合成生物学的医学应用

合成生物学旨在基于工程学原理,通过人工合成生物调控元件、模块和基因调控网络等对细胞进行设计和改造,以实现细胞和生命体的定向演化。在医学研究中,合成生物学主要采用人工设计合成治疗性的基因回路,制备工程化细胞植入体内,纠正机体已发生缺陷的生物调控元件,以达到治疗疾病的目的。本文对合成生物学的兴起、发展及其在医学中的应用和研究进展进行了综述。     

质体基因工程中选择标记基因研究进展

与细胞核基因工程相比,质体基因工程能更安全、精确和高效地对外源基因进行表达,作为下一代转基因技术已广泛用于基础研究和生物技术应用领域。与细胞核基因工程一样,质体基因工程中也需要合适的选择标记基因用于转化子的筛选和同质化,但基于质体基因组的多拷贝性和母系遗传特点,转化子的同质化需要一个长期的筛选过程,这就决定了质体基因工程中选择标记基因的选择标准将不同于细胞核基因工程中广泛使用的现行标准。目前,质体基因工程的遗传转化操作中使用较多的是抗生素选择标记基因,出于安全性考虑,需要找到可替换、安全的选择标记基因或有效的标记基因删除方法。本文在对质体基因工程研究的相关文献分析基础之上,对主要使用的选择标记基因及其删除体系进行了综述,并对比了其优缺点,同时探讨了质体基因工程中所使用的报告基因,以期为现有选择标记基因及其删除体系的改进和开发提供一定参考,进一步推动质体基因工程,尤其是单子叶植物质体基因工程的发展。     

外源基因在植物体内的表达调控机制

外源基因在植物体内的瞬时性或稳定性表达受植物本身代谢及分子水平的调控．同时也受来自受体植物的限制与修饰。通过调控性元件(启动子)可人为对外源基因进行调节。综述了外源基因在转基因植物体内的表达、调控及人为调节策略。     

植物对盐胁迫应答的转录因子及其生物学特性

逆境胁迫会激活植物的转录因子,转录因子结合到应答基因的顺式作用元件后可以启动应答基因的表达,调控并减轻逆境胁迫对植物的伤害,因而转录调控在植物对逆境胁迫的应答反应中具有重要的作用。本文对盐胁迫下参与植物应答反应的转录因子及其生物学特性进行了综述,并对这些转录因子在植物耐盐基因工程中的应用前景作出了展望。     

微生物细胞工厂的代谢调控

代谢调控是构建微生物细胞工厂的重要技术手段。随着合成生物学技术的不断突破,挖掘和人工设计的高质量调控元件大幅度提升了对细胞代谢网络的改造能力;代谢调控研究也已从单基因的静态调控发展到系统水平上的智能精确动态调控。文中简要综述了近30年来代谢途径表达调控技术在代谢工程领域的研究进展。     

干旱胁迫诱导下植物基因的表达与调控

干旱胁迫能够诱导植物表达大量的基因 ,研究这些基因的表达与调控 ,为植物抗旱的定向育种创造条件。本文系统介绍了在干旱胁迫条件下 ,植物体内渗透调节物质和可溶性糖合成有关的基因、离子和水分通道及Lea蛋白基因的表达 ,以及与这些基因表达相关的调控元件和因子 ,干旱胁迫信号转导等方面的最新研究进展。     

转录因子在植物抗病基因工程中的研究进展

转录因子与顺式作用元件结合,可调控下游一系列基因的表达。通过基因工程手段使一个抗病转录因子基因在植物中超表达就相当于转入了多个抗病基因,从而提高综合抗病能力,因此,转录因子已成为近年来的研究热点。综述了乙烯应答元件结合因子(Ethylene-responsive element binding factors,AP2/EREBP)、MYB、WRKY、碱性亮氨酸拉链家族和homeodomain蛋白5种植物抗病相关转录因子的结构、功能特性、调控机制以及它们在植物抗病基因工程方面的研究成果,并展望了其应用前景。     

