定点突变提高解淀粉芽孢杆菌JP-21脲酶应用特性

氨基甲酸乙酯(Ethylcarbamate,EC)是一种存在于发酵食品和酒精饮料中的可致癌物,过量摄入可能会影响人体健康。酶法降解是减少发酵食品中氨基甲酸乙酯及其前体尿素含量的有效方法之一。脲酶具有氨基甲酸乙酯水解酶和尿素酶两种活性,因此在减少发酵食品中氨基甲酸乙酯及其前体尿素方面具有良好的应用前景。目前脲酶降解发酵酒精饮料中氨基甲酸乙酯面临的主要问题是脲酶对氨基甲酸乙酯的催化活性及亲和力较低,因而其降解效果不理想。文中成功在大肠杆菌Escherichia coli中表达了来源于解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens JP-21的脲酶,表达水平为尿素酶3 291.74 U/L,氨基甲酸乙酯水解酶227.26 U/L。通过模拟脲酶中催化亚基UreC与氨基甲酸乙酯对接的结构,确定了M326和M374这两个影响酶与底物结合的位点。采用点饱和突变获得了3株氨基甲酸乙酯水解酶活性提高的突变体M374A、M374T和M326V,以EC为底物时的Km分别为101.84mmol/L、129.49 mmol/L和121.67 mmol/L,比野生型分别降低了37.47%–50.82%。突变体可以降解黄酒中97%的尿素,M374T对黄酒中EC的降解效果最好,可将黄酒中EC从513.90μg/L降至393.57μg/L,降解率是野生脲酶的1.97倍。研究结果对今后改造脲酶催化特性和改善其应用特性具有重要意义,可为开发减控发酵食品中的微生物代谢氨(胺)类危害物策略提供参考。     

外源EBR对NaCl胁迫下燕麦幼苗无机离子吸收、运输和分配的影响

为了探讨外源2,4-表油菜素内酯(2,4-epibrassinolide,EBR)诱导燕麦(Avena sativa L.)幼苗抗盐性的效果及其生理调节机制,以"青引2号"和"加燕2号"燕麦为材料,研究NaCl胁迫下施用外源EBR对燕麦幼苗无机离子吸收、运输和分配的影响。结果表明:100mmol·L-1NaCl胁迫下,"青引2号"和"加燕2号"燕麦幼苗叶片和根系中的Na+、Cl-含量均显著升高,对阳离子的吸收产生了拮抗作用,导致燕麦幼苗叶片和根系中的K+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Zn2+、Cu2+含量显著降低,离子稳态平衡被打破;100 mmol·L-1NaCl胁迫下,施用0.01μmol·L-1外源EBR后,"青引2号"和"加燕2号"燕麦幼苗叶片和根系中的Na+和Cl-含量显著降低,促进了燕麦幼苗根系对K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+和Zn2+的吸收,叶片和根系中K+/Na+、Cl-/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、Fe2+/Na+、Mn2+/Na+、Cu2+/Na+和Zn2+/Na+显著升高,并且有效调控燕麦幼苗体内无机离子的运输比和阳离子的运输选择性比率,离子稳态重新达到平衡状态;说明外源EBR能够缓解NaCl胁迫下Na+和Cl-对燕麦幼苗所造成的离子毒害作用,有效调控燕麦幼苗对无机离子的选择性吸收、运输和分配,对维持燕麦幼苗体内的离子稳态平衡具有正向调控作用。     

