肺成体干细胞体外培养模型的研究进展北大核心CSCD

目前,肺体外培养模型有肺类器官和肺芯片两种主要手段。肺类器官是离体的肺上皮干细胞在体外特定的三维培养环境中生长,自发形成具有自我更新能力的干细胞簇并成功分化出功能细胞。肺芯片是利用人工活性膜为细胞提供组织分层结构,模拟微环境和机械力的仿生微流体芯片。由于原有二维培养模式缺乏精确的微结构和功能,组织体外培养模型作为模拟肺部发育、稳态、损伤和再生机制的研究工具,为肺部纤维化、癌症等疾病的探索提供了新的手段和可能。本文就肺成体干细胞两种体外培养模型的分类、研发历史、建立方法、实际应用、优缺点等方面进行综述,期望为器官移植和再生、药物筛选等应用提供参考。     

基于转录组的肝豆状核变性调控网络的构建和分析

本研究旨在利用生物信息学方法构建经铜诱导的ATP7B基因敲除HepG2细胞系的转录调控网络。探讨关键转录因子在肝豆状核变性发生、发展中的潜在作用机制。收集公共基因表达数据库（gene expression omnibus,GEO）中包含野生型、ATP7B基因敲除型、铜诱导的野生型和铜诱导的ATP7B基因敲除型HepG2细胞系数据。筛选由铜诱导产生的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）后进行基因本体论（gene ontology,GO）、京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）富集分析。基于蛋白相互作用网络,识别疾病关键基因和功能模块,并对关键功能模块中的基因进行富集分析。最后,构建转录调控网络,筛选核心转录因子。共筛选出1 034个差异表达基因,其中上调525个,下调509个。上、下调关键功能模块分别包括了3 785个和3 931个基因。关键功能模块中的基因主要定位于细胞-基质连接、染色体、剪接复合体、核糖体等区域,共同参与了mRNA加工、组蛋白修饰、RNA剪切、DNA代谢调节、蛋白磷酸化等生物学过程,且与转录共调控活性、DNA转录因子结合、泛素样蛋白连接酶结合等分子功能相关。KEGG分析表明功能模块中的基因显著富集的通路包括乙型肝炎、有丝分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）信号通路、细胞衰老和凋亡、神经营养信号通路和神经变性途径等。肝豆状核变性转录调控网络包括11个差异表达转录因子和96个差异表达基因,其中U2AF1、NFRKB、FUS、MAX、SRSF1、CEBPA和RXRA为核心差异表达转录因子。该研究为肝豆状核变性转录调控相关分子的生物学功能研究提供了重要的参考依据。     

高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’黄化变异机理

为了探讨茶树黄化变异和高茶氨酸形成机理,文中选用‘福云6号’和高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’为试验材料,利用超微电镜、广泛靶向代谢组学、靶向代谢组学和转录组学联合分析了茶树黄化变异的相关色素、代谢组及转录组数据。结果表明,通过靶向测定主要生化成分,共鉴定到5种儿茶素、可可碱和咖啡碱,以及20种游离氨基酸,包括茶氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和谷氨酸等,其中,‘福黄2号’的氨基酸含量显著高于‘福云6号’,茶氨酸含量高达57.37 mg/g。叶片的超微结构显示,‘福黄2号’叶绿体细胞结构模糊,基粒片层大部分排列散乱、间隙大,类囊体呈丝状。色素测定显示,叶绿素a和叶绿素b、类胡萝卜素、类黄酮等色素含量显著下降,叶绿素酶（chlorophyllase,CLH）、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）、类黄酮3β-羟化酶（flavonoid 3β-hydroxylase,F3H）和类黄酮3'',5''-羟化酶（flavonoid 3'',5''-hydroxylase,F3''5''H）等相关关键调控基因发生显著变化。与‘福云6号’相比,‘福黄2号’中共鉴定出138个差异代谢物（significantly changed metabolites,SCMs）和658个差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）,KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到与氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢以及三羧酸循环等途径。‘福黄2号’黄化表型可能是光合作用蛋白、叶绿素代谢基因和叶绿素含量的缺乏所致。高茶氨酸的积累可能由于黄化叶中低氮消耗,以及碳骨架的缺乏,氨基和氮资源被更有效地储存,使得氨基酸合成通路中的代谢物及相关基因表达上调,茶氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。     

数字细胞模型的研究及应用

组学分析技术的发展推动生物学逐渐成为一门以数据分析为中心的科学。依托生物数据在细胞整体系统水平建立数字细胞模型,对于理解细胞系统组织原理和生命产生进化规律,预测各种环境和基因扰动对细胞功能的影响并指导设计人工生命具有重要意义,因此数字细胞的构建模拟设计已成为合成生物学的核心研究内容与底层支撑技术。本文重点对天津工业生物技术研究所创立十年来在数字细胞研究方面的进展进行回顾介绍,重点包括基因组尺度代谢网络模型的构建、质控以及其在途径设计和指导菌种代谢工程改造方面的应用,进一步结合近年来细胞模型研究的前沿趋势,对整合多种约束的模型的构建和分析研究方面的最新成果进行了介绍,最后对数字细胞研究的未来发展方向进行展望。数字细胞技术将与基因组测序、合成和编辑等合成生物学前沿技术一起提升人们对生命进行读写改创的能力。     

