表观遗传修饰在作物重要性状形成中的作用

表观遗传修饰是指染色体DNA和组蛋白上的化学修饰,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA。在不改变DNA序列的情况下,这些修饰可以通过改变染色质状态来影响遗传信息的表达,并具有可遗传性,对植物的生长发育具有重要的调控作用。当特定的表观遗传修饰发生改变时,农作物可以获得优异的表型、更强的环境适应性,因此人为改变表观遗传修饰有望获得更适于农业生产的优质种质资源。本文综述了植物表观遗传修饰的主要类型及其在作物重要性状的形成和环境胁迫响应中的相关研究进展,总结了表观遗传学应用于作物改良必须解决的主要问题,以期在表观遗传修饰层面为作物的育种改良提供新思路。     

表观遗传调控植物分枝/分蘖研究进展

分蘖是禾本科植物特有的分枝类型, 是影响作物产量的关键因素之一。分枝/分蘖数由叶腋处侧生分生组织的数量和侧芽的活性共同决定。表观遗传修饰调控植物生长发育的各个方面, 但是如何调控植物的分枝/分蘖数还未见系统报道。该综述归纳了表观遗传调控侧生分生组织的形成和侧芽向外生长两个方面, 并展望了表观遗传在调控植物分枝/分蘖中的研究方向, 以期为通过表观遗传修饰改良作物品种的育种途径提供理论指导。     

丝状真菌次级代谢产物生物合成的表观遗传调控

丝状真菌产生的次级代谢产物是新药的重要来源之一,其生物合成过程受到众多因素的调控。最近的研究表明,表观遗传对多种丝状真菌次级代谢产物的生物合成具有调控作用。DNA和组蛋白的甲基化与乙酰化修饰是目前所知的丝状真菌主要的表观遗传调控形式。通过过表达或缺失相关表观修饰基因和利用小分子表观遗传试剂改变丝状真菌染色体的修饰形式,不仅可以提高多种已知次级代谢产物产量,而且可以通过激活沉默的生物合成基因簇诱导丝状真菌产生新的未知代谢产物。丝状真菌表观遗传学正逐渐成为真菌菌株改良的新策略以及挖掘真菌次级代谢产物合成潜力的强有力手段。     

长链非编码RNA相关表观遗传修饰在癌症中的进展*

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度大于200 nt的RNA分子,编码蛋白质的功能有限,但其功能多样且复杂。已有研究报道lncRNA与肿瘤的发展进程密切相关,lncRNA可以通过不同方式参与细胞内生物学进程的调控,是潜在的癌症调节因子,其中,调节表观遗传修饰水平是其影响癌症进程的主要手段;癌症发病过程中细胞内存在着不同程度的表观遗传修饰,其主要为包括甲基化、乙酰化、磷酸化、糖基化、泛素化等修饰方式在内的DNA修饰、RNA修饰以及蛋白质的翻译后修饰,在癌症的不同阶段其修饰的异常程度不同,从而影响肿瘤发生的生物学进程。研究表明,lncRNA可以通过自身修饰或参与其他生物大分子的表观遗传修饰进程参与癌症的发生发展。因此,回顾了lncRNA所参与的表观遗传修饰形式和lncRNA在表观遗传修饰方面所起到的作用,并概述了lncRNA通过影响表观遗传修饰水平从而调控癌症进程的方法。旨在总结癌症细胞内表观遗传修饰方面所涉及lncRNA的研究进展,为癌症诊断和治疗提供潜在的靶标和生物学标志物。     

肿瘤表观基因组学研究进展

多年来遗传学改变一直是肿瘤研究的焦点,近来人们越来越认识到异常表观遗传修饰在肿瘤形成中所起的重要作用。表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰等,其变异会导致基因转录异常。表观基因组学是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。文章主要介绍目前已知的肿瘤表观基因组学相关内容,阐述表观遗传修饰与肿瘤的紧密关系及异常表观遗传修饰作为生物标记在肿瘤诊断、预后及治疗方面的最新研究进展。     

综述与专论：表观遗传修饰调控阿尔茨海默病的研究进展

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种临床上常见的以进行性认知功能障碍和记忆减退为主要特征的神经退行性疾病。近些年研究发现，表观遗传修饰如DNA修饰、组蛋白修饰、RNA修饰及非编码RNA在Aβ沉积、Tau蛋白过度磷酸化、神经再生、突触可塑性和认知功能中发挥不同程度的调控作用，进而改善或加剧AD病理进程。临床数据表明表观遗传修饰的改变与AD风险呈显著相关性，运用药物、物理刺激、si RNA等干预手段在AD动物模型中改变表观遗传修饰水平可改善AD病理和认知能力。本文综述了不同的表观遗传修饰在AD中的调控作用，为进一步理解AD的表观遗传学机制及通过干预表观遗传修饰改善或治疗AD的可行性提供理论依据。     

