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2021年 第37卷 第8期    刊出日期：2021-08-26

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代谢生物学专题

代谢组学在植物逆境生物学中的研究进展

张凤, 陈伟

2021, 37(8):  1-11.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0861

摘要 ( 1163 )   HTML ( 105)   PDF (2025KB) ( 1061 )  

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近年随着持续而又复杂环境的改变,自然界中生物和非生物胁迫频繁爆发,多种逆境胁迫严重影响了植物的正常生长和发育,尤其是农作物产量。逆境胁迫下植物体内代谢物的重塑是其基因与环境因素共同作用的结果,是植物体生理表型与体内生化水平的直接体现,逆境胁迫下代谢组的重塑很大程度上反映了植物体对逆境胁迫的响应和防御。代谢组学的兴起,为研究植物体内不同组织及其在不同逆境胁迫下代谢物的重塑提供了可靠的研究手段,同时代谢组与基因组、转录组、蛋白组以及表型组的整合,尤其是代谢组与基因组整合形成的代谢组-基因组关联分析在揭示植物响应及适应逆境胁迫的遗传基础、提高农作物产量以及培育耐受逆境胁迫品种等方面具有重要作用。本文综述了逆境胁迫下植物代谢组学的研究方法、逆境胁迫下植物代谢组重塑的多样性以及逆境胁迫下植物代谢组的遗传基础研究进展,并展望了应用代谢组学研究植物逆境生物学的应用前景和局限性。

非常规酵母细胞工厂合成天然产物

叶敏, 高教琪, 周雍进

2021, 37(8):  12-24.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0815

摘要 ( 840 )   HTML ( 56)   PDF (3826KB) ( 990 )  

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天然产物在医药、美容、食品等行业具有重要的应用,随着人们需求的增加,迫切需要绿色可持续的生产过程。近年来,微生物细胞工厂合成天然产物发展迅速,目前常用的细胞工厂宿主包括大肠杆菌和酿酒酵母。与此同时,非常规酵母因其性状独特,如高密度有氧发酵、耐受温度和pH范围广,底物谱广泛（长链糖、脂肪酸、甲醇等）,逐渐成为极具潜力的细胞工厂宿主。本文综述了近年来非常规酵母在天然产物合成方面的研究进展,主要集中在萜类和黄酮类化合物的生物合成,并对常用的改造手段和策略进行了介绍。在此基础上,系统讨论了新型非常规酵母细胞工厂存在的优势和不足之处,并总结了非常规酵母细胞工厂合成天然产物的挑战和机遇。

药用植物天然产物生物合成途径及关键催化酶的研究策略

周正, 李卿, 陈万生, 张磊

2021, 37(8):  25-34.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0949

摘要 ( 959 )   HTML ( 65)   PDF (1166KB) ( 1209 )  

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来源于药用植物的天然产物是现代药物研发和创新的重要源泉。关于药用植物天然产物的传统研究,主要是围绕其提取纯化、化学结构、合成和生物功能展开。随着基因组学、生物信息学、分子生物学、分子遗传学、合成生物学等学科的飞速发展和各学科之间的交叉融合越来越广泛,药用植物的天然产物研究出现了新的机遇。本文针对药用植物天然产物生物合成及关键催化酶的研究策略进行系统综述,从药用植物天然产物生物合成途径的推测、天然产物生物合成关键催化酶的发现与预测、酶的表达特征研究、体内酶功能研究、酶催化特征研究、酶结构解析与优化、合成生物学研究这6个方面进行总结,并对未来药用植物天然产物合成途径及关键催化酶的发展趋势进行展望。

内生菌对植物次生代谢产物的生物合成影响和抗逆功能研究

梁振霆, 唐婷

2021, 37(8):  35-45.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0735

摘要 ( 808 )   HTML ( 30)   PDF (1117KB) ( 692 )  

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植物次生代谢产物具有广阔的药理活性与重要的生物功能,但天然产量低,无法满足人们日益增长的医药需求,其生物合成研究备受关注。内生菌与植物长期互利共生,影响植物众多代谢过程和生理活动,是解决次生代谢产物资源短缺的重要来源。综述了内生菌促进植物萜类,黄酮类和生物碱等次生代谢产物的生物合成,以及内生菌通过调控次生代谢物以增强植物对生物和非生物胁迫的抗性,讨论了内生菌关联植物次生代谢物在现代生物领域的生产途径和应用前景,以期为利用微生物资源为药用次生代谢产物的生物合成研究和农作物抗逆性状改良提供新思路。

灵芝酸生物合成及代谢调控研究进展

袁恺, 何伟, 杨云丽, 朱威宇, 彭超, 安泰, 李丽, 周卫强

2021, 37(8):  46-54.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0734

摘要 ( 667 )   HTML ( 36)   PDF (2116KB) ( 757 )  

