出nifH基因。其中,新分离菌株P204、P205、P207和P208在无氮培养基上生长速度较快,乙炔还原活性较高,同时具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长的潜力,可用于进一步功能基因开发和微生物接种应用研究。

生防细菌ML-3抗菌蛋白发酵条件的优化及其防治应用

李静舒, 赵佳

2020, 36(6): 83-92. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1034

摘要 ( 338 )

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明确菌株ML-3抗菌蛋白对马铃薯早疫病的防效效果,为马铃薯早疫病生物防治提供参考依据。本研究采用硫酸铵分级沉淀、琼脂扩散法、正交试验、田间试验以及16S rDNA系统进化分析相结合的方法对菌株ML-3产抗菌蛋白的较优碳源、氮源、发酵条件、最佳硫酸铵沉淀浓度、抑菌稳定性、马铃薯早疫病田间防效和分类地位进行了研究。结果表明：该菌株产生的抗菌蛋白最佳发酵液配方为2%马铃薯、1%蛋白胨和0.5%NaCl,最佳发酵条件为：初始pH值7.0、温度30℃、装液量400 mL/500 mL、接种量5 mL、发酵48 h;抗菌蛋白在温度≤60℃、pH值5-8和紫外照射36 h内具有良好稳定性,而且对K⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Na⁺稳定性较好;马铃薯早疫病防治的田间用药浓度为≥10 mg/L;使用16S rDNA序列可将该菌株鉴定为枯草芽孢杆菌沙漠亚种（Bacillus subtilis subsp. inaquosorum）。说明菌株ML-3抗菌蛋白在防治马铃薯早疫病和生物农药开发中应用潜力明显。

好氧反硝化菌Achromobacter sp.L16的脱氮特性

李思琦, 杨静丹, 刘琳, 刘二佳, 王晓慧

2020, 36(6): 93-101. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0978

摘要 ( 429 )

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在垃圾渗滤液中分离出一株异养硝化-好氧反硝化菌L16,经过形态观察和16S rDNA基因序列分析鉴定为Achromobacter sp.,L16对氨氮和硝酸盐氮的去除率分别为61.94%和98.40%。对菌株好氧反硝化和异养硝化培养条件进行优化结果表明：L16在以硝酸盐为氮源、柠檬酸钠为碳源、C/N为20、培养温度为30℃、培养转速为150 r/min条件下硝酸盐氮去除率为99.74%,总氮去除率58.90%。L16在以氨氮为氮源、柠檬酸钠为碳源、C/N为20、培养温度为30℃、培养转速为200 r/min条件下氨氮去除率提高到93.41%,总氮去除率86.33%。优化后L16具有高效的异养硝化-好氧反硝化能力,可将氮素大部分转化为气体和菌体胞内氮,具有潜在的实际废水应用价值。

一株高效解磷菌的筛选及其解磷效果验证

唐岷宸, 李文静, 宋天顺, 谢婧婧

2020, 36(6): 102-109. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0969

摘要 ( 454 )

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为开发新型、安全及高效的解磷菌肥,从农田中分离筛选出多株菌,通过解磷能力验证,最终选出解磷能力最强的X-P18菌株,经16S rDNA分析鉴定为贝莱斯芽孢杆菌。同时,通过优化X-P18菌株液体发酵培养条件并测定发酵液中小分子有机酸种类,初步探究菌株的解磷机理。将该解磷菌施用于黑叶葵扇白菜盆栽,并对小白菜的基本指标进行分析。结果表明,X-P18菌株在无机磷液体培养基中,溶磷量为495.4 mg/L,具有分泌乙酸及其他少量小分子有机酸的特性。培养基初始接种量为1%、pH8.0、碳源为甘露糖、氮源为硫酸铵、培养温度为30℃时,X-P18菌株的解磷能力最佳,溶磷量为582.4 mg/L,比优化前高出17.6%。在X-P18菌剂添加量为2×10⁹CFU/盆时,对黑叶葵扇白菜的促生效果最明显,鲜重增加65.5%,叶片全磷含量增加46.9%。