表观遗传调控在糖尿病及其并发症中的作用

表观遗传(epigenetics)是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变．表观遗传调控过程十分复杂,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA(miRNA)等．糖尿病是一种慢性代谢性疾病,常伴随大血管和微血管并发症．糖尿病的发生、发展不仅取决于遗传因素,而且也受到表观遗传修饰的调控．因此,对表观遗传调控的研究将为糖尿病及其并发症的预防和治疗提供新的思路和方法．     

表观遗传修饰与肿瘤

肿瘤的形成受遗传学修饰和表观遗传修饰的影响。长期以来人们一直认为基因突变参与肿瘤的形成,近年来越来越多的证据表明,表观遗传修饰在肿瘤进展中同样具有非常重要的作用。表观遗传调控可以影响基因转录活性而不涉及DNA序列的改变。本文介绍了肿瘤发生发展过程中出现的表观遗传修饰异常,以及通过干预表观遗传修饰治疗肿瘤的应用前景。     

精子表观遗传修饰及其在胚胎发育过程中的潜在作用

精子发生(Spermatogenesis) 是一高度复杂的过程, 包括有丝分裂、减数分裂和精子形成。精母细胞经过独特而广泛的染色质与表观遗传修饰重塑之后, 最终分化产生了具有特定表观遗传修饰的精子。最近研究表明, 成熟精子中的表观遗传修饰在发育的胚胎中发挥了重要作用, 其表观遗传模式的改变会导致某些疾病风险提高, 如受精失败、胚胎发生机能障碍、早产、出生体重低、先天畸形、新生儿死亡以及其他在辅助生殖技术后代中发现的发生频率较高的妊娠相关并发症。文章通过评价成熟精子中DNA甲基化、保留组蛋白修饰、RNAs和精蛋白等表观遗传修饰的重要意义及其在胚胎发育过程中的潜在作用, 阐述了成熟精子中改变的表观遗传修饰与相关疾病之间的关系, 为不育症的防治、精子表观遗传质量评价以及降低辅助生殖技术后代表观遗传疾病风险等提供基础资料。     

表观遗传修饰在调控寿命中的作用

表观遗传修饰是生命现象中普遍存在的一类基因调控方式,主要包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化等,通常协同调控基因表达。端粒是位于真核生物染色体末端的保护性结构,在端粒以及亚端粒区域中也存在丰富的表观遗传修饰。随着研究深入,发现表观遗传修饰在调控寿命过程中扮演着重要角色,而揭示衰老的有关机制有助于我们找到延长寿命的方法,具有重大的生物学意义和临床应用前景。     

Genome-scale genetic engineering in Escherichia coli

Genome engineering has been developed to create useful strains for biological studies and industrial uses. However, a continuous challenge remained in the field: technical limitations in high-throughput screening and precise manipulation of strains. Today, technical improvements have made genome engineering more rapid and efficient. This review introduces recent advances in genome engineering technologies applied to Escherichia coli as well as multiplex automated genome engineering (MAGE), a recent technique proposed as a powerful toolkit due to its straightforward process, rapid experimental procedures, and highly efficient properties.     

A high-throughput screen for hyaluronic acid accumulation in recombinant Escherichia coli transformed by libraries of engineered sigma factors

Hyaluronic acid (HA) is an important biomaterial with functional medical and cosmetic applications. As its synthesis has been recently reported in recombinant bacteria, it is of interest to develop a high throughput screening method for the rapid isolation of HA accumulating strains transformed by combinatorial libraries. Here we report a novel two-step screening strategy to select for better HA-producing recombinant Escherichia coli strains transformed by mutation libraries of rpoD and rpoS, coding for the sigma(D) and sigma(S) factors of the RNA polymerase, respectively. The first screen, based on translucent colony morphology identification, was used to qualitatively distinguish HA-producing strains on agar plates from non-HA producing strains that exhibit dense colony morphology. The second screen was based on the photometric measurement of an alcian blue staining solution that precipitates with HA, creating an inverse relationship between HA concentration and alcian blue absorbance. The color attenuation fitted a second-order polynomial between HA concentration and OD(540) absorbance. Using the alcian blue absorbance quantification, 74 translucent colonies from the HA-rpoD library and 78 translucent colonies from the HA-rpoS library were isolated and cultured for optimal strain selection. Three representative superior recombinants with high, medium and low increase of HA accumulation, respectively, were identified by the screen from the HA-rpoD and HA-rpoS mutant library. Further flask culture confirmed that results of the library screen were reliable and the superior recombinant D72 highly accumulated HA of 561.4 mg/L with a productivity of approximately 265 mg HA/g dry cell. Sequencing results showed that the mutant rpoD gene in D72 is in a truncated protein that lacks the conserved regions 3 and 4 of the sigma(D). Generally, this two-step high throughput screen presents a promising strategy for selecting superior HA-producing strains from large scale mutation libraries.     

