生物技术通报

生物对逆境环境的适应和抗逆分子育种

赵杨, 赵心清

2023, 39(11): 1-5.

摘要 ( 210 )

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植物感应干旱信号的机制

于波, 秦晓惠, 赵杨

2023, 39(11): 6-17. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0763

摘要 ( 276 )

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干旱导致渗透胁迫，是造成作物减产的主要自然灾害。自达尔文时代，科学家开始探索植物感知和应答干旱胁迫的机制。现已阐明胁迫激素脱落酸信号途径，并逐步获得植物感知干旱和渗透胁迫的一些线索。本文总结了近年来干旱和渗透信号在植物中感知和传导的研究进展，对干旱胁迫可能的输入信号以及植物潜在的感知方式进行阐述，并提出了干旱胁迫信号研究中尚需解决的核心科学问题，期望为解析植物干旱信号感知和作物抗逆遗传改良提供线索。

植物调控盐胁迫下细胞壁完整性的分子机制

汪明滔, 刘建伟, 赵春钊

2023, 39(11): 18-27. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0622

摘要 ( 204 )

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植物细胞壁不仅起着支撑和保护细胞的作用，还被认为是植物抵抗逆境胁迫环境的第一道屏障。作为限制农业生产的一个主要非生物胁迫因子，盐胁迫能造成植物细胞壁的组分和结构发生改变，而植物可以通过细胞壁完整性感受器如CrRLK1Ls、LRXs和WAKs等蛋白来感知这些变化并启动下游盐胁迫响应。在细胞内，植物通过盐胁迫诱导的Ca²⁺内流、植物激素等信号促进细胞壁多聚糖合成和修饰相关基因的表达，从而有助于维持细胞壁的完整性，增强植物盐胁迫适应性。本文概述了植物初生细胞壁多聚糖的主要组分和各组分之间的相互结合关系，并且阐述了盐胁迫对细胞壁各组分的影响，以及盐胁迫下植物感知和维持细胞壁完整性的分子机制，最后讨论了盐胁迫下细胞壁完整性感知和调控研究领域还需要解决的科学问题。

植物感知和传递低温信号的分子机制

张晓燕, 杨淑华, 丁杨林

2023, 39(11): 28-35. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0615

摘要 ( 241 )

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低温胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境胁迫之一。植物通过感知低温信号并快速启动低温应答，以降低低温胁迫对其损伤。近年来，低温潜在感受器和低温调控网络逐渐被解析。植物可以在多个层面感知低温信号，但具体机制依然不清楚。当植物感知低温信号后，一些低温诱导的次级信号分子（如钙离子和活性氧）被植物解码并传递，以激活下游低温应答基因表达。同时，蛋白翻译后修饰可调控蛋白活性和稳定性，在植物早期低温信号传递中起关键作用。本文重点阐述植物感知和传递低温早期信号的分子机制，并讨论和展望低温胁迫领域面临的挑战及研究方向。

植物氧化胁迫信号应答的研究进展

周恒, 谢彦杰

2023, 39(11): 36-43. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0519

摘要 ( 181 )

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干旱、盐害以及极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育的重要因子。植物在遭受胁迫时，活性氧的快速积累导致胞内氧化还原稳态被打破，进一步诱导产生次级氧化胁迫损伤。除了初级非生物胁迫胁迫信号外,植物细胞也需要产生一系列的次级氧化胁迫信号。氧化还原信号的感知与传递在植物氧化胁迫应答过程中发挥重要的作用，其生物化学基础是功能蛋白质发生的氧化还原翻译后修饰，分别又由多种具有氧化还原活性的小分子介导。本文综述了近年来植物氧化还原信号的研究进展，展望了未来的研究方向，以期为研究植物氧化胁迫应答及氧化还原信号转导提供参考。

相分离调控植物胁迫感知和应答的研究进展

张红红, 方晓峰

2023, 39(11): 44-53. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0720

摘要 ( 171 )

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生物大分子凝聚体（biomolecular condensates）是由相分离（phase separation）驱动形成的具有特定功能的无膜细胞器（MLOs），为特定的生化反应提供微环境，对细胞生命活动进行精细的时空调控。相分离是一种高度动态的过程，对温度、pH、盐浓度等理化因素的变化非常敏感。因此，相分离可以快速响应外界刺激，作为生物感受器感知压力信号，参与胁迫应答。近年来，相分离在植物中的应用受到越来越多的关注，特别是在胁迫感知和逆境响应方面。本文基于近期关于相分离响应胁迫的研究，探讨了相分离在胁迫信号感知和应答中的机制，综述了相分离在植物响应胁迫的研究成果，旨在为进一步研究植物胁迫感知和逆境响应中相分离的作用提供参考依据。

中介体复合物在植物非生物胁迫应答中的功能

许睿, 祝英方

2023, 39(11): 54-60. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0847

摘要 ( 127 )

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中介体复合物作为真核生物转录机器中的重要共激活子，起着连接RNA聚合酶II和不同转录因子从而调节基因转录的作用。当植物遭遇各种非生物胁迫时，中介体复合物通过整合胁迫信号并激活或抑制靶基因的表达，进而帮助植物适应环境胁迫。本文总结了植物中介体复合物的发现，及其在干旱、盐、极端温度下的功能及调节机制，并探讨了中介体复合体的未来研究方向，有助于理解中介体复合物在非生物胁迫应答中的重要功能。

