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2021年 第37卷 第6期    刊出日期：2021-06-26

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特约综述

植物基因组组装技术研究进展 Open Access

唐蝶, 周倩

2021, 37(6):  1-12.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0450

摘要 ( 1214 )   HTML ( 110)   PDF (2931KB) ( 1777 )  

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获得包含基因组全序列的参考基因组是对物种进行基因组学研究和利用的前提。大多数被子植物经历过全基因组复制或多倍化以及随后的染色体重排、丢失,很多植物还经历过重复序列大规模扩张,导致了基因组大小的剧烈膨胀,这些事件塑造了植物基因组复杂的特征和广泛的多样性,也在一定程度上导致了植物基因组组装的诸多难题。本文将植物基因组按照简单、高杂合、高重复、高倍性基因组和泛基因组进行分类,介绍不同类型的基因组适用的组装策略及应用效果,并对新测序技术在组装中的应用趋势进行展望。

研究报告

非洲菊GjPAL的克隆及表达分析 Open Access

郝向阳, 刘范, 武欢, 王斌, 孙雪丽, 项蕾蕾, 王天池, 赖钟雄, 程春振

2021, 37(6):  13-23.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1343

摘要 ( 510 )   HTML ( 30)   PDF (9747KB) ( 413 )  

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为了解非洲菊PAL基因编码蛋白的理化性质和表达模式,以非洲菊品种“玲珑”为材料,利用RACE和RT-PCR技术克隆获得4个PAL基因(命名为GjPAL1-GjPAL4),利用生物信息学方法研究它们的结构及其编码蛋白的特性。利用qPCR检测GjPALs在不同组织部位和不同逆境胁迫处理下的表达模式。序列分析显示:4个GjPAL的CDS为2 115-2 136 bp,编码蛋白长度为704-711 aa,均无信号肽的稳定酸性亲水蛋白。实时荧光定量PCR结果显示,GjPAL1在叶中表达量最高,GjPAL2-GjPAL4均在根中表达量最高;4个GjPALs的表达量均受低温显著抑制;GjPAL1和GjPAL2的表达受SA、NaCl和PEG显著抑制;GjPAL3和GjPAL4在SA处理下呈先升后降的表达趋势,GjPAL3的表达受NaCl和PEG的显著诱导;隐地疫霉处理条件下,GjPAL1和GjPAL4的表达量显著升高,GjPAL2的表达量显著降低,而GjPAL3的表达量呈先降后升趋势。GjPALs广泛参与非洲菊对不同逆境的应答过程,各成员在不同逆境处理下的作用存在一定差异。

密度、施氮量和留叶数对渠首1号香气特性彰显的影响 Open Access

张谦, 薛宇, 贺凌霄, 吴疆, 程玉渊, 杨铁钊, 丁永乐, 徐世晓, 薛刚

2021, 37(6):  24-35.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1245

摘要 ( 435 )   HTML ( 12)   PDF (2209KB) ( 373 )  

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烟叶中类西柏烷类及其降解产物和石油醚提取物是烟草中重要的香味物质。本研究探究种植密度、施氮量和留叶数三种栽培措施对烟叶类西柏烷类化合物和石油醚提取物的影响,为进一步彰显烟叶浓香型风格提供有效方法。以烤烟品种“渠首1号”为试材,按L9(3⁴)正交试验设计,将上述三因素各设3个不同水平进行研究。观察不同处理的腺毛形态和密度,测定不同处理的叶面腺毛分泌物,并利用荧光定量PCR 技术比较不同处理中与西柏三烯二醇代谢相关CYC-1、CYP71D16等基因的表达量,对比了不同处理初烤烟叶茄酮含量和石油醚提取物含量,并进行了感官质量评价。种植密度是影响腺毛总密度、叶面烷烃类含量以及烤后烟石油醚提取物的关键因子;留叶数对烟叶茄酮含量的影响最大;施氮量是影响西柏三烯一醇、西柏三烯二醇、叶面分泌物总量,CYC-1和CYP71D16的相对表达量以及感官质量评价的关键因子。适宜的栽培措施能促进西柏三烯二醇代谢相关基因的上调表达,改良叶面分泌物,提高石油醚提取物和茄酮含量,从而改善感官质量,进一步彰显烟叶的香气风格特征。

不同品种和产区宁夏枸杞根系AMF多样性 Open Access

吕燕, 刘建利, 李靖宇, 候琳琳, 孙敏, 苟琪

2021, 37(6):  36-48.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1331

摘要 ( 486 )   HTML ( 12)   PDF (4261KB) ( 329 )  

