生物技术通报

组蛋白变体在植物表观遗传调控中的研究进展

薛满德, 赵峰月, 李洁, 姜丹华

2022, 38(7): 1-12. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-0071

摘要 ( 724 )

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染色质的基本组成单元核小体由DNA和组蛋白构成,并作为遗传和表观遗传信息的载体参与调控生命活动。同一组蛋白家族中不同序列和表达模式的成员形成组蛋白变体,在特定分子伴侣的辅助下参与染色质组装。组蛋白变体的装配能够影响核小体的性质和染色质活性。植物中的研究表明,组蛋白变体在染色质结构和表观遗传信息的维持、DNA损伤修复、转录调控等生物学过程中均发挥重要作用,从而调控植物发育和环境响应。本文综述植物组蛋白变体的染色质定位、分子伴侣和生物学功能,并展望植物组蛋白变体研究中的一些未来发展方向,以期为更深入研究组蛋白变体介导的表观遗传调控提供参考。

植物组蛋白去甲基化酶研究进展

汤茜茜, 林楚宇, 陶增

2022, 38(7): 13-22. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-0165

摘要 ( 568 )

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组蛋白甲基化修饰在调控真核细胞的基因表达中起重要作用,组蛋白甲基化的水平受到组蛋白甲基转移酶（histone methyltransferases,HMTs）和组蛋白去甲基化酶（histone demethylases,HDMs）的动态调控,其中以在赖氨酸残基上的甲基化修饰最为常见。系统总结了植物组蛋白赖氨酸去甲基化酶的最新研究进展,阐述其在植物开花时间调控、昼夜节律调控等生长发育过程,以及植物对干旱、温度、病原菌等胁迫响应中的重要作用及其调控机制,为进一步利用植物组蛋白去甲基化酶在作物遗传改良中提供参考。

DNA甲基化和组蛋白甲基化修饰的表观遗传调控作用研究进展

张淼, 杨露露, 贾岩龙, 王天云

2022, 38(7): 23-30. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1054

摘要 ( 841 )

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在真核生物中,作为表观遗传调控的常见机制,DNA甲基化和组蛋白甲基化主要影响染色质结构和基因的转录表达,特别是在哺乳动物细胞基因表达调控、维持基因组稳定性等方面起着重要的作用。本文综述了DNA甲基化修饰及其基因表达调控作用;组蛋白甲基化修饰的基因表达调控方式、功能及其研究进展;以及DNA甲基化和组蛋白甲基化在表观遗传调控方面的相互作用。

哺乳动物DNA甲基转移酶DNMT1和DNMT3结构与功能的研究进展

王晨晨, 张凡丽, 陈珮琪, 翁思瑶, 王慧芳, 崔小娟

2022, 38(7): 31-39. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1589

摘要 ( 529 )

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DNA甲基转移酶是参与表观遗传修饰的重要蛋白家族。哺乳动物DNA甲基转移酶主要包括DNMT1、DNMT2、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L,其中,DNMT1、DNMT3A和DNMT3B可催化甲基转移至胞嘧啶第五位碳原子上,参与早期胚胎发育、生殖细胞发生、学习记忆、疾病发生等生物学过程。近年来,随着对DNA甲基化研究的不断深入,DNA甲基转移酶的作用机制受到科学工作者的广泛关注。该文从哺乳动物DNA甲基转移酶的结构特点、DNA甲基化的动态调节以及DNA甲基转移酶在个体发育和疾病发生中的作用等方面进行了综述。

染色质免疫共沉淀测序技术研究进展

陈桂芳, 杨佳怡, 高运华, 任歌

2022, 38(7): 40-50. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0807

摘要 ( 619 )

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染色质免疫共沉淀测序（chromatin immunoprecipitation followed by sequencing,ChIP-seq）是研究目的蛋白与DNA相互作用的重要方法,被广泛应用于转录因子、组蛋白修饰等分布与功能的研究。研究人员通过对细胞分离、染色质片段化以及测序文库构建等关键步骤不断优化,使ChIP-seq适合少量细胞的分析。近年来发展迅速的CUT&RUN（cleavage under targets and release using nuclease）、CUT&Tag（cleavage under targets and tagmentation）技术,利用特异性抗体使酶“靶向”结合目标蛋白,通过MNase酶切或Tn5转座酶切割染色质,简化了实验操作流程。本文介绍了ChIP-seq的原理及其数据分析方法,比较ChIP-seq优化方法和衍生技术。总结了在植物生长发育过程中,转录因子和组蛋白修饰在生物钟调控、激素信号转导、光信号途径、胁迫响应等方面研究与染色质免疫共沉淀测序技术的应用。

小麦组蛋白甲基化酶在杂交种中干旱胁迫表达模式分析

陈佳敏, 刘永杰, 马锦绣, 李丹, 公杰, 赵昌平, 耿洪伟, 高世庆

2022, 38(7): 51-61. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1524

摘要 ( 1792 )