一株敌草隆降解菌的分离及其应用潜能探索

岳丽晓, 李登云, 张晶晶, 仝雷

2020, 36(6): 110-119. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0778

摘要 ( 367 )

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旨在获得可高效降解敌草隆的土壤微生物,系统阐明菌株降解特性、敌草隆代谢途径并探索菌株的实际应用潜能。通过唯一碳源法进行富集、驯化和分离获得可降解敌草隆的土壤微生物,通过单因素试验研究菌株的环境的适应性,通过代谢中间产物的质谱分析推测菌株降解敌草隆的代谢途径,通过模拟原位土壤修复探索菌株的实际应用潜能。从长期使用敌草隆的棉田分离获得一株可高效降解敌草隆的细菌LX-C-06。形态学、生理生化特征与16S rRNA基因分析表明菌株LX-C-06为木糖氧化无色杆菌（Achromobacter xylosoxidans）。单因素试验结果表明菌株LX-C-06降解敌草隆的最适温度和pH分别为30℃和pH 7.0;菌株LX-C-06对盐离子浓度具有较高耐受能力,当NaCl浓度为1%、3%和5%时,120 h内对50 mg/L敌草隆降解率分别为100%、100%和87.8%;菌株LX-C-06对较高浓度敌草隆也表现出良好的降解能力,当敌草隆浓度≤400 mg/L时,菌株LX-C-06在120 h对敌草隆的降解率均为100%,当敌草隆浓度升高至600 mg/L时,菌株LX-C-06在120 h对敌草隆的降解率为92.1%。基于代谢中间产物分析推测菌株LX-C-06通过酯键水解将敌草隆转化为3,4-二氯苯胺,并进一步通过脱氨、羟基化、开环等,最终生成琥珀酸被生物体所利用。菌株LX-C-06在30 d内对土壤中50 mg/kg的敌草隆最高降解效率为90.7%。敌草隆降解菌LX-C-06为木糖氧化无色杆菌,该菌对环境温度、pH、盐离子浓度均具有较好的耐受能力,通过酯键水解、脱氨、羟基化、开环等步骤实现敌草隆的转化与利用,菌株同时表现出良好的应用潜能。

氯氰菊酯降解菌草酸青霉SSCL-5分离鉴定及降解特性

陈锐, 瞿佳, 孙晓宇, 邓媛, 门欣, 赵玲侠, 沈卫荣

2020, 36(6): 120-127. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1072

摘要 ( 392 )

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为解决土壤中残留的菊酯类农药问题,通过富集筛选法从70余份土壤中获得一株高效分解利用菊酯类农药的微生物菌株SSCL-5,该菌株可在含1 000 mg/L的氯氰菊酯无机盐培养基中正常生长。经形态学及ITS测序鉴定,确定该菌为草酸青霉（Penicillium oxalicum）,对多种高浓度菊酯类农药耐受。经紫外分光光度法及HPLC验证该菌株草酸青霉SSCL-5在无机盐培养基、28℃、180 r/min摇瓶培养24 h的条件下,对400 mg/L氯氰菊酯的降解率为97%。土壤室内试验证明该菌在土壤中,温度20-34℃、水分含量保藏40%-60%条件下,30 d可将土壤中400 mg/L的氯氰菊酯降解67.6%。

沉积物中菲高效降解菌群的筛选鉴定及降解特性

张永敏, 王天慧, 王萍

2020, 36(6): 128-135. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1044

摘要 ( 308 )

