中欧组织间合作研究项目MIX-UP助力实现“碳中和”

随着全球塑料循环体系的变革升级,提高塑料的回收利用不仅可以减少塑料在生命周期中的碳排放,还可以解决废塑料潜在的生态环境危害。文中介绍了2019年国家自然科学基金组织间国际 (地区) 合作研究项目“废塑料资源高效生物降解转化的关键科学问题与技术 (MIXed plastics biodegradation and UPcycling using microbial communities,MIX-UP)”。该项目聚焦“塑料污染”这一全球化的问题,围绕中欧双方确定的“塑料生物降解菌群”研究领域,联合中欧双方14家优势科研单位,开展实质性的重大前沿合作研究。针对废塑料生物降解中存在的解聚与重塑两个难题,项目以难降解石油基塑料 (PP、PE、PUR、PET和PS) 以及生物可降解塑料 (PLA和PHA) 的混合废塑料作为研究对象,从塑料微生物降解途径解析及关键元件的挖掘与改造、塑料高效降解混菌/多酶体系的构建与功能调控、塑料降解物的高值化炼制途径设计与利用策略3个方面展开研究。本项目将突破废塑料生物降解转化中高效降解元件挖掘、塑料降解物高值化利用的关键科学问题与技术,探索一条废塑料资源化、高值化、循环化、低碳化的新塑料循环路线,建立以“降塑再造”为核心理念的废塑料生物炼制体系,丰富我国固废资源化生物技术利用平台。项目的实施不仅有助于提升我国塑料 (生物) 循环经济的理论基础和关键技术水平,还可以推动我国与国际科研院所的多边交流与合作,促进我国在生物技术领域的创新发展,助力我国碳中和目标的实现。     

一种来源于红螺菌科细菌新型卤醇脱卤酶的克隆表达及其酶学性质鉴定

作为一类多功能生物催化剂,卤醇脱卤酶在手性β-取代醇和环氧化合物合成应用方面备受关注。目前催化功能较为清楚的卤醇脱卤酶不足40种,且绝大部分催化性能并不能满足科学研究和实际应用的要求,因此挖掘并鉴定更多的卤醇脱卤酶具有重要意义。本文克隆表达了来源于红螺菌科细菌Rhodospirillaceaebacterium中一个假定卤醇脱卤酶(HHDH-Ra)并对其催化特性以及酶学性质进行研究。将HHDH-Ra基因克隆到表达宿主大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),结果显示目的蛋白为可溶性表达。底物特异性研究显示HHDH-Ra对1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)和4-氯-3-羟基丁酸乙酯(CHBE)具有良好的特异性。以1,3-DCP为反应底物获得HHDH-Ra的最适pH和最适温度分别为8.0和30℃。pH稳定性结果显示HHDH-Ra在pH 6.0–8.0具有较好的稳定性且经过100 h处理以后仍能保持70%左右的酶活。温度稳定性结果显示HHDH-Ra在30℃、40℃条件下的半衰期为60h,且当温度提高到50℃时,该酶的半衰期仍有20h,远高于已报道的酶。因此,来源于Rhodospirillaceae bacterium新型卤醇脱卤酶具有较好的温度、pH稳定性以及催化活性,在合成关键化学、医药中间体中具有一定的应用潜力。     

CRISPR/Cas9系统在疾病研究和治疗中的应用

基因组编辑技术(Genomeeditingtechnology)是一种通过人工手段在基因组水平对DNA序列进行改造的遗传操作技术,包括特定DNA片段的插入、敲除、替换和点突变。其中,依赖核酸酶的基因组编辑技术的基本原理是在基因组的特定位置产生双链DNA断裂(Double-strandedbreak,DSB)后通过非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)或同源重组(Homologous recombination,HR)的方式进行修复。随着对核酸酶更深入的研究,基因组编辑技术也得到了快速发展,其中最常使用的核酸酶主要包括巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及成簇的规律间隔的短回文重复序列相关蛋白(Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated proteins (Cas)。文中在介绍上述基因组编辑技术的发展及作用原理的基础上,主要综述了CRISPR/Cas9系统在基因功能鉴定、疾病模型建立、基因治疗和免疫治疗等应用领域的研究进展,并对其未来发展进行了展望。     

肠杆菌科细菌耐药基因表达的遗传和环境调控

细菌耐药性是21世纪国际关注的重要问题,也是全球面临的重大挑战。肠杆菌科细菌是医院感染的重要病原菌之一。近年来,随着抗生素的大量使用,多种肠杆菌科耐药菌,尤其是多重耐药肠杆菌开始大量出现,对人类健康形成了日益严重的威胁。细菌可以通过耐药基因突变或水平转移的方式获得耐药性,通常情况下,可以通过已知的耐药机制预测相应的耐药表型。然而,最近有研究表明,遗传背景和环境因素能够影响耐药基因的表达,给定的基因型并不一定总是产生预期的耐药表型。这种基因型-表型分离的现象极大程度上限制了从遗传学角度预测耐药表型的能力。文中结合最新文献,从遗传背景和环境条件两个方面探讨了多种肠杆菌科细菌耐药基因的表达调控机制,以期为遗传学预测耐药表型以及临床指导用药提供一定的支持。     

途径特异性调控因子介导的链霉菌来源天然产物的产量提升

链霉菌是活性天然产物的重要来源。基因组学研究揭示了链霉菌有巨大的生物合成潜力,平均每株菌拥有20–40个生物合成基因簇。在常规的实验室条件下,大多数链霉菌来源的天然产物产量较低,影响了对其进一步研究和产业化开发。由于链霉菌中天然产物的生物合成受到严格的调控,对于这些调控因子和调控网络的深入研究将有力地促进链霉菌来源的天然产物的发现和开发利用。文中主要综述了近5年来链霉菌来源天然产物生物合成中途径特异性调控因子的研究进展,重点介绍其在提高相应天然产物产量中的应用。     