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灵芝酸是药用灵芝菌的次级代谢产物,是灵芝菌的主要活性成分之一,已经在抗癌以及其他医药领域进行了深入研究。为了解决灵芝孢子、子实体生长周期长,生长环境要求高以及灵芝酸含量低等问题,灵芝菌深层液体发酵技术应运而生。尽管已经取得了一定的突破,但是发酵生产灵芝酸的低产量问题依然存在。灵芝酸生物合成途径的解析和调控对于解决发酵生产灵芝酸低产量问题意义重大,本文系统综述了近年来在灵芝酸生物合成和代谢调控方面的研究进展,并提出未来研究重点方向,为进一步通过基因工程手段和代谢通路调控手段实现灵芝酸的高浓度积累提供参考。

广藿香百秋李醇分子调控及合成生物学研究进展

张婵, 姚广龙, 张军锋, 于靖, 杨东梅, 陈萍, 吴友根

2021, 37(8):  55-64.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0126

摘要 ( 473 )   HTML ( 21)   PDF (1693KB) ( 602 )  

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百秋李醇是广藿香主要活性成分之一,也是《中国药典》中评价广藿香药材的重要指标,可通过天然提取或合成生物学工程两种方式获得。广藿香中百秋李醇含量低,是其规模化应用的瓶颈。本文从百秋李醇的合成途径、分子调控机制和合成生物学工程三方面综述近年来相关研究进展,为百秋李醇的开发与应用提供参考。

黄花蒿R2R3-MYB转录因子全基因组鉴定及生物信息学分析

李琦, 王怡超, 刘畅, 谭何新

2021, 37(8):  65-74.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0173

摘要 ( 618 )   HTML ( 34)   PDF (3572KB) ( 463 )  

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MYB家族转录因子广泛参与植物的各种生物过程,其中R2R3-MYB数量最多、功能最广泛,有研究表明黄花蒿R2R3-MYB转录因子能调控分泌性腺毛的发育及青蒿素的生物合成,但相关研究还较少。以黄花蒿基因组数据为基础,通过本地BLAST和HMMsearch的方法,获得黄花蒿R2R3-MYB转录因子序列132条,并对其保守结构域进行分析,同时构建了与拟南芥R2R3-MYB转录因子的系统进化树,结合BLAST2GO软件的注释结果进行功能预测;此外,本研究还通过转录组数据库分析了R2R3-MYB基因在不同组织的表达模式。综合以上生物信息学分析数据获得了可能参与青蒿素生物合成的R2R3-MYB转录因子基因,同时为参与关键生物过程的R2R3-MYB转录因子基因的筛选提供依据。

以次生代谢物产量为目标的西兰花毛状根培养技术体系优化

张秀民, 马绍英, 杨洁, 包金玉, 张晓玲, 田鹏, 路亚琦, 李胜

2021, 37(8):  75-84.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0143

摘要 ( 394 )   HTML ( 10)   PDF (6153KB) ( 252 )  

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本研究旨在探究不同单因素条件下西兰花毛状根培养体系中萝卜硫苷（glucoraphanin,GRA）和萝卜硫素（sulforaphane,SF）释放的关系。通过10 mmol/L茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）处理,探究了在不同接种量、培养基体积、pH、培养温度及摇床转速下对西兰花毛状根中GRA和SF释放的影响;在单因素实验基础上,选取培养温度、毛状根接种量及pH进行响应面实验。结果表明：当培养温度为25.44℃,毛状根接种量为0.15 g,pH 5.56,西兰花毛状根中GRA和SF总产量为2.08 mg/flask,与回归模型预测理论总产量2.44 mg/flask相近;不同培养条件下,西兰花毛状根培养体系中GRA和SF释放至培养基中的量随之不同。

Paramyrothecium roridum中单端孢霉烯毒素生物合成基因启动子的克隆和功能鉴定

岑由飞, 朱牧孜, 叶伟, 李赛妮, 钟国华, 章卫民

2021, 37(8):  85-94.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1386

摘要 ( 426 )   HTML ( 12)   PDF (4185KB) ( 225 )  

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利用染色体步移技术对植物内生真菌Paramyrothecium roridum中单端孢霉烯毒素的生物合成基因tri5、tri12启动子进行克隆,分别利用原核和真核表达系统以及荧光素酶表达系统对启动子核心区域进行鉴定,发现tri12的启动子片段12-f1对氨苄青霉素抗性基因和潮霉素抗性基因表达的启动效率最高,tri5的启动子片段5-f0对荧光素酶基因表达的启动效率最高;同时对启动子的功能组件进行分析,发现tri5含有TATA box和CAAT box,而tri12是TATA-less启动子,但含有CAAT box和GC box。本研究为强启动子的筛选及单端孢霉烯类化合物的高效生物合成奠定基础。

基于质谱的分子网络分析化学调控对土曲霉C23-3次生代谢产物及生物活性的影响

马小翔, 刘亚月, 聂影影, 黎燕媚, 王远, 薛欣怡, 洪鹏志, 张翼

2021, 37(8):  95-110.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1398

摘要 ( 537 )   HTML ( 18)   PDF (7817KB) ( 163 )  