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旨在筛选参与小麦杂交种干旱胁迫的组蛋白甲基化酶基因，为二系杂交小麦抗逆性改良提供功能标记。通过网站公开数据库和比较基因组学策略对小麦TaHMT家族175个基因进行筛选获得8个受干旱胁迫诱导表达候选基因（TaHMT21、TaHMT24、TaHMT31、TaHMT42、TaHMT49、TaHMT105、TaHMT143、TaHMT157）。采用生物信息学方法对8个TaHMTs理化性质、蛋白结构、系统发育关系、基因结构和保守基序等进行了系统分析。进一步利用干旱处理的小麦杂交组合（BS278*09YH91-5及父母本）为试材，对8个组蛋白甲基化酶候选基因进行荧光定量PCR验证，发现它们受不同程度干旱胁迫诱导表达，且随着干旱胁迫时间延长基因表达水平呈先上调后下调的模式，其中TaHMT21、TaHMT24、TaHMT42基因表达与杂交组合的抗旱表型相符合，从而推测这些基因可能参与调控杂交种的抗旱性。上述结果为深入研究小麦TaHMT家族基因在杂交种抗旱性中发挥的功能提供了重要线索，同时也为小麦分子育种提供优异抗逆基因资源。

基于水稻原生质体的染色质免疫共沉淀技术优化及应用

石佳, 朱秀梅, 薛梦雨, 余超, 魏一鸣, 杨凤环, 陈华民

2022, 38(7): 62-69. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1592

摘要 ( 492 )

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植物转录因子是植物体内调节基因表达的重要蛋白,参与多种生物学功能的调控。研究植物转录因子调控靶基因的常用方法为染色质免疫共沉淀法（chromatin immunoprecipitation,ChIP）,但抗体特异性、遗传材料构建的耗时性等因素却大大限制了ChIP技术的应用范围和效果。本文通过对水稻原生质体瞬时转化、甲醛固定、免疫沉淀核酸的超声波破碎等条件的优化,建立了基于水稻原生质体的染色质免疫共沉淀技术体系（chromatin immunoprecipitation system based on rice protoplasts,ChIP-RP）;并通过本技术体系验证了水稻转录因子OsNF-YA4蛋白对靶基因序列的富集作用。本技术体系将减少制备特异性抗体或构建稳定遗传材料的局限,有利于水稻转录因子直接调控靶基因的快速筛选和验证,推动水稻转录因子调控功能的分子机制解析。

m⁶A甲基化修饰相关酶基因在牛脂肪生成中的表达分析

杨昕冉, 王建芳, 马鑫浩, 昝林森

2022, 38(7): 70-79. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1231

摘要 ( 367 )

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探究参与m⁶A修饰的相关酶基因包括m⁶A甲基转移酶METTL3、METTL14、WTAP和m⁶A去甲基化酶FTO、ALKBH5,在牛不同组织以及前体脂肪细胞增殖和分化过程中的表达水平,为阐明m⁶A修饰在脂生成中的功能研究提供参考。使用实时荧光定量PCR技术检测基因在新生和成年秦川肉牛不同组织,以及在前体脂肪细胞中的表达;采用CCK-8和油红O染色检测前体脂肪细胞的生长曲线及其成脂分化中的脂滴形成情况。5个基因均在骨骼肌中低表达,其余组织中高表达,而在成年牛脂肪组织的表达水平均显著高于新生牛（P<0.05）。分离的前体脂肪细胞具有良好的生长状态且可正常成脂分化。在牛前体脂肪细胞增殖期,METTL3、METTL14和WTAP的表达在前期下降,之后有所上升但仍维持较低的表达水平。FTO的表达呈缓慢上升趋势。ALKBH5在增殖前期上升,中期下降,在第4天后不断增加（P<0.01）。在前体脂肪细胞分化过程中,METTL3、METTL14和FTO的表达模式基本一致,在分化前期下降,中期高表达,随后降低。而WTAP和ALKBH5的表达随分化进行逐渐增加。结果表明m⁶A修饰对秦川牛脂肪发育和沉积具有潜在的重要作用,且m⁶A甲基化酶可能在体外调控牛前体脂肪细胞的脂生成。

糖信号及其在植物响应逆境胁迫中的作用

陈宏艳, 李小二, 李忠光

2022, 38(7): 80-89. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1289

摘要 ( 984 )

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糖不仅是植物细胞的碳源、能源和结构物质,也是一种信号分子,在植物生长发育及响应逆境胁迫中起重要作用。非生物逆境如高温、低温、干旱、盐渍和重金属胁迫是限制作物产量的主要胁迫因子,糖作为信号分子在植物响应这些胁迫因子中的确切机理,尚未清楚。基于植物中糖信号转导途径及其在植物耐逆性形成中作用的最新研究进展,归纳了植物中分别依赖己糖激酶（HXK）、G蛋白信号1调节子（RGS1）、糖酵解（EMP）和磷酸戊糖途径（PPP）的糖信号转导途径,讨论了糖信号在植物耐逆性包括耐热性、耐冷性、耐旱性、耐盐性和重金属胁迫耐性形成中的作用,最后展望了糖信号在植物生物学领域的研究方向。

