蛋白质体外进化建库技术研究

蛋白质体外进化技术是蛋白质工程发展的一个里程碑,也是改造蛋白质的一种有效工具。它不仅具有重要的应用价值,而且有助于蛋白质结构与功能的研究。通过蛋白质体外进化技术已成功地改造了许多蛋白质,有些已应用于工农业生产。体外进化技术分为两步:建库和筛选。本文主要对蛋白质体外进化策略及对体外随机突变技术、DNA重组技术、利用活细胞自身修复系统构建突变文库等几种定向进化突变文库建立技术进行了介绍与论述,同时还对蛋白质体外进化技术的应用及与其它学科结合的研究前景进行了分析,为获得具有改进功能或全新功能的蛋白质提供理论基础。     

无序蛋白质的判定及其结构、功能和进化特征

固有无序蛋白质(intrinsically disordered proteins,IDPs)是天然条件下自身不能折叠为明确唯一的空间结构,却具有生物学功能的一类新发现的蛋白质.这类蛋白质的发现是对传统的"结构-功能"关系认识模式的挑战.本文首先总结了无序蛋白质的实验鉴定手段、预测方法、数据库;并介绍了无序蛋白质结构(包括一级结构、二级结构、结构域无序性及变构效应)和功能特征;然后重点总结了无序蛋白质在进化角度研究的进展,包括无序区域产生的进化机制、进化速率,蛋白无序性的进化在蛋白质功能进化及生物学复杂性增加等方面的重要作用;最后展望了无序蛋白质在医药方面的应用前景.本文对于深入认识无序蛋白质的形成机制、结构和功能特征及其潜在的临床应用前景具有重要意义.     

基因的推理设计与改造—体外分子进化的捷径

体外分子进化是改造基因、获得新的功能蛋白质重要手段之一,已经取得了令人瞩目的成就。推理设计是利用序列和结构的比较信息创造新的基因和蛋白质,是研究改造蛋白质功能的有效方法。文章着重介绍了基因推理设计在基因体外分子进化中的应用,从简单实用的基因密码偏爱设计,结合多个不同性状相关功能基因信息的基因推理设计,关键功能区域的简并引物设计,位点直接蛋白质重组4个方面进行描述,并综述了该方法近年来的应用。     

蛋白质进化的几种机制

蛋白质进化的几种机制袁红雨,孙毅（河南省信阳阳师范学院生物系,４６４０００）随着分子生物学的迅速发展,越来越多的蛋白质的一级结构被测定,与此同对,电子计算机技术广泛地运用于生物科学,使人们可以运用电子计算机比较蛋白质的氨基酸排列顺序。这种比较已从对不...     

蛋白质共进化分析研究进展

一些对蛋白质活性很重要的残基在进化过程中是高度保守的,另有一些残基通过共进化来维持蛋白质结构和功能上的稳定。由于共进化残基分析可在未知蛋白质结构时,仅依据序列推断残基间的相互作用,因此在蛋白质结构和功能预测上具有重要的研究意义。当前分析共进化残基的方法主要有基于相关系数的方法、基于微扰理论的方法、参数检验法等。然而,由于存在蛋白质系统进化的背景干扰,目前共进化残基分析的精度仍有待进一步提高。本文概述了蛋白质共进化分析的方法及其研究进展,并对其发展趋势进行了预测。     

假基因研究进展

假基因是功能基因的缺陷拷贝，它在序列结构上与功能基因非常相似，但已丧失了正常的蛋白质编码功能．假基因曾被认为是一类典型的非编码“垃圾DNA”，而如今人们发现假基因在基因表达调控和基因组进化过程中发挥着重要作用．从假基因的起源、序列结构特征、假基因的识别、假基因在染色体上的分布、分子进化规律，以及假基因功能等几个方面较为全面地介绍了该领域的最新研究进展．     

点饱和突变技术及其在蛋白质工程中的应用

点饱和突变技术是蛋白质工程中的一门新兴技术,它通过对目的蛋白的编码基因进行改造,短时间内获取靶位点氨基酸分别被其它19种氨基酸替代的突变子。此技术不仅是蛋白质定向改造的强有力工具,而且是蛋白质结构－功能关系研究的重要手段。本文概述了几种常用点饱和突变技术,介绍了其在蛋白质工程中的应用状况,讨论了其在应用中的问题,展望了其应用前景。     