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以河流表层沉积物为菌群来源,富集分离出一组新型好氧微生物降解菌群,并对其进行微生物群落结构鉴定和降解特性探究。采用16S rRNA基因高通量测序方法对该菌群进行微生物群落结构分析,并设置单因素实验确定最佳生长及降解条件。结果表明,菌群主要包括硝基黄杆菌（Diaphorobacter）83.35%,假单胞杆菌属（Pseudomonas）7.46%,反硝化卡斯特兰尼氏菌（Castellaniella）1.67%,水微菌属（Aquamicrobium）1.65%等;菌群可在60 h内对100 mg/L菲降解率到达95.78%,且在pH5至pH11之间生长并保持高效降解率,最适生长温度为35℃,当盐度为1%时对菌群影响较小,降解率依旧保持在97.26%;可在7 d内降解浓度为400 mg/L的菲,第7天降解率为96.36%。菌群不仅具有高效降解能力且生长条件适应广泛、抗压能力强,可为多环芳烃生物修复提供新的种质资源。

酿酒酵母对酚类抑制物耐受性研究

顾翰琦, 刘冉, 邵玲智, 徐岩岩, 王东岩, 张冬梅, 李洁

2020, 36(6): 136-142. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1200

摘要 ( 400 )

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通过短期驯化策略提高酿酒酵母对木质纤维素预处理产生的酚类物质的耐受性。考察酚酸对酵母的抑制作用,比较驯化菌株在酚酸中生理指标,通过流式细胞仪分析酵母细胞膜完整性。单一酚酸低浓度对酿酒酵母生长和发酵没有明显抑制作用,而高浓度抑制强烈。混合酚酸具有更强的抑制作用,特别对乙醇发酵影响显著。相比原始菌株,短期驯化菌株在混合酚酸胁迫下的生长发酵动力学参数明显提高,细胞膜保持良好的完整性。酚酸对酿酒酵母生长有直接抑制作用,短期驯化能提高酵母酚酸耐受性,这与细胞膜应激反应保持其完整性有关。

产L-谷氨酸工程菌株的诱变选育及其发酵效率

梁玲, 黄钦耿, 翁雪清, 吴松刚, 黄建忠

2020, 36(6): 143-149. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0843

摘要 ( 424 )

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以高产L-谷氨酸的谷氨酸棒杆菌GY1为研究对象,采用ARTP进行全局诱变,进一步提高L-谷氨酸的发酵水平。首先,对谷氨酸棒杆菌GY1原生质体的制备及再生条件进行优化,接着,根据致死率选择最佳的ARTP处理时间,然后,采用96微孔板及摇瓶发酵的方式对突变株进行筛选,最后,对获得的优良突变株进行50 L罐发酵验证。结果显示,溶菌酶浓度为10.0 mg/mL,酶解90 min,原生质体形成率和再生率达到最佳。ARTP最佳处理时间为40 s,致死率达到89.6%,经过初筛与摇瓶复筛,获得突变株YAG117,其摇瓶发酵L-谷氨酸含量达16.3 g/L,较出发菌株提高13.9%,且连续传代五代遗传稳定。50 L补料分批发酵条件下,L-谷氨酸产量在36 h最高,达到216.6 g/L,较出发菌株提高12.9%,糖酸转化率达68.87%,比出发菌株提高了10.2%。ARTP处理GY1菌株原生质体,能够有效积累有利突变,提高突变株发酵生产L-谷氨酸的能力,获得的突变株YAG117也显示了较好的工业化应用潜力。

转录水平分析转速对克拉维酸发酵产量的影响机制

宋道平, 康妮, 张佩佩, 宗工理, 王世立, 张堃钰, 曹广祥, 付加芳

2020, 36(6): 150-156. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0954

摘要 ( 328 )

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搅拌转速影响克拉维酸发酵水平,旨在研究搅拌转速影响棒状链霉菌F613-1克拉维酸（CA）生物合成的分子机制。采用转录组高通量测序,对比不同转速发酵条件之间的基因转录水平差异,分析克拉维酸代谢途径相关基因的转录水平变化。摇瓶发酵结果显示,高转速条件下F613-1的CA产量比低转速条件显著提高,发酵周期缩短。转录组分析显示,高转速条件下F613-1中CA合成基因簇中基因表达量无显著变化,但CA合成前体物质精氨酸和3-磷酸甘油醛代谢相关基因的转录水平发生显著变化,精氨酸合成基因簇中基因表达量明显升高,甘油代谢转化为3-磷酸甘油醛的基因表达量显著提高。因此,棒状链霉菌在高转速发酵条件下CA合成速度增加的主要原因是CA合成前体物质精氨酸和3-磷酸甘油醛的代谢活性增强和前体物质积累。