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以一株高产丁内酯Ⅰ的海洋来源土曲霉C23-3作为出发菌株,筛选出可获得更丰富次生代谢产物的化学调控培养条件。利用2种基础培养基分别添加9种小分子化合物,对菌株进行24孔板上的化学调控培养,在菌丝体形态变化和薄层层析生物活性自显影基础上,运用液相色谱-串联质谱法以及基于质谱的分子网络进一步分析次生代谢产物的产量和多样性。在糙米培养基中分别加入金合欢醇（1 µmol/L）、法尼焦磷酸铵盐（FPP,5 µmol/L）、亚硫酸氢钠甲萘醌（MSB,10 µmol/L）、3-氨基-L-酪氨酸（1 mmol/L）等4种诱导条件均可调控菌株C23-3次级代谢产物发生较明显变化,其丁内酯、土震素和洛伐他汀类化合物的多样性和产量较为突出。菌株C23-3经化学调控后的次生代谢产物产生了不同程度的变化,为活性化合物的发现提供了基础。

研究报告

棉花GhD6PKL2的克隆及功能验证

刘媛媛, 杨冬杰, 左东云, 程海亮, 张友平, 吕丽敏, 王巧连, 宋国立

2021, 37(8):  111-120.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1591

摘要 ( 378 )   HTML ( 16)   PDF (4502KB) ( 269 )  

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旨在探究丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（serine/ threonine protein kinase,STPK）基因在棉纤维发育中的功能,解析棉纤维细胞的分化和发育机理。从陆地棉遗传标准系TM-1中克隆基因GhD6PKL2,并对其序列及结构特征进行生物信息学分析、表达量分析及过表达拟南芥的表型观察。GhD6PKL2含有典型的STPK保守序列位点。预测编码的蛋白相对分子质量为49.74 kD,等电点为6.17,含有多个丝氨酸苏氨酸磷酸化位点。表达模式结果表明,GhD6PKL2在与棉花纤维伸长阶段相吻合的、开花后20 d显著高表达。软件预测及在烟草叶片中的荧光蛋白定位结果均显示,GhD6PKL2编码的蛋白质定位在细胞膜上。诱饵自激活试验验证GhD6PKL2没有自激活活性及毒性。过表达拟南芥,能使转基因拟南芥表现出表皮毛数量增多,同时主根变短、侧根数目增多的表型。表明该丝氨酸苏氨酸蛋白激酶基因在拟南芥表皮毛及主侧根发育方面发挥一定作用,可能为一个棉纤维伸长发育阶段的潜在调控基因。

陆地棉耐碱基因GHZAT12的克隆、表达及生物信息学分析

范亚朋, 芮存, 张悦新, 陈修贵, 陆许可, 王帅, 张红, 徐楠, 王晶, 陈超, 叶武威

2021, 37(8):  121-130.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1516

摘要 ( 463 )   HTML ( 21)   PDF (5930KB) ( 386 )  

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一些锌指蛋白转录因子家族成员在调节植物生长、发育和非生物胁迫中发挥重要作用。本研究旨在了解棉花C2H2转录因子家族中的成员GhZAT12在应对抵御逆境胁迫方面的作用。生物信息学分析结果显示,GhZAT12基因的编码区序列全长为474 bp,编码157个氨基酸,蛋白质分子量为17.074 kD。GhZAT12蛋白不含跨膜结构域,是一种非分泌型亲水蛋白,有7个磷酸化位点,没有信号肽。GhZAT12包含两个C2H2型锌指结构域,在其N端含有保守的L-box,C末端含有一个EAR-Motif。系统发育树分析表明GhZAT12与可可（XP_017982131.1）中的锌指蛋白亲缘关系较近。从棉花中克隆获得GhZAT12基因CDS序列,并构建了亚细胞定位载体,利用烟草瞬时表达系统对GhZAT12-GFP融合蛋白进行了亚细胞定位,结果表明,GhZAT12蛋白定位于细胞核中。qRT-PCR分析结果表明,陆地棉中GhZAT12的相对表达量在根中最高,其次是叶,在茎中表达量最低。碱胁迫处理后不同时间内,GhZAT12基因的表达量先升高后下降,推测GhZAT12基因可能在碱胁迫中发挥着重要的作用。

蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）全长转录组测序及分析

尚骁尧, 周玲芳, 尹芊芊, 晁跃辉

2021, 37(8):  131-140.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0191

摘要 ( 829 )   HTML ( 24)   PDF (5751KB) ( 1528 )  

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为了深入分析和探索豆科模式植物蒺藜苜蓿的mRNA完整结构,使用单分子长读数测序技术（single-molecule long-read sequencing technology,SMRT）对蒺藜苜蓿进行全长转录组测序及分析。共获得7 728 183个subread和509 014条全长非嵌合序列（full-length non-chimeric read,FLNC）,通过比对分析发现,94.36%的序列与93.01%的序列分别与蒺藜苜蓿R108与A17参考基因组匹配。总计存在8 406种可变性剪接,其中主要的剪接方式为内含子保留（intron retention,RI）。共发现23 926个基因,其中12 049个基因存在295 545条转录本,在这些转录本中至少存在一个poly（A）位点。此外,共鉴定出3 223条转录因子,6 595条长非编码RNA（long non-coding RNA,lncRNA）和479条融合转录本。使用SMRT技术能够深入发掘蒺藜苜蓿转录数据,也为更好地利用蒺藜苜蓿基因组资源提供数据补充。

