微生物复合菌剂的制备

【背景】微生物复合菌剂比单一菌剂更能够在土壤中高效、稳定发挥作用促进作物生长,是微生物菌剂发展的趋势,但是目前对构建微生物复合菌剂的研究不够深入。【目的】研制可显著促进水稻生长的微生物复合菌剂,并构建微生物复合菌剂的数学模型。【方法】将解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens) FH-1与7株植物促生细菌按照生物量1:1的比例复配成微生物复合菌剂,利用水稻盆栽实验筛选高效复合微生物菌剂。利用生化方法对各个菌株的促生特性进行测定。分析植物特征和菌株促生特性间的相关性关系,并据此利用一般线性方程构建复合菌剂的数学模型。【结果】与空白对照CK相比,复合菌剂FN显著提升水稻的苗长20.79%、根长26.67%和鲜重74.84%(P0.05),是7种微生物复合菌剂中综合效果最佳的微生物复合菌剂。偏相关分析结果表明解无机磷能力、产铁载体能力和产ACC脱氨酶能力在促进植物生长过程中可能发挥着更重要的作用。根据菌剂促生特性与植物特征的偏相关性结果,构建了微生物复合菌剂数学模型,预测准确率可达97%以上。【结论】成功研制了高效促进水稻生长的微生物复合菌剂,并构建了微生物复合菌剂的数学模型,可为微生物复合菌剂的研制提供一定的科学指导。     

谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的构建与结构分析

谷氨酸棒状杆菌是一种重要的传统工业微生物,其基因组学和分子遗传操作工具的快速发展使得谷氨酸棒状杆菌具备了作为新型细胞工厂的潜力。但是,相对于大肠杆菌等模式生物,对于棒杆菌的代谢调控研究较少,特别是目前还缺乏谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的研究,这一现状阻碍了谷氨酸棒状杆菌的系统生物学研究和大规模菌种理性设计优化。文中综合应用公共数据库、文献数据库资源,首次构建了谷氨酸棒状杆菌的集成细胞网络,包含1 384个反应,1 276个代谢物,88个调节子,999对转录调控关系。其转录调控可分为5层,代谢网络呈现出清晰的bow-tie结构。文中还以赖氨酸的生物合成为例,提出了一种提取代谢调控子网络的新方法,这对氨基酸等产品高产生物机制的研究和工程菌株的重新设计具有指导意义。     

基于图论和约束优化的异源代谢途径设计方法及应用

构建高产高附加值产品的微生物细胞工厂是代谢工程的研究目标之一,设计高效的产品合成途径是实现这一目标的重要方式.不同微生物底盘因其代谢能力有所差异,故而可以利用的底物和生产的产品范围有限.为了扩大其生产能力,需要进行代谢途径从无到有的设计.传统代谢工程基于经验进行异源途径设计的方式低效且无法确保结果的全面性,而系统生物学...     

粗糙脉孢菌C2H2转录因子家族基因敲除突变体产纤维素酶筛选分析

丝状真菌的木质纤维素水解酶基因的表达很大程度上受到转录水平的调控,对纤维素酶系调控转录因子的研究对提高纤维素酶的产量具有重要意义。为了挖掘纤维素酶表达新调控基因,本研究对粗糙脉孢菌锌指转录因子C₂H₂家族的57株基因敲除突变株在以2%结晶纤维素为唯一碳源的培养条件下进行产纤维素酶水平分析筛选。通过测定发酵液的蛋白、内切β-1,4-葡聚糖酶酶活、外切纤维素酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、木聚糖酶酶活及生物量,发现突变株L-38、L-85、L-40、L-64、L-99、L-07、L-86在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有25%-77%不等的显著提高,而突变株L-87、L-06在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有65%-80%不等的显著降低。这些纤维素酶新调控基因的获得为后续相关表达调控的研究提供了新素材。     