响应面法优化脯氨酸羟化酶转化反应工艺条件

罗素亚, 郑豆豆, 何广正, 张琳琳, 徐书景, 鞠建松

2020, 36(6): 157-164. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985-0834

摘要 ( 329 )

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通过优化脯氨酸羟化酶表达条件和转化反应条件,提高其转化反应效率。采用单因素法筛选脯氨酸羟化酶的最佳诱导温度、诱导剂浓度和转化反应条件,并采用响应面法预测影响转化反应各因素的最佳条件。结果显示,经过筛选和验证,蛋白表达最适诱导温度为28℃,IPTG浓度为0.2 mmol/L;转化反应最佳条件为：120 mmol/L 2-（N-吗啡啉）乙磺酸（pH 6.6）、1.5% Nonidet P-40、200 mmol/L L-脯氨酸、200 mmol/L α-酮戊二酸,6 mmol/L L-抗坏血酸、6.0 mmol/L 硫酸亚铁,最适反应温度为27℃,振荡速率为152 r/min。在最佳条件下,转化反应进行48 h后产物反式-4-羟基-L-脯氨酸的转化率可达100%,为合成反式-4-羟基-L-脯氨酸奠定了坚实的实验基础。

N-乙酰神经氨酸醛缩酶的固定化及固定化酶性质研究

王惠兰, 吴金勇, 陈祥松, 袁丽霞, 朱薇薇, 姚建铭

2020, 36(6): 165-173. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1027

摘要 ( 409 )

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使用LX-1000HFA氨基树脂对N-乙酰神经氨酸醛缩酶（NAL）进行固定化,并对游离酶与固定化酶的酶学性质及稳定性进行了对比研究。结果显示,最佳固定化条件为载体投放量5.0 g,固定化时间12 h,缓冲液浓度1.0 mol/L,pH7.5,温度25℃。在此条件下制备的固定化NAL活力最高,比酶活可达200 U/g湿载体。与游离酶相比,最适反应温度提高了5℃,最适反应pH没有变化,温度和pH耐受性明显提升。同时固定化酶储存稳定性和操作稳定性也显著增强,在4℃条件下储存10 d后其酶活仅损失6％,重复使用10次后仍保持初始酶活的80％。因此,该固定化酶具有良好的温度稳定性、pH稳定性、储存稳定性和操作稳定性,为酶法工业化生产N-乙酰神经氨酸研究提供了理论依据。

华东地区猪丹毒杆菌分离株的生物学特征及其耐药析

龚争, 张俊杰, 钟登科

2020, 36(6): 174-182. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0337

摘要 ( 391 )

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旨在了解华东地区猪场猪丹毒杆菌的生物学特征以及对临床常用抗菌药的耐药情况。通过对2017-2018 年华东地区猪场临床疑似猪丹毒感染的266份病料进行细菌分离、分析其生化特性、血清型、小鼠致病性等生物学特征,并进行16S rDNA 序列遗传进化分析和药物敏感性测定。经分离和鉴定共获得20株猪丹毒杆菌,血清型均为1a 型,能100%致死小鼠,具有猪丹毒杆菌的生化特性,16S rDNA 序列与国内外参考菌株、临床流行株的同源性达99%以上;现有商品化猪丹毒弱毒疫苗免疫小鼠后,分别以致死剂量的的5株猪丹毒杆菌分离株腹腔攻毒小鼠,免疫保护率均为100%。所有分离株对青霉素（PEN）、氨苄西林（AMP）、红霉素（ERY）、替米考星（TIL）、头孢噻呋（CEF）、头孢曲松（CRO）和氟苯尼考（FFC）敏感。然而,对林可酰胺类、喹诺酮类、氨基糖苷类、四环素类、磺胺类和多肽类抗生素有不同程度的多重耐药现象。本研究明确了华东地区猪丹毒杆菌的生物学特性和耐药情况,现有商品化猪丹毒弱毒疫苗对分离的强毒株可提供完全的免疫保护,为当地猪丹毒的有效防控提供了数据。

