CRISPR/Cas9在放线菌合成生物学研究中的应用和发展

放线菌是活性天然产物和抗生素药物的重要来源。利用合成生物学高效地开发其中丰富的天然产物资源,将为加速新药开发奠定坚实的基础。CRISPR/Cas9作为一种多功能基因编辑系统,因其便捷高效而被广泛应用于真核生物的遗传操作。但在原核生物尤其是放线菌中的应用仍处于起步阶段,机遇和挑战并存。本综述总结了目前CRISPR/Cas9系统在放线菌基因编辑和调控,以及活性天然产物的产量提升、生物合成机制解析和资源开发等方面的研究进展。同时,也对该系统在应用中面临的包括重组修复效率低,以及靶向切割效率不足等关键挑战进行了分析,并提出了相应的优化解决方法。随着CRISPR/Cas9在放线菌应用中的不断完善和发展,将极大地推动放线菌的合成生物学研究,促进其中天然产物资源的有效挖掘和应用开发。     

不同行为表现的蜜蜂脑部多巴胺及其受体基因的检测分析

【目的】对不同行为表现的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂脑部多巴胺及其受体基因进行检测。【方法】从蜜蜂观察箱中采集不同行为表现的工蜂,解剖其脑部,用高效液相色谱-电化学检测器和实时荧光PCR仪分别检测多巴胺含量和受体基因相对表达量,并进行计算分析研究。【结果】建立了不同行为表现的蜜蜂脑部多巴胺及受体基因的研究方法。意大利蜜蜂哺育蜂脑部的多巴胺含量与新出房工蜂、采集蜂、休息状态下的工蜂存在显著差异。多巴胺受体1基因及多巴胺转运体基因在哺育蜂脑部处于高表达状态,4种不同分工的意大利蜜蜂脑部多巴胺受体2基因、受体3基因相对表达量差异不显著。【结论】多巴胺与蜜蜂不同行为表现密切相关,多巴胺受体1基因与转运体基因可能参与蜜蜂哺育行为。     

基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术研究进展及其在植物中的应用

CRISPR/Cas9技术是利用RNA靶向引导Cas9核酸酶对基因组中的目标基因进行编辑的生物技术。近年来, 该技术的多种新型基因编辑器更新迅猛, 编辑效果愈加精细和高效, 在作物定向分子设计育种中展现出巨大的应用前景。该文对CRISPR/Cas9及其相关编辑器的技术原理、编辑效果和应用情况进行综述, 并探讨了该技术在应用中面临的问题、应对措施和发展前景, 旨在为相关领域的科研工作者提供参考。     

叉角厉蝽触角转录组及嗅觉相关基因分析

叉角厉蝽Eocanthecona furcellata是一种在生物防治方面有重要作用和潜力的捕食性天敌昆虫,触角是昆虫进行信息交换的重要器官,而嗅觉相关基因则是调控天敌昆虫捕食行为的重要分子基础。为获得叉角厉蝽触角转录组数据库,挖掘叉角厉蝽嗅觉相关基因,本研究利用Illumina高通量测序平台对叉角厉蝽雌雄成虫与5龄若虫触角进行转录组测序。成功构建了叉角厉蝽触角转录组,获得了67 843条unigenes,N50长度为2 300 bp。与七大公共数据库比对注释到27 686条unigenes,其中NR数据库注释最多(33.33%),且与茶翅蝽Halyomorpha halys相似度最高(64.20%)。14 258条注释到GO数据库中,分为生物过程、细胞组分和分子功能3个大类42个亚类;KEGG代谢途径分析表明,7 703条形成282条代谢通路,其中被注释在信号传导通路中的unigenes最多(11.50%)。进一步基因注释分析,鉴定得到134个候选嗅觉相关基因,32个化学感应蛋白基因(Chemosensory protein genes,CSP),10个气味结合蛋白基因(Odorant binding protein genes,OBP),21个气味受体基因(Gustatory receptor genes,GR),48个嗅觉受体基因(Olfactory receptor genes,OR),17个离子型受体基因(Ionotropic receptor genes,IR),6个感觉神经元膜蛋白基因(Sensory neuron membrane protein genes,SNMP)。通过比较叉角厉蝽5龄若虫、雌雄成虫触角转录组,共筛选出7 324个差异表达基因,分析发现5龄若虫与成虫间的差异表达基因较多,雌雄成虫之间差异表达基因较少;利用FPKM值对OBP与CSP基因进行表达量分析发现,大部分OBP与CSP的表达量在雌雄间差异不大,而若虫与成虫相比基因表达量差异较大,除少部分基因在5龄若虫中高表达外,其余大部分基因均在雌雄成虫间高表达。本研究获得了叉角厉蝽触角转录组数据,并鉴定出候选嗅觉相关基因,结果为进一步研究叉角厉蝽的嗅觉感受机制及昆虫化学生态奠定分子基础。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在丝状真菌中的应用

随着对丝状真菌基因水平研究的不断深入,CRISPR/Cas9技术作为先进的基因编辑技术,已被广泛应用于丝状真菌的基因编辑。探究了CRISPR/Cas9系统在不同丝状真菌中的应用情况,主要从sgRNA的构建与表达、Cas9蛋白的改造与表达、不同的DNA双链断裂修复（DNA double-strand break,DSB）方式等方面进行概述,并对编辑效率、脱靶效应进行总结,旨在为今后丝状真菌中CRISPR/Cas9系统的构建及改良提供思路。     