甾醇在调节植物生长发育中的研究进展

李萍, 郭发平, 田敏, 税阳, 徐娜娜, 白大嵩, 余德金, 张杰, 胡运高, 彭友林

2022, 38(7): 90-98. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1181

摘要 ( 685 )

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甾醇是一种异戊二烯类化合物,在生物的生长发育中起着重要作用。甾醇不仅是真核细胞膜的结构成分,而且也是甾醇激素生物合成的前体,在植物细胞分裂、胚胎发生和发育、参与逆境胁迫中起着关键作用。在植物中,甾醇衍生的油菜素内酯（brassinosteroids,BRs）在生长发育中的多种功能已被广泛研究,BRs作为一类植物激素,协同其他激素在植物生长发育中发挥多种功能,从细胞分裂、细胞扩张、气孔导度和根系发育,BRs在植物生命周期的各个方面都发挥着重要的作用。除了这些功能外,BRs作为植物甾醇合成途径的重要产物,作为一种重要的信号分子响应逆境胁迫及调控植物的形态建成。本文对BRs合成途径中的相关基因的研究进展进行了概述,并且综述了油菜素内酯的生物合成及其在调节植物生长发育中的研究进展,最后对油菜素内酯的研究前景进行了讨论和展望。

共生菌与昆虫的营养互作

王争艳, 胡海生, 雍晗紫, 鲁玉杰

2022, 38(7): 99-108. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1166

摘要 ( 405 )

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共生菌和昆虫间存在广泛的营养共生关系。昆虫为共生菌提供营养物质和能量来源,共生菌向昆虫提供必需的营养素,帮助昆虫消化食物,参与氮素循环、维持正常的生理环境。共生菌和昆虫间还存在营养素代谢途径互补,这为两者的协同进化提供了动力。本文就共生菌对昆虫的营养功能、共生菌和昆虫间营养素的转运模式、昆虫对共生菌营养素生产和转运的调控等进行综述,以期为共生菌与宿主营养共生及其机制的深入研究提供参考。

曲霉属的现代分类命名研究进展

刘警鞠, 张雨森, 陈娟, 孙炳达, 赵国柱

2022, 38(7): 109-118. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0779

摘要 ( 728 )

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曲霉属真菌的利用及发现命名历史悠久,分类体系不断变化,2011年7月通过的《国际藻类、菌物、植物命名法规》（墨尔本法规）,规定了“一种真菌一个名称”条款在2013年1月1日生效,改变了原先真菌物种可以多名称,有性型优先代表全型的规则,对曲霉分类命名影响巨大。目前,国际上对曲霉属及相关的属种进行了大规模系统分类修订,更注重分子系统发育结果,推荐的曲霉标准现代多相分类方法主要包括：一、分子生物学测定通用DNA分子条形码ITS序列及特定的第二条形码基因（钙调蛋白,β-微管蛋白及RNA聚合酶II第二大亚基等）;二、形态学特征（基物、标准培养基、培养条件、菌落、分生孢子头、子囊孢子等）;三、代谢物谱（extrolite）分析（毒素、酶、有机酸、抗生素及其他次级代谢产物等）。新分类系统形成的曲霉属现代分类保留Aspergillus 为代表曲霉属唯一合法的名称,灰绿曲霉Aspergillus glaucus为模式种,属下包含6个亚属,27个组,75个系/族,446个接受种,原有性型属种（名称）据系统发育关系被废除、组合或独立。本文总结了曲霉分类历史,重点阐述墨尔本法规影响下曲霉属的修订变化、现代的分类系统、全基因组分析技术在曲霉研究中的应用,及我国曲霉属的研究现状及建议等,旨在为规范曲霉的分类、命名、合法名称的使用及曲霉真菌和基因资源挖掘等提供参考。

天然类胡萝卜素的生物合成研究进展

周琳, 梁轩铭, 赵磊

2022, 38(7): 119-127. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1184

摘要 ( 4562 )

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类胡萝卜素是广泛存在于高等植物、微生物和藻类中的一大类天然色素物质的总称,是重要的天然食用色素群之一。细胞工厂被广泛用于各种化学品、食品和药品等的生产,是绿色生物制造的中心环节。利用细胞工厂合成来源稀缺、获取难度大的高附加值天然类胡萝卜素,具有经济可行和环境友好等优势。类胡萝卜素在抗氧化、视力保护和抗癌等方面具有非常重要的作用。本文对生物合成类胡萝卜素细胞工厂构建过程中的类胡萝卜素基本合成路径解析、底盘细胞的选择和改造、途径的模块组装与适配及合成生物学策略等展开详细介绍。同时,对未来类胡萝卜素生物合成所面临的机遇和挑战进行了展望。