7个地方山羊品种遗传多样性及遗传结构分析

张乐超, 刘月琴, 段春辉, 张英杰, 王泳, 郭云霞

2020, 36(6): 183-190. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1069

摘要 ( 497 )

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检测了7个地方山羊群体在15个微卫星位点的遗传多样性和遗传结构,旨为地方山羊群体的保护利用奠定基础。采集燕山绒山羊、辽宁绒山羊、承德无角山羊、济宁青山羊、太行山羊、武安山羊血液样品及内蒙古绒山羊的耳组织,利用微卫星方法分析遗传多样性及遗传结构。结果表明,7个山羊群体的平均有效等位基因数为4.235 8、平均期望杂合度为0.718 8、平均多态信息含量为0.706 8,均具有高度的遗传多样性;总群体平均近交系数为0.088 3,平均遗传分化系数为0.544 2,平均基因流为0.209 4。武安山羊和承德无角山羊的遗传距离最近,太行山羊和燕山绒山羊的遗传距离最远。系统进化树聚类分析表明,燕山绒山羊与辽宁绒山羊聚为一类,济宁青山羊、承德无角山羊、武安山羊、内蒙古绒山羊和太行山羊聚为一类。综上,7个地方山羊群体遗传多样性丰富,群体间遗传分化程度大,基因交流少,受近交程度影响小,具有较高的利用价值和潜力。

奶牛分娩后早期血浆代谢物变化研究

张萌, 罗芳, 王敏, 武彦泽, 王俊奎, 和东迁, 陈丽尧, 陶金忠

2020, 36(6): 191-199. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1065

摘要 ( 304 )

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旨在研究分娩及产后早期奶牛血浆代谢物的变化规律。选取胎次、预产期和体况相近健康高产荷斯坦奶牛15头。分别在分娩当天和产后第7天晨饲前尾静脉采集血液10 mL。采用高效液相色谱-四极飞行时间质谱联用技术（UHPLC-QTOF-MS）对奶牛的血浆进行了分析。结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）;以P<0.05、VIP>1和FC>1.3或FC<0.77作为标准筛选两组血浆差异代谢物;ROC曲线进一步研究了这些显著差异代谢物分类识别的能力。结果显示：经ROC曲线发现11个显著性上调差异代谢物：磷脂酰胆碱（16∶0/16∶0）、二醇胆酸、脯氨酸-丝氨酸、脯氨酸-甘氨酸、1-硬脂酰基-sn-甘油3-磷酸胆碱、乳清、L-天门冬氨酸、N-乙酰基-L-天冬氨酸、异戊酰甘氨酸、L-肉碱和苯甲酸。丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢和嘧啶代谢产后第7天与分娩当天代谢轮廓存在显著差异。综上表明：产后血浆中N-乙酰基-L-天冬氨酸、L-天门冬氨酸、磷脂酰胆碱和乳清的升高有利维持奶牛机体健康。

牦牛CSRP3基因的克隆及组织表达分析

白佳灵, 王会, 柴志欣, 王吉坤, 王嘉博, 武志娟, 信金伟, 钟金城, 陈智华, 姬秋梅

2020, 36(6): 200-207. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0873

摘要 ( 401 )