维生素C生物合成相关脱氢酶研究进展

维生素C是一种人体必需的维生素,在食品制药等领域拥有巨大的市场。工业上维生素C主要以微生物发酵生产的2-酮基-L-古龙酸为前体,然后通过内酯化反应获得。微生物发酵中,山梨糖途径和葡萄糖酸途径因为转化率高一直是研究的热点。文中从维生素C生物合成相关脱氢酶的角度阐述了:山梨糖途径和葡萄糖酸途径中关键脱氢酶在定位、底物谱、辅因子和电子传递上的特点;山梨糖途径和葡萄糖酸途径中面临的主要问题和改造策略等。最后讨论了维生素C生物合成中山梨糖途径和葡萄糖酸途径可能的研究方向。     

山西天镇辛窑子早更新世犀科化石新材料（英文）

20世纪80年代在桑干河盆地一带考察泥河湾层时,在山西省天镇县南高崖乡的辛窑子沟一带发现了很多哺乳动物化石地点并出土了大量哺乳动物化石。最近对其中犀科化石的研究表明在辛窑子沟一带的早更新世地层中产出的犀类化石至少有两个种,裴氏板齿犀(Elasmotheriumpeii)和泥河湾披毛犀(Coelodontanihowanensis),可能还存在过第三个种。由于标本保存状况不理想,暂时鉴定为梅氏犀相似种(Stephanorhinus cf. S. kirchbergensis)。虽然后者的形态大小与梅氏犀最接近,但和泥河湾披毛犀也有相似之处,因此也有可能是这两个种之一的种内变异类型。同样,产于下沙沟地点被德日进和皮维托鉴定为有疑问的中国犀(Rhinoceros sinensis (?))也可能是梅氏犀或泥河湾披毛犀的种内变异类型。迄今为止在广义泥河湾盆地发现的早更新世犀类有两个确定的种和两个不确定的种。出土裴氏板齿犀的地点为下沙沟、山神庙咀、大黑沟及辛窑子沟;出土泥河湾披毛犀的地点为下沙沟、大南沟、东谷坨、山神庙咀及辛窑子沟。有疑问的中国犀仅出现在下沙沟,梅氏犀相似种仅出现在辛窑子沟。     

滇龙胆GrHDR基因的克隆与表达分析

龙胆苦苷(gentiopicroside)是中药龙胆中的主要药效成分,属于萜类化合物的衍生物。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphate reductase,HDR]是萜类物质合成途径中的关键酶。为探讨不同光照条件下滇龙胆HDR(GrHDR)基因的表达与龙胆苦苷含量之间的关系,该文以滇龙胆叶片cDNA为模板,采用PCR和TA克隆技术获得GrHDR基因序列,对该序列进行生物信息学分析和表达分析,并采用高效液相色谱法测定龙胆苦苷含量,对该基因表达与龙胆苦苷含量进行比较。结果表明:(1)GrHDR基因(GenBank登录号: KJ917165.1)全长1 398 bp,编码465个氨基酸,推定GrHDR蛋白是亲水且稳定的,相对分子质量是52 281.25 Da,理论等电点是5.32;(2)该蛋白属于LYTB蛋白家族,可能定位于叶绿体上,无信号肽,二级结构主要由α-螺旋(45.16%)、β-转角(6.24%)、无规卷曲(33.98%)、延伸链(14.62%)构成;(3)GrHDR蛋白序列与同属植物秦艽的HDR蛋白相似性最高(95.71%);(4)实时荧光定量PCR结果显示GrHDR基因在滇龙胆中的表达量为根 > 叶 > 茎,而在10%、30%、100%全光光照条件下各组织的表达量有很大差异;(5)高效液相色谱法结果显示,不同光照条件下龙胆苦苷含量一致,均为根 > 叶 > 茎,其中100%全光光照下,药用部位根中龙胆苦苷含量达到7.141%,约是30%、10%全光光照条件的两倍,但该结果与同一光照条件下GrHDR基因表达规律不完全一致。该研究为阐述HDR基因功能及其与龙胆苦苷含量的关系提供参考。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

帝萝花‘璀璨明珠'的植株高效再生

为解决木本切花植物帝萝花‘璀璨明珠’繁殖效率低的问题,该文以帝萝花‘璀璨明珠’的幼嫩枝芽为外植体,研究了不同基本培养基对其长势的影响、不同激素种类和浓度对其增殖和生根的效果,分析了其离体繁殖的生长特点,并建立了高效的帝萝花‘璀璨明珠’组培快繁技术体系。结果表明:帝萝花‘璀璨明珠’幼嫩枝芽的消毒方法为0.1%的升汞溶液浸泡12 min,污染率为21.5%;外植体在WPM+ZT 1 mg·L~(-1)+NAA 0.1 mg·L~(-1)培养基上,侧芽萌发率为73%;增殖的最佳培养基为MS+BA 0.4 mg·L~(-1)+NAA 0.05 mg·L~(-1),增殖系数为6.63,增殖方式为侧芽增殖和植株基部丛生芽增殖;生根的适宜培养基为MS+IBA 0.75mg·L~(-1)+NAA 1 mg·L~(-1),生根率为70%;生根瓶苗移栽于珍珠岩和细草炭(体积比为0.5∶1)的基质中,光照强度为10 000～12 000 lx,空气湿度为70%～80%下培养,60 d后成活率可达72%。该研究结果为帝萝花组培种苗的商业化生产提供了技术支撑,同时促进了该高档木本切花的推广和种植及产业化。