基因组工程在医学合成生物学中的应用

合成生物学旨在建立一套完整的工程理论和方法,通过设计和组装基本生物学元件,更为有效地实现复杂生物系统的设计,并使其完成可编程的生物学功能。近年来随着可编程基因组元件的出现,特别是CRISPR和CRISPRi技术平台的建立和完善,使得合成生物学进入了一个全新发展的时期。本文重点综述CRISPR等基因组编辑和调控技术,其在构建可编程生物学元件和复杂基因线路的应用以及合成生物学在医学中(称为医学合成生物学)的发展前景。     

植物蔗糖合成的分子机制

高等植物中,光合同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库运输的。近十几年来,随着生物技术的发展,许多与碳水同化产物代谢有关的基因已经被分离,同时多种植物遗传转化体系的建立使在植物中改变基因活性成为现实,对转基因植株的生理生化分析进一步增加了植物中对碳水同化产物合成、分配、运输以及利用等方面的认识。本文就CO2固定,同化产物分配,蔗糖合成三个方面介绍近年来利用基因工程对植物源活性调控及改善的研究进展。     

植物抗冻蛋白及抗冻性分子改良

概述了植物抗冻蛋白及其相关基因的研究现状,主要包括植物低温诱导蛋白、具有热滞活性的植物抗冻蛋白及其相关基因的分离、鉴定与表达调控,以及植物抗冻性基因工程研究动态.在此基础上,讨论了该领域研究中的主要问题、发展趋势及近期研究热点.     

植物花香代谢调节与基因工程研究进展

植物花香在吸引昆虫授粉、提高观赏价值和香精的商业价值方面具有重要的作用。随着分子生物学技术的发展,近年来植物花香基因被大量克隆,对花香化合物的合成与代谢的网络调控机制有了更深刻的认识,基因工程改良花香成为可能。对近年来植物花香的合成途径、花香的释放与基因调节、基因工程的研究进展进行了综述,并就存在的问题进行了分析,为花香的分子育种研究提供参考。     

酿酒酵母基因组位置效应对外源基因表达的影响

外源基因元件和模块在底盘细胞中发挥特定功能是合成生物学研究的基本过程,而外源元件和模块在基因组中的位置对其功能的实现具有显著影响。为了系统、全面地表征酿酒酵母基因组位置效应对外源基因的表达影响,以绿色荧光蛋白为报告基因,通过双交换同源重组方法,对酿酒酵母单基因敲除库进行高通量转化,构建酿酒酵母基因组单位点荧光标记菌株库。结合流式细胞术和高通量测序技术对单位点荧光标记库菌株进行分析,构建高表达位点库和低表达位点库,共发现促进绿色荧光蛋白表达的位点428个,抑制绿色荧光蛋白表达的位点444个。通过分析高、低表达位点在酵母染色体上的分布,从全基因组尺度上对酿酒酵母基因组整合位置对基因表达的影响进行表征。本研究可为酿酒酵母基因组位置效应的分布规律和产生机理研究提供重要参考,对外源蛋白工业生产和合成生物学中的基因表达精细调控也具有重要的指导意义。     

植物抗旱耐盐基因的研究进展

近几年许多与植物抗旱耐盐相关基因被克隆和分析,同时通过转基因技术将这些基因转到植物中异源表达,能显著提高转基因植物的抗旱耐盐能力。这些基因主要包括渗透调节基因、蛋白类基因(如信号传导中的蛋白激酶基因)及转录因子等。在逆境条件下,渗透调节基因通过合成脯氨酸、甜菜碱、糖类和多胺类等渗透调节物质维持植物中的渗透平衡;蛋白激酶基因产物是细胞信号传导中的组分,这些基因能促进植物对干旱失水反应和逆境信号的传递,启动抗逆基因的表达;转录因子通过与相关基因的特异性结合来调控其表达,进而产生相关调控蛋白等物质增强植物在逆境中的生存能力。本文主要综述了这三类抗逆基因的研究现状及其生物学机理,讨论并分析这些基因在应用中尚待解决的问题,为发掘更多的抗逆性的基因资源和进一步开展分子育种工作提供参考。     