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CSRP3基因（Cysteine and glycine-rich protein 3,CSRP3）编码CRP3蛋白,是一个肌发生的正调节因子,可通过多种方式在肌肉发育和肌肉细胞结构维持中起重要作用。通过对牦牛CSRP3基因进行克隆及组织表达谱分析,为后续提高牦牛肉品质的研究提供基础数据。采用RT-PCR方法克隆牦牛CSRP3基因CDS区;再对其进行序列分析及蛋白结构和功能预测等生物信息学分析;最后利用实时荧光定量PCR技术检测该基因在牦牛不同组织中的表达量。牦牛CSRP3基因CDS区长585 bp,编码194个氨基酸;CSRP3基因的系统进化树结果显示,牦牛与黄牛的亲缘性最近,其次是绵羊。牦牛CSRP3基因编码的蛋白为偏碱性不稳定亲水蛋白,无跨膜结构和信号肽,为非分泌蛋白,含有磷酸化位点22个,N-糖基化位点2个,O-糖基化位点7个;存在两个LIM结构域,属于LIM结构域蛋白质超家族成员,主要分布于细胞核中;二级结构以无规卷曲为主,三级结构的最佳模型为1b8t.1.A;实时荧光定量PCR结果显示,牦牛CSRP3基因在臀大肌中有较高表达量。生物信息学分析结果显示,CRP3蛋白含有两个LIM结构域,主要分布在细胞核中,实时荧光定量PCR结果显示牦牛CSRP3基因在臀大肌中具有较高表达量,为牦牛CSRP3基因在牦牛肉品质方面的调控机制研究提供了基础数据。

六种蛋白质与生物纳米磁珠的吸附性能研究

王萌慧, 高瑛, 李家璜, 华子春

2020, 36(6): 208-214. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0032

摘要 ( 630 )

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近年来,纳米磁珠在生物技术和生物医学领域受到了广泛的关注,但蛋白质与生物纳米磁珠之间往往存在非特异性吸附,故从蛋白质角度出发,研究不同蛋白质的结构及理化性质与磁珠吸附的关系。利用两种生物纳米磁珠,对6种不同蛋白质与磁珠的吸附特异性展开研究。使用蛋白质分析软件分析各个蛋白结构及蛋白质性质与磁珠吸附特异性的关系。不同的蛋白质与纳米磁珠之间存在非特异性吸附,蛋白大小与磁珠吸附蛋白的能力没有明显关联性。随着蛋白β折叠比例的降低,蛋白质与磁珠的非特异性吸附降低。β折叠比例最大的蛋白——人肿瘤坏死因子-α（TNFα）与磁珠的非特异性吸附最多,可通过吸附获得单一蛋白条带。β折叠比例最小的人膜联蛋白A5（Annexin A5）与磁珠的非特异性吸附最少。当Annexin A5融合增强绿色荧光蛋白（EGFP）后,β折叠比例升高,与磁珠的非特异性吸附增加。不同蛋白质的大小与磁珠的非特异性吸附无明显的相关性,磁珠对蛋白的非特异性吸附能力与蛋白结构的β折叠比例呈正相关,蛋白质的二级结构是影响蛋白质与磁珠非特异性吸附的重要因素。

植物化感作用研究进展

师小平, 陈银萍, 闫志强, 罗永清, 李玉强, 丁浚刚, 颉海帆

2020, 36(6): 215-222. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0930

摘要 ( 773 )

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植物化感作用是植物之间相互影响的现象,广泛存在于自然界中。化感作用对自然植被演替和人类生产活动等具有重要的意义,因而是研究农田、草地、森林和荒漠等生态系统的热点问题。总结了近些年来国内外学者对化感作用的研究成果,从化感作用的发展历史、化感物质的分类与释放途径进行了介绍,详细总结了化感物质的作用机理,并分别从农业活动、植被演替以及草地生产3面阐明了化感作用的研究意义及其实践应用。在此基础上对该领域存在的问题进行了讨论,并对未来的研究方向做了展望。

植物ABCB转运蛋白研究进展

王暄, 陈海霞

2020, 36(6): 223-229. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0899

摘要 ( 906 )