基于碳硫模块平衡策略的大肠杆菌高产L-半胱氨酸菌株构建

l-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸,因其多样的生理功能,l-半胱氨酸在医药、化妆品和食品工业中有着广泛的应用。模块化代谢工程策略在细胞工厂的构建中具有极大的潜力。本研究利用碳硫模块协同表达策略进行大肠杆菌的l-半胱氨酸合成途径构建,构建了一株l-半胱氨酸合成基因工程菌。首先,通过增强l-半胱氨酸前体物质l-丝氨酸(serA^f、serB和serC^Cg)的生物合成以及转录调控因子CysB的表达,l-半胱氨酸的产量由0提高到(0.38±0.02)g/L。然后,通过促进l-半胱氨酸转运和无机硫源的吸收同化、减弱l-半胱氨酸和l-丝氨酸的降解以及异源表达cysE^f和cysB^St,l-半胱氨酸的产量提升至(3.82±0.01)g/L。最后,为了优化碳模块和硫模块的代谢通量,协同表达硫酸盐同化途径与硫代硫酸盐同化途径的基因cysM、nrdH、cysK以及cysIJ,得到l-半胱氨酸高产菌株。在500mL摇瓶和2L发酵罐中分别实现了(4.17±0.07)g/L和(11.94±0.1)g/L的l-半胱氨酸积累。研究结果表明,在细胞内通过对硫碳模块间代谢通量的协调控制,可以实现l-半胱氨酸的高效生物合成。研究结果为微生物发酵生产l-半胱氨酸的产业化奠定了基础。     

中国水韭属两个四倍体新种

水韭属(Isoëtes)是起源最为古老的水生维管植物,全属物种均被列为国家一级重点保护植物。通过对全国水韭属植物的调查和研究发现,不同产地的四倍体植株在形态上存在显著差异。基于形态学、孢粉学和细胞学证据,将分布于中国湖南省长沙地区和怀化地区的四倍体居群分别命名为隆平水韭(Isoëtes longpingii)和湘妃水韭(I. xiangfei),并详细描述了其形态特征。隆平水韭形态上与中华水韭(I. sinensis)相似,不同之处在于其大孢子具小的瘤状或冠状纹饰,叶细长而柔弱,长达60 cm; 该种也与六倍体东方水韭(I. orientalis)相似,不同之处在于其染色体44条,大孢子具瘤状或冠状纹饰。湘妃水韭的大孢子纹饰虽与二倍体云贵水韭(I. yunguiensis)相似,但在小孢子纹饰、孢子囊形状和染色体数目方面却不同。隆平水韭仅少数植株生长于湖南省宁乡市一处池塘,完全沉水生长,而湘妃水韭则分布于怀化市通道县和会同县的湿地。由于这两个新种的分布区狭窄,野生居群数量和个体数较少,栖息地环境受到人为干扰,因此根据IUCN红色名录评估标准,将隆平水韭评为极危(CR)等级,湘妃水韭评为易危(VU)等级。所编制的中国已知水韭属物种的分种检索表,为本属物种的鉴定和保护工作提供了重要参考。     

韭菜化感物质草莓酸对香蕉枯萎病菌的影响

香蕉枯萎病主要由尖孢镰刀菌 4 号生理小种(Fusarium oxysporum f. sp. cubense,Foc4)引起的一种土传病害,严重威胁香蕉产业的可持续发展。为寻求一种经济有效且环保的防治措施,以韭菜化感物质的衍生物草莓酸(strawberry acid,SA)为材料,通过平板和盆栽实验,研究了SA对Foc4的菌丝生长、香蕉枯萎病病情指数、土壤微生物数量、土壤酶活性的影响。结果表明:(1)随着SA浓度的增加,Foc4的菌落生长直径显著减小,第5天时菌落直径在SA浓度为300、450 μL·L^-1时比150 μL·L^-1分别减小了49.15%、70.89%; 液体培养条件下SA浓度为600 μL·L^-1时Foc4的分生孢子数量显著低于对照处理(相差 470 多倍); pH为5时SA对Foc4的抑制效果显著比pH为7和9时好。(2)随实验处理时间的延长,添加 SA后香蕉幼苗的病情指数显著低于对照。(3)土壤细菌、真菌数量和微生物总量在SA为600 μL·L^-1时均为最高; Foc4数量随SA浓度升高而降低,在1 200 μL·L^-1时显著降低。(4)各土壤酶在浓度(300～600 μL·L^-1)SA处理时活性较高; 1 200 μL·L^-1时显著降低,过氧化氢酶和多酚氧化酶较对照分别降低了41.88%、54.82%。(5)相关性分析得出,土壤微生物总量与细菌、真菌数量极显著正相关; 土壤真菌与放线菌显著负相关; 土壤细菌、真菌和放线菌数量均与蔗糖酶、多酚氧化酶显著正相关; 蔗糖酶与脲酶、过氧化氢酶与多酚氧化酶均显著正相关。综上认为,添加SA浓度为600 μL·L^-1能较好地抑制Foc4的菌丝生长且能提高其抑制率,病情指数明显降低,有利于改善香蕉的生长环境。该研究结果为有效利用SA防治香蕉枯萎病提供了科学依据。     