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丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对植物营养吸收和生态系统功能具有重要作用。宁夏枸杞作为西北地区重要的经济、生态乡土植物,其根系AMF占据独特的生态位而具有特殊的功能。基于扩增子高通量测序技术,揭示不同品种和不同产区宁夏枸杞根系AMF多样性,为宁夏枸杞AMF菌剂开发奠定基础。收集“宁杞7号”、“宁杞9号”、“蒙杞1号”、“蒙杞2号”4个宁夏枸杞品种,宁夏中宁、甘肃靖远、宁夏海原、内蒙古乌拉特4个产区宁夏枸杞主栽品种“宁杞7号”根系和鲜果样品,采用AMF特异性引物进行PCR扩增,然后Illumina Miseq测序,比较分析AMF多样性;同时测定鲜果中多糖、总黄酮、甜菜碱等有效成分含量,相关性分析与有效成分含量有关的AMF。所有样品中共出现3个目3个科3个属49个AMF OTUs,球囊霉属是所有样品的优势属;Glomus.sp.VTX00113是所有样品共有种,也是“宁杞7号”、“蒙杞1号”和“蒙杞2号”品种以及“海原”产区和“甘肃”产区的优势种,但“宁杞9号”优势种为Glomus.sp.VTX00156,“内蒙古”产区和“中宁”产区的优势种分别为未鉴定出的球囊霉菌unclassified_OTU32和unclassified_OTU39。不同品种之间α-多样性指数有显著差异,“宁杞7号”最高,“蒙杞2号”最低;产区之间α-多样性指数无显著差异。在种水平,Glomus.sp.VTX00113在4个产区中所占比例存在显著性差异(P<0.001),但4个品种间无显著性差异种。品种间AMF群落β-多样性无显著差异(P=0.123),产区间β-多样性差异显著(P=0.001);果实多糖含量与AMF无相关性,Glomus.sp.VTX00113与甜菜碱含量显著正相关,unclassified_OTU14仅在不同品种样品中与甜菜碱含量显著负相关,Glomus.sp.VTX00393仅在不同品种样品中与总黄酮含量显著正相关,Glomus.sp.VTX00247仅在不同产区样品中与总黄酮含量显著正相关。品种影响宁夏枸杞根系AMF群落α-多样性、优势种,但不影响β-多样性,产区影响β-多样性、优势种,不影响α-多样性指数;AMF与枸杞果实甜菜碱、总黄酮含量相关,与多糖含量无相关性。

氮肥减施对茶园土壤细菌群落结构的影响研究 Open Access

向芬, 李维, 刘红艳, 银霞, 曾泽萱, 周凌云

2021, 37(6):  49-57.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1287

摘要 ( 422 )   HTML ( 24)   PDF (4434KB) ( 462 )  

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为了研究不同减氮模式对茶树地下部分细菌菌落结构的影响。设置16 kg/667 m²纯氮(减氮55.6%处理A),26 kg/667 m²纯氮(减氮27.8%处理B),36 kg/667 m²纯氮(常规施肥C),不施氮(CK)共4个施氮水平,对根际及非根际0-20 cm土壤、非根际20-40 cm土壤36个样品进行16S rRNA序列测定,利用IonS5^TMXL高通量测序平台对不同减氮处理的土壤细菌群落结构进行分析。试验结果表明:A、B、C三种施肥水平下,根际、非根际0-20 cm土壤及非根际20-40 cm土壤的细菌OTUs分别为505、854及835个,其中特异OTUs随着施氮量逐渐增加而降低。土壤细菌丰度和多样性分析显示施氮量为26 kg/667 m²(减氮处理B)在根际与非根际0-20 cm土壤中细菌丰度较高,细菌多样性最高,土壤碳通量的结果亦证明了减氮处理B土壤中微生物较多。施肥茶园地下部分在门水平上的优势菌基本为氮代谢相关菌类,其中共有3个优势类群,分别为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)。在属的水平上,根际土壤与非根际土壤细菌优势菌完全不同。适当减氮处理B茶园土壤中细菌菌落多样性较多,丰度较高,并主要集中在养分吸收利用的根际及周边土壤中,有利于茶园养分的高效利用。

白藜芦醇对核桃细菌性黑斑病菌的抑制作用 Open Access

李峰, 陈雯雯, 邓江丽, 毛清黎, 权文利, 毛雅慧

2021, 37(6):  58-65.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1267

摘要 ( 456 )   HTML ( 9)   PDF (3926KB) ( 334 )  

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旨为核桃细菌性黑斑病天然杀菌剂的开发提供理论依据,同时为白藜芦醇在农林作物病害防治上的应用奠定基础。测定了白藜芦醇对核桃细菌性黑斑病菌(Xaj)的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)。在白藜芦醇的亚抑菌浓度下,开展了以下实验:(1)通过结晶紫染色法检测了Xaj生物膜的形成;(2)测定了胞外多糖的产生量;(3)用生物化学方法在相应的固体培养基上分析了Xaj胞外酶的分泌情况;(4)在swarming培养基上检测了Xaj的运动能力。结果显示,白藜芦醇对Xaj的MIC为20 μg/mL,MBC为45 μg/mL。在亚抑菌浓度为15 μg/mL的条件下,白藜芦醇能够显著抑制Xaj生物被膜的形成;对该菌EPS的产生也有明显抑制作用;能显著抑制Xaj蛋白酶的分泌,对淀粉酶的分泌有促进作用,对纤维素酶的分泌没有影响;对Xaj运动性没有影响。白藜芦醇对核桃黑斑病菌有抑制作用,影响该菌的毒力因子,有望为核桃黑斑病的防治开发出合适的植物源杀菌剂。

猕猴桃溃疡病菌拮抗菌的筛选、鉴定及其对植物病原真菌的抗性 Open Access

朱海云, 马瑜, 柯杨, 李勃

2021, 37(6):  66-72.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0473

摘要 ( 576 )   HTML ( 12)   PDF (3710KB) ( 479 )  

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从野生银杏中分离、筛选抗猕猴桃溃疡病内生细菌,并明确其对常见植物真菌病害的抑菌谱。采用“三步法”分离银杏内生细菌,并以猕猴桃溃疡病病原菌(Pseudomonas syringae pv. actinidiae,Psa)作为指标菌筛选拮抗菌;结合菌落形态特征、生理生化特征及16S rRNA基因序列对拮抗菌进行鉴定;开展盆栽防治实验研究其对猕猴桃溃疡病的防治效率,并应用平板对峙法研究其对多种植物病原真菌的拮抗作用。结果共得到7株对Psa具有拮抗活性的内生细菌,其中,以菌株MA23的拮抗活性最为显著,鉴定为蜡样芽孢杆菌。MA23发酵液上清对猕猴桃溃疡病的盆栽防治效率为93.6%,同时其对多种病原真菌也具有拮抗活性。从银杏中筛选到一株对Psa具有较好拮抗活性的内生蜡样芽孢杆菌MA23,其对多种植物病原真菌也具有拮抗活性。