中国在翻译后修饰的生物信息学研究领域的进展与前瞻

翻译后修饰在调控蛋白质构象变化、活性以及功能方面具有重要作用,并参与了几乎所有细胞通路和过程。蛋白质翻译后修饰的鉴定是阐明细胞内分子机理的基础。相对于劳动密集的、耗费时间的实验工作,利用各种生物信息学方法开展翻译后修饰预测,能够提供准确、简便和快速的研究方案,并产生有价值的信息为进一步实验研究提供参考。文章主要综述了中国生物信息学者在翻译后修饰生物信息学领域所取得的研究进展,包括修饰底物与位点预测的计算方法学设计与完善、在线或本地化工具的设计与维护、修饰相关数据库及数据资源的构建及基于修饰蛋白质组学数据的生物信息学分析。通过比较国内外的同类研究,发现优势和不足,并对未来的研究作出前瞻。     

体外苏氨酸循环固碳途径的构建

乙酰CoA是生物体代谢过程中重要的代谢物,也是许多有价值产品合成的前体物质。然而传统途径中通过丙酮酸脱羧生成乙酰CoA碳得率较低,因此构建一条高效的乙酰CoA合成途径具有重要的意义。由于在体外验证文献报道的高碳摩尔得率合成乙酰CoA的苏氨酸循环固碳途径,有较重要的理论意义和应用价值。因此在体外构建了苏氨酸循环固碳途径合成乙酰CoA,通过分段加酶的方式将其在体外进行了验证。在体外验证时,以丙酮酸为底物,则丝氨酸脱氨酶(Tdc B)为循环途径的最后一步反应。结果表明,当加入途径中除丝氨酸脱氨酶之外的酶时,测得的乙酰CoA浓度约1.5 mmol/L,待反应达到平衡时,加入丝氨酸脱氨酶,丝氨酸转化为丙酮酸,丙酮酸再次进入循环,乙酰CoA的量增加了约0.2 mmol/L,由此得出结论在体外苏氨酸循环实现了固碳。     

粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸激酶家族基因敲除库纤维素酶表达分泌研究

【目的】蛋白磷酸化在丝状真菌细胞对外界纤维素酶诱导信号感应以及信号胞内的传导过程中有着重要的作用,而蛋白磷酸化是由蛋白激酶来完成的。为了挖掘在丝状真菌纤维素酶表达过程中发挥重要作用的激酶基因,对粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸家族的61株蛋白激酶单基因突变体的纤维素酶表达分泌情况进行了分析测定。【方法】在以微晶纤维素为唯一碳源的条件下,7株单基因突变体胞外分泌蛋白产量有显著变化,随后,对这7株突变体胞外蛋白进行了详细的SDS-PAGE分析和内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、外切纤维素酶酶活以及木聚糖酶酶活的测定。【结果】突变株W14、W38、W87和W40胞外分泌蛋白含量提高了30%以上,除了突变株W14外,其它突变体的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活分别显著提高了62%、42%和42%。而突变株W85、W26和W46胞外分泌蛋白含量降低了50%以上,相对应的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活也分别下降了86%、75%和84%。【结论】这些关于粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸家族蛋白激酶基因的挖掘,为进一步深入研究蛋白激酶在纤维素酶诱导表达调控中的分子机理奠定了基础。     

代谢工程改造大肠杆菌生产辅酶Q10

辅酶Q10(CoQ10)是一种脂溶性抗氧化剂,具有提高人体免疫力、延缓衰老和增强人体活力等功能,广泛应用于制药行业和化妆品行业。微生物发酵法能可持续性生产辅酶Q10,具有越来越多的商业价值。本研究首先将来自类球红细菌的十聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因(dps)整合到大肠杆菌ATCC 8739染色体上,敲除内源的八聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因(ispB),使内源的辅酶Q8合成途径被辅酶Q10合成途径取代,得到稳定生产辅酶Q10的菌株GD-14,其辅酶Q10产量达0.68 mg/L,单位细胞含量达0.54 mg/g DCW。随后用多个固定强度调控元件在染色体上对MEP途径的关键基因dxs和idi基因以及ubiCA基因进行组合调控,将辅酶Q10单位细胞含量提高2.46倍(从0.54到1.87 mg/g)。进一步引入运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis的Glf转运蛋白代替自身的磷酸烯醇式丙酮酸:碳水化合物磷酸转移酶系统(PTS),使辅酶Q10产量进一步提高16%。最后,对高产菌株GD-51进行分批补料发酵,辅酶Q10产量达433 mg/L,单位细胞含量达11.7 mg/g DCW。这是目前为止文献报道的大肠杆菌产辅酶Q10最高菌株。     