‘培矮64S’与其eui突变体‘长选3S’穗颈节间蛋白质组差异分析

为从蛋白质表达水平了解长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间伸长机理,该研究以长穗颈(EUI)温敏核不育水稻‘长选3S’为材料,温敏核不育水稻‘培矮64S’为对照,采用固相pH梯度双向凝胶电泳和质谱分析方法,对2个水稻材料抽穗前2 d的穗颈节间蛋白质进行分离,并进行差异蛋白质组学的比较研究。结果表明:(1)获得了分辨率和重复性较好的双向凝胶电泳图谱。(2)对40个差异蛋白质点进行MALDI-TOF-TOF-MS肽质谱指纹图谱分析,成功鉴定其中27个差异蛋白质点;与‘培矮64S’相比,‘长选3S’中有17个上调表达和10个下调表达的蛋白质。(3)差异蛋白质按照其功能可分为6类,其中主要是与细胞代谢相关蛋白,其次是与细胞壁重建相关蛋白;并且这些差异蛋白质可能与‘长选3S’抽穗期穗颈节间剧烈伸长生长有关,尤其是细胞壁重建相关蛋白与细胞的伸长密切相关。(4)实时荧光定量PCR对随机挑选的蛋白点2、7、8、24、35和36所对应的基因在两个材料最上节间的表达结果显示,‘长选3S’的2(Os10g08550)、7(Os12g42876)、8(Os01g55830)基因的表达量较‘培矮64S’明显下调,而24(Os06g48760)、35(Os05g25850)、36(Os07g42300)基因的表达量较‘培矮64S’显著上调,表明q-PCR的结果与蛋白凝胶图分析结果一致。研究认为,水稻eui基因可能是通过调节抽穗期穗颈节间这些蛋白质的表达,从而促进穗颈节间细胞分裂,尤其是细胞的伸长生长。     

水稻粒长QTL定位与主效基因的遗传分析

该研究利用短粒普通野生稻矮杆突变体和长粒栽培稻品种KJ01组配杂交组合F_1,构建分离群体F_2;并对该群体粒长进行性状遗传分析,利用平均分布于水稻的12条染色体上的132对多态分子标记对该群体进行QTL定位及主效QTLs遗传分析,为进一步克隆新的主效粒长基因奠定基础,并为水稻粒形育种提供理论依据。结果表明:(1)所构建的水稻杂交组合分离群体F_2的粒长性状为多基因控制的数量性状。(2)对543株F_2分离群体进行QTL连锁分析,构建了控制水稻粒长的连锁遗传图谱,总长为1 713.94 cM,共检测出24个QTLs,只有3个表现为加性遗传效应,其余位点均表现为遗传负效应。(3)检测到的3个主效QTLs分别位于3号染色体的分子标记PSM379～RID24455、RID24455～RM15689和RM571～RM16238之间,且三者对表型的贡献率分别为54.85%、31.02%和7.62%。(4)在标记PSM379～RID24455之间已克隆到的粒长基因为该研究新发现的主效QTL位点。     

乙醇对瘤胃液接种稻秸的体外发酵产物及细菌群落结构的影响

旨在研究乙醇对山羊瘤胃液与水稻秸秆厌氧共培养的影响。利用频繁传代的体外发酵技术和高通量测序方法,分析了短链脂肪酸(SCFA)产量和细菌群落的变化。结果表明,经体外培养传代8次的稻秸发酵液的总短链脂肪酸产量显著高于瘤胃液(P<0.01);与未添加乙醇的稻秸发酵液相比,添加乙醇显著提高了乙酸、戊酸和己酸的比例,降低了丙酸和丁酸的比例(P<0.01),总SCFA产量及异丁酸和异戊酸比例无显著差异。与瘤胃液相比,稻秸发酵液的拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度下降,厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度升高(P<0.05),且添加乙醇显著提高了厚壁菌门和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度(P<0.05);添加乙醇使双歧杆菌属(Bifidobacterium)、未定性的毛螺菌属(unidentified Lachnospiraceae)、产琥珀酸菌属(Succiniclasticum)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和未定性的梭菌属(unidentified Clostridiales)的相对丰度显著升高(P<0.05)。乙醇使稻秸发酵液的显著性差异物种(Biomarker)增加;稻秸发酵液与瘤胃液亲缘关系较近,而添加乙醇显著改变了细菌区系;短链脂肪酸比例在稻秸发酵液细菌群落多样性中具有重要作用。研究表明,体外频繁传代和添加乙醇可以提高稻秸发酵液的乙酸、戊酸和己酸产量,乙醇改变了稻秸发酵液的细菌群落结构。     