竹亚科单枝竹属芸香竹花枝和花特征补充描述

繁殖器官在竹类植物的分类学研究中具有重要意义,研究组在广西马山县观察到竹亚科单枝竹属芸香竹正在开花,该文根据观察到的开花状况和采集到的标本解剖观察结果,对其花枝和繁殖器官特征做了详细的中文及拉丁文补充描述。经对比芸香竹与属内已知繁殖器官结构的单枝竹和小花单枝竹的繁殖器官,3个竹种有相同的繁殖器官结构特征,但在小花数目和大小等方面具有差异。繁殖器官比较表明该属竹种的繁殖器官对喀斯特地貌环境有特殊的适应性,也支持依据营养器官差异划分为3个独立竹种。     

民族药马利筋内生真菌生物活性研究

药用植物内生真菌能产生与宿主相同或相似的活性物质,民族药马利筋生物活性广泛。为获得马利筋活性内生真菌资源,该研究基于“民族药-内生真菌-活性成分”的思路,考察了168株马利筋内生真菌代谢产物的生物活性,并分别采用SRB法、Griess法、PNPG法和DPPH法对内生真菌发酵液乙酸乙酯提取物进行抗肿瘤、抗炎、α-葡萄糖苷酶抑制和抗氧化等生物活性测定,对活性菌株进行ITS菌种鉴定。结果表明：（1）所筛选的168株内生真菌中有22株表现出不同程度的生物活性。其中,9株内生真菌具有显著抗肿瘤活性,其IC₅₀值在0.1～40μg·mL^-1之间;菌株MJF-53在2.5μg·mL^-1时对LPS诱导的Raw264.7释放的NO和IL-1β均具有明显的抑制作用;7株内生真菌表现出不同程度的α-葡萄糖苷酶抑制活性,其IC₅₀值在1.0～4.0 mg·mL^-1之间,其中MYF-16和MYF-55对α-葡萄糖苷酶抑制活性接近阿卡波糖;19株内生真菌具有不同程度的DPPH自由基清除活性,其中菌株MYF...     

番茄总皂苷对小鼠高尿酸血症的调节作用北大核心CSCD

为研究番茄总皂苷对尿酸的调节作用,该文以番茄水提物为试材,利用次黄嘌呤和氧嗪酸钾以及尿酸和氧嗪酸钾建立高尿酸模型小鼠,考察番茄总皂苷对正常小鼠及高尿酸血症小鼠尿酸排泄量、血尿酸、尿素氮、肌酐、黄嘌呤氧化酶以及脏器指数的影响。结果表明:番茄总皂苷不影响正常小鼠血尿酸水平,正常组及番茄低、中、高剂量组血尿酸值分别为(170.4±36.7)、(178.3±69.7)、(175.5±42.1)、(185.3±72.6)μmol·L^(-1);番茄总皂苷对次黄嘌呤和氧嗪酸钾联合诱导的高尿酸血症小鼠可以降低血尿酸水平,降低黄嘌呤氧化酶活性,正常组、模型组及番茄高剂量组血尿酸值分别为(140.4±36.7)、(378.3±69.7)、(278.3±62.6)μmol·L^(-1),正常组、模型组及番茄低、中、高剂量组黄嘌呤氧化酶值分别为(1.2±0.3)、(1.8±0.2)、(1.6±0.2)、(1.5±0.3)、(1.3±0.4)U·g^(-1) liver;对尿酸和氧嗪酸钾联合诱导的高尿酸血症小鼠,可降低血尿酸水平,降低黄嘌呤氧化酶活性,正常组、模型组及番茄高剂量组血尿酸值分别为(98.8±21.8)、(455.6±78.8)、(333.7±68.7)μmol·L^(-1),正常组、模型组及番茄高剂量组黄嘌呤氧化酶值分别为(2.1±0.3)、(2.5±0.2)、(2.3±0.2)U·g^(-1) liver。综上结果表明,番茄总皂苷不影响正常小鼠血尿酸水平,但能降低高尿酸模型小鼠的血尿酸水平,其机制可能与降低黄嘌呤氧化酶活性有关。