金耳菌丝及子实体的转录组差异分析 Open Access

陈正启, 余金凤, 冯云利, 马明, 岳万松, 郭相

2021, 37(6):  73-84.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1038

摘要 ( 530 )   HTML ( 15)   PDF (4506KB) ( 520 )  

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为探讨金耳菌丝体时期和子实体时期基因表达变化,利用高通量测序技术进行RNA-Seq分析。差异基因分析显示,两个时期共有10 992个差异表达基因,其中在子实体时期上调、下调的基因数分别为9 988和1 004个。GO功能聚类分析显示,差异表达基因主要富集在催化活性、结合、细胞过程、代谢过程、细胞以及细胞组分。KEGG富集分析表明,差异表达基因参与了氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢这三大代谢通路,相关基因也大多在金耳子实体时期上调表达,说明金耳子实体发育时期需要一系列代谢反应及其它协同调控,这些代谢相关基因可能在金耳子实体发育时期起着重要作用。通过分析金耳菌丝体和子实体时期基因表达情况,得到了大量基因数据,旨为进一步研究金耳子实体发育机理和功能基因奠定重要的基础。

纤维素降解菌Raoultella ornithinolytica LL1的筛选及基因组测序 Open Access

唐昊, 孙灿, 李沅秋, 罗朝兵

2021, 37(6):  85-96.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1174

摘要 ( 494 )   HTML ( 10)   PDF (4884KB) ( 400 )  

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纤维素作为一种资源丰富的天然聚合物,可被微生物降解为可溶性糖,因此筛选高效纤维素降解菌备受关注。本研究利用CMC选择培养基筛选出一株纤维素降解菌Raoultella ornithinolytica LL1,采用三代Pacbio Sequl和二代Illumina Novaseq平台进行基因组测序,并采用DNS法测定其纤维素酶活。R. ornithinolytica LL1基因组大小为5 584 354 bp,包含5 512个基因,其中NR、Swiss-Prot、Pfam、COG、GO、KEGG和CAZyme数据库中分别注释有5 511、4 419、4 584、4 745、3 610、3 336和128个基因,同时基因组注释有大量木质纤维素降解相关基因。R. ornithinolytica LL1具有较高的纤维素酶活性,其中β-葡萄糖苷酶活性最高,其次是内切葡聚糖酶,外切葡聚糖酶活性最低。本研究通过基因组测序及酶活测定揭示了R. ornithinolytica LL1降解纤维素的能力,为其降解纤维素及进一步纤维素转化奠定了基础。

黑曲霉葡萄糖氧化酶基因在毕赤酵母中的表达及产酶条件的优化 Open Access

廖兆民, 蔡俊, 林建国, 杜馨, 王常高

2021, 37(6):  97-107.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1353

摘要 ( 606 )   HTML ( 18)   PDF (2681KB) ( 491 )  

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从黑曲霉中克隆葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,E.C.1.1.3.4,GOD)基因,使其在毕赤酵母GS115中高效表达,为葡萄糖氧化酶的工业化生产提供理论依据。通过设计简并引物,扩增GOD,将该基因连接到质粒pPICZαA上并在毕赤酵母中表达,依据摇瓶水平优化最佳诱导产酶条件,在30 L发酵罐中进行发酵放大试验,共表达His4,采用DO-STAT的甲醇流加策略进行高密度发酵。结果表明,重组毕赤酵母GS115/pPICZαA-GOD在摇瓶水平经0.5%甲醇诱导96 h,发酵液上清GOD酶活达到32.25 U/mL。经优化得到最佳发酵条件为:在30℃、pH 6.0、250 r/min条件下,发酵液体积1%的甲醇诱导96 h,GOD酶活达到50.1 U/mL,相比初始发酵,酶活提高了55.3%。经30 L发酵罐放大试验,GOD酶活达到307.52 U/mL,提高了5.1倍。共表达His4使细胞湿重提高了72.5%,GOD酶活达到了461 U/mL,相比初始重组酵母提高了50.2%。SDS-PAGE分析发现GOD分子量约90 kD。重组GOD能在毕赤酵母中高效表达,且表达产物纯度高,杂蛋白少,有利于纯化。

Kazachstania属酵母在浓香型白酒糟醅中的分布特征及发酵功能 Open Access

游玲, 周荣清, 谭壹, 王涛, 乔宗伟, 赵东

2021, 37(6):  108-116.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1159

摘要 ( 803 )   HTML ( 13)   PDF (3196KB) ( 1191 )  