植物小分子信号肽参与非生物逆境胁迫应答的研究进展

陈广霞, 李秀杰, 蒋锡龙, 单雷, 张志昌, 李勃

2023, 39(11): 61-73. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0139

摘要 ( 191 )

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植物小分子信号肽（small signaling peptides, SSPs）是一类蛋白长度小于120个氨基酸的小肽，作为新型信号分子在植物应答非生物逆境胁迫中发挥重要的作用。植物中含有千余种SSPs，多种多样的结构特点、修饰过程与不同受体的结合发挥其特异的功能，参与植物与环境之间的互作。挖掘鉴定植物SSPs功能基因，解析它们应答非生物逆境胁迫的调控机制，对增强植物抗性、改善植物生长具有重要的理论与实践意义。植物SSPs主要包括胞外非分泌型小肽、胞内非分泌型小肽、胞外翻译后修饰分泌型小肽和胞外富含半胱氨酸分泌型小肽四大类。介绍了四类植物SSPs的结构、特征；阐述了它们以SSP配体结合LRR-RLK受体激酶完成信号转导过程，以激活下游抗性基因表达为模式的调控机制；重点综述了它们在干旱、高温、盐渍、营养等非生物逆境胁迫应答中的生物学功能及调控机制。最后讨论了植物SSPs未来研究的方向和有待解决的问题，还对SSPs类生长调节剂的开发前景进行了展望，旨在为提高植物应对环境胁迫和实现农业可持续发展提供新的思路和路径。

植物盐腺泌盐及发育研究进展

马秋雨, 袁芳

2023, 39(11): 74-85. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0581

摘要 ( 151 )

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盐腺是泌盐盐生植物抵御盐胁迫的重要表皮结构，泌盐盐生植物可以通过盐腺将体内多余的盐离子排出体外，从而避免盐胁迫。盐腺作为泌盐盐生植物实现高效抗盐的重要结构，在逆境生理、发育和进化等领域都引起了关注和讨论，集中在盐腺的超微结构、生理功能、泌盐机制以及发育模式等不同层面已有广泛的研究报道。本文综述了盐腺结构、分泌机制、盐腺发育的研究进展，总结了盐腺泌盐的可能途径以及盐腺发育的调控方式和关键基因，对未来盐腺泌盐和发育的研究提出了相关见解，讨论了盐腺这一独特形态学结构对于植物耐盐性的作用，并对提高植物耐盐性、培育耐盐品种提出了理论依据和建议，有利于深入解析植物耐盐适应演化、培育抗盐作物和高效利用盐碱地。

DREBs响应植物非生物逆境胁迫研究进展

韩芳英, 胡昕, 王楠楠, 谢裕红, 王晓艳, 朱强

2023, 39(11): 86-98. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0124

摘要 ( 182 )

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寒冷、干旱和高盐等非生物胁迫作为常见的不利环境条件，严重影响全球植物生长和生产力。干旱应答元件结合蛋白（dehydration responsive element binding protein, DREB）是植物重要转录因子之一，其家族成员均含有一个57-70个氨基酸残基的保守AP2结构域。DREB通过与胁迫诱导基因启动子区中的脱水反应元件/C-重复（dehydration responsive element/C-repeat, DRE/CRT）顺式作用元件相互作用，调节下游各种应激基因的表达，赋予植物应激耐受性。本文从DREB家族结构特点和分类出发，结合最新研究进展，阐述其在非生物胁迫过程中的作用机制，旨在更加深入地了解DERB类转录因子在非生物胁迫响应过程中的分子调控网络，以期为未来利用基因工程手段提高植物抗逆性方面提供参考。

茉莉酸调控植物生长发育和胁迫的研究进展

孙雨桐, 刘德帅, 齐迅, 冯美, 黄栩筝, 姚文孔

2023, 39(11): 99-109. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0323

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植物作为不可移动的生物，感知外界刺激通过改变自身信号转导对其做出反应。植物激素作为重要的信号分子，在植物应对不同生物和非生物胁迫反应中发挥作用，以调节植物生长发育并适应不断变化的环境。茉莉酸是植物体内的重要激素之一，目前它的合成途径、生理作用等已有大量研究，但对其感知环境变化并做出反应的信号转导途径以及与其他植物激素的相互作用方面的研究还有空白之处。本文主要阐述茉莉酸在调控植物生长发育、胁迫应答及其与其他植物激素的相互作用方面的研究进展。

植物表达外源蛋白研究进展及展望

蒋铭轩, 李康, 罗亮, 刘建祥, 芦海平

2023, 39(11): 110-122. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0662

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植物为宿主表达外源蛋白的系统称之为分子农场，通过农杆菌将外源基因导入植物进行表达具有高效、安全、廉价的优点，特别是植物具备一系列翻译后修饰功能，因此该系统能弥补原核表达系统的缺陷。本综述首先介绍了近些年在烟草叶片瞬时表达和水稻胚乳组织特异性表达上取得的进展，特别是一些利用分子农场进行医用蛋白表达、药物合成、疫苗制备等典型案例。在优化生物反应器、提高表达效率策略上，本综述重点探讨了蛋白翻译后水平上的调控，包括蛋白酶抑制剂的作用、糖基化修饰环节以及分子伴侣共表达等对外源蛋白表达的影响。最后，围绕外源蛋白大量囤积于内质网可能引发内质网胁迫的问题，展望了通过优化内质网环境来提高外源蛋白表达效率的可行性。