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ABC转运蛋白家族是一类通过结合并水解ATP释放能量实现底物的跨膜运输的转运蛋白,它们参与了植物众多的生理代谢过程,根据保守区的进化关系将ABC转运蛋白家族分成8个亚族,其中ABCB转运蛋白为第二大亚族。ABCB 转运蛋白具保守的NBDs结构域,由6个跨膜α-螺旋的疏水跨膜结构域组成了TMDs结构域,形成溶质跨膜的通道,但是其结构、长度与序列则变化多样。按分子大小不同将植物ABCB转运蛋白分为全分子转运蛋白、半分子转运蛋白两类,通过测序发现在拟南芥、水稻和番茄等植物上均有一定比列的ABCB转运蛋白,且行使多种功能。有研究表明,ABCB转运蛋白基因介导镉、铅和铝等重金属离子的转运,提高植物重金属耐性;它直接参与植物体内生长素的运输,从而调控植物高度;它还可能将苹果酸从质体转运到保卫细胞中调节气孔的开合。近年来,越来越多的ABCB转运蛋白被鉴定,但是ABCB亚家族庞大,底物特异性强,转运机制复杂,多数转运蛋白的功能尚未确定。因此,了解ABCB转运蛋白在生命活动过程中的重要性,以及基因表达调控的机制,解析ABCB转运蛋白在响应逆境胁迫过程中的重要作用,以期为植物抗逆性育种提供思路。

ANGPTL4在肠道微生物影响动物脂肪代谢中的作用

赵旭, 徐群, 侯彦茹, 李明宇, 张雅宁, 汪海

2020, 36(6): 230-235. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0028

摘要 ( 417 )

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血管生成素样蛋白4（Angiopoietin-like protein 4,ANGPTL4）是一种与动物脂肪代谢密切相关的蛋白,在动物体多组织广泛表达,是沟通肠道菌群和宿主脂肪代谢的重要媒介之一。综述了肠道微生物与宿主脂肪沉积的关系、肠道微生物对宿主ANGPTL4的影响、ANGPTL4在动物脂肪代谢中的作用以及肠道微生物-ANGPTL4-动物脂肪代谢关系,讨论了肠道微生物通过ANGPTL4调节动物脂肪代谢研究的意义及存在的问题,为将来更好解释益生菌和酸化剂等饲料添加剂影响畜禽脂肪沉积、促进生产性能的现象提供依据。

脂联素及其受体在哺乳动物中的研究进展与展望

张德荣, 马晓霞, 李羽翡, 赵永清, 霍生东, 马忠仁, 柏家林

2020, 36(6): 236-244. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0829

摘要 ( 386 )

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脂肪组织分泌的一种内源性细胞因子—脂联素,在其受体的作用下,参与机体的能量平衡、葡糖糖代谢、脂肪酸氧化、抗炎、胰岛素拮抗等方面的调节,发挥着重要的生物学功效。就脂联素及其受体的结构特征、表达调控及多态性,针对提高哺乳动物的生长与繁殖性能,降低哺乳动物体内的脂肪沉积等问题作一综述。

DNA/银纳米簇介导的功能核酸生物传感器研究进展

杨敏, 李舒婷, 杨文平, 李相阳, 许文涛

2020, 36(6): 245-254. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0963

摘要 ( 462 )

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DNA/银纳米簇（DNA/Silver nanoclusters,DNA / Ag NCs）是以DNA为模板,NaBH₄和银离子为反应物生成的一种新型荧光纳米材料。近年来,银纳米簇以其出色的光物理性质、良好的生物相容性、低成本、低毒性等优点成为了生物传感器设计及应用研究的一个热点。对DNA/银纳米簇介导的生物传感器的信号输出方式进行分类,并总结了DNA / Ag NCs在体内成像和抑菌方面的应用;最后,对DNA/Ag NCs介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望。

2020, 36(6): 255-258.

摘要 ( 128 )

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