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为了解Kazachstania属酵母在浓香型白酒糟醅中的生长特征及发酵功能。采用高通量测序法在五粮液发酵糟醅中检测到属于K. turicensis的52个OTU及属于K. humilis的7个OTU,并分别分离到63株K. turicensis及30株K. humilis菌株用于研究其固态发酵功能。研究发现,K. turicensis及K. humilis主要活跃在0-24 d的主发酵期内,K. turicensis是浓香型白酒主发酵期的主要优势酵母;K. turicensis产有机酸量显著高于K. humilis,但二者在产乙醇及利用糖方面存在菌株水平的差异,K. turicensis酵母的平均乙醇产量为4.94 mL/100 g,K. humilis酵母的平均乙醇产量为5.67 mL/100 g,1株K. humilis酵母菌株的乙醇产量高达11.11 mL/100 g;K. turicensis及K. humilis发酵粮食主要产异戊醇、乙酸异戊酯、糠醇、β-苯乙醇、高级脂肪酸乙酯等风味物质,K. humilis酵母的异戊醇、糠醇、β-苯乙醇产量显著高于K. turicensis酵母,而乙酸、C10以上高级脂肪酸乙酯产量显著低于K. turicensis酵母。结果表明,Kazachstania属酵母是浓香型白酒糟醅微环境的标志性酵母种属之一,对浓香型白酒风味有重要影响。

Inquilinus sp. P6-4菌株的生理生化特征及萘降解特性 Open Access

汪颖, 陈永静, 孙庆业, 杨梦瑶, 吴盾

2021, 37(6):  117-126.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1392

摘要 ( 385 )   HTML ( 9)   PDF (2895KB) ( 443 )  

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以从尾矿中筛选出的 P6-4菌株为研究对象,基于16S rDNA测序确定其分类地位,并研究其生理生化特征和萘降解特性,同时分析该菌株对萘的最佳降解条件和降解途径。结果表明:P6-4菌株为Inquilinus属革兰氏阴性好氧菌,可在含1%-3%盐度的R₂A培养基和柠檬酸盐培养基上生长,并产过氧化氢酶、IAA和铁载体,同时具有溶磷、固氮功能;该菌株不产淀粉酶,分解葡萄糖时不生成乙酰甲基甲醇。菌株在萘初始质量浓度400 mg/L、30℃、pH 9.0、150 r/min条件下生长最佳。在最适降解条件下培养7 d后,以正己烷做萃取剂,利用紫外-可见分光光度法测得降解率为93.22%。分子生物学发现该菌株含有PAH(多环芳烃环羟基化双加氧酶基因)、HBHA(反式-o-羟基苯脱萘丙酮酸水合醛缩酶基因)、nahU(水杨酸羟化酶基因)、S5H(水杨酸5-羟化酶基因)、CATA(儿茶酚1,2-双加氧酶基因)、C230(儿茶酚2,3-双加氧酶基因)和GDO(龙胆酸1,2-双加氧酶基因)基因,推测P6-4菌株对萘的降解存在水杨酸和龙胆酸两种途径。

盐池采油区污染土壤石油降解菌的筛选鉴定及其降解特性 Open Access

沈聪, 刘爽, 王春霞, 严雪梅, 代金霞

2021, 37(6):  127-135.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1273

摘要 ( 387 )   HTML ( 6)   PDF (2525KB) ( 416 )  

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从宁夏盐池原油污染土壤中分离筛选高效石油降解菌,研究菌株的降解特性及其对污染土壤的修复效果,以期为该地区石油污染土壤的微生物修复提供高效菌源和理论依据。通过富集培养和分离纯化的方法筛选石油降解菌,结合菌株生理生化特征和16S rRNA基因序列对其进行鉴定;根据菌株产表面活性剂的能力和原油降解率,筛选2株高效菌株制备单一菌剂和复合菌剂,研究其对石油污染土壤的修复作用。结果表明,共分离出石油降解菌25株,多为革兰氏阳性细菌,隶属于12个属,其中链霉菌属和假单胞菌属各6株,为优势菌,红球菌属3株,芽孢杆菌属2株,其他8属各有1株,多样性丰富。菌株具备不同的产表面活性剂能力和原油降解率,其中红球菌属菌株S25和S18原油降解率最高,分别为50.0%和47.2%,Cytobacillus属S19和链霉菌属S10次之,降解率均为44.4%,假单胞菌S23最低,仅为25.0%;土壤修复实验表明,以S18和S25制备的单一菌剂孵育污染土壤90 d后,石油降解率分别为62.7%和75.4%,而二者制备的复合菌剂降解效果要显著优于单一菌剂,降解率达到84.7%,表明菌株之间存在协同促进作用,具有开发为土壤修复剂的潜能。

一株烈性沙门氏菌噬菌体的生物学特性及基因组分析 Open Access

黄景晓, 尚俊康, 陈慧敏, 沈嘉旻, 黎圆圆, 喻玉立, 倪进东, 林伯坤

2021, 37(6):  136-146.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1385

摘要 ( 614 )   HTML ( 18)   PDF (5429KB) ( 2620 )  

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随着抗生素耐药问题的日益加重,使得致病菌的生物防治愈发困难,新型抗菌剂的研发迫在眉睫。使用噬菌体控制致病菌重新获得了极大关注。为获取具有防治沙门氏菌潜力的噬菌体,采用双层琼脂平板法从河水中分离出一株烈性噬菌体PSM6,在肠炎沙门氏菌的菌苔可形成直径约1.5 mm-2 mm的透亮均匀的噬菌斑;具有宽裂解谱,可裂解多种血清型沙门氏菌、部分大肠杆菌和宋内志贺氏菌;最佳感染复数为0.01;繁殖活性强,潜伏期约20 min,爆发量约56 PFU/cell;在40-60℃、pH=5-10时,效价较为稳定。基因组核酸为双链DNA,基因组大小为90 730 bp,G+C含量为39.57%,有133个开放阅读框,含有holin-lysin裂解系统,未发现毒力因子相关基因和抗生素抗性基因。透射电镜观察和基因组测序均显示PSM6属于肌尾噬菌体科。