葡萄AKR基因家族的鉴定和组织特异性表达分析

马亚男, 卢旭, 魏云春, 李康, 魏若男, 李胜, 马绍英

2021, 37(8):  141-151.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0068

摘要 ( 544 )   HTML ( 12)   PDF (5188KB) ( 382 )  

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醛酮还原酶（aldo-keto reductase,AKR）是一类NADP-依赖型氧化还原酶,通过对葡萄AKR基因鉴定分析,旨在揭示葡萄AKR基因分子生物学功能和遗传调控机制。基于2020年最新组装的葡萄参考基因组数据,利用生物信息学对葡萄AKR基因进行理化性质、基因结构、Motif分析、顺式作用元件、亚细胞定位、二级结构预测以及组织特异性表达分析,最后用荧光定量分析了葡萄AKR基因在盐胁迫下表达水平变化。从全基因组水平上共鉴定出13个葡萄AKR基因家族成员,分为2个亚族;基因结构分析显示,不同成员编码的氨基酸序列外显子数目及位置存在差异;motif分析表明,AKR蛋白保守结构域高度相似;顺式作用元件分析显示,该基因上游启动子元件不仅存在核心元件和增强元件,同时还存在各种激素及胁迫响应元件,器官特异性元件和光调控元件;二级结构和亚细胞定位预测表明,该基因家族主要在细胞核中表达,并以α-螺旋和不规则卷曲为主。基因芯片表达谱分析显示,AKR家族成员间表达水平差异大且存在组织特异性。荧光定量结果显示,盐胁迫条件下VvAKR02、VvAKR05、VvAKR07、VvAKR11、VvAKR12和VvAKR13表达量显著上调。从葡萄中鉴定了13个AKR家族基因,并分析其盐胁迫下的表达水平,对于挖掘葡萄AKR家族中耐盐基因提供了一定的理论依据和实验基础。

巴山榧树枝和叶提取物的抗氧化能力、抑菌活性与挥发性成分

王小河, 辜夕容, 祁顺菊, 李杰, 崔瑶, 李得霞, 杨莉荟

2021, 37(8):  152-161.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0130

摘要 ( 464 )   HTML ( 9)   PDF (3756KB) ( 231 )  

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探究巴山榧树枝和叶提取物的抗氧化能力、抑菌活性和枝叶挥发性成分,为开发利用巴山榧树的食用或药用价值提供科学依据。利用90%乙醇超声提取巴山榧树枝和叶,采用自由基清除率测定抗氧化能力,牛津杯法分析抑菌活性,顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法检测枝叶挥发性成分及其相对含量。结果发现,巴山榧树枝和叶的提取物对DPPH、ABTS⁺和羟基自由基有不同程度的清除作用,以开州区的巴山榧树枝提取物对DPPH和ABTS⁺自由基清除率最高,分别达到39.9%和95.3%;开州区巴山榧树叶提取物的羟基自由基清除率最高,达到69.8%。巴山榧树枝和叶的提取物显著抑制大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的生长和繁殖,以开州区巴山榧树枝提取物对枯草芽孢杆菌的抑菌活性最强,抑菌圈直径达到26.9 mm。巴山榧树枝和叶的挥发性成分中98%以上为萜烯类化合物,以单萜和倍半萜为主。巴山榧树枝和叶提取物具有较强的抗氧化能力与抑菌活性,其枝叶挥发性成分主要为单萜和倍半萜。

不同连作年限菠萝园土壤差异代谢物和细菌群落结构分析

刘传和, 贺涵, 何秀古, 刘开, 邵雪花, 赖多, 匡石滋, 肖维强

2021, 37(8):  162-175.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0273

摘要 ( 567 )   HTML ( 20)   PDF (6162KB) ( 694 )  

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为探讨菠萝连作对土壤代谢物和细菌群落结构的影响,本研究采用非靶向代谢组学和细菌16S高通量测序技术,以菠萝园边角地未耕作过的土壤为对照（T0）,对连续种植了5 a（T5）和15 a（T15）菠萝的土壤进行了代谢物与细菌群落差异比较分析。研究结果表明,与T0比较,T5和T15土壤中分别检测到120种和80种差异代谢物;T0-T5和T0-T15组间共筛选出11种具有显著性差异（VIP>1,P<0.05）的代谢物,包括有机酸4种,糖类3种,氨基酸及其衍生物2种,醇类2种;KEGG代谢通路分析表明差异代谢物主要富集在不饱和脂肪酸的生物合成途径等11条关键代谢通路中。细菌16S高通量测序结果表明,与T0相比,T5中土壤细菌群落多样性、丰富度指数均升高;T15中土壤细菌群落多样性指数升高,但丰富度指数下降。T5和T15的土壤细菌群落结构存在明显差异,在门、属水平上T5和T15土壤细菌群落的相对丰度明显高于T0。与T0相比,菠萝园土壤的两个优势菌群变形细菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteriota）在T5中所占比例升高,但在T15中所占比例下降。CCA分析结果表明,土壤pH与连作年限呈负相关。本结果可为菠萝连作对土壤环境的影响相关研究提供参考,对提高菠萝园土壤管理水平有指导意义。