肠肝轴在动物营养代谢和免疫中的作用

蒋贤哲, 张博彦, 罗海玲, 张新盟, 王炳

2022, 38(7): 128-135. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1322

摘要 ( 668 )

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肠肝轴是指肠道微生物与肝脏的之间存在的一种双向关系,是肠道微生物对宿主产生影响的重要途径。越来越多的研究表明,肠肝轴在动物营养代谢和机体免疫方面发挥着重要的调节作用。本文从肠肝轴在肠道微生物与宿主互作中发挥的桥梁作用出发,论述了肠肝轴在动物营养代谢和机体免疫中的两种调控机理：内源性大麻素系统和肠道微生物衍生信号。其中,肠道微生物衍生信号包括短链脂肪酸、胆汁酸、胆碱代谢产物、氨基酸类代谢物以及微生物相关分子模式。最后,探讨了肠肝轴理论在畜牧业生产中的应用前景,以期为无抗背景下的动物健康高效养殖提供支持。

新冠肺炎疫苗的研究现状及面临的挑战

温亚亚, 宋丽, 汪巧菊, 潘志明, 焦新安

2022, 38(7): 136-145. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1042

摘要 ( 704 )

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2019年底爆发的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）造成了全球范围内的社会和经济混乱,严重威胁着人类生命健康。随着世界各国在新冠肺炎疫苗开发上的不断努力,现已有多款疫苗获批紧急授权使用或注册上市。本文将对新冠肺炎大流行情况下国内外目前投入使用的11款疫苗的临床试验结果、安全性、有效性进行概述,并对当前疫苗研制及应用过程中面临的挑战进行简要分析。

抗除草剂大豆GE-J12实时荧光定量PCR检测方法的建立

曹英芳, 赵新, 刘双, 李瑞环, 刘娜, 徐石勇, 高芳瑞, 马卉, 兰青阔, 檀建新, 王永

2022, 38(7): 146-152. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1330

摘要 ( 381 )

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GE-J12是中国农业科学院研发的转G2-EPSPS基因和GAT基因的抗除草剂大豆新品系。根据抗除草剂大豆GE-J12品系外源基因插入位点5'端转化体特异性序列设计引物和探针,经引物探针筛选、特异性测试、反应体系和程序优化、标准曲线构建、检测极限和定量极限测试等试验,建立了基于TaqMan水解探针的实时荧光定量PCR检测方法。该方法特异性强、准确度高,在RSD小于25%的情况下检测极限为0.032%,定量极限为0.16%,线性度大于0.992,经5%、3%和1%定值样品测试,与真实值平均偏差为2.87%-16.67%。可用于转基因耐除草剂大豆GE-J12转化体特异性序列含量的精准定量,为GE-J12大豆新品系的检测提供了新方法。

抗稻瘟病基因Pigm组合标记的开发及应用

李白, 蔡之军, 王蕾, 陈婕, 曹奎荣, 李军, 种高军

2022, 38(7): 153-159. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1228

摘要 ( 454 )

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Pigm是水稻抗稻瘟病基因之一,抗性广且持久。针对Pigm基因,已开发多种分子标记,但检测特异性或辨识度尚存不足。通过NCBI对7个Pigm标记进行序列比对分析,包括Pigm-4、T9E4、DG-2、M80410、R060939、GMR-3和T-Pigm,并对40个水稻品种开展检测验证。根据序列分析与检测结果开发了一种组合标记,应用于镇糯19×空育131（Pigm）分子标记辅助选择育种。序列分析结果表明,M80410标记特异性强,但不能区分杂合基因型;Pigm-4、T-Pigm和T9E4等标记能区分杂合基因型,但特异性略有不足。结合水稻品种检测结果,筛选了Pigm-4与M80410作为组合标记,并用于辅助育种,选育了糯稻品系NK29,具有较好稻瘟病抗性。组合标记能快速准确地鉴定Pigm 的纯合显性、纯合隐性和杂合基因型,为Pigm分子育种奠定基础。

AOX基因家族的结构和功能特征分析

王慧, 马艺文, 乔正浩, 常彦彩, 术琨, 丁海萍, 聂永心, 潘光堂

2022, 38(7): 160-170. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1285

摘要 ( 982 )

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交替氧化酶（alternative oxidase,AOX）是植物呼吸途径上的一种末端氧化酶,通过对玉米、水稻、拟南芥、二穗短柄草、番茄、马铃薯、高粱、大豆等8个物种中AOX基因进行鉴定分析,以期进一步挖掘AOX基因的功能以及调控机制。在8个物种中共鉴定到35个编码AOX蛋白的基因,通过聚类分析将其划分为5个亚家族。通过分析和比较AOX基因的系统进化关系、染色体位置、外显子-内含子结构以及保守基序,进一步验证了该亚家族划分模式,同时也揭示了AOX基因在进化过程中具有较强的保守性。通过顺式作用元件预测、miRNA靶位点预测以及AOX蛋白的GO注释分析,发现AOX基因可能在植物生长发育以及应激反应中发挥重要作用。在玉米苗期进行低温、高温、干旱以及盐碱胁迫处理后,对玉米中4个AOX基因进行qRT-PCR分析表明,4个AOX基因呈现不同程度的诱导表达,暗示它们在逆境胁迫应答上存在密切关系。该研究结果为深入理解AOX基因的生物学功能以及响应逆境胁迫的调控机制奠定了基础。