基于转运蛋白工程提升微生物菌株耐受性和生物制造效率的研究进展

李昕悦, 周明海, 樊亚超, 廖莎, 张风丽, 刘晨光, 孙悦, 张霖, 赵心清

2023, 39(11): 123-136. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0750

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微生物细胞工厂广泛用于生物燃料以及高值化学品和大宗化学品的可持续生产，但是高浓度产物和底物以及多种环境胁迫条件会抑制菌株的发酵效率，降低生产的经济性。因此，增强菌株耐受性对于目的产物的高效和可持续生产至关重要。近年来，利用转运蛋白工程保护菌株免受毒性化合物的损害以提升菌株耐受性的策略日益受到研究者的关注。因此，本文总结了基于微生物转运蛋白工程改造提升菌株耐受性的研究进展，分析了目前微生物转运蛋白研究领域中存在的关键问题，并探讨了基于转运蛋白工程提升微生物菌株耐受性的策略，尤其对人工智能在转运蛋白功能注释、结构模拟和底物-转运蛋白互作预测中的应用进行了总结和展望，以期能够促进微生物在绿色生物制造领域的应用。

微生物酸胁迫耐受性能强化的研究进展

胡锦超, 沈文琦, 徐超业, 樊雅祺, 卢浩宇, 蒋雯杰, 李世龙, 晋洪晨, 骆健美, 王敏

2023, 39(11): 137-149. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0686

摘要 ( 186 )

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微生物在发酵生产中常面临各种酸性物质的累积，由此造成的酸胁迫严重抑制了菌株的发酵活力和生产性能。因此，微生物在长期进化过程中，通过协调胞内的多个生理系统、代谢途径和调控网络形成了复杂的响应机制以应对低pH胁迫。工业微生物酸胁迫耐受性能的强化是提高其生产效率的关键手段。本文概述了近年来利用适应性实验室进化、预适应、基因组重排、基因工程、全局转录机制工程、系统生物学和合成生物学等方法提高微生物耐酸性能的研究进展，并讨论了相关研究面临的挑战和未来的发展方向。

微生物硫代谢与抗逆性

晏雄鹰, 王振, 王霞, 杨世辉

2023, 39(11): 150-167. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0616

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硫代谢是微生物重要的生命代谢活动。微生物对外源硫酸盐的转运、同化、代谢调控以及重要含硫化合物的生物合成，不但与微生物生长代谢相关，而且影响微生物在胁迫环境下的抗逆性和鲁棒性。目前，大部分研究都聚焦在微生物硫酸盐同化过程和H₂S产生，对于微生物硫代谢与抗逆性相关的研究较少。本文总结了近年来微生物硫代谢过程中的硫酸盐转运、同化路径以及调控方式；并结合微生物在不同胁迫条件下的氧化应激反应，探讨了含硫化合物如硫化氢、谷胱甘肽和半胱氨酸等提高微生物抗逆性的机制。硫代谢与微生物抗逆性相关机制的解析不仅为理解微生物硫代谢与抗逆性提供理论基础，也为设计与构建抗逆性强的高产稳产工业菌株提供分子靶点。

多聚磷酸盐在微生物抗环境胁迫中的作用及机制

王晨宇, 周楚源, 何堤, 樊梓豪, 王梦梦, 杨柳燕

2023, 39(11): 168-181. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0625

摘要 ( 148 )

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抗环境胁迫是微生物提高环境适应性和增加生存机会的一个重要策略，探明微生物抗环境胁迫的过程及分子机制对于了解微生物进化和开发微生物资源具有重要意义。多聚磷酸盐（polyphosphate, polyP）在微生物抗环境胁迫中发挥重要作用。在营养限制条件下，polyP可充当微生物的能源来源和信号分子，增强微生物对低营养环境的适应能力。在微生物应对环境胁迫过程中，polyP可作为蛋白质的伴侣，通过蛋白质修饰改变蛋白质结构使其免受失活，从而维持其功能完整性。polyP具有金属螯合能力，可提高微生物对重金属胁迫的抵抗能力。微生物能通过调节polyP的合成来适应环境pH的改变，调节酸碱胁迫过程中的能量消耗。基于polyP抗环境胁迫的特性，通过转基因技术，把polyP合成相关基因转入到农作物中，可以增加农作物体内polyP含量，从而提高农作物抗环境胁迫的能力。利用含有polyP的微生物处理重金属废水，可极大地提高重金属离子的去除效率。同时，微生物中合成的polyP颗粒也能进一步开发为生物活性产品。因此，polyP在微生物抗胁迫中发挥多样化作用，通过各种分子途径提高微生物对环境胁迫的耐受性。加强polyP在微生物抗环境胁迫中的作用与机制研究，不仅丰富微生物抗环境胁迫的研究内容，而且为多聚磷酸盐类生物活性物质的工程应用提供技术支撑。

乳酸菌抗氧化活性及其应用研究进展

赵佳, 赵飞燕, 沈馨, 高广琦, 孙志宏

2023, 39(11): 182-190. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0603

摘要 ( 146 )

