基于细胞亚群调控提升生物合成效率的研究进展

采用合成生物学与代谢工程技术设计与构建微生物细胞工厂是实现化学品绿色生物制造的重要方法。微生物发酵过程中低产细胞亚群和非生产细胞亚群由于代谢负担轻,更加具有生长优势,会降低产物合成的综合效率。目前,基于响应产物浓度的生物传感器,偶联产物合成与生长的细胞亚群调控系统有助于解决这个问题。综述了细胞亚群调控系统设计和构建的常用方法,重点讨论了目前细胞亚群调控系统存在的问题及其解决策略。     

低氧经mTOR/4E-BP1和FoxO1/Atrogin-1通路影响骨骼肌蛋白质积累

低氧暴露对骨骼肌蛋白质合成/分解的影响受到广泛关注,但该过程中相关调控通路的研究仍十分有限。本研究拟通过蛋白质相对积累量来研究合成和分解通路的变化。将骨骼肌细胞置于低氧环境中培养,分别在0 h、6 h、12 h和24 h收集细胞,并进行检测。免疫荧光观察肌球蛋白(myosin),翻译表面感应检测蛋白质合成,Western印迹法测试蛋白质合成相关基因(ERK1/2、p-ERK1/2、mTOR、p-mTOR、4E-BP1、p-4E-BP1)、蛋白质分解相关基因(泛素、FoxO1、p-FoxO1、MuRF1和Atrogin-1)表达量。结果发现,随着低氧干预时间延长,肌纤维直径和骨骼肌细胞中蛋白质相对积累量随时间逐渐减小(P<0.01)。与0 h相比,6 h p-4E-BP1/4E-BP1和Atrogin-1的表达显著上调(P<0.05),p-mTOR表达显著高于0 h(P<0.01);6 h和24 h p-mTOR/mTOR的比值显著大于0 h(P<0.05),而p-FoxO1/FoxO1的比值随时间逐渐减小(P<0.01)。上述结果表明,低氧干预能够使骨骼肌细胞直径减少、骨骼肌细胞蛋白质积累减少,并且低氧打破骨骼肌细胞蛋白质合成和分解的平衡,可能是通过调节mTOR/4E-BP1通路活性和FoxO1/Atrogin-1通路的活性实现的。     

接种丛枝菌根真菌对柑橘生长与次生代谢的影响

为了解丛枝菌根(AM)真菌对根、根系分泌物中次生代谢物和植物生长的影响,以AM真菌(Glomusepigaeum)接种柑橘(Citrusreticulata),对柑橘的酚类物质、抗氧化酶和生长情况进行研究。结果表明,温室盆栽6个月后,接种AM真菌显著提高柑橘酚酸类物质的积累,但是酚酸组分在根和根分泌物中存在差异,根中原儿茶酸和丁香酸含量为29.98和18.32μg/g,分别是未接种的4.58和2.26倍。而根系分泌物中香豆酸、苯甲酸和根皮苷含量为0.36、6.04和12.32μg/g,分别是未接种的1.71、1.94和1.25倍,而香草醛仅在未接种柑橘根中检测到。接种AM真菌的柑橘苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性为38.36、0.51和28.62 U/(g·min),分别是未接种AM真菌的1.99、2.83和3.10倍。同时菌根定殖也显著提高柑橘的株高、茎粗和叶片数。因此,AM真菌定殖能促进植物生长,改变柑橘次生代谢产物的积累。     

库布齐沙漠白沙蒿根际丛枝菌根及其球囊霉素的时空异质性

为探明流动沙地先峰植物白沙蒿(Artemisia sphaerocephala)根际丛枝菌根真菌产球囊霉素时空分布, 在库布齐沙漠选设白沙蒿样地, 于春、夏和秋季分0-10, 10-20, 20-30, 30-40和40-50 cm土层采集土壤样品, 测定其根际丛枝菌根真菌的菌丝侵染率、孢子密度、球囊霉素含量和土壤理化因子, 并系统分析了两两间的相互关系。结果表明: ①白沙蒿和丛枝菌根真菌具有良好的共生关系, 夏季和秋季的真菌菌丝侵染率略高于春季, 夏季平均为89.75%, 秋季平均达到92.37%, 两季的最大值都出现在20-30 cm土层。②白沙蒿根际丛枝菌根真菌活性有明显的空间异质性。真菌孢子密度为1.21-12.31 个·g土-1, 最大值出现在夏季的0-10 cm土层。孢子密度在不同季节有显著差异, 夏季>秋季>春季, 各季都随土层加深而递减。③白沙蒿根际土壤中总球囊霉素含量范围为0.37-1.27 mg·g-1, 易提取球囊霉素含量范围为0.19-0.81 mg·g-1, 两者在各季节最大值都出现在0-10cm土层, 呈现明显的表层土富集性。④球囊霉素与土壤中真菌孢子密度呈极显著正相关, 并和土壤养分及大多土壤酶活性呈显著正相关, 可作为评价土壤丛枝菌根真菌活性和土壤肥力的重要指标。     