芽孢杆菌LM基于全基因组的分类鉴定及抑菌原理的研究

蔡国磊, 陆小凯, 娄水珠, 杨海英, 杜刚

2021, 37(8):  176-185.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1303

摘要 ( 504 )   HTML ( 10)   PDF (4124KB) ( 369 )  

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对一株抗黑曲霉活性的芽孢杆菌进行了基因组和超高效液相色谱质谱（UPLC-Q-TOF-MS）分析研究。结合形态特征、16S rRNA序列和gyrA基因聚类分析,初步鉴定菌株为解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）;全基因组分析表明菌株基因组大小为 4 000 885 bp,GC含量为46.24%;antiSMASH分析表明基因组中含11个次级代谢产物基因簇,大多编码抗菌物质;UPLC-Q-TOF-MS分析发现10个化合物的分子量与antiSMASH预测的3个基因簇编码的化合物分子量相同,为表面活性素（surfactin）、伊枯草菌素（iturin）和 芬荠素（fengycin）等脂肽类抗生素同系物,推测解淀粉芽孢杆菌的抗黑曲霉活性与这3类物质有关。

一色齿毛菌漆酶LacT-1的分离纯化与性质研究

田嘉慧, 封佳丽, 卢俊桦, 毛林静, 胡著然, 王莹, 楚杰

2021, 37(8):  186-194.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1408

摘要 ( 570 )   HTML ( 12)   PDF (7550KB) ( 412 )  

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漆酶可以与多种底物反应,具有广阔的应用前景,但不同漆酶其性质有一定差异。本文研究的漆酶,由一色齿毛菌（Cerrena unicolor）发酵上清经过（NH₄）₂SO₄沉淀、疏水层析（phenyl sepharose）、离子交换层析（DEAE sepharose）和凝胶层析（TSK gel G2000SWxl）纯化得到,命名为LacT-1。该酶分子量约为65 kD,比活力为41.31 U/mg,回收率为6.57%,纯化倍数为21.86。通过对LacT-1进行酶学性质研究发现：该酶最适温度为60℃,最适pH为4.8,酶活在低于30℃和pH为5.4-8时较稳定;三氯乙酸（TCA）对漆酶酶活有促进作用;LacT-1催化底物ABTS的米氏常数K_m值为0.075 mmol/L,V_max为250 000 mmol/（L·min）;对甲基橙、酸性红1、活性黑5、考马斯亮蓝、孔雀石绿、结晶紫和溴酚蓝的降解率在71.64%-95.17%之间。研究结果表明该酶具有较强的pH稳定性,并且与ABTS的结合力较强,可以有效降解一些常见的染料,具有一定的实际应用价值。

溶藻弧菌去乙酰化酶基因cobB克隆及其功能验证

范晨龙, 丁燏

2021, 37(8):  195-202.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1361

摘要 ( 527 )   HTML ( 8)   PDF (5207KB) ( 229 )  

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旨在研究溶藻弧菌（Vibrio alginolyticus）去乙酰化酶cobB基因的功能。进行了cobB基因的克隆,生物信息学分析,CobB蛋白质诱导表达、纯化及功能研究。CobB蛋白质的相对分子质量为27.09750 kD,理论等电点为5.15,化学式为C₁₁₈₆H₁₈₆₅N₃₃₉O₃₆₉S₁₀,亲水性平均系数（GRAVY）：-0.409,为亲水蛋白。CobB与同弧菌属的魔鬼弧菌（Vibrio diabolicus）,哈维弧菌（Vibrio harveyi）,霍乱弧菌（Vibrio cholerae）和副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）具有高度同源性,在革兰氏阴性菌中相对保守;融合蛋白大小约为53 kD,去除标签后CobB蛋白分子量约为27 kD;CobB蛋白最适表达条件为37℃,0.4 mmol /L IPTG下诱导4 h。功能分析表明,CobB对乙酰化蛋白具有去乙酰化作用。

鸡CEBPA基因CDS区克隆、表达及生物信息学分析

杜振伟, 朱帅鹏, 马向飞, 李东华, 孙桂荣

2021, 37(8):  203-212.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1410

摘要 ( 544 )   HTML ( 26)   PDF (4205KB) ( 350 )  