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乳酸菌作为一种天然的抗氧化剂，其抗氧化特性一直是研究热点之一。绝大多数乳酸菌为厌氧菌或兼性厌氧菌，一般适合生长于无氧或含氧量低的环境中，部分乳酸菌菌株由于自身含有高活性的抗氧化酶及氧化还原系统而具有良好的抗氧化特性。作为一种常见的发酵微生物，乳酸菌在食品生产中不仅具有改善风味的作用，其抗氧化作用对于延长食品的保藏期具有重要意义。同样，机体的氧化应激与许多生理、病理现象密切相关，大量研究已经证实乳酸菌在缓解相关疾病方面具有益生功能。本文对乳酸菌的氧化胁迫及其应答和防御机制、提高乳酸菌抗氧化活性的技术方法及应用进行综述，旨在为深入了解乳酸菌的抗氧化机制以及开发具有良好抗氧化活性的菌株提供理论参考。

酵母模型揭示胁迫因子驱动基因组变异的研究进展

祝瑛萱, 李克景, 何敏, 郑道琼

2023, 39(11): 191-204. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0723

摘要 ( 135 )

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基因组变异是遗传疾病发生和物种演化的分子基础，这个过程受到细胞内外源理化因子的共同作用。模式生物酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）基因组小且易于开展分子遗传操作，在探究基因组变异进化调控机制的相关研究中应用广泛。本文总结了酵母模型中典型的DNA变异检测遗传体系，包括利用报告基因检测DNA突变率和红白扇形菌落筛选染色体重组子等；讨论了高通量测序技术在检测自发性和胁迫因子诱导基因组变异中的应用；综述了运用酵母模型揭示温度波动、氧化压力、抗肿瘤药物、金属离子和辐射等胁迫因子对基因组稳定性的影响及遗传机制的研究进展。酵母在多种胁迫条件下均会发生适应性进化现象，特定的染色体结构变异是适应性背后的重要遗传机制之一。在酵母中结合遗传筛选体系和高通量分析手段阐释细胞胁迫因子与基因组变异的关联机制，可为全面理解生物基因组不稳定机理和物种进化规律提供新的视角。

大肠杆菌对木质纤维素水解液抑制物的胁迫耐受性

唐瑞琪, 赵心清, 朱笃, 汪涯

2023, 39(11): 205-216. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0722

摘要 ( 132 )

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木质纤维素类生物质是前景广阔的化石原料替代品，其生物炼制可生产生物能源、生物基化学品和生物材料等多种产品，可降低碳排放，有助于实现“双碳”目标，因此受到越来越多的关注。然而，木质纤维素生物炼制需要经过预处理、微生物发酵和产物纯化等多个步骤，其中，预处理过程产生的多种化合物抑制微生物的细胞生长和发酵性能，是制约生物转化效率的瓶颈之一。大肠杆菌是木质纤维素生物炼制常用的宿主，被广泛应用于多种化合物的生产，研究其对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性，对于提高木质纤维素生物炼制效率具有重要意义。本文首先介绍了木质纤维素的主要成分和基本结构，对木质纤维素的预处理方法以及预处理后水解液中的主要抑制物种类进行了简单阐述；随后，总结了木质纤维素水解液中几类主要抑制物呋喃类、羧酸类和酚类对大肠杆菌细胞的毒性，以及大肠杆菌对上述抑制物的胁迫响应机制和基于机制的菌株改造靶点；最后，综述了提高大肠杆菌对上述抑制物的胁迫耐受性的菌株改造策略，包括随机突变、实验室适应性进化和组学辅助的理性设计等，为利用代谢工程构建用于木质纤维素生物炼制的高效大肠杆菌菌株提供参考。

一种耐盐复合菌剂的制备和促生作用研究

车永梅, 刘广超, 郭艳苹, 叶青, 赵方贵, 刘新

2023, 39(11): 217-225. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0123

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土壤盐渍化是影响作物生长发育和产量的主要环境因素，利用土壤有益微生物治理盐渍化土壤是盐碱地改良的有效途径。本实验室前期从盐渍化土壤中筛选到两株耐盐菌株氧化微杆菌（Microbacterium oxydans）C8和嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）B4。菌株C8具有解钾、溶有机磷和无机磷及产生长素的能力，菌株B4具有溶有机磷和产生长素的功能。本文研究了C8和B4混合发酵对其功能的影响，结果表明，C8和B4混合培养后，其解钾、溶磷及产生长素的能力显著高于单一菌株。利用正交试验和响应面优化试验对其混合发酵培养基和培养条件进行优化，C8和B4混合发酵最适培养基配方为：葡萄糖10 g/L，酵母膏10 g/L，NaCl 4.5 g/L；最适培养条件为：pH 7.4，温度28.8℃，转速129 r/min，接种量2%，装瓶量20%，培养时间23 h。以烟草为材料，检测复合菌剂对植株生长的作用，结果显示，盐胁迫下C8和B4复合菌剂处理显著促进植株生长。