海参肠道内容物中海藻多糖降解菌的筛选及鉴定 Open Access

白新峰, 贾爱荣, 刘雪, 张绵松, 崔婷婷, 刘德亭, 刘昌衡

2021, 37(6):  147-153.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1113

摘要 ( 466 )   HTML ( 8)   PDF (2806KB) ( 499 )  

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为促进藻类在海参养殖中的应用,筛选藻类海藻多糖降解菌。采用藻粉诱导的方法,促进海参肠道中藻类多糖降解菌的富集,分别以褐藻胶和卡拉胶为唯一碳源,进行褐藻胶和卡拉胶降解菌的筛选。采用DNS法测定菌体降解褐藻胶和卡拉胶的活性,通过16S rDNA测序结合生理生化指标检测对菌种进行种属鉴定,同时检测菌株的生长特性、降解饵料其他主要成分的活性和生物安全性。结果筛选到两株高活性海藻多糖降解菌,两菌株属于芽孢杆菌,菌体生长迅速,具有较强的酸碱和盐浓度适应能力,并且对海参健康均没有明显影响。褐藻胶降解菌HZ-1与Bacillus altitudinis相似性最高,褐藻胶降解酶活力为43.2 U/mL,具有淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶活性。卡拉胶降解菌KL-6与Bacillus megaterium相似性最高,卡拉胶降解酶活力为1.45 U/ mL,具有淀粉酶和蛋白酶活性。筛选到两株具有海藻多糖降解能力的芽孢杆菌,两菌株生长速度快、酶活力高,可用作养殖益生菌或用于藻类饲料加工。

猪miR-378种子序列的多态性对其功能以及胴体性状的影响 Open Access

张廷焕, 张利娟, 陈四清, 郭宗义

2021, 37(6):  154-162.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1165

摘要 ( 287 )   HTML ( 6)   PDF (4512KB) ( 257 )  

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本研究旨在探索miR-378种子序列多态性对其结构、功能和猪胴体性状的影响。利用荣昌猪和亚洲野猪的单核苷酸多态性(SNP)进行群体遗传选择分析,预测miR-378种子序列的多态性对其结构的改变,统计不同猪种中等位基因频率;采用microRNA类似物验证种子序列多态性对miR-378在脂肪细胞中功能以及相关基因表达的影响;运用猪屠宰测定数据与miR-378基因型进行关联分析。结果发现,荣昌猪miR-378位点具有极强的受选择信号,miR-378-3p种子序列第5位出现了A>G的突变,在不同猪种中该位点等位基因频率不同,其中人工选择越强的猪种A等位基因频率越高;该突变会抑制miR-378在脂肪细胞中促进脂质生成的功能,同时会消除miR-378对脂肪分化相关基因(PGC-1α和PGC-1β)以及脂肪分解代谢相关基因(HSL、ATGL和CGI-58)的调控作用;而且该位点的基因型与猪胴体性状显著相关,GG型的背膘厚显著高于AG型和AA型,AA型眼肌面积显著高于GG型。本研究发现的miR-378种子序列这个多态性位点可作为猪生长、胴体性状辅助选择的分子标记应用于猪的育种实践中。

糖酵解调控鸡体外PGCLC形成的功能研究 Open Access

张晨, 左其生, 邹艺琛, 赵娟娟, 张亚妮, 李碧春

2021, 37(6):  163-170.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1323

摘要 ( 391 )   HTML ( 6)   PDF (3121KB) ( 220 )  

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研究显示糖酵解过程主要参与细胞的重编程并维持细胞全能性,但其在生殖细胞分化过程中发挥的作用还所知甚少。旨在以骨形态发生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)诱导鸡胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESC)分化原始生殖细胞(primordial germ cell,PGC)的体外模型为基础,初步探索糖酵解系统在PGC形成中的功能,为从代谢水平解析鸡PGC形成的分子机制奠定理论基础。收集BMP4诱导过程中分别添加糖酵解抑制剂维生素K3(VK3)和激活剂DASA58,通过qRT-PCR检测诱导过程中糖酵解相关基因磷酸甘油酸激酶1(phosphoglycerate kinase 1,Pgk1)、己糖激酶1(hexokinase 1,Hk1)、丙酮酸激酶M2(pyruvate kinase M2,Pkm2)、乳酸脱氢酶A(lactate dehydrogenase A,Ldha)、1型葡萄糖转运蛋白(glucose transporter type 1,Glut1)、磷酸果糖激酶(phosphofructokinase,platelet,Pfkp)和醛缩酶,果糖-双磷酸C(aldolase,fructose-bisphosphate C,Aldoc)的表达变化;细胞形态学观察不同处理下细胞形态的变化;流式细胞分析不同处理下诱导第6天时DDX4阳性细胞比例(PGC样细胞,PGCLC)。qRT-PCR结果显示,BMP4诱导鸡ESC分化为PGC样细胞的过程中,糖酵解相关基因都出现显著下调趋势,糖酵解途径被抑制;而添加VK3后,糖酵解途径极显著抑制,添加DASA58后,糖酵解途径则被显著激活。细胞形态学观察结果表明,与正常诱导过程相比,添加VK3后,第6天的类胚体显著增加;而添加DASA58后,类胚体则显著减少。流式细胞分析发现,添加VK3后,DDX4阳性细胞比例增加,添加DASA58后,DDX4阳性细胞比例减少。该研究结果显示抑制糖酵解过程能够促进体外鸡PGC-like的形成,即糖酵解过程在鸡PGCs形成过程中被抑制。