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为了研究增强子结合蛋白α（CCAAT/Enhancer Binding Protein Alpha,CEBPA）的氨基酸序列特征,以及其编码基因在固始鸡不同组织中的mRNA表达谱。采用PCR技术克隆得到CEBPA的CDS序列全长975 bp,可编码氨基酸325个。生物信息学分析结果显示CEBPA不存在跨膜结构和信号肽,蛋白结构主要由无规则卷曲和α-螺旋结构构成,且多分布在细胞核中;蛋白互做网络构建分析表明,该蛋白与主要与TRBs家族、Runx转录因子家族等相互作用;氨基酸序列对比发现,鸡和鹌鹑的亲缘关系较近;鸡CEBPA 5'调控区-2 000 bp序列上启动子和CpG岛预测发现,该序列上有13个不同的启动子和一个长度1 640 bp的CpG岛;qRT-PCR表明,CEBPA在12周龄固始鸡不同组织中胸肌和腿肌的表达量显著低于其他组织（P<0.05）;不同发育时期胸肌中22周龄的表达量显著低于6周龄和55周龄的表达量（P<0.05）;且CEBPA在罗斯鸡胸肌的表达量显著高于固始鸡胸肌的表达量（P<0.05）。以上结果为进一步深入探讨鸡CEBPA在胸肌的脂质沉积过程中的生物学功能奠定了基础。

脂多糖对鲤肠上皮细胞转录组模式的调控分析

陈建军, 赵怡迪, 曹香林

2021, 37(8):  213-220.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0055

摘要 ( 290 )   HTML ( 6)   PDF (3769KB) ( 270 )  

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旨为探究脂多糖对鲤肠上皮细胞相关基因及功能的影响。本研究以鲤肠上皮细胞为试验对象,正常处理为对照组,脂多糖处理为实验组,对处理24 h的两组鲤肠上皮细胞进行转录组测序。转录组测序结果共获得44.77G高质量数据,其中,近81.83%的数据能够比对到鲤基因组。利用DESeq软件分析,与对照组相比,脂多糖处理可诱导产生差异表达基因（differentially expressed genes,DEG）590个,其中303个表达上调,287个表达下调。Gene Ontology（GO）功能富集分析发现,DEG在细胞过程、单有机体过程、代谢过程、细胞、细胞组分、细胞器、结合和催化活性功能亚类中所占比例最高。Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）通路途径分析发现,DEG显著富集于细胞周期、自噬、凋亡途径。并利用实时荧光定量PCR对随机挑选的10个差异基因进行验证,结果表明转录组数据可靠。该研究通过转录组测序技术,全面、快速地获取脂多糖暴露于鲤肠上皮细胞过程中的所有转录本信息,系统地证明脂多糖阻滞了鲤肠上皮细胞周期,诱导自噬,引起细胞凋亡,为脂多糖调控鲤肠上皮细胞分子机制提供了重要的理论依据。

半胱氨酸辅助的酶@ZIF-8固定化酶制备及其特性研究

孙宝婷, 邱萌霞, 王子辰, 王梓源, 崔建东, 贾士儒

2021, 37(8):  221-232.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1326

摘要 ( 646 )   HTML ( 12)   PDF (5200KB) ( 356 )  

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以共沉淀包埋的策略将酶固定在ZIF-8金属有机骨架中能显著提高酶的催化稳定性,但是,所制备的酶@ZIF-8固定化酶的固定化效率和酶活回收率却很低。为了解决这一问题,本研究以半胱氨酸（cysteine,Cys）为辅助剂,采用共沉淀包埋的策略将苯丙氨酸解氨酶（PAL）固定在ZIF-8载体中,制备出PAL@ZIF-8固定化酶。利用单因素实验及响应面实验优化了PAL@ZIF-8制备条件,并对其pH耐受性、温度耐受性和重复使用性等催化性能进行研究。响应面优化结果表明,2-甲基咪唑浓度、醋酸锌浓度和Cys浓度对酶活回收率有显著影响,醋酸锌浓度和Cys浓度对酶活回收率存在交互影响,在200 mmol/L 2-甲基咪唑、60 mmol/L醋酸锌和4 mg Cys,2 mg聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone,PVP）的优化条件下,PAL@ZIF-8最大酶活回收率为（56.15±0.94）%。与不添加Cys制备的PAL@ZIF-8相比,酶活回收率提高了近40%,而且PAL@ZIF-8比游离PAL表现出更好的温度耐受性和pH耐受性。重复使用7次后,PAL@ZIF-8仍能保持初始酶活的60%左右,表现出较好的重复使用稳定性。以上结果表明,这种以Cys为辅助剂将酶共沉淀包埋在ZIF-8中的方法是一种高效的酶固定化策略。

化学分子伴侣及诱导条件协同强化Thermotoga maritima α-葡聚糖磷酸化酶可溶性表达

段绪果, 张玉华, 黄婷婷, 丁乾, 栾舒越, 朱秋雨

2021, 37(8):  233-242.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1473

摘要 ( 434 )   HTML ( 12)   PDF (4323KB) ( 230 )  