丁醇产生菌育种研究进展

生物丁醇产业因发酵法的产量、产率和比例低等原因受到限制。菌种改良是解决问题的一个重要和根本的策略。诱变育种仍然是工业育种的主要方法,复合诱变和理性化筛选更有效。基因工程育种对丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌丁醇合成途径进行改造和构建优化,还可改造途径外影响合成的其它基因,以获得高产菌株,发展最为迅猛,但效果仍低于诱变育种。今后的菌种改良方向仍为提高产量和比例。     

有机磷农药降解菌及其基因工程研究新进展

有机磷农药是目前我国使用量最大的农药,对农业的发展有重要的作用,但同时造成了严重的环境污染.利用微生物及其产生的降解酶来降解农药是行之有效的方法.随着分子生物学技术的深入利用,农药的微生物降解已在基因工程领域取得了很大进展.本文综述了有机磷农药降解微生物的筛选、降解酶和基因的克隆、基因工程菌的构建以及应用等几个方面的研究进展.     

微生物发酵生产丁二酸研究进展

丁二酸是微生物三羧酸循环中重要的代谢中间产物,广泛用于生物高分子、食品与医药等行业,市场潜在需求量巨大。文中从3个方面归纳了国内外生物基丁二酸研究进展：能够过量积累丁二酸的微生物的发现和筛选,产丁二酸工程菌构建中所采用的基因工程策略及代谢工程技术,丁二酸发酵过程控制与优化。最后,讨论了微生物法生产丁二酸今后的研究方向。     

产顺,顺-粘康酸细胞工厂的构建与优化

顺,顺-粘康酸是重要的平台化学品。目前,生物合成顺,顺-粘康酸还缺乏高性能菌株,已报道的主要工程菌株不仅需要诱导表达,遗传不稳定,而且发酵培养基组分复杂,不利于大规模工业化生产。构建能利用简单无机盐培养基、遗传稳定且不需要诱导表达的新型工程菌受到人们的关注。本研究在实验室前期构建的产三脱氢莽草酸工程菌株WJ060中,整合合成顺,顺-粘康酸的3个外源基因(aro Z、aro Y、cat A),并且利用3个不同强度的组成型启动子进行组合调控,成功构建了27株顺,顺-粘康酸工程菌,得到的最优工程菌MA30的产量达到1.7 g/L。为了进一步提高顺,顺-粘康酸工程菌的生产能力,利用基因组复制工程构建突变体库,结合高通量筛选方法,经过两轮筛选,成功筛选到了顺,顺-粘康酸产量提高超过8%的大肠杆菌MA30-G2。利用5 L发酵罐进行分批补料发酵,MA30-G2的顺,顺-粘康酸产量达到了11.5 g/L。本研究采用组合调控和高通量筛选相结合的策略不仅促进了顺,顺-粘康酸的生物合成,同时也为其他生物基化学品的生物制造提供了重要参考。     

微生物发酵产光学纯度D-乳酸研究进展

D-乳酸作为一种重要的手性中间体和聚乳酸合成的原料,其生产已越来越受到人们的重视。然而,低光学纯度D-乳酸在很多领域的应用都受到限制。微生物发酵法能够生产高光学纯度的D-乳酸。除了乳酸生产的传统菌株-乳酸细菌,研究者们还通过基因工程的手段不断探索其它种属菌株利用更廉价的可再生资源高产光学纯度D-乳酸的可行性。介绍了D-乳酸的物化性质及其在工业生产、化学加工和聚乳酸合成中的应用,并详细综述了国内外发酵法生产光学纯度D-乳酸的最新研究进展,着重介绍了采用基因工程育种策略提高菌株的D-乳酸产量、转化率、生产强度以及光学纯度,降低副产物的合成,扩大底物利用范围的研究成果。所涉及的菌株包括:乳酸细菌、大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌以及酵母等。这些研究表明,应用基因工程手段改造生产菌株的代谢途径是选育D-乳酸发酵生产菌株的发展趋势。最后还对D-乳酸发酵生产的前景进行了展望。     

氨基酸生物传感器的开发及应用研究进展

氨基酸是蛋白质的基本组成单元,对人和动物的营养健康十分重要,广泛应用于饲料、食品、医药和日化等领域。目前,氨基酸主要通过微生物发酵可再生原料生产,氨基酸产业是我国生物制造的重要支柱产业之一。氨基酸菌株主要通过随机诱变和代谢工程改造结合筛选获得。菌株生产水平进一步提高的核心限制之一是缺乏高效、快速和准确的筛选方法,因此,发展氨基酸菌株的高通量筛选方法对关键功能元件挖掘及高产菌株的创制筛选至关重要。本文综述了氨基酸生物传感器的设计,及其在功能元件、高产菌株的高通量进化筛选和代谢途径动态调控中的应用研究进展,讨论了现有氨基酸生物传感器存在的问题和性能提升改造策略,并展望了开发氨基酸衍生物生物传感器的重要性。