耐高温酿酒酵母的构建与高温耐受机制解析

孙言秋, 谢采芸, 汤岳琴

2023, 39(11): 226-237. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0417

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旨在构建优良的高温耐受酿酒酵母菌株，并探究其高温耐受机制。通过CRISPR/Cas9技术在絮凝性工业酿酒酵母KF-7中敲除ASP3（编码 L-天冬酰胺酶II）并进一步高表达CRZ1（编码具有锌指结构的转录因子Crz1p），通过比较转录组解析重组菌株的高温耐受机制。结果显示，在44℃高温条件下，ASP3敲除菌株KAS11利用98.36 g/L葡萄糖产生43.68 g/L乙醇。在KAS11基础上高表达CRZ1后，菌株KASCR7发酵105.37 g/L葡萄糖产48.02 g/L乙醇。与KF-7相比，两个重组菌株的乙醇产量分别提升了4.77%和15.18%。比较转录组分析结果表明，在高温胁迫下，重组菌株的核糖体生物合成及翻译相关基因受到抑制，而热休克蛋白基因以及NAD⁺、NADH、嘌呤、甘油、脯氨酸等合成相关基因受到诱导，这些响应可能共同导致重组菌株的高温耐受性提升。研究结果可为构建高温耐受酿酒酵母菌株提供优良菌株资源和理论基础。

谷子AP基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应分析

邢媛, 宋健, 李俊怡, 郑婷婷, 刘思辰, 乔治军

2023, 39(11): 238-251. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0588

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天冬氨酸蛋白酶（AP）是一类重要的水解酶，在植物生长发育及抵御生物和非生物胁迫方面发挥着重要作用。谷子（Setaria italica）作为禾本科C₄植物抗逆研究的模式作物，目前关于天冬氨酸蛋白酶家族基因功能的研究较少。为深入探究AP基因家族在谷子中的功能作用，本研究基于AP保守Pfam序列全基因组筛选鉴定谷子AP基因家族的成员，并通过生物信息学方法对其理化性质、亚细胞定位、基因结构、保守结构域、系统进化发育、启动子顺式作用元件及共线性等分析，同时利用荧光定量PCR技术对其在非生物胁迫下的表达模式进行了研究。结果表明，谷子基因组中共有AP基因家族成员58个；系统进化树显示该基因家族可分为5个亚家族，其中Group B编码非典型天冬氨酸蛋白酶，其他亚家族编码类nucellin天冬氨酸蛋白酶；基因结构和保守基序分析表明，谷子AP家族同一亚家族成员具有较高的保守性；共线性分析结果显示，谷子AP基因家族与水稻（Oryza sativa）和玉米（Zea mays）AP基因家族成员之间存在大量的同源基因对；启动子顺式作用元件分析表明，SiAPs基因家族中大部分成员含有与非生物胁迫和生物激素响应相关的顺式元件，如响应干旱和低温胁迫的顺式作用元件、水杨酸有关的应答元件等。进一步RT-qPCR结果发现，SiAPs基因家族成员在谷子根、茎、叶、穗中差异表达；在低温胁迫下，SiAP3、SiAP9、SiAP48基因表达量显著升高；在干旱胁迫和水杨酸处理下，部分基因表达的变化趋势基本一致。SiAPs对谷子响应非生物胁迫起重要的调控作用，本研究结果可为SiAPs的抗逆功能分析提供参考。

结球甘蓝PRX基因家族全基因组鉴定与逆境条件下的表达分析

葛雯冬, 王腾辉, 马天意, 范震宇, 王玉书

2023, 39(11): 252-260. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0073

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III类过氧化物酶（class III peroxidases, PRX）在植物生长发育和胁迫响应中发挥重要的作用，本研究利用生物信息学方法对结球甘蓝PRX基因家族进行鉴定，预测其结构和功能，并分析PRX基因在逆境条件下的表达模式，旨在明确甘蓝PRX基因家族的进化关系和功能。结果表明，结球甘蓝基因组中共鉴定出125个BoPRX基因家族成员，不均匀的分布在9条染色体上；编码氨基酸173-488 aa，大部分为亲水蛋白；亚细胞定位预测BoPRX基因大部分定位在叶绿体上。系统进化分析将甘蓝PRX蛋白分为5个亚族，每个亚族的成员都含有相似的外显子/内含子结构和蛋白质保守基序；启动子区域分析发现，BoPRX启动子序列中含有多种与激素和逆境等胁迫响应相关的顺式调控元件；基于转录组数据的热图分析显示，BoPRXs表达在叶绿体中最多。荧光定量PCR分析显示，6个BoPRX基因均受NaCl和PEG诱导上调；在ABA处理下，除BoPRX100外其余基因的表达在大部分时间被抑制，这些基因均受到ABA的差异调控，说明这些BoPRX基因都参与了ABA信号通路。综上所述，本研究揭示了PRX的复杂调控依赖于PRX的类型和信号分子，为进一步分析甘蓝PRX家族关键成员的功能提供了有价值的信息。