基于转录组学技术分析蛋白质限制与补偿对羔羊肝脏抗氧化性能的影响 Open Access

康凌云, 陈建胜, 甘瀚凌, 韩露露, 冯海霞, 刁其玉, 邢凯, 崔凯

2021, 37(6):  171-180.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0224

摘要 ( 385 )   HTML ( 13)   PDF (2519KB) ( 234 )  

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本试验旨在通过RNA-seq技术在转录组水平分析早期蛋白质限制与后期补偿对羔羊抗氧化性能的影响。试验选取15日龄断母乳湖羊公羔32只,随机分为两组,一组饲喂正常蛋白水平的代乳粉(CP为25%)和开食料(CP为21%),记为对照组(normal protein level,NPL);另一组饲喂蛋白水平分别为19%的代乳粉和15%的开食料,记为试验组(low protein level,LPL)。人工饲喂相应的代乳粉至60日龄,开食料自由采食。61-90 d所有试验羊均自由采食正常蛋白水平(CP为21%)的开食料。分别在羔羊60和90日龄,每组随机选取2只羔羊进行屠宰,采用RNA-seq技术鉴定蛋白质限制与补偿条件下肝脏组织差异表达基因(DEGs),通过生物信息学分析,筛选与抗氧化功能密切相关的通路,利用qRT-PCR的方法验证抗氧化酶系基因表达水平。低蛋白水平日粮引起羔羊肝脏组织差异表达基因有302个,其中23个差异表达基因参与机体抗氧化调节过程,且表达水平呈显著下调。GO富集分析发现差异表达基因参与氧化还原酶活性(GO:0016491)、谷胱甘肽转移酶活性(GO:0004364)和氧化还原过程(GO:0055114)。KEGG分析发现,抗氧化相关基因主要富集到P450介导的外源性物质代谢和谷胱甘肽代谢通路;细胞因子受体作用通路相关基因表达水平显著提高。恢复蛋白水平30 d后,抗氧化相关基因表达水平与对照组无差异。日粮蛋白质水平与机体抗氧化功能密切相关。蛋白质限制导致肝脏基因表达发生改变,降低了抗氧化相关基因的表达水平,DEGs可通过外源性物质代谢、谷胱甘肽代谢、细胞因子受体作用通路等信号通路影响肝脏抗氧化和免疫功能。

综述与专论

植物液泡加工酶研究进展 Open Access

苏雨, 李宗芸, 韩永华

2021, 37(6):  181-191.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1131

摘要 ( 572 )   HTML ( 30)   PDF (2500KB) ( 495 )  

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植物液泡加工酶(vacuolar processing enzyme,VPE)是一种天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白酶,属于Peptidase C13家族,对于天冬氨酸和天冬酰胺残基的羧基肽链有底物专一性。VPE无论是在结构上还是功能上都与动物的caspase-1蛋白具有相似性,VPE是植物中负责液泡蛋白成熟和活化的蛋白酶,在不同的植物器官与植物发育和死亡的不同阶段发挥多功能作用,通过引发液泡破裂和启动蛋白水解级联介导程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)。VPE还具有肽连接活性,它负责在某些植物中产生环肽。被子植物的VPE在进化过程中出现了4种类型:α型VPE、β型VPE、γ型VPE和δ型VPE。总结了植物VPE的进化与分类、成熟和活化过程、VPE的功能,以及该领域的最新进展和未来的研究领域,以便更全面地了解VPE在植物中的作用。

植物硝态氮吸收和转运的调控研究进展 Open Access

刘海光, 罗振, 董合忠

2021, 37(6):  192-201.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1347

摘要 ( 640 )   HTML ( 30)   PDF (1919KB) ( 1103 )  

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氮是植物生长过程中需求量最大的基础元素,直接影响植物的生长发育和形态建成。氮肥过量施用导致植物氮素利用效率(NUE)下降,不仅造成氮肥浪费,也导致土壤面源污染,给农业可持续发展带来了严峻挑战,已引起全球范围内的广泛关注。硝态氮(NO₃^-)是植物利用的主要无机氮源,研究NO₃^-的吸收和转运对提高NUE具有现实意义。综述了植物根系从土壤吸收NO₃^-,再从根部转运至地上部并在器官和组织进行分配利用的生理过程及分子机制,总结提出了调控植物吸收和转运氮素的技术与措施,并对今后的研究与应用提出了展望,以期为合理施用氮肥和提高氮素利用效率提供依据和指导。

植物半胱氨酸蛋白酶在植物生长发育中的功能研究 Open Access

莫黎杰, 刘夏瞳, 李慧, 陆海

2021, 37(6):  202-212.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1220

摘要 ( 854 )   HTML ( 26)   PDF (1149KB) ( 575 )  

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半胱氨酸蛋白酶(cysteine proteases,CPs)是一类重要的蛋白水解酶,在调控植物生长发育中发挥着重要的功能。根据不同半胱氨酸蛋白酶在不同组织部位的定位表达,对半胱氨酸蛋白酶参与种子萌发,根生长及叶片衰老过程,以及茎中导管分子及花药中绒毡层细胞的细胞程序性死亡过程的功能研究及其进展进行了综述,旨在为进一步研究半胱氨酸蛋白酶的功能提供参考。

HKT1在植物耐盐机制中的研究进展 Open Access

张永兰, 解莉楠

2021, 37(6):  213-224.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1379

摘要 ( 1117 )   HTML ( 50)   PDF (1973KB) ( 442 )  