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为实现海栖热袍菌Thermotoga maritime α-葡聚糖磷酸化酶的高效制备。构建了产α-葡聚糖磷酸化酶重组菌株,并对发酵条件进行了优化。初步研究发现,重组菌株在37℃条件下进行诱导培养,摇瓶发酵24 h,酶活力仅有5.2 U/mL;SDS-PAGE蛋白电泳显示,重组酶主要以不可溶的包涵体状态存在,可溶性酶所占比例偏低。为减少包涵体的形成、提高重组酶可溶性表达水平,分别从诱导条件和分子伴侣两个方面进行了优化。首先,通过对诱导剂种类、诱导剂浓度、温度、诱导剂添加时间等诱导条件进行优化后,α-葡聚糖磷酸化酶的酶活力提高到27.0 U/mL,是优化前的5.2倍。其次,通过添加化学分子伴侣进一步提高重组酶可溶性表达水平,发现在发酵0 h添加20 mmol/L的化学分子伴侣（肌醇）后,最高酶活力为62.0 U/mL,是优化前酶活力的11.9倍;然而,共表达5种分子伴侣质粒pG-KJE8、pGro7、pKJE7、pG-Tf2和pTf16对α-葡聚糖磷酸化酶的可溶性表达均没有促进作用。

综述与专论

苜蓿抗旱性分子研究进展

李倩, 江文波, 王玉祥, 张博, 庞永珍

2021, 37(8):  243-252.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0057

摘要 ( 523 )   HTML ( 20)   PDF (1117KB) ( 1015 )  

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干旱胁迫是严重限制全球农业生产的环境因素,造成了牧草大量减产。综述了4种重要苜蓿在干旱胁迫下的相关基因以及抗旱育种方面的主要进展,并对苜蓿耐旱性研究的前景及存在问题进行了讨论。提出可充分利用生物技术,挖掘抗旱相关基因资源,在豆科模式植物蒺藜苜蓿中验证基因功能,阐明苜蓿抗旱应答网络机制,进而从黄花苜蓿中克隆抗旱相关基因,最终通过分子育种手段培养高抗旱性紫花苜蓿新品种。培育耐旱紫花苜蓿新品种是改善其在干旱胁迫下生长、提高其产量的有效途径,通过生物技术获得耐旱紫花苜蓿种质可用于遗传改良,为我国粮改饲政策的实施提供饲草新材料,促进草牧业健康可持续发展。

植物愈伤组织诱导过程中的表观遗传修饰研究进展

王建勇, 邹永梅, 葛言彬, 王凯, 席梦利

2021, 37(8):  253-262.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1302

摘要 ( 523 )   HTML ( 19)   PDF (1583KB) ( 628 )  

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植物组织培养是一个复杂的发育过程,可分为愈伤组织诱导、不定芽分化和不定根诱导3个主要阶段,将外植体成功诱导出愈伤组织在生物科学的研究中具有重要意义。植物愈伤组织诱导是指将已分化的细胞逆转为多能性干细胞,是分化细胞内部的基因在复杂的外界因素刺激下相互作用的结果,不但受到众多外源信号的调控,还受到内部多样的表观遗传修饰的影响。生物体内表观遗传信息的改变比基因组DNA序列的改变影响更为深远,可影响到植物组织培养的每个环节。前期研究表明,表观遗传修饰在植物愈伤组织的诱导过程中起到了重要作用。综述了DNA甲基化、组蛋白修饰、小RNA、转座子及染色质重塑等常见的表观遗传修饰对植物愈伤组织诱导的影响,分析了其中的调控机制,总结了表观遗传修饰在该领域存在的主要问题,并展望了未来的研究方向,以推动表观遗传学在该领域的深入研究,不但有助于深化对愈伤组织诱导过程的理解,更有助于顽拗植物愈伤组织的诱导工作,甚至对推动转基因植物的开发都有一定的帮助作用。

植物内生菌中抗耐药微生物活性成分的研究进展

王楠, 苏誉, 刘文杰, 封明, 毛瑜, 张新国

2021, 37(8):  263-274.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1471

摘要 ( 465 )   HTML ( 14)   PDF (1153KB) ( 610 )  

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随着抗生素不合理应用所引发的细菌耐药性逐年增多,细菌耐药已经成为全世界都面临的严重问题。面对日益严峻的细菌耐药性问题,除了合理规范的使用抗生素,寻找新的抗微生物药物无疑是解决该问题的重要举措。植物内生菌作为一种新型亟待开发的微生物资源,其丰富的微生物和次级代谢产物多样性为寻找新型抗耐药微生物活性物质提供了可能,显示出极具潜力的研究开发价值。就近年来植物内生菌中抗耐药微生物活性成分的研究进展进行综述,以期为新型抗耐药微生物药物的研究提供参考。

细菌周质分子伴侣LolA研究进展

贺小丽, 郭磊周, 韩佳慧, 唐殷, 袁媛, 代其林, 平淑珍, 江世杰

2021, 37(8):  275-283.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1247

摘要 ( 469 )   HTML ( 10)   PDF (3496KB) ( 473 )  