糖脂生物表面活性剂——甘露糖赤藓糖醇脂的研究进展

甘露糖赤藓糖醇脂是一种糖脂类生物表面活性剂,主要由霉菌和酵母菌等微生物发酵生产,具有良好表面活性和特殊生物活性,其在食品、医药、化妆品等领域有着潜在的应用前景。近年来,其研究在国外备受关注,而国内却鲜有报道。文中综述了甘露糖赤藓糖醇脂的发酵生产、多样性结构及活性、构效关系、生物合成途径等方面的相关研究,对存在问题进行了分析,并探讨了今后的研究重点。     

抱茎独行菜MUM4基因的克隆及分析

抱茎独行菜(Lepidium perfoliatum L.)为十字花科具典型粘液繁殖体植物,为探究该植物中种皮粘液质基因（MUCILAGE-MODIFIED4,MUM4,该基因在拟南芥中编码NDP-L-鼠李糖合成酶)的功能,通过生物信息学分析设计引物克隆得到抱茎独行菜MUM4基因,命名为LpMUM4。同源比对分析结果表明,LpMUM4与拟南芥AtMUM4基因具有很高的一致性。qRT-PCR结果表明,该基因在抱茎独行菜各组织中均有表达,在角果和根中的表达量最高,且其表达量随角果的发育表现出渐强的趋势。免疫组织化学定位分析表明,LpMUM4基因于角果发育的早期阶段在内珠被和外珠被都有表达,而在外珠被的表皮和亚表皮中表达量更高,至角果发育的最后阶段,其表达集中于表皮和亚表皮层,这可能与抱茎独行菜的外珠被发育成种皮及粘液质的生成有关。将LpMUM4基因转化拟南芥,该基因的过表达对位于粘液质合成途径中的上游基因AtTTG1具有显著的抑制作用。表型比对观察显示,转基因拟南芥与其野生型植株形态无显著差异,这可能是因为抱茎独行菜种皮的发育和粘液质的形成是一个多基因调控的复杂过程,某一基因的过表达或许不会引起明显的表型变化。     

合成生物技术生产甾体激素中间体的研究展望

甾体类药物是销售额仅次于抗生素的世界第二大类药物,不同的甾体药物分子结构均由甾体激素中间体衍生而来。甾体激素中间体的传统生产方法包括植物提取皂素法和化学全合成法,其对环境有害,反应产物结构不唯一且成本较高,不利于工业化生产。目前主要的生产工艺是利用微生物对特殊原料进行转化的半合成法,但会遇到微生物酶转化率低、发酵周期长等问题。合成生物学的出现为构建利用糖为唯一碳源生产甾体激素中间体的人工细胞提供了理论上的可行性和可靠的技术支持。重点综述了合成生物技术在甾体激素中间体生产中的应用,以有利于工业发酵的酿酒酵母、分枝杆菌等为底盘细胞,通过引入外源合成功能模块,实现胆甾醇、雄烯二酮等甾体激素中间体的生物合成,并对合成生物技术在医药生产方式转变中的应用进行了展望,以期推动甾体类药物生物制造技术的进步。     

DNA合成技术及应用

DNA从头合成技术是指以寡核苷酸链为起始的合成DNA片段的技术,其不断进步是合成生物学快速发展的基石之一。常规使用的连接介导的DNA合成技术和PCR介导的DNA合成技术日益成熟,精确合成长度已经达到0．5—1kb。微阵列介导的DNA合成技术不断发展,其低成本、高通量的特点吸引了人们的注意;而酵母体内DNA合成技术的成功探索也为体外DNA合成提供了一种补偿方法。DNA合成在优化密码子用于异源表达、构建异源代谢途径、合成人工基因组以及合成减毒病毒用于疫苗研制等方面有广泛应用。综述了DNA从头合成技术的研究进展,并介绍了DNA合成的前沿应用。     

金纳米粒及其在药物传递系统中的应用研究进展

近年来,随着纳米材料科学的蓬勃发展,金纳米粒由于具有独特的光学和物理性质以及毒性小、比表面积大、表面可功能化修饰、易与药物分子结合等特点,其作为载体在药物传递系统中的应用已引起广泛关注。综述金纳米粒的特性、合成方法、体内分布与毒性以及在不同药物传递系统中的应用研究。     

4种外生菌根真菌吸收氮素营养的特性

该试验利用从我国西南林区分离获得的外生菌根真菌彩色豆马勃(Pisolithus tinct,rius 715)、松乳菇(Lactarius deliciosus)的3个株系为供试菌种,研究它们在离体培养条件下的氮营养吸收特性.结果表明,供试菌株均能较好地吸收3种氮源,其中Pisolithus tinctorius 715的优势氮源为NO3--N,Lactarius delicious-1、Lactarius delicious-2和Lactarius delicious-3的优势氮源为NH4+-N.Lactarius delicious-3吸收NH4+-N和Glu-N的Km和Cmin值最小,能适应低养分的土壤环境,是供试松乳菇株系中吸收NH4+-N和Glu-N效率最高的菌株,因此该菌株对在贫瘠土壤上植树造林可能有一定的应用前景.