特异性适应稻作系统的稗草种群生活史特性

长期进行除草剂药效试验可能会导致田间杂草种群发生适应性进化。本研究在安徽南陵县除草剂药效试验专用稻田中采集了1个稗草种群A,并以从常规稻田采集的3个稗草种群为对照,开展同质园栽培试验。结果表明: 与3个对照种群相比,A种群稗草植株的单株种子产量显著减少,种子千粒重显著增加,幼苗生长速率显著加快,结实分蘖数显著增多,生育期显著缩短;A种群稗草成株的株高、生物量及对除草剂五氟磺草胺的敏感性均显著降低。A种群稗草幼苗3～4叶期时经五氟磺草胺推荐剂量2倍量(有效成分60 g·hm^-2)处理后,其株高、生物量及成熟种子产量(平均每株1066粒)显著降低,而抽穗期、结实分蘖数、单个总状花序的种子数及种子千粒重无显著差异。因此,种子较重、生活史周期短、植株矮小、结实分蘖多及对除草剂五氟磺草胺具有抗药性,使得A种群稗草对稻作系统具有特异适应性,应防止此类种群扩散至常规稻田。     

水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

Migration sources and pathways of the pest species Sogatella furcifera in Yunnan,China, and across the border inferred from DNA and wind analyses

The migration sources and pathways of Sogatella furcifera (Horváth) in topologically complex regions like Yunnan, China, and adjacent montane areas have long been a challenging task and a bottleneck in effective pest forecast and control. The present research reinvestigated this issue using a combination of mtDNA and long‐term historical wind field data in an attempt to provide new insights. Genetic analyses showed that the 60 populations of S. furcufera collected across Myanmar, Thailand, Laos, Vietnam, Yunnan, Guizhou, and Sichuan lack genetic structure and geographic isolation, while spatial analysis of haplotype and diversity indices discovered geographic relevance between populations. Migration rate analysis combined with high‐resolution 10‐year wind field analysis detected the following migration sources, pathways, and impacted areas which could explain the outbreak pattern in Yunnan. (a) Dominating stepwise northward migrations originated from northern Indochina, southern Yunnan, and central‐eastern Yunnan, impacting their northern areas. (b) Concurring summer–autumn southward (return) migration originated from nearly all latitude belts of Sichuan and Yunnan mainly impacting central and southern Yunnan. (c) Regular eastward and summer–autumn westward migrations across Yunnan. The northward migration reflects the temporal rhythm of gradual outbreaks from the south to the north in a year, while the return migration may explain the repeated or very severe outbreaks in the impacted areas. To form a better pest forecast and control network, attention must also be paid to the northern part of Yunnan to suppress the impact of return migration in summers and autumns.     

Italian weedy rice—A case of de‐domestication?

Weedy rice is a representative of the extensive group of feral weeds that derive from crops, but has returned to the lifestyle of a wild species. These weeds develop either from a hybridization of crops with wild relatives (exoferality), or by mutation of crops to weedy forms (endoferality). Due to the close relation of weed and crop, the methods for weed‐targeted containment are limited to date. A deeper understanding of the development of such weeds might help to design more efficient and sustainable approaches for weed management. Weedy rice poses a serious threat to rice yields worldwide. It is widely accepted that weedy rice has originated independently in different regions all over the world. However, details of its evolution have remained elusive. In the current study, we investigated the history of weedy rice in northern Italy, the most important rice‐growing area in Europe. Our approach was to analyze genes related to weedy traits (SD1, sh4, Rc) in weedy rice accessions compared to cultivars, and to integrate these results with phenotypic and physiological data, as well as historical information about rice farming in Italy. We arrive at a working model for the timeline of evolution of weedy rice in Italy indicating that both exoferality and endoferality acted as forces driving the development of the diverse weedy rice populations found in the region today. Models of weed evolution can help to predict the direction which weed development might take and to develop new, sustainable methods to control feral weeds.     

基于焦磷酸测序技术建立基因编辑水稻检测方法

基因编辑技术发展迅速,但对应的检测方法较少。为寻找创建基因编辑作物适用的检测方法,以 PL3 基因编辑水稻编辑位点为靶标,有效设计了焦磷酸测序的扩增引物及测序引物,并进行有效性检测,分别利用Sequence to Analyze等程序以及SNP和AQ两种模式完成了对PL3 基因的定性和定量检测试验,建立了 PL3 基因编辑水稻编辑位点焦磷酸测序检测方法。结果表明,基于焦磷酸测序技术可以通过检测编辑位点从而将基因编辑型水稻与野生型水稻进行区分。与常规的转基因检测方法相比,该检测方法具有较好的准确性、高效性及高灵敏度等优点,在基因编辑型水稻编辑位点定性和定量检测分析方面具有很好的应用前景。