蛋白质定向进化的研究进展

在工业生物催化过程和生物细胞工厂构建方面,蛋白质定向进化被广泛地应用于酶的分子改造.蛋白质定向进化不仅可以针对某一目的蛋白进行改造,还可以改善代谢途径、优化代谢网络、获得期望表型细胞.为了获得更高效的突变效率,快捷、高通量的筛选方法,提高蛋白质定向进化的效果,研究者不断开发蛋白质体内、体外进化方法,取得了新的进展和应用.本文介绍了最近发展的蛋白质定向进化技术的原理、方法及特点,总结了突变文库的筛选方法和蛋白质定向进化的最新应用,最后讨论了蛋白质定向进化存在的挑战和未来发展方向.     

蛋白质人为进化的研究进展

蛋白质人为进化是目前蛋白质工程研究的热点之一.易错PCR、DNA shuffling及高突变菌株的应用,使许多蛋白质在功能上大幅度改善.     

核仁研究新进展

核仁是真核细胞间期核中最显著的结构。其主要功能是进行rRNA的合成和核糖体大、小亚基的装配。然而,近年来的研究提示核仁可能还参与了一系列其他功能活动,如mRNA和tRNA的加工成熟、信号识别颗粒的组装、端粒酶活性和调节细胞周期等。对多个物种核仁蛋白质组数据的分析也显示核仁中具有许多与核糖体生物合成无关以及功能未知的蛋白,表明核仁在组成和功能上远比人们以前的认识复杂。同时,核仁蛋白质组数据的获得也为人们从组学水平研究核仁的起源与进化提供了新视角。该文对近年来在核仁结构、功能、蛋白质/基因组学研究及其起源与进化等方面的进展进行了概述,并探讨了一些有待于进一步研究的问题。     

鸢尾属分子系统发育学研究进展

鸢尾属植物具有重要的观赏价值和经济价值,研究该属属内系统演化关系对该属种质保存、利用和遗传育种具有重要意义。目前,有关鸢尾属各分类单元的系统学关系长期处于争议状态。因此,该文以经典分类系统主要观点为基础,从不同分类单元的系统关系总结了鸢尾属分子系统发育学研究进展。结果表明:现有分子系统发育学研究结果大多支持鸢尾属为并系,且该属存在多个起源,属下的有髯鸢尾亚属、无髯鸢尾亚属均为多系,朱诺鸢尾亚属可分为5个分支,其中朱诺鸢尾组为多系。有髯鸢尾亚属和无髯鸢尾亚属下多个组的分类地位尚未确立。同时,该研究结果显示无髯鸢尾组下的加利福尼亚鸢尾系和金脉鸢尾亚系可能为复合种类群,从而导致近缘种种间形态特征界限模糊。此外,还确立了经典分类系统中部分存疑种的分类地位,如将射干和野鸢尾并入鸢尾属、将蛇头鸢尾和中甸鸢尾分别归入网脉鸢尾亚属和尼泊尔鸢尾亚属等。该文还对鸢尾属起源分布和进化历史等进行了展望,为今后鸢尾属的进一步研究提供了参考。     

基于CiteSpace的金花茶研究知识图谱分析

对金花茶研究领域的文献信息进行知识图谱可视化分析,可以为研究者准确把握该领域的研究进展提供理论参考。该文利用引文分析软件CiteSpace对1979年—2018年金花茶的相关研究成果进行了计量学和可视化分析,绘制知识图谱,揭示金花茶研究的发展和知识结构。结果表明:(1)金花茶的研究逐渐被重视,年均研究文献逐渐增多;载文期刊的所在地主要为广西。(2)虽已形成核心作者群,但核心作者团队之间合作并不紧密;研究机构集中在广西,已形成"研究机构-高校-企业"的合作方式。(3)研究主要经历了三个阶段,即起步探索期(1979年—1985年)、平稳发展期(1986年—2006年)和快速增长期(2007年—2018年)。(4)金花茶化学成分、繁殖技术以及产品研发的研究正在发展为新前沿。金花茶研究中存在一些问题亟需解决,建议加强对金花茶研究的重视,围绕现实需求深入开展金花茶研究,以实现生态与经济协调发展。     