高粱双粒突变体Dgs的遗传分析与基因定位

周诗晨, 仪治本, 王馨翊, 杨晓颖, 孙丽娜, 栾维江, 梁闪闪

2022, 38(7): 171-177. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1294

摘要 ( 356 )

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穗粒数对作物产量至关重要,对高粱双粒突变体基因进行定位,为下一步的基因克隆和功能分析奠定基础,为高粱产量性状的调控和解析提供依据。利用体视镜观察野生型和双粒突变体花器官表型,通过构建单粒材料晋粱5号和双粒突变体杂交的F₂群体,分析突变体的遗传规律,采用BSA-seq测序与图位克隆相结合的方法进行连锁分析及基因定位。结果表明,与野生型相比,双粒突变体雌蕊和雄蕊数目增加,最终结一壳双粒;遗传分析表明双粒性状受1对显性基因控制;基因定位显示目的基因位于高粱第6染色体Indel2930和SSR7060标记之间,物理距离为404 kb。Dgs是一个全新的高粱双粒突变基因。

甜瓜CmABCG8基因的表达特性分析

洪天澍, 海英, 恩和巴雅尔, 高峰

2022, 38(7): 178-185. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1117

摘要 ( 421 )

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ABC转运蛋白,是一类功能广泛的具有主动介导多种分子转运的蛋白质,但在甜瓜（Cucumis melo L.）中的研究尚不清楚。本文通过生物信息学方法分析了ABC转运蛋白亚家族G成员CmABCG8的特点,同时使用荧光定量PCR检测了CmABCG8的不同时期果实、不同组织表达特性及对逆境胁迫的响应情况。进化树结果表明CmABCG8与黄瓜CsABCG23的亲缘关系最近,CmABCG8在甜瓜各组织中均有表达,在雌蕊和叶中表达量较高,CmABCG8有10个相互作用蛋白质。RT-qPCR结果表明,在果实不同时期的表达量中,CmABCG8在10 d时表达量最高;在甜瓜不同组织中,CmABCG8在叶子中表达量最高;分别用细胞分裂素、油菜素内酯、过氧化氢处理后,随着处理浓度的增加,CmABCG8的表达量均呈上升趋势;在铁、铜、锰3种金属离子处理后,CmABCG8的表达量呈下降趋势,因此分析其在甜瓜果实发育前期有一定影响,并对植物激素及金属离子有不同程度的响应,植物激素能够有效诱导CmABCG8的表达。

绞股蓝GpMIR156a和GpMIR166b的克隆与功能分析

于秋琳, 马婧怡, 赵盼, 孙鹏芳, 何玉美, 刘世彪, 郭惠红

2022, 38(7): 186-193. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1072

摘要 ( 309 )

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本研究旨在深入了解药用植物绞股蓝地上茎向根状茎转变过程中两个重要的miRNAs（GpmiR156a和GpmiR166b）在调控植物生长发育方面的作用。采用同源克隆的方法获得GpMIR156a和GpMIR166b基因,进行了生物信息学分析。通过构建植物过表达载体并成功转化拟南芥,研究GpMIR156a和GpMIR166b的过表达对植株表型的影响。GpMIR156a过表达导致拟南芥幼苗叶片数量和分枝增多,并加速了种子萌发、促进根的伸长,表明GpmiR156a能够促进营养器官发育和种子萌发,但抑制童期向成熟期发育的转变。然而,GpMIR166b过表达导致拟南芥植株矮小及早熟性状即花序茎上毛状体数量增多,并延缓种子的萌发,但促进根伸长,表明GpmiR166b在一定程度上影响营养器官的发育和延缓种子萌发,但能促进童期向成熟期发育的转变。研究结果拓宽了miR156a和miR166b在调控植物生长发育方面的认识。

介孔硅纳米粒作为植物细胞转基因载体的研究

陆新华, 孙德权, 张秀梅

2022, 38(7): 194-204. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1040

摘要 ( 421 )