三个甘蓝WRKY基因的克隆及其对非生物胁迫的表达

杨旭妍, 赵爽, 马天意, 白玉, 王玉书

2023, 39(11): 261-269. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0133

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WRKY蛋白质是一类参与植物生长发育、生物和非生物胁迫以及其他生物过程的转录因子。研究甘蓝WRKY基因在逆境胁迫下的响应机制，为进一步研究BoWRKYs的抗逆功能奠定基础。以甘蓝（Brassica oleracea var. capitata L.）幼苗为试材，RT-PCR克隆BoWRKY40（BolC02g035760.2J）、BoWRKY46（BolC04g031460.2J）和BoWRKY70（BolC04g035730.2J）3个BoWRKYs；采用同源重组法构建pSuper1300: BoWRKYs -GFP载体，进行亚细胞定位；实时荧光定量PCR检测BoWRKYs在ABA、PEG8000和NaCl胁迫下的响应模式。结果表明，BoWRKY40、BoWRKY46和BoWRKY70的cDNA全长分别为873、831和864 bp，分别编码290、276和287个氨基酸，预测蛋白分子量为32.41、32.08和32.52 kD，理论等电点为6.77、6.18和5.62；多重比对分析发现3个BoWRKY蛋白结构域与拟南芥、番茄、玉米和棉花的WRKY结构域高度相似；亚细胞定位显示，3个BoWRKY蛋白主要定位于细胞核；荧光定量PCR分析显示，BoWRKYs在ABA、PEG8000和NaCl胁迫下受到不同程度的诱导。其中，BoWRKY40能积极响应3种胁迫，而BoWRKY46和BoWRKY70在ABA和盐胁迫下表达上调，在PEG8000处理后表达水平逐渐降低。甘蓝BoWRKY40、BoWRKY46和BoWRKY70表达与逆境胁迫响应关系密切。

ABA和干旱胁迫下菊花脑ZF-HD基因家族的表达分析

陈楚怡, 杨小梅, 陈胜艳, 陈斌, 岳莉然

2023, 39(11): 270-282. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0530

摘要 ( 128 )

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干旱是影响菊花生长发育和产量的重要非生物因子，在应对干旱胁迫时ZF-HD转录因子家族起着重要的作用。菊花脑是研究菊花遗传育种机制的模式植物，筛选其抗旱相关基因可为菊花相关研究奠定基础。本研究在菊花脑基因组基础上，建立了本地数据库以实现本地BLAST，并利用Pfam数据库、HMMER、DNAMAN、MEGA、Tbtools、ExPASy、WOLF PSORT在线网站及实时荧光定量技术，对ZF-HD基因家族进行筛选以及生物信息学和表达分析。最终在菊花脑基因组中共鉴定出19个CnZF-HD基因，分为ZHD、MIF两个亚家族，其中ZHD亚族包括I-VI亚群。家族成员的组织特异性表达具有时间和空间差异性，且启动子区富含与生长发育、胁迫和激素相关的响应元件。RT-qPCR结果显示，19个CnZF-HD基因均响应干旱胁迫和ABA处理，且在干旱条件下均被诱导表达。CnZF-HD4、CnZF-HD5、CnZF-HD9、CnZF-HD10、CnZF-HD14、CnZF-HD15、CnZF-HD19这7个基因在ABA处理中被诱导表达，亚群VI在调控菊花脑抗旱性方面起着重要作用。另外，CnZF-HD1基因的表达在干旱条件下持续上调，可作为抗旱相关的候选基因，但其对ABA的敏感性需要进一步研究。

单叶蔷薇NAC基因家族鉴定及干旱胁迫响应分析

冯策婷, 江律, 刘鑫颖, 罗乐, 潘会堂, 张启翔, 于超

2023, 39(11): 283-296. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0531

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NAC转录因子在植物胁迫应答中起关键作用，单叶蔷薇（Rosa persica）主要分布于我国新疆，研究其耐旱能力对治理荒漠地区生态问题具有重要意义。对单叶蔷薇NAC基因家族进行全基因组鉴定，分析基因家族特征和表达模式，利用RT-qPCR验证NAC基因在干旱胁迫下的表达情况。NAC基因家族的基因特征变化较大，而基因结构和基序相对保守。启动子分析表明RbeNAC在调节激素合成和适应环境胁迫方面具有重要作用。基于转录组数据分析发现RbeNAC基因的表达表现出组织特异性和对干旱胁迫的响应。实时荧光定量PCR（RT-qPCR）结果表明，7个基因（RbeATAF、RbeSOG1、RbeNAC17、RbeNAC71、RbeNAC72、RbeNAC90和RbeNAC96）在根和叶中积极响应干旱胁迫。本研究鉴定了单叶蔷薇NAC基因，初步探究了不同基因可能发挥的功能，获得了7个响应干旱胁迫的候选基因，为后续开展单叶蔷薇抗逆性育种提供参考依据。

中华猕猴桃GRAS基因家族鉴定及低温胁迫表达分析

毛可欣, 王海荣, 安淼, 刘腾飞, 王世金, 李健, 李国田

2023, 39(11): 297-307. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0324

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GRAS基因家族广泛参与植物生长和逆境响应，而低温是制约猕猴桃生产和分布的重要因素之一，鉴定猕猴桃GRAS基因家族，分析其在低温胁迫中的表达情况，为猕猴桃的抗寒研究和品种选育提供理论依据。以中华猕猴桃‘红阳’基因组为参考进行GRAS家族保守结构域比对，通过对鉴定到的家族成员进行系统进化树、蛋白理化性质、基因结构、蛋白三级结构、蛋白质motif、顺式作用元件、共线性、密码子偏好性和基因表达模式等进行分析。结果表明，猕猴桃基因组共存在79个GRAS家族成员，分属于8个亚家族，且各亚家族基因、蛋白结构有所差异。顺式作用原件分析显示该家族基因参与多种植物激素、生长发育以及胁迫响应。密码子偏好性分析发现，该家族密码子第3位碱基更偏好使用嘧啶类碱基（G/T）。鉴定到6个基因可能参与猕猴桃低温胁迫过程，并进行荧光定量PCR验证了该猜测。该研究补充了猕猴桃GRAS基因家族鉴定分析的空白，为猕猴桃抗寒研究奠定分子基础。