中国哥纳香属(番荔枝科)植物新资料

番荔枝科(Annonaceae)是基部被子植物木兰目(Magnoliales)中较进化且物种数最多的科。目前的系统发育研究将番荔枝科划分为4个亚科,即蒙蒿子亚科(Anaxagoreoideae)、澄光木亚科(Ambavioideae)、番荔枝亚科(Annonoideae)和排石木亚科(Malmeoideae),有107属,2 400多种,中国原产21 属约110 种。番荔枝科泛热带分布,是热带植物区系的优势类群,中国云南盈江位于云南省最西部边境,与缅甸东北部接壤,并与印度的东阿萨姆较近,植物区系处于东南亚(印度—马来西亚)热带生物区系向东亚亚热带-温带生物区系的过渡地带,属典型热带北缘性质,在植被地理和生物地理上十分重要,成为生物多样性保护的关键和热点地区。该区的热带雨林是印度阿萨姆和缅甸北部的热带雨林向东和向北扩散分布的边缘类型,是东南亚热带雨林在纬度和海拔分布上的极限类型。该文报道了采自中国云南省盈江县,引种保存于中国科学院西双版纳热带植物园的番荔枝科哥纳香属2个中国新记录种,即皱叶哥纳香 [Goniothalamus sesquipedalis(Colebr. ex Wall.)Hook. f. & Thomson]和长梗哥纳香(G. peduncularis King & Prain)。Flora of China将盈江哥纳香(G. lii X. L. Hou & Y. M. Shui)处理为云南哥纳香(G. yunnanensis W. T. Wang)的异名,基于活植物观察、馆藏标本和文献研究,该文对盈江哥纳香的分类地位进行了澄清,将其处理为长梗哥纳香的异名。皱叶哥纳香原记载产于印度、孟加拉国和缅甸等地,长梗哥纳香仅产于缅甸,该文对它们进行了补充描述,并提供彩色图版以便于鉴别。凭证标本存放于中国科学院西双版纳热带植物园标本馆(HITBC)。哥纳香属2个新记录的发现,丰富了中国番荔枝科植物多样性的认识,为中国云南热带植物区系属于热带亚洲(印度—马来西亚)植物区系,以及与缅甸北部、印度东北部植物区系的关系增加了例证。     

石山苣苔属(苦苣苔科)花形态演化及分类学意义

石山苣苔属(苦苣苔科)约30种,主要分布于我国南部的石灰岩地区.目前该属已知物种数虽少但花形态极其多样,是该科中分类最为困难的类群之一.基于分子证据,其它8个属中花形态迥异的一些物种被并入石山苣苔属.然而,该属花形态的演化趋势缺乏系统性的研究,传统分类对属的界定与分子系统学研究结果相矛盾的原因,以及是否有形态特征支持新界定的石山苣苔属还不清楚.该研究中,总共编码了19种石山苣苔属植物和9种报春苣苔属植物的35个形态特征,其中包括26个花部形态特征,在分子系统树上追踪了它们的演化路径.结果表明:无论属内还是属间,多数花部形态特征,尤其以往属的分类界定特征,在演化过程中变化频繁且发生了高度同塑性演化,这是导致传统形态分类不自然的关键因素.此外,在观察研究的所有特征中,花丝和柱头的差异可能在石山苣苔属植物共同祖先中经历了演变,或可用于区分石山苣苔属与其姐妹报春苣苔属的大多数种类.因此,在苦苣苔科植物的分类学研究中应当慎用这些花部性状作为分类依据,而且应对形态特征进行广泛地观察研究,在密集的取样和分辨率更高、更可靠的系统树上追踪它们的演化规律.更为重要的是,需要进一步研究导致复杂形态性状演化的内在分子调控机理和外在的自然选择动力,最终更加深入地理解石山苣苔属等典型喀斯特植物的演化过程和机理.     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