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土地盐碱化是导致作物产量降低的重要影响因素之一。在盐胁迫下,植物进化出一系列应对盐胁迫的策略,其中,离子转运蛋白在植物应对盐胁迫的过程中发挥着举足轻重的作用。HKT1转运蛋白是一类具有转运Na⁺功能的离子转运蛋白,主要定位在维管束组织附近,广泛存在于单子叶植物和双子叶植物中,参与植物体内Na⁺的长距离运输,调节植物中Na⁺浓度,有助于维持植物体内的离子平衡。分别讨论了不同植物中HKT1蛋白的功能以及相应的调控过程,总结了HKT1参与Na⁺长距离运输的作用模型。通过综合近年来对HKT1的研究,合理运用分子育种等手段,以期为增加农作物的耐盐胁迫能力,提高农作物的质量和产量奠定理论基础。

蛋白质泛素化介导的植物低温胁迫反应 Open Access

乌凤章, 王贺新

2021, 37(6):  225-235.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1389

摘要 ( 569 )   HTML ( 23)   PDF (1921KB) ( 1149 )  

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低温胁迫限制植物的生长发育及其地理分布。不同物种在低温胁迫反应过程中发生了重大的转录组重新编程,许多蛋白质被认为是这种适应性反应的重要因子。泛素化是一种翻译后修饰,能够调控蛋白的丰度、活性、亚细胞区隔和转运,并参与低温应答过程。E3是泛素-蛋白酶体系统的主要组成部分,识别目标蛋白,并将泛素从E2上转移到目标蛋白上。由于E3具有底物识别的特异性,从而调控植物多种低温胁迫反应相关的信号通路。以此为基础,总结了参与泛素-蛋白酶体系统的组成成分,并详细阐述了E3在低温胁迫反应中的作用。

水稻表皮毛发育相关基因研究进展 Open Access

冯连杰, 安文静, 刘迪, 刘亚菲, 王凯婕, 梁卫红

2021, 37(6):  236-243.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1231

摘要 ( 425 )   HTML ( 15)   PDF (1489KB) ( 468 )  

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表皮毛作为大多数陆生植物表面的常见结构,不仅增强了植物抵抗干旱、紫外线和病虫害等不良环境因素的能力,其发育形成过程更是研究植物细胞命运分化的重要模型,因此对表皮毛发育调控机制的研究具有重要意义。目前,模式植物拟南芥表皮毛发育的一些关键基因已被克隆,表皮毛发育的调控机制也逐渐明了。但是有关水稻表皮毛发育机制的研究很大程度上不清楚,近年来一些水稻表皮毛相关基因陆续被鉴定或克隆,对其功能的研究也在不断深入。综述了水稻表皮毛相关基因的研究历程和进展,归纳了水稻表皮毛发育的调控途径,并展望了水稻表皮毛相关基因在光叶稻分子设计育种中的价值和应用前景。

固定化真菌漆酶在环境有机污染修复中的应用研究进展 Open Access

陈明雨, 倪烜, 司友斌, 孙凯

2021, 37(6):  244-258.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1205

摘要 ( 689 )   HTML ( 28)   PDF (4904KB) ( 663 )  

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我国有机污染废水排放总量巨大,其释放到生态环境中对野生动物和人群健康构成严重威胁。目前,生物修复技术因其绿色环保、经济高效而备受关注。漆酶能够催化不同类型有机污染物的氧化耦合和分解,该反应具有催化速率高、简单可控、底物广谱和生态友好等特点。鉴于游离态漆酶性能不稳定且难以回收利用,而酶固定化技术可显著改善游离态漆酶的稳定性、增加其循环利用次数和催化功效,有望实现漆酶在环境生物修复中的大规模应用。综述了真菌漆酶的分子结构、底物谱和催化性能,对比了漆酶的4种常规固定化方法(吸附、包埋、共价结合和交联)的优缺点。重点总结了固定化漆酶介导雌激素、抗生素、多环芳烃、个人护理产品、合成染料和磺胺类药物等有毒有害污染物的自由基耦合和氧化分解机理。固定化漆酶以分子氧作为电子受体,催化有机污染物氧化生成活性自由基或醌类中间体。这些活性中间体既能以共价耦合的途径形成聚合物,也可通过自由基相互攻击形成分解产物,进而显著降低母体化合物的生态毒性。固定化漆酶在净化有机废水、消除环境污染和维持生态健康等方面已表现出巨大的应用潜力,未来需要进一步筛选廉价固定化载体和提高固定化漆酶循环利用效率。

基于信号肽策略提高外源蛋白在枯草芽孢杆菌中的表达 Open Access

苗华彪, 曹艳, 杨梦瀚, 黄遵锡

2021, 37(6):  259-271.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1255

摘要 ( 926 )   HTML ( 37)   PDF (1658KB) ( 2638 )  

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枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为一种重要的原核表达宿主菌,具有蛋白分泌能力强、遗传背景清晰、无密码子偏好性、生长迅速和非致病性等优点,一直都是外源蛋白表达优选的模式菌株。信号肽(signal peptide)是一段存在于前体蛋白N-端的短肽链,其功能在于引导和调节前体蛋白的折叠,在蛋白转移和分泌过程中扮演着极其重要的角色。目前,利用枯草芽孢杆菌信号肽,针对不同外源蛋白的高效分泌暂无规律性可寻。为此,从枯草芽孢杆菌信号肽的结构特点、分类、转运途径和应用方式等方面进行综述,以期为进一步筛选外源蛋白在枯草芽孢杆菌表达系统中的最适信号肽提供一定的参考。