矮珍珠硝酸盐转运蛋白基因GeNRT2.1的克隆和功能研究

硝酸盐转运蛋白（nitrate transporter,NRT）是植物识别、吸收和转运硝酸盐的关键蛋白,对促进作物根系发育、提高产量具有重要作用。通过筛选水生植物,利用NRT蛋白的保守区设计简并引物,并通过PCR和RACE技术,首次从矮珍珠（Glossostigma elatinoides）中克隆得到GeNRT2.1基因。进化分析结果表明,GeNRT2.1与烟草NRT2.1在进化关系上距离最近。qRT-PCR结果表明,GeNRT2.1在矮珍珠根中表达量最高,其次是叶和茎,此外,低浓度硝酸盐（0.5 mmol·L^-1）处理后,GeNRT2.1在根、叶、茎中的表达量分别是高浓度硝酸（2 mmol·L^-1）处理后的1.89、1.93和2.07倍。功能互补实验发现,GeNRT2.1能使缺陷型酵母Δynr恢复生长,具有硝酸盐转运蛋白的功能。通过丰富NRT基因资源,以期为培育氮肥高效利用转基因作物,发展绿色农业,保证我国的粮食安全和环境安全提供理论依据。     

CRISPR/Cas系统的分类及研究现状

CRISPR技术作为一种新型的基因编辑技术,被广泛应用于微生物、动物和植物领域。对CRISPR/Cas系统的起源、分类特点等进行了阐述,重点梳理了CRISPR/Cas系统分类的发展历程,并根据最新分类方法,介绍了不同类型的CRISPR/Cas系统的作用机制、内部不同蛋白的作用特点及应用与发展,以期探寻更多的CRISPR/Cas系统,扩大该系统的应用领域。     

转基因玉米生物育种技术的专利分析及产业发展建议

通过研究转基因玉米育种技术的专利文献,可分析各国转基因玉米生物育种技术的发展趋势、研发领域的分布、跨国种业集团的产业布局。利用MS Excel和Innography等分析软件,采用图表分析方法对世界转基因玉米生物育种的专利文献进行定性分析和定量分析。结果发现,中国是转基因玉米生物育种的主要研发国家之一,其中基因编辑技术处于领先地位;我国创新主体仍以大专院校、科研院所为主,缺乏科研成果的转化动力,需要加大对转基因技术产业的扶植力度和知识产权服务。研究结果旨在为研究者确定研究方向、跟踪竞争对手的研究进展、分析跨国种业集团的产业布局、制定产业发展政策等提供参考建议。     

一种基于配体肽的CRP荧光检测探针的研制

C反应蛋白（C-reaction protein,CRP）是反映机体炎症的有效标志物,早期检测是判断炎症相关疾病的关键,因此,研制CRP新型检测制剂具有重要意义。利用噬菌体表面展示技术对CRP特异性亲和配体进行了筛选,采用固相肽合成技术对目标配体进行了合成,并经生物标记、高效液相色谱法（high performance liquid chromatography,HPLC）分析及质谱（mass spectrometry,MS）鉴定,成功制得检测CRP的荧光探针。经3轮筛选、ELISA检测、重组噬菌体测序及序列比对后得到1个目标配体肽：S-P-H-N-R-S-N-L-V-Q-E-L;经肽合成及生物标记获得1种CRP荧光探针：FITC-（Acp）-S-P-H-N-R-S-N-L-V-Q-E-L。研究结果为CRP的有效检测提供了一种新型制剂。     

Development of Oryza rufipogon and O. sativa Introgression Lines and Assessment for Yield-related Quantitative Trait Loci

Introgression lines population was effectively used in mapping quantitative trait loci （QTLs）, identifying favorable genes, discovering hidden genetic variation, evaluating the action or interaction of QTLs in multiple conditions and providing the favorable experimental materials for plant breeding and genetic research. In this study, an advanced backcross and consecutive selfing strategy was used to develop introgression lines （ILs）, which derived from an accession of Oryza rufipogon Griff. collected from Yuanjiang County, Yunnan Province of China, as the donor, and an elite indica cultivar Teqing （O. sativa L.）, as the recipient. Introgression segments from O. rufipogon were screened using 179 polymorphic simple sequence repeats （SSR） markers in the genome of each IL. Introgressed segments carried by the introgression lines population contained 120 ILs covering the whole O. rufipogon genome. The mean number of homozygous O. rufipogon segments per introgression line was about 3.88. The average length of introgressed segments was approximate 25.5 cM, and about 20.8% of these segments had sizes less than 10 cM. The genome of each IL harbored the chromosomal fragments of O. rufipogon ranging from 0.54% to 23.7%, with an overall average of 5.79%. At each locus, the ratio of substitution of O. rufipogon alleles had a range of 1.67-9.33, with an average of 5.50. A wide range of alterations in morphological and yield-related traits were also found in the introgression lines population. Using single-point analysis, a total of 37 putative QTLs for yield and yield components were detected at two sites with 7%-20% explaining the phenotypic variance. Nineteen QTLs （51.4%） were detected at both sites, and the alleles from O. rufipogon at fifteen loci （40.5%） improved the yield and yield components in the Teqing background. These O. rufipogon-O, sativa introgression lines will serve as genetic materials for identifying and using favorable genes from common wild rice.