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随着纳米生物技术的快速发展,以纳米材料作为基因载体在植物细胞转导研究中取得了初步进展。本研究制备了两种尺寸的介孔硅纳米颗粒,氨基修饰后对其进行表征,并负载含smGFP基因的质粒DNA对拟南芥原生质体进行细胞转导。结果表明,直径约20 nm的氨基化介孔硅纳米颗粒（Am-MSN-20）呈类球形,花形结构的氨基化介孔硅纳米颗粒（Am-MSN-50）直径约50 nm,两者均带正电荷。Am-MSN-50结合DNA的能力高于Am-MSN-20,两种纳米载体都表现出了良好的稳定性,能够保护负载的pDNA不被细胞核酸酶降解,并且对原生质体没有毒害作用。与Am-MSN-20相比较,Am-MSN-50具备更高的转导效率。本研究表明,氨基修饰的MSNs有望成为一种安全高效的新型植物基因载体。

荒漠草原柠条灌丛堆不同发育阶段土壤细菌群落结构特征

王子寅, 刘秉儒, 李子豪, 赵晓玉

2022, 38(7): 205-214. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-0248

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为了解干旱半干旱地区荒漠草原不同发育阶段柠条灌丛堆土壤细菌群落结构与多样性特征及影响因素,选取宁夏荒漠草原生长期、成熟期和衰退期3种不同发育阶段柠条灌丛堆,通过高通量测序技术分析其土壤细菌的群落结构及多样性特征,探究发育阶段和土壤理化因子演变对土壤细菌群落结构和功能的影响因素,最后利用PICRUSt方法预测不同发育阶段柠条灌丛堆土壤细菌的功能。结果表明,获得的15 383个细菌操作分类单元（operational taxonomic unit,OTU）属于50门146纲364目590科1 111属,其中生长期细菌数量最多,优势菌门为放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexi）等9个菌门,占微生物总数90%以上,优势菌门门类与大多数研究相似。柠条灌丛堆不同发育阶段土壤AP、EC存在显著差异,表现为成熟期>生长期>衰退期,其他土壤养分差异不显著,但数值同样表现为成熟期>生长期>衰退期。细菌群落的多样性和丰富度没有显著性差异,但数值上表现为成熟期最高。AP、SOC是柠条灌丛堆土壤细菌群落多样性的主要影响因子,EC、pH等其他环境因子也显著影响多个菌群丰富度。基于柠条灌丛堆不同发育阶段土壤细菌基因组的16S rRNA序列对其功能的预测发现,土壤细菌的主要功能表现为代谢方面。以上结果丰富了半干旱荒漠草原地区土壤微生物多样性的相关理论知识,为柠条植被的恢复提供一定的依据。

土壤含水量对三七连作土壤微生物群落的影响

赵林艳, 官会林, 王克书, 卢燕磊, 向萍, 魏富刚, 杨绍周, 徐武美

2022, 38(7): 215-223. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1287

摘要 ( 385 )

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本研究以8年三七连作土壤为对象,通过室内土培实验与高通量测序分析,探索了不同土壤含水量（10%、20%、30%与40%）对土壤理化性质与微生物群落的影响。结果表明,土壤含水量维持在10%与20%时,关键致病菌群镰刀菌属的相对丰度最高;土壤含水量为30%时,其相对丰度大幅降低,且有益菌群木霉属相对丰度显著升高（P<0.05）,有利于防控三七土传病害。当土壤含水量达40%时,镰刀菌属相对丰度升高,而木霉属相对丰度降低（P<0.05）。与细菌群落相比较,不同土壤含水量处理下真菌群落变化更为明显。此外,当土壤含水量维持在40%时,铵态氮含量显著增加,而硝态氮含量降低（P<0.05）。本研究为从田间水分管理的角度消减三七连作障碍提供了科学依据。

盐胁迫条件下哈茨木霉ST02对椒样薄荷生长及根区土壤理化性质的影响

赵忠娟, 杨凯, 扈进冬, 魏艳丽, 李玲, 徐维生, 李纪顺

2022, 38(7): 224-235. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1251

摘要 ( 403 )

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为研究耐盐木霉对植物耐盐性及盐渍土壤改良的作用,以耐盐哈茨木霉ST02和耐盐椒样薄荷为研究对象,分析盐胁迫条件下ST02对椒样薄荷生理生长、椒样薄荷根区土壤理化性质和土壤中酶活性大小的影响;并通过椒样薄荷生理生长与土壤因子相关性分析和主成分分析,分析影响椒样薄荷生理生长的主要土壤因子。结果表明,ST02缓解盐胁迫对椒样薄荷生长和光合作用的抑制,促进盐胁迫条件下椒样薄荷的生长和光合作用强度;NaCl胁迫条件下ST02减轻椒样薄荷细胞中丙二醛（malondialdehyde,MDA）、可溶性蛋白（soluble protein,SP）和脯氨酸（proline,Pro）的积累,增强超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化物酶（peroxidase,POD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）活性,通过抗氧化防御途径增强椒样薄荷耐盐性;NaCl胁迫条件下,椒样薄荷生理生长综合指数（physiological/growth comprehensive index,PGCI）为-2.391,ST02处理促进椒样薄荷生理生长（指数为-0.025）;NaCl胁迫条件下,ST02能影响土壤理化性质,降低根区土壤盐浓度（降低17.36%）,并显著提高土壤中碱解氮（alkali-hydrolyzed nitrogen,AN）的含量;ST02能够影响NaCl胁迫条件下椒样薄荷根区土壤酶活性,显著提高土壤中纤维素酶（soil cellulase,SCL）和过氧化氢酶（soil catalase,SCAT）活性;通过椒样薄荷根区土壤理化性质与椒样薄荷生理生长的相关性分析,表明土壤理化性质和土壤酶活性影响椒样薄荷的生长与生理性状;主成分分析影响椒样薄荷生理生长最主要的土壤因子为：EC（electrical conductance）>SCL>SSC（soil saccharase）/SNEP（soil neutrality phosphatase）>AP（available phosphorus）>pH。

