CRISPR/Cas基因编辑系统在原核微生物细胞工厂构建中的开发与应用

随着能源和环境问题的日益突出,化学品以及燃料的合成方式正逐渐由传统的化学法合成转变为以细菌为基础的生物炼制过程,其中最关键问题是需要开发出合适的基因工程工具用于构建相应的产品生产菌株。成簇的规律间隔短回文重复序列(Clusteredregularlyinterspacedshortpalindromic repeats,CRISPR)/CRISPR相关蛋白(CRISPR-associated proteins,Cas)系统是一种存在于细菌和古细菌中的免疫系统,能够用于抵御病毒和外源质粒的入侵,近年来被开发成为一种高效、便捷、精确的基因编辑工具,显示出巨大的应用潜力。本文立足于CRISPR/Cas系统的原理与最新分类,结合实例综述了CRISPR/Cas基因编辑系统在原核微生物细胞工厂构建中的建立与优化策略,以及主要的应用方向,并探讨该系统所面临的主要问题并提出了一些可行的解决方案。     

新型数值分类软件X-Cluster的开发及应用

针对目前常用数值分类软件的不足,采用多种设计模式开发了新型数值分类软件X-C luster。该软件具有界面友好、操作方便、体积小、速度快、功能强大、应用范围广等特点,能够满足大多数情况下数值分类研究工作的需求,并在芽孢杆菌分类研究中得到了验证。     

长双歧杆菌TTF菌株增强机体免疫活性研究

通过长双岐杆菌TTF活菌、菌体破碎物和发酵上清液3种处理物灌胃正常小鼠和免疫功能低下小鼠试验发现,长双歧杆菌TTF的3种受试物对环磷酰胺（Cy）造成的免疫功能低下小鼠模型（IDMM）3项免疫指标均有显著（P〈0．05）或极显著（P〈0．01）影响,且在本试验选取的3个剂量范围内基本呈量效关系。B．longum TTF的3种受试物对IDMM的非特异性免疫功能的影响普遍大于对小鼠的细胞免疫和体液免疫的影响;对正常小鼠免疫功能影响的水平低于其对IDMM各项免疫指标的影响,且无论活菌、菌体破碎物、发酵上清液均不会改变小鼠自身正常的免疫功能。急性毒性试验表明,B．longum,TTF3种处理物对健康小鼠无急性毒性。就3种处理物来讲,发酵上清液组的效果高于菌体破碎物和活菌。     

赭曲霉G蛋白偶联受体的鉴定及生物信息学分析

【目的】预测并分析赭曲霉(Aspergillus ochraceus)中存在的G蛋白偶联受体(G-protein- coupled receptors,GPCRs)的结构特征和理化性质,探究赭曲霉GPCR超家族蛋白的结构及所接收配体的聚类情况以及与其他同源蛋白的进化关系,为深入开展赭曲霉中GPCRs的定位、功能研究提供理论基础,也有望从G蛋白信号途径角度抑制赭曲霉毒素的产生,进一步控制粮食的真菌毒素污染。【方法】基于已经报道的曲霉属典型GPCRs序列,在赭曲霉全基因组中进行BLASTp比对以获取候选GPCRs蛋白。通过SMART及多种软件进行保守结构域,特别是跨膜结构的分析,进一步分析候选序列的理化性质、信号肽、二级结构及亚细胞定位等特征。最后,利用MEGA构建赭曲霉中GPCRs与同源蛋白的系统发育树进行遗传关系的比较。【结果】明确赭曲霉存在 15个具有典型7次跨膜结构的GPCRs蛋白,不存在信号肽及转运肽,均含有较高比例的α螺旋结构,15个蛋白质中有7个定位在细胞膜。赭曲霉中的GPCRs与黄曲霉等曲霉属中相应的同源序列具有较近的亲缘关系。【结论】本研究首次对赭曲霉的GPCR超蛋白家族进行了预测,分析其结构及理化性质,探讨了其与同源蛋白的聚类情况,为深入开展赭曲霉GPCRs的功能研究提供理论基础。     

