1,3-丙二醇生物法生产中关键酶的研究进展

目前,国内外对于1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PD)的生产研究正在由化学法逐渐向生物法转变。该文着重介绍了生物法生产1,3-PD的生产菌株和生物合成途径,综述了关键酶的性质特点和基因克隆表达情况,对关键酶晶体结构的相关研究成果进行了介绍,进一步探讨了运用宏基因组技术和酶分子改造技术来获得新型高性能关键酶的方法,并展望了基因工程菌的应用前景,从而推动了对1,3-PD生产途径中关键酶的了解及1,3-PD的生产应用研究。     

A large-scale gene discovery for the red palm weevil Rhynchophorus ferrugineus （Coleoptera： Curculionidae）

The red palm weevil （RPW; Rhynchophorusferrugineus） is a devastating pest of palms, prevalent in the Middle East as well as many other regions of the world. Here, we report a large-scale de novo complementary DNA （cDNA） sequencing effort that acquired ~5 million reads and assembled them into 26 765 contigs from 12 libraries made from samples of different RPW developmental stages based on the Roche/454 GS FLX platform. We annotated these contigs based on the publically available known insect genes and the Tribolium castaneum genome assembly. We find that over 80% of coding sequences （CDS） from the RPW contigs have high-identity homologs to known proteins with complete CDS. Gene expression analysis shows that the pupa and larval stages have the highest and lowest expression levels, respectively. In addition, we also identified more than 60 000 single nucleotide polymorphisms and 1 200 simple sequence repeat markers. This study provides the first large-scale eDNA dataset for RPW, a much-needed resource for future molecular studies.     

Genome-wide analysis of Nilaparvata lugens nymphal responses to high-density and low-quality rice hosts

The brown planthopper （BPH） Nilaparvata lugens is an economically impor- tant pest on rice plants. In this study, the higher population density and yellow-ripe stage of rice plants were used to construct adverse survival conditions （ASC） against BPH nymphs. Simultaneously, the low population density and tillering stage of rice plants were used to establish a suitable survival condition （SSC） as a control. Solexa/Illumina sequencing was used to identify genes of BPH nymphs responding to ASC. Significantly longer duration development of BPH nymphs and significantly lower brachypterous ratio of BPH adults were observed by ASC compared with SSC. A total of 2 544 differentially expressed genes （DEGs） were obtained and analyzed by BLASTx, Gene Ontology and KEGG Orthology. Gene ontology analysis revealed that the DEGs were mainly involved in categories of cell, cell part, cellular process, binding, catalytic, organelle and metabolic processes. 1138 DEGs having enzyme commission numbers were assigned to different metabolic pathways. The largest clusters were neurodegenerative diseases （137, 12.0%）, followed by carbohy- drate metabolism （113, 9.9%）, amino acid metabolism （94, 8.3%）, nucleotide metabolism （76, 6.7%）, energy metabolism （64, 5.6%）, translation （60, 5.3%）, lipid metabolism （58, 5.1%）, and folding, sorting and degradation （52, 4.6%）. Expressing profile of 11 DEGs during eight nymphal developmental stages of BPH were analyzed by quantitative real- time polymerase chain reaction. The 11 genes exhibited differential expression between ASC and SSC during at least one developmental stage. The DEGs identified in this study provide molecular proof of how BPH reconfigures its gene expression profile to adapt to overcrowding and low-quality hosts.     

分子生物学教材中的真核生物基因组重复序列

现行的高校分子生物学教材中主要以重复频率为依据对重复序列进行分类,对于小卫星DNA及微卫星DNA是属于高度或是中度重复序列存在不同见解。提出依据重复频率及空间结构分布两个方面对重复序列进行分类,并建议按照重复频率将小卫星DNA及微卫星DNA归属于中度重复序列。     

全基因组测序与生物信息学分析在细菌耐药性研究中的应用

随着耐药细菌的大量出现及广泛传播,细菌耐药性成为全球备受关注的问题。耐药细菌的特征如耐药基因、毒力因子、质粒分型等以及不同菌株间亲缘关系对于细菌耐药性流行病学及分子生物学的研究有着十分重要的意义。但是传统的技术手段如聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)和脉冲场凝胶电泳(Pulsed field gel electrophoresis,PFGE)等得到的结果不够全面且精确度低,对于现有的研究存在很大的局限性。全基因组测序技术(Whole genome sequencing,WGS)和生物信息学分析(Bioinformatics analysis)由于能够快速详尽地得到耐药细菌的特征,也能更加精细地判断不同菌株间的进化关系,逐渐成为更加有效的技术手段,为耐药性研究提供了有效的帮助。因此,文中系统地介绍全基因组测序分析流程中的各个步骤,主要包括文库构建、平台测序以及后期数据分析三大方面的不同方法和其相应的特点,期望相关研究人员对此能够有更全面的了解,并得到一定的帮助。     