As³⁺胁迫下Bacillus sp. ZJS3菌株的生理生化响应特性

袁存霞, 李艳楠, 张肖冲, 杨瑞, 刘建利, 李靖宇

2022, 38(7): 236-246. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1234

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研究菌株Bacillus sp. ZJS3在适宜生长条件下对As³⁺胁迫的响应机制。本研究通过菌株Bacillus sp. ZJS3在固体培养基的长势确定耐受范围。在不同砷浓度影响条件下测定该菌株抗氧化酶活、丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量及胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）中蛋白质和多糖含量。通过拍摄生物扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）,测定菌株的吸附率和氧化还原性以及检测耐受基因来研究菌株耐受机制。本研究确定了菌株Bacillus sp. ZJS3砷的耐受范围为100-300 mg/L。根据单因素实验结果,比较适宜培养条件pH为7.0、转速为200 r/min、温度为30℃。通过硝酸银染色实验和砷钼蓝法,检测到菌株能将As³⁺氧化成As⁵⁺。不同砷浓度胁迫下,过氧化物酶（peroxidase,POD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和MDA含量明显升高且EPS内多糖含量持续升高,而蛋白质是先升高后降低。通过SEM观察到砷暴露后菌体形态逐渐变长且表面出现颗粒状的物质。在24 h内,该菌株对砷的最高吸附率为25.00%,吸附量为3.23 mg/g。Bacillus sp. ZJS3可将高毒性的As³⁺氧化为低毒性的As⁵⁺,且对砷具有吸附作用,其抗氧化酶和胞外聚合物在砷胁迫过程发挥着重要作用。

耐盐异养硝化-好氧反硝化菌Bacillus megatherium N07的分离及脱氮特性

高宇轩, 靳静晨, 徐利杉, 高雅娟, 张闻天, 李晨晨, 张国伟, 靳永胜

2022, 38(7): 247-257. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1111

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基于异养硝化-好氧反硝化菌的生物脱氮技术可有效去除污水中的氮素。高盐废水处理过程中存在抑制微生物生长、脱氮效率低等诸多短板。为解决高盐废水难脱氮问题,从农药厂化工污水中筛选出一株耐受8%（W/V）高盐浓度的异养硝化-好氧反硝化菌株,命名为N07。在不同盐度和不同溶氧条件下测定了菌株的氮素去除率,并探究了单因素环境因子对菌株脱氮性能的影响。结果表明：菌株N07鉴定为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium）;能耐受8%盐度且繁殖旺盛,对氨氮和亚硝态氮去除率最高达到73.61%和83.56%,属于中度嗜盐菌;该菌在有氧条件下表现出高效的反硝化能力,12 h对硝态氮和亚硝态氮去除率为11.87 mg/（L· h）和8.26 mg/（L· h）;菌株在碳源为蔗糖、C/N为25、pH为7、转速160 r/min、温度为28℃时,硝化能力最佳。Bacillus megatheriumN07因能在高盐分环境降解氮素的特性,为异养硝化-好氧反硝化菌在沿海养殖业等高盐含氮污水处理的实际应用提供参考。

除磷菌CP-7的筛选及其降解特性研究

王亚军, 司运美

2022, 38(7): 258-268. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1271

摘要 ( 379 )

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为实现生活污水中磷的生物降解和有效处理,从兰州市某生活污水处理厂分离出一株除磷菌开展强化生物除磷的研究。（1）结合生理生化特性鉴定、16S rDNA测序分析和系统发育树构建,结果显示该菌株与产酸克雷伯氏菌株（Klebsiella oxytoca strain）具有很高的同源性。（2）按5%（V/V）的接种量将该菌接种到复筛培养基中,在30℃,150 r/min 的恒温振荡培养箱中进行培养,每隔12 h测定TP浓度,对其降解特性进行初步研究发现该菌在72 h内对TP的降解率为58.52%。（3）考察碳源、氮源和C/N最优条件,得出此菌株最适碳源为葡萄糖、最适氮源为硫酸铵、最佳C/N为5∶1。（4）考察接种量、pH、温度、初始NaCl浓度和初始磷酸盐浓度等因素适应性,得出当接种量8%（V/V）、pH 9、温度30℃、初始NaCl浓度2.5 g/L、初始磷酸盐浓度70 mg/L时该菌株对TP的降解率最佳,分别为75.94%、90.19%、65.48%、57.02%、52.26%;同时,当接种量2%-14%（V/V）、pH 4.0-9.0、温度15-40℃、初始NaCl 浓度0-15 g/L、初始磷酸盐浓度45-90 mg/L时该菌株对TP均具有不同程度降解能力,且相关性分析显示,菌株TP降解率与接种量、pH、初始NaCl浓度和初始磷酸盐浓度相关性显著。（5）考察该菌株与其他菌株相互作用,将该菌株与一株铜绿假单胞菌进行复配,发现两者能协同增强除磷,两者比例4∶1时,TP降解率能达到99.43%。本实验为除磷菌株下一阶段的实际应用奠定了基础,并为生物强化除磷技术提供了更多的菌种选择。