长链非编码RNA的生物学功能和研究方法

长链非编码RNA(long-noncoding RNA,lncRNA)是一类长度大于200nt的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA),不具有编码蛋白质的功能,直接以RNA的形式发挥作用,以诱饵分子、信号分子、引导分子和支架分子的方式在转录水平和转录后水平调节蛋白质编码基因的表达,参与细胞分化和个体发育等生命过程。lncRNA存在普遍的转录现象,但与蛋白质编码基因相比表达水平较低。基因组测序结果显示生物体内仅有少量的编码基因,绝大部分基因以非编码的形式存在于动物和植物体内起调控作用。近年来以miRNA和siRNA为代表的ncRNA的研究已经取得了丰硕的成果,而lncRNA的研究才刚刚开始,但是已经有研究表明lncRNA有广泛的生物学功能,如染色体修饰、X染色体沉默、干扰或激活转录和核内运输等。以转录组测序、微阵列和荧光原位杂交为代表的研究方法也在发展完善。     

定向进化提高嗜热拟青霉J18耐热β-1,3-1,4-葡聚糖酶在酸性条件下的催化能力

应用定向进化技术提高了嗜热拟青霉Paecilomyces thermophila J18耐热β-1,3-1,4-葡聚糖酶(PtLic16A)在酸性条件下的催化能力.结合易错PCR和DNA改组的方法,构建了β-葡聚糖酶的突变体文库;利用刚果红染色法建立了阳性克隆的高通量筛选体系.筛选得到的突变酶PtLic 16AM1的反应最适pH由7.0变化至5.5,且保持了原有的耐热性和比酶活.突变酶的DNA序列中有4个点位发生突变,引发了4处氨基酸替换,分别是T58S、Y110N、G195E和D221G.结构模拟结果显示,发生突变的4个氨基酸位点中,Y110N位置靠近酶活性中心,而T58S、G195E和D221G则离酶活性中心较远,其中T58S、G195E可能对酶最适pH的变化起到了关键作用.     

植物Ⅲ型聚酮合酶基因家族的分子进化分析

Ⅲ型聚酮合酶(type Ⅲ polyketide synthase,PKSⅢ)广泛存在于细菌、真菌和植物中,目前数据库中已积累了大量的序列资料。为了进一步了解植物Ⅲ型聚酮合酶基因家族的分子进化,以及其作为系统进化研究材料的可能性,选取了75条来自不同植物物种包括苔藓类植物、蕨类植物、裸子植物、单子叶植物和双子叶植物的PKSⅢ蛋白序列,用CLUSTAL X软件对其氨基酸序列进行了比对,并用邻位相接法构建了系统进化树。结果表明,尽管不同来源的PKSⅢ序列表现了很大的差异,但保守结构域CHS-like所包含的主要功能位点半胱氨酸(Cys184)、苯丙氨酸残基(Phe236和Phe286)、组氨酸残基(His335)、天冬酰氨残基(Asn369)在各植物物种中具有很好的保守性;同时发现,在植物PKSⅢ序列中多数的Cys位点均具有较好的保守性,而且蕨类植物PKSⅢ和单子叶植物PKSⅢ在Cys保守位点有很好的相似性;进一步构建分子进化树表明,PKSⅢ基因基本上首先根据功能而聚类,明显地划分为CHSs和non-CHSs两类,其次按照不同的植物物种聚类。     

产Ⅱ类细菌素乳酸菌群体感应及其应用

群体感应(quorum sensing,QS)是微生物通过感知与细胞密度相关的信号分子的浓度来调控基因表达的一种行为。许多产Ⅱ类细菌素乳酸菌通过自诱导肽介导的QS系统调控其细菌素的合成。本文综述了乳酸菌Ⅱ类细菌素合成的QS调控现象、调控机制、QS系统组分以及QS的应用。产Ⅱ类细菌素乳酸菌QS的研究,必将为揭示发酵调控机理、调控发酵过程提供新的研究平台,为食品级基因表达系统的开发提供新的选择。     

浓缩苹果汁生产过程中脂环酸芽孢杆菌的分离及初步鉴定

本文对浓缩苹果汁生产过程中的嗜酸耐热菌进行了分离,得到45株纯的嗜酸耐热芽孢杆菌。根据脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)嗜酸的特点,用LB平板进行筛选,结果表明所有的菌株都嗜酸。用抗热性试验研究了这些菌株产生芽孢的培养时间,结果表明,所有考察的菌株中,33株与DSM3922的生长周期一致,48h内产生芽孢;3株菌生长速度较快,培养17h就能产生芽孢;还有3株菌生长速度较慢,需培养48h后才能产生芽孢。在采用16S rDNA PCR-RFLP法对筛选得到的脂环酸芽孢杆菌进行快速鉴定的基础上,选取7株可能是新种的未知菌株与5株已知的参比菌株的19个表型特征进行了试验研究和聚类分析,结果进一步证实了这7株菌都是与已知参比菌株不同的菌株。