体外遗传学方法及应用

体外遗传学是利用核酸分子本身一定的表型（如结合、催化等）在试管中分离筛选特定核酸分子序列进行研究的方法．由于体外遗传学方法改变了自然界缓慢的进化过程,使人为的进化得以简单地实现,同时也使许多核酸功能区的识别和确定由被动变为主动,为进一步探索基因的调控规律及主动地调节生化反应过程提供了有效的手段,近年来体外遗传学方法及在分子生物学方面的应用得到了很大的发展．     

综述: 冷冻超分辨光电融合成像技术 ——新挑战，新机遇

冷冻超分辨光电融合成像技术近年来发展迅速,该技术结合了荧光显微镜特异性标记与冷冻电镜超高分辨率的优势,成为细胞原位结构研究的新手段,有望发展成为下一代成像技术.本文从发展背景、应用领域等几个方面,介绍了冷冻超分辨光电融合成像技术的概况及未来发展前景.     

中国文字衣科（厚顶盘目、子囊菌门）地衣之稀有和新记录种

报道了采自中国的12种稀见的文字衣科（厚顶盘目、子囊菌门）地衣。它们分别隶属于白唇衣属Dyplolabia、刻痕衣属Glyphis、半实衣属Hemithecium、凸唇衣属Platygramme、双实衣属Platythecium和星衣属Sarcographa,其中中国新记录6种。文中每一种地衣均有文字描述、图片和分种检索表。     

红豆杉高产悬浮细胞系建立及其紫杉醇诱导的研究进展

紫杉醇是一种四环二萜酰胺类化合物,是从红豆杉科红豆杉属植物中提取分离出来的次生代谢物,是世界公认广谱、活性强的天然抗癌新药。但直接从植物中提取紫杉醇的传统生产方式,不仅产量低,且会对野生红豆杉资源造成严重破坏,同时紫杉醇的化学全合成也由于其结构复杂而不具备商业价值。与之相反,细胞培养技术具有受外界影响少、生产成本低、次生代谢产物多、细胞生长周期短的优势,是目前最具前景的紫杉醇生产方式。近年来随着科研水平的不断提升,紫杉醇无论在生理代谢调控、关键基因挖掘,还是新药物制剂与剂型及其类似物的开发和运用等方面,都取得了进展,但要建立紫杉醇商业化高产体系,还必须和前人的研究经验相结合。该文对红豆杉高产悬浮细胞系建立及其紫杉醇诱导的研究进展进行了综述,主要包括前人对红豆杉属植物组织与细胞培养相关的外植体、培养基、激素、培养条件、褐化等问题的研究,以及从代谢调节、培养方式、基因工程等多方面提高紫杉醇含量的最新进展,最后总结了当前研究的不足,并对今后通过多种组合方式来提高紫杉醇含量的生产途径进行了展望。以期促进红豆杉组织培养技术的进步,为药用资源保护和利用提供一定的理论基础与生产指导。     

淫羊藿属分类学研究:进展、问题与展望

淫羊藿是我国特有且传统的重要药用植物,逐渐步入大宗品种行列。物种的准确鉴定是药效保障和用药安全的前提,为促进其资源的合理开发和利用,该文对淫羊藿属分类学研究进行系统梳理,并对其中存在的问题及存疑类群进行阐述。淫羊藿属共发表68种,中国58种(85.3%),其中57种为特有分布,具有显著的资源优势。淫羊藿属中国类群的分类学研究较为特殊,共26种集中发表于1990s,共31种(53.4%)为国外研究者命名,且绝大多数依据少量栽培个体命名。由于缺乏广泛的形态调查和性状变异分析,导致大量类群的形态描述不准确或不全面,后续20个类群被归并或降级。依据栽培个体命名的类群是补充描述和分类修订的重点。花色、根茎类型、花茎叶的数量及着生方式等性状在中国类群中存在广泛变异。经分类修订后,该属目前包括46种、1亚种和2变种。淫羊藿属中国组类群仍处于活跃进化中,其形态变异复杂,种间关系无法得到解决,为该属分类的最大挑战。但种质资源的研究和利用需要建立在清晰的分类学基础上。未来研究应基于居群调查,完善各物种的形态描述;在此基础上,整合形态变异特征、地理分布格局和基因序列特征,检测自然种间杂交事件,从而揭示物种的分化和进化历程。