芝麻NAC转录因子基因SiNAC77的克隆及耐盐功能分析

张玉娟, 黎冬华, 宫慧慧, 崔新晓, 高春华, 张秀荣, 游均, 赵军胜

2023, 39(11): 308-317. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0096

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NAC转录因子在植物生长发育及盐胁迫响应过程中具有重要的调控作用。芝麻SiNAC77参与盐胁迫响应过程。克隆芝麻SiNAC77并分析其耐盐功能，为芝麻耐盐育种提供分子基础和基因资源。克隆SiNAC77的全长CDS序列，利用生物信息学软件对其基因序列和氨基酸序列特征进行分析。构建SiNAC77过表达载体，利用农杆菌介导法转化拟南芥。对过表达株系的耐盐表型和生理生化指标进行分析。结果表明，成功克隆了长度为1 008 bp的SiNAC77 CDS序列，编码335个氨基酸，相对分子量为135.93 kD，预测等电点为4.91，含有33个潜在的磷酸化位点；启动子区域含有MBS、STRE、ARE、ABRE和TCA等多个非生物胁迫及激素响应元件。成功构建了SiNAC77过表达载体，并转化拟南芥，获得12个独立的转基因阳性株系。在盐胁迫下，与野生型拟南芥相比，过表达株系的种子发芽率、初生根长度、鲜重均显著提高，转基因株系中Na⁺/K⁺和相对MDA含量显著降低，相对SOD和POD抗氧化酶活性则显著增强。过表达芝麻SiNAC77可以增强抗氧化酶活性，减少离子毒害和氧化损伤，提高转基因植株的耐盐性。

钩吻脂氧合酶基因 GeLOX1 的鉴定及低温胁迫表达分析

尤垂淮, 谢津津, 张婷, 崔天真, 孙欣路, 臧守建, 武奕凝, 孙梦瑶, 阙友雄, 苏亚春

2023, 39(11): 318-327. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0551

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近年来，钩吻（Gelsemium elegans）的药用和饲用价值日益凸显，但钩吻在生长过程中不耐低温，挖掘其低温响应基因，为钩吻的抗寒育种研究奠定基础。植物中，脂氧合酶（lipoxygenase, LOX）在种子老化、抗逆境胁迫等方面的生理生化过程中有重要影响。基于课题组构建的钩吻转录组数据库，挖掘响应低温胁迫的钩吻LOX基因，运用RT-PCR技术，从中克隆到一条GeLOX1的cNDA全长序列，对其进行生物信息学、亚细胞定位、基因表达、原核表达及平板胁迫等分析。结果显示，GeLOX1所编码蛋白的氨基酸长度为761 aa，蛋白相对分子质量为87.00 kD，预测为不稳定的亲水性蛋白，含有28个丝氨酸磷酸化位点，22个苏氨酸磷酸化位点和9个酪氨酸磷酸化位点。进化树分析结果表明，GeLOX1属于9-LOX家族的成员。亚细胞定位检测结果显示，GeLOX1蛋白定位于细胞质中。实时荧光定量PCR分析发现，GeLOX1在钩吻的根中高表达，且其在4℃低温胁迫下的表达量呈现下调的趋势。经原核表达诱导后，GeLOX1的重组蛋白在约111 kD处出现目标条带，且重组蛋白的积累量在诱导8 h时达到峰值。此外，平板胁迫试验表明，GeLOX1的原核表达菌株相较于对照组对低温胁迫更敏感。钩吻GeLOX1能够应答低温胁迫。

异子蓬SabHLH169基因的克隆及抗旱功能分析

鄢梦雨, 韦晓薇, 曹婧, 兰海燕

2023, 39(11): 328-339. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0049

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碱性螺旋-环-螺旋（basic belix-loop-helix，bHLH）转录因子是真核生物中最大的转录因子家族之一，其成员广泛参与植物生长、发育和胁迫响应。前期在异子蓬（Suaeda aralocaspica）光合作用关键酶PEPC-1的研究中筛选到一个可能与SaPEPC-1启动子相互作用的bHLH转录因子SabHLH169，探明该基因功能将为后期异子蓬bHLH基因的深入研究奠定基础。通过克隆获得该基因，采用生物信息学、实时荧光定量PCR等方法，初步探究SabHLH169基因的耐旱功能。结果显示，SabHLH169包含2 100 bp核苷酸，编码699个氨基酸，其蛋白质C末端具有典型的bHLH结构域，原核表达和Western blot分析表明，SabHLH169重组蛋白能够正确表达，其分子量大小与预测结果一致。过表达SabHLH169的拟南芥转基因株系在萌发期具有更高的耐旱性；干旱胁迫下，转基因拟南芥中3个干旱胁迫相关基因AtRD22、AtRD29A和AtDREB2A以及3个光合作用关键酶基因AtLhcb2、AtRubicso和AtPEPC的表达水平显著升高，且AtPEPC酶活性被显著增强。由此推测，SabHLH169基因可能在干旱胁迫响应中具有潜在功能。