莽草酸合成途径元件库:现状与未来

<正>莽草酸广泛存在于自然界中,并在医药、工业、能源领域具有应用价值。莽草酸途径是植物和微生物合成芳香族氨基酸等重要化合物的关键代谢路径。近年来,合成生物学技术迅速发展,莽草酸途径已经成为合成生物学重要的研究对象。生物元件的挖掘、搜集、表征及标准化等一直是合成生物学研究的重要方向之一,文章从传统元件的收集与整理、标准化元件库的批     

受水杨酸盐浓度调控的细菌遏制系统

由于存在基因工程微生物(GEMs)不受控制地在环境中释放的风险, 利用GEMs的生物降解能力治理环境污染的方法受到了限制。在大肠杆菌JM109中构建了一个受环境污染物调控的细菌遏制系统, 该系统是由杀伤元件和调控元件组成的双质粒体系, 使细菌的存活受环境中水杨酸盐浓度的调控。当培养基含水杨酸盐时, 阻遏蛋白LacI合成, 阻止自杀基因gef表达, 细菌快速繁殖; 当水杨酸盐不存在时, 自杀基因gef的表达导致细胞杀伤, 菌体大量死亡。该遏制系统可作为模型用于具有生物修复功能的基因工程菌的构建。     

香豆素类化合物功能及生物合成研究进展*

香豆素类化合物是自然界中一类重要的化合物,具有抗肿瘤、抗凝血、抗菌、杀虫等多种生物活性,应用领域广泛。目前大多数香豆素类化合物从植物中提取,受环境因素影响较大,得率低、成本高,不利于大规模生产,从而限制了其应用和推广。利用合成生物学的思路合成香豆素类化合物具有无污染、原料易得、成本低、过程可控等优势。对香豆素类化合物生物合成途径的研究,尤其是靶标天然产物生物合成表达元件、宿主和发酵条件的优化,以及合成途径中关键酶的挖掘,已经成为研究热点。综述香豆素类化合物及其衍生物的结构、功能和生物合成研究进展,为其生物合成路径中的基因挖掘及异源表达提供参考。     

调控糖酵解和生脂的重要转录因子:碳水化合物反应元件结合蛋白

碳水化合物反应元件结合蛋白（carbohydrate response element binding protein,ChREBP）是最近发现和分离的一种重要的转录调控因子,它直接激活多个参与糖酵解和脂肪合成基因的表达,从而调控糖代谢和脂肪酸合成。研究ChREBP表达的调控机制及生物学效应,将有助于全面认识肥胖、糖尿病等代谢综合征的发病机制。本文综述了碳水化合物调控元件（carbohydrate response element,ChRE）及ChREBP的结构,ChREBPDNA结合活性的活化过程和分子机制,以及对靶基因的作用。     

拟南芥转录激活因子AtWRI1研究进展

油脂具有较高的经济价值,研究植物油脂合成的调控过程具有重要意义。转录激活因子WRI1在油脂合成调控中起关键作用。综述了At WRI1的发现及其结构特征、表达模式、功能和调控机制。At WRI属于AP2/EREPB家族中的AP2亚族,具有7个外显子,在植物各器官的不同发育时期均有表达,但在种子的油脂合成时期表达量最高。它与相应的顺式作用元件结合,能够转录激活糖酵解和脂肪酸合成相关基因的表达,从而促进油脂的合成。At WRI1是At LEC1和At LEC2的下游基因;在CRL3-BPM复合体介导下,At WRI1通过泛素-26S蛋白酶体途径降解。     

DREB转录因子在植物非生物胁迫中的作用及应用研究

转录因子也称反式作用因子,是能够与真核生物基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白。DREB转录因子作为植物特有的转录因子,通过与DRE调控元件特异结合,能促进许多与低温、高盐和干旱相关基因的表达。本文综述了近年DREB转录因子的研究进展,并对其结构和生物学功能、表达调控和信号传递途径以及DREB基因在改良植物抗逆胁迫中的应用进行了讨论,同时对该领域的发展前景进行了展望。