利用原生质体融合技术选育淀粉发酵产DHA的新型裂殖壶菌

以生产DHA的裂殖壶菌(Schizochxtrium)B4D1和黑曲霉(Aspergillus niger)CGMCC 3.316为出发菌株,利用原生质体融合技术选育可以利用淀粉发酵生产DHA的新型裂殖壶菌。用裂解酶制得了两亲本的原生质体,通过研究两亲本培养时间、培养方法、酶解时间等条件对原生质体产量影响的基础上,以PEG介导进行了原生质体的融合,最终确定了原生质体融合最佳条件为40%的PEG6000,融合温度30℃,融合时间为10 min,在此条件下融合率可达1.9%。通过比较菌落外观、颜色、形态以及分离培养筛选获得了一株利用淀粉裂殖壶菌融合子。经过RAPD验证表明B4D1与CGMCC 3.316发生了重组,融合菌株表达了更多源于B4D1的遗传信息。     

塔里木河中下游流域棉田及胡杨林土壤细菌群落结构及多样性研究

【背景】新疆绿洲生态系统的大规模农垦开发对当地生态环境产生了一系列影响,评估农业活动对新疆地区原始生态土壤细菌群落的影响对合理利用土地、开发农业资源具有指导意义。【目的】通过研究塔里木河中下游流域受农垦开发影响的棉田及未经历土地开垦的胡杨林土壤细菌群落结构及多样性的变化,探究农垦开发活动对土壤微生态的影响。【方法】利用国标法测定塔里木河中下游流域绿洲棉田及原始胡杨林全氮、总盐、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH等土壤理化性质;提取土壤总DNA,通过PCR扩增建立文库,用新一代Illumina HiSeq 2500测序技术对土样DNA进行16SrRNA基因(V4区)高通量测序;利用生物信息学分析细菌群落的α多样性(包括Chao1、Observed species、Phylogenetic diversity (PD)、Shannon、Simpson和Good’s coverage指数)、β多样性在两地的变化,基于线性判别分析流程[Lineardiscriminantanalysis(LDA)effectsizepipeline,LEfSe]分析在两地具有显著差异的细菌分类单元;结合土壤理化参数、群落功能预测分析可能影响两地细菌群落结构变化的主要因子。【结果】土壤基本理化性质分析:绿洲棉田与原始胡杨林相比,全氮、碱解氮、总盐、pH含量显著增加,土壤盐含量与全氮、碱解氮和pH呈显著正相关(P0.05);细菌多样性分析:α多样性指数Chao1、Observedspecies和PD在棉田样品中均显著低于胡杨林样品,Shannon指数差异虽不显著,但是也表现出同样的变化趋势;细菌群落组成分析:两组样品中的优势细菌依次为α-变形杆菌纲、放线菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、γ-变形菌纲、β-变形菌纲、δ-变形菌纲、绿弯菌门、厚壁菌门、浮霉菌门、泉古菌门和硝化螺旋菌门(丰度1%);差异分析的结果显示,新疆绿洲棉田土壤中显著富集的微生物主要包括酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、黄杆菌纲、α-变形菌纲、γ-变形菌纲中的一些物种,以及泉古菌门中的Candidatus Nitrososphaera;新疆原始胡杨林土壤中显著富集的微生物主要包括绿菌门、δ-变形菌纲以及变形菌门中的其他物种,还包括泉古菌门中的Nitrosopumilus。主坐标分析(PCoA)结果显示,棉田生态系统的土壤细菌群落结构能够与胡杨林生态系统的群落结构明显分开,且前者的细菌群落结构一致性更高。功能预测结果显示,绿洲棉田的硝化作用显著高于原始胡杨林。冗余分析(RDA)结果表明全氮含量对细菌群落结构有显著影响。【结论】在长期耕种施肥等人为因素干扰下,绿洲棉田土壤细菌多样性和群落结构发生明显改变,细菌α多样性明显低于原始胡杨林,细菌β多样性差异减弱,同时一些与植物生长密切相关的细菌类群,如放线菌、硝化细菌等显著富集。该研究可为新疆绿洲棉田生态系统的开发利用现状提供数据参考。