霍乱弧菌溶血素HlyA的原核表达、纯化及多克隆抗体制备与鉴定

王光丽, 范婵, 王辉, 卢惠芳, 夏灵尹, 黄健, 闵迅

2022, 38(7): 269-277. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1299

摘要 ( 432 )

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原核表达、纯化霍乱弧菌HlyA蛋白,制备并鉴定其多克隆抗体。PCR扩增霍乱弧菌hlyA基因并克隆入pET28a、pET32a和 pCold TF载体中构建重组表达载体;将重组载体pET28a-hlyA、pET32a-hlyA和pCold TF-hlyA转化E. coil BL21（DE3）中,进行表达条件优化及表达形式鉴定。获取可溶性形式的HlyA蛋白行Ni-NTA柱纯化,纯化的HlyA蛋白免疫BALB /c小鼠以制备多克隆抗体,并用间接ELISA法检测抗体效价,以评估其免疫原性。再以Western blot法分析抗体对霍乱弧菌中HlyA蛋白的特异性识别,并行质谱验证。分析纯化的HlyA蛋白的溶血活性及其抗体的中和活性。pET28a-hlyA、pET32a-hlyA载体只能诱导出包涵体表达的HlyA蛋白,pCold TF-hlyA载体诱导出可溶性表达的HlyA蛋白。经Ni-NTA柱纯化后获得较纯的HlyA蛋白,该蛋白不能裂解兔红细胞,但免疫小鼠可获得较高效价的多克隆抗体;Western blot和质谱鉴定均显示HlyA多克隆抗体能特异性识别霍乱弧菌中的HlyA蛋白,且该抗体可有效抑制霍乱弧菌分泌上清液的溶血活性。成功获得可溶表达的HlyA蛋白,免疫小鼠后获得高效价的抗HlyA多克隆抗体,为后续研究HlyA蛋白在霍乱弧菌致病过程中的作用奠定了基础。

葡萄糖和丁酸钠对CHO-rHSA工程细胞株中rHSA产量的影响

牛宇辉, 李向茸, 吴贝, 李洪珊, 李殿玉, 陈磊, 魏锁成, 冯若飞

2022, 38(7): 278-286. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-1238

摘要 ( 417 )

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目前,悬浮CHO细胞作为外源蛋白的最有潜力的工程细胞株被广泛应用,探索其高密度生长和高表达外源蛋白的培养条件也成为研究的热点。葡萄糖和丁酸钠在促进CHO细胞生长和外源蛋白表达方面具有重要作用,所以研究葡萄糖和丁酸钠对CHO-rHSA工程细胞表达重组人血清白蛋白的影响有重要的应用价值。首先利用单因素试验确定了葡萄糖和丁酸钠对CHO-rHSA工程细胞表达重组人血清白蛋白的作用,并筛选出最优添加条件;然后利用双因素组合作用试验优选出可有效提高rHSA表达量的葡萄糖及丁酸钠的组合培养条件。细胞培养第3天开始,每48 h添加终浓度为7 g/L的葡萄糖,可使rHSA产量平均提高121.93%;细胞培养第2天添加终浓度为1.0 mmoL/L的丁酸钠,可使rHSA产量平均提高110.01%;丁酸钠和葡萄糖组合使用可使CHO-rHSA工程细胞株培养时间从7 d左右延长到14 d左右,使rHSA表达量达平均达到了85.642 mg/L,rHSA表达量与未处理组相比平均提高了212.49%,比单独使用葡萄糖平均提高了134.85%,比单独使用丁酸钠平均提高了88.35%。确定待细胞培养48 h 时添加1.0 mmol/L 丁酸钠和3.0→7.0 g/L葡萄糖为CHO工程细胞株高效表达的培养条件。丁酸钠和葡萄糖组合使用可更高效的表达外源蛋白,葡萄糖可以减弱丁酸钠对CHO细胞生长的抑制作用,为提高CHO工程细胞株外源蛋白表达提供新的理论依据。

2022, 38(7): 290-290.

摘要 ( 93 )

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