MicroRNA参与水生动物环境污染物胁迫应答的研究进展 Open Access

王梦婷, 曹杰宇, 王忠新, 王雅瑜, 杨大佐, 周一兵, 赵欢

2021, 37(6):  272-278.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1224

摘要 ( 427 )   HTML ( 9)   PDF (1183KB) ( 394 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

MicroRNAs(miRNAs)是一类由内源基因编码具有多种功能的短序列非编码RNA,miRNA参与生物体细胞凋亡、生长发育及代谢等多个生命活动。近年来已有研究表明当机体暴露于环境污染物(如重金属、有机污染物和新型污染物等)时,miRNA表达的改变可以影响靶基因的表达,进而调控生物机体对外源污染物胁迫下的毒性响应。综述了水生动物中参与不同环境污染物胁迫的miRNA及其作用机制的研究进展,对miRNA今后的研究方向进行讨论和展望,希望为miRNA参与水生动物抗逆性的研究提供一定的参考。

技术与方法

水稻CRISPR/Cas12a系统的优化及其介导的腺嘌呤碱基编辑器的建立 Open Access

王敬文, 严芳, 柳浪, 周雪平, 王道文, 周焕斌

2021, 37(6):  279-285.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0231

摘要 ( 609 )   HTML ( 18)   PDF (3273KB) ( 630 )  

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为了构建高效的CRISPR/Cas12a介导的水稻基因编辑系统,通过测试不同来源的Cas12a蛋白、crRNA长度和构型来探索影响Cas12a编辑活性的因素发现,相对于AsCas12a和LbCas12a在crRNA为23 nt时具有更高的编辑效率,并且crRNA 3'端的U₄AU₄结构并不能增强其在水稻中的编辑活性,同时利用大肠杆菌腺嘌呤脱氨酶变体TadA8e开发了CRISPR/LbCas12a介导的腺嘌呤碱基编辑系统pUbi∶rBE58,成功地将水稻内源基因OsCPK15实现A到G替换(A>G),其效率为33.33%。本研究证明了利用CRISPR/Cas12a可以对水稻基因组进行编辑,丰富了水稻基因编辑工具,拓宽了基因编辑工具箱。

转基因番木瓜基因组DNA的快速制备和PCR检测方法 Open Access

潘志文, 陈伟庭, 高洁儿, 周峰, 姚涓, 王声斌, 姜大刚

2021, 37(6):  286-294.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1587

摘要 ( 492 )   HTML ( 17)   PDF (2970KB) ( 257 )  

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转基因番木瓜检测中,模板DNA的制备是关键一步。为了提高检测效率,建立快速制备番木瓜样品基因组DNA和PCR检测方法十分重要。建立了番木瓜基因组DNA的快速制备方法,包括样品准备、制备缓冲液匀浆和稀释上清。在完成不同番木瓜样品的基因组DNA快速制备后,对获得的DNA进行PCR检测验证。普通PCR验证结果显示,本方法制备的叶片和果肉基因组DNA溶液稀释5倍时,PCR扩增条带清晰,更高稀释倍数时,叶片基因组DNA扩增条带强于果肉基因组DNA;实时荧光PCR验证结果显示,叶片基因组DNA的PCR扩增效率位于合理区间。灵敏度测试结果表明,含量低至0.1%的叶片和果肉样品,内标准基因和外源基因特异性片段普通PCR和实时荧光PCR均能得到预期扩增,且重复性较好。本研究建立的番木瓜基因组DNA快速制备与PCR方法效果良好,体系稳定。

枣果实维管组织中荧光示踪剂引入方法的应用 Open Access

章英才, 黄月, 海源, 张媛, 扈亚杰, 赵梦怡

2021, 37(6):  295-304.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1502

摘要 ( 441 )   HTML ( 12)   PDF (10310KB) ( 130 )  

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本研究以不同发育时期的“灵武长枣”果实为实验材料,采用石蜡切片技术明确不同发育时期果实维管束结构特征和变化规律,在此基础上,通过枣果实维管组织中荧光示踪剂引入方法的应用,采用荧光染料活细胞示踪技术,探讨枣果实维管束韧皮部同化物卸载路径的研究方法。结果表明:(1)膨大前期果实的维管束较多,尤其是内果皮附近的维管束数量较多、分布集中,此时有单个维管束进行发育,也有两个维管束背靠背进行发育。快速膨大期果实中果皮内薄壁细胞发育迅速,由外向内体积逐渐增大,排列松散,有些甚至排列成网状结构,围成一个个较大的空腔,相同视野内维管束数量下降,维管束多为两两背靠背式、3个或4个聚在一起发育。着色期中果皮的细胞空腔进一步增大、数量增多,相比前两个时期相同视野内的维管束数量更少,由多个维管束形成了多分支结构。与着色期相比,完熟期果实薄壁细胞形成的空腔空间继续增大,维管束数量无明显变化,多维管束分支结构略有差异。(2)采用荧光染料活细胞示踪技术,在不同发育时期枣果实维管束韧皮部中引入了荧光示踪剂羧基荧光素酯CFDA、质膜通透剂洋地黄皂苷,在维管束木质部中引入了荧光示踪剂Texas-Red,通过激光共聚焦显微镜CLSM观察荧光特征,获得了枣果实中韧皮部同化物卸载路径的研究方法,为研究枣果实同化物积累和品质调控奠定了基础。

其他

目录

2021, 37(6):  305-305. 

摘要 ( 115 )   PDF (336KB) ( 99 )  

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封面

2021, 37(6):  306-306. 

摘要 ( 107 )   PDF (706KB) ( 95 )  

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