金针菇II类过氧化物酶基因在子实体发育与胁迫应答过程的表达特征

刘媛媛, 魏传正, 谢永波, 仝宗军, 韩星, 甘炳成, 谢宝贵, 严俊杰

2023, 39(11): 340-349. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0624

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II类过氧化物酶（Class II peroxidase，CIIp）是活性氧代谢的重要抗氧化物酶，参与机体氧化应答过程。基于金针菇全基因组数据鉴定到两个II类过氧化物酶基因，并分别命名为FfCIIp1、FfCIIp2，采用在线网站软件对基因进行生物信息学分析，利用实时荧光定量PCR技术分析基因在金针菇不同子实体组织和胁迫应答中的表达模式。结果显示，FfCIIp1全长1 638 bp，包含一个1 131 bp的完整开放阅读框，编码376个氨基酸。FfCIIp2全长1 410 bp，包含一个1 032 bp的完整开放阅读框，编码343个氨基酸。保守结构域及进化树分析表明，FfCIIp1和FfCIIp2分别归属于锰过氧化物酶和通用过氧化物酶家族。RT-qPCR结果表明，两个FfCIIp基因均在伸长期菌柄中高表达，且在快速伸长区段显著上调；损伤和氧化胁迫处理均能诱导FfCIIp1和FfCIIp2上调表达，FfCIIp2的上调幅度明显高于FfCIIp1。以上结果表明，金针菇两个CIIp家族基因参与菌柄伸长与胁迫应答过程，且FfCIIp2对损伤和氧化胁迫更为敏感。

糙皮侧耳乳酸脱氢酶鉴定及其菌丝高温胁迫下表达特征分析

吴柏增, 何琪, 姚方杰, 赵梦然

2023, 39(11): 350-359. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0631

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乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）可催化丙酮酸与乳酸（lactic acid，LA）之间的可逆转化，为探索乳酸脱氢酶基因在糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus）菌丝体高温胁迫响应中的作用，在糙皮侧耳（P. ostreatus）菌株CCMSSC00389基因组中鉴定获得了8个乳酸脱氢酶编码基因。生物信息学分析结果显示，3个基因编码D型乳酸脱氢酶，5个基因编码L型乳酸脱氢酶。氨基酸序列比对、系统发育、三维结构和亚细胞定位分析显示，3个D型乳酸脱氢酶的同源性较高，可能属于细胞色素C依赖的D型乳酸脱氢酶，D-LDH2和D-LDH3位于线粒体中；5个L型乳酸脱氢酶的氨基酸序列同源性较低，并按电子受体和亚细胞定位的不同分为3个类型。通过检测36℃、40℃高温胁迫下乳酸脱氢酶基因的表达量变化，明确D-ldh3、L-ldh5和L-ldh7表达特征相同，L-ldh6和L-ldh8的表达特征相同，D-ldh1、D-ldh2和L-ldh4则表现出不同的基因表达趋势，表明乳酸脱氢酶基因对不同高温胁迫温度的响应方式存在差异。高温胁迫条件下，乳酸脱氢酶总酶活性降低，胞内乳酸含量升高；外源添加乳酸脱氢酶抑制剂和乳酸都能显著抑制菌丝生长，表明乳酸脱氢酶能够调控热胁迫下糙皮侧耳的菌丝生长。推测糙皮侧耳乳酸脱氢酶通过降低基因转录水平和酶活性，影响了胞内乳酸脱氢向丙酮酸的转化，导致胞内乳酸的过量积累造成细胞损伤，最终抑制了菌丝生长速率。

氧化还原敏感型基因元件增强酵母木质纤维素水解液抑制物胁迫耐受性

王文韬, 冯颀, 刘晨光, 白凤武, 赵心清

2023, 39(11): 360-372. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0858

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纤维素乙醇作为一种清洁可再生的绿色能源，具有良好的应用前景。然而酿酒酵母利用木质纤维素原料生产乙醇的发酵过程易受多种抑制物胁迫的影响，因此提高其胁迫耐受性具有重要意义。本研究在细胞内设计了一种氧化还原敏感型基因元件，通过生物传感器Yap1感应胞内氧化还原状态，以调控抗胁迫基因智能表达。首先，分析了Yap1调控的天然内源启动子P_TRR1、P_TRX2和P_MET16对木质纤维素水解液中典型抑制物的响应强度。其次，根据不同胁迫种类组合相应启动子与抗胁迫的效益基因，构建氧化还原敏感型基因元件提高了酿酒酵母的胁迫耐受性。最后，将表现较好的基因元件GP-CTT和GP-ADH串联整合到一起构建了双基因元件系统，在5-HMF和H₂O₂双重胁迫下细胞的死亡率与野生型相比下降了69.6%。相较于单基因元件GP-CTT，双基因元件整合菌株的比生长速率、葡萄糖消耗速率和乙醇生产速率分别提高了64.2%、60.1%和58.9%，重组菌株过氧化氢酶的酶活力提高了40.2%。本研究通过理性设计氧化还原敏感型基因元件的遗传回路，强化胞内关键抗氧化酶和醛降解途径，系统地提高了酿酒酵母的胁迫耐受性，为动态地提高酵母鲁棒性提供了新的见解。

2023, 39(11): 373.

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