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细菌脂蛋白是一种脂质修饰的膜蛋白,参与细胞膜合成等多种重要生理过程。脂蛋白形成过程依赖于Lol转运系统,该蛋白最先在细胞质中以前体的形式合成,然后在细胞膜上被加工为成熟脂蛋白,锚定于细菌外膜周质侧。Lol系统由LolA-E五种蛋白组成,其中脂蛋白在周质空间中依赖伴侣蛋白 LolA进行转运,LolA将脂蛋白以“mouth to mouth”的方式从LolCDE转运至LolB,进而完成脂蛋白定位。重点对周质分子伴侣LolA结构、参与的转运体系及其生物学功能进行综述,旨在通过对脂蛋白转运分子机制的理解为感染性疾病的治疗提供更多的药物靶点。

技术与方法

胶孢炭疽菌细胞骨架荧光标记菌株的构建

刘娜, 刘世科, 王倩男

2021, 37(8):  284-293.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1467

摘要 ( 407 )   HTML ( 12)   PDF (4994KB) ( 423 )  

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胶孢炭疽菌寄主广泛,能够引起众多植物产生炭疽病害。细胞骨架的结构及重排、极性分布都对菌丝生长、形态发生及致病性有着非常重要的作用,但是目前关于其菌丝生长及致病过程中细胞内骨架分布及动态变化情况还知之甚少。为了构建胶孢炭疽菌微丝及微管骨架的荧光标记菌株,采用随机重组及同源重组原理,成功构建了Lifeact-EGFP、MBD-EGFP及CgTUB1-EGFP标记重组菌株。激光共聚焦显微镜观察表明Lifeact-EGFP能够清晰地标记胶孢炭疽菌微丝骨架、CgTUB1-EGFP能够清晰地标记微管骨架;而MBD-EGFP标记的菌株细胞中荧光强度较低。进一步对标记菌株的生长发育及致病力等生理表型进行分析,结果表明Lifeact-EGFP及CgTUB1-EGFP的标记并不影响胶孢炭疽菌正常的生理功能,这两种标记菌株能够用于后续实验,为进一步研究其细胞骨架动态变化及骨架结合蛋白的功能打下基础。

瘤胃细菌的分离培养研究进展

严慧, 胡文悦, 宋晓晴, 纪守坤, 刘萱, 黄卓涵, 刘月琴, 张英杰

2021, 37(8):  294-306.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1314

摘要 ( 592 )   HTML ( 10)   PDF (1135KB) ( 761 )  

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瘤胃微生物的发酵使反刍动物能够有效利用粗纤维等营养物质,瘤胃作为自然界的天然饲料发酵罐,是微生态菌剂开发的重要来源,包括纤维素、木聚糖、脂肪、毒素降解菌、非蛋白氮利用菌、甲烷氧化菌等。然而,瘤胃中大部分的微生物仍不可被培养,人工培养方法和流程的参差不齐限制了瘤胃菌种资源的开发利用。因此,本文基于国内外已有的瘤胃细菌分离研究进展,从分离标准步骤、现有研究现状和改进意见三方面做了综述,旨在为瘤胃功能细菌的分离提供更为全面的技术参考和现状概述。

血液样本蛋白质组分析方法的比较研究

王智博, 王道平, 苗兰, 李瑛, 潘映红, 刘建勋

2021, 37(8):  307-318.  doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0183

摘要 ( 662 )   HTML ( 25)   PDF (4693KB) ( 959 )  

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比较和优化血液样本蛋白质组学样品制备和质谱分析技术,为深度研究和挖掘血液样本蛋白质组学信息创造条件。采用Q-Exactive Plus质谱仪,对比分析血浆、血清和去除高丰度蛋白血清预处理方法制备的大鼠血样蛋白质组构成;比较血清样本的常规酶切、45℃孵育、热辅助酶切、二次热辅助酶切、尿素辅助酶切和变温酶切的效率;比较数据依赖性采集（data-dependent acquisition,DDA）、数据非依赖性采集（data independent acquisition,DIA）和平行反应监测（parallel reaction monitoring,PRM）质谱数据采集的定性定量特征;采用优化的方法进行大鼠血液样本蛋白质组分析。血清样本去除高丰度蛋白后蛋白鉴定数更高、定量重复性更好;热辅助酶切和变温酶切血清样品的蛋白和肽段鉴定数以及质谱谱图匹配率相对较高,蛋白酶切效率和定性定量重复性较好;DDA操作简便,DIA重复性高,PRM定量精确;血清样本去除高丰度蛋白,采用热辅助结合变温酶切和DDA数据采集模式,3次重复试验分别鉴定到490、490、504个蛋白,鉴定总蛋白数590个,共有蛋白占比69.8%。优化的方法操作简单,蛋白鉴定率较高,重复性好,适用于血液样本的蛋白质组学分析。

其他

目录

2021, 37(8):  319-319. 

摘要 ( 114 )   PDF (357KB) ( 65 )  

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版权

2021, 37(8):  320-320. 

摘要 ( 92 )   PDF (133KB) ( 131 )  

相关文章 | 计量指标

封面

2021, 37(8):  321-321. 

摘要 ( 102 )   PDF (1185KB) ( 218 )  

相关文章 | 计量指标