基因治疗在临床应用中的研究进展

20世纪60年代,科学家首次提出利用基因治疗治愈遗传疾病的概念。这一全新的概念性策略旨在通过将外源性遗传物质引入患者体内来获得长期的治疗效果。五十年的风雨沉浮,21世纪取得的里程碑式突破为基因治疗开启了新的篇章。文中回顾和总结了基因治疗的发展历程和重大突破,包括一些重要的临床试验和已批准上市的基因疗法,以及新兴的基因编辑技术。相对于传统疗法的独特优势,基因疗法将会成为治疗遗传疾病的重要手段,必将造福全人类。     

单细胞全基因组扩增技术与应用

同一组织中的细胞往往具有类似的结构和功能,然而通过对单个细胞进行测序分析后,发现每个细胞都具有一定异质性.单细胞全基因组扩增技术是进行单细胞测序的前提,该技术可用于揭示单细胞基因组结构差异,同时在肿瘤研究、发育生物学、微生物学等研究中发挥重要作用,并成为生命科学研究技术的热点之一.单细胞全基因组扩增技术的难点在于单细胞的分离和全基因组的扩增.本文介绍了单细胞全基因组扩增技术中常用的单细胞分离技术和单细胞全基因组扩增技术,并对各技术间的优缺点进行比较,同时着重讨论该技术在肿瘤研究、发育生物学和微生物学研究中的应用.     

黄藤染色体核型及基因组大小分析

为探究黄藤(Daemonoropsjenkinsiana)染色体核型和基因组的大小,采用体细胞染色体常规制片法与显微摄影技术相结合的方法,对黄藤染色体进行了核型分析,同时以番茄(Lycopersicon esculentum)为内标,应用流式细胞术对黄藤叶片基因组大小、DNA含量和DNA倍性进行了测定。结果表明,黄藤茎尖是理想的染色体制片材料;黄藤的染色体数为2n=24,核型公式为K(2n)=1M+17m+5sm+1st,核型类型为2C;核型不对称系数61.20%;黄藤的DNA含量为1.57 pg,基因组大小为1 539.53 Mb,黄藤的DNA倍性为二倍体(2n)。这是首次报道黄藤的核型和基因组大小,为深入开展黄藤属及其近缘属植物的核型和基因组比较分析提供了参考依据。     

CRISPR/Cas系统在抗病毒研究中的应用

近年来,CRISPR/Cas系统因其效率高、靶向性强、易操作等优势,已被广泛应用于多种病毒研究中。本文首先简单介绍了CRISPR/Cas系统的分类,并比较了Cas9和Cas12a与Cas13a的特点;其次重点介绍了CRISPR/Cas9通过靶向破坏病毒基因组,或编辑宿主关于病毒生命周期的关键因子的策略在抗病毒方面的各种应用,CRISPR/Cas13a采用靶向破坏病毒基因组方法在抗病毒中的应用,以及CRISPR/Cas12a和CRISPR/Cas13a在病毒基因检测中的应用。最后讨论了CRISPR/Cas在病毒研究中面临的挑战,并讨论了CRISPR/Cas12a作为抗病毒工具的潜在应用前景。由于CRISPR/Cas系统自身的优势,预计该系统将会给病毒相关的疾病诊断和控制带来革命性的变化。     

燕麦分子育种研究进展

燕麦是一种主要生长在温带冷凉地区的粮饲兼用作物,近年来燕麦的营养价值和降低胆固醇特性的发现使人们认识到燕麦及其制品是一种健康食品,促进了燕麦产业发展,对燕麦品种培育提出了更高要求。在此背景下,现代生物技术与常规育种技术结合是满足这一需求的重要途经。本文综述了国内外燕麦分子育种方面的研究进展:(1)我国燕麦种质资源的收集与遗传多样性研究。我国的燕麦种质资源收集工作起始于20世纪50年代,迄今收集并保存了5282份燕麦种质资源。对这些资源的遗传多样性分析研究表明,国内的燕麦种质资源中内蒙古和山西的资源多样性最高;(2)利用各种分子标记构建燕麦遗传连锁图谱研究;(3)一些重要农艺性状的QTL定位研究以及全基因组关联分析研究。包括产量、含油量、β-葡聚糖含量、蛋白质含量、抽穗期、抗病基因、抗冻性等重要农艺性状;(4)标记辅助基因组选择技术在燕麦中的应用;(5)燕麦遗传工程育种研究进展。同时,本文将国内的主要研究进展与国外相关的最新研究成果进行了比较,并对当前分子育种中存在的问题及今后的研究方向进行了探讨,希望能为今后通过生物技术手段培育燕麦新品种提供一定的参考。