氢营养型产甲烷代谢途径研究进展

产甲烷古菌是一类极端厌氧的古菌域微生物,可以利用CO_2、甲醇、乙酸等简单化合物产甲烷并获得能量。目前能够培养的氢营养型(CO_2/H_2)产甲烷古菌的种类较多,而且在三类产甲烷代谢类型中,氢营养型产甲烷途径的产能效率最高,并具有多种模式的特殊能量利用系统。近年来,随着质谱、光谱和晶体技术的发展与运用,人们对产甲烷代谢途径的研究进一步深入,尤其是对氢营养型产甲烷途径的生化机制有了新的认识,揭示了产甲烷古菌在能量极限条件下独特、高效的能量利用模式。本文从能量储存、代谢途径、蛋白功能与催化机制等方面概述产甲烷古菌利用CO_2/H_2产甲烷的详细过程,并对产甲烷古菌代谢途径的研究方向与技术发展进行展望。     

微生物降解持久性有机污染物的研究进展与展望

持久性有机污染物（POPs）是伴随着人类工业化发展而产生的合成类污染物,具有高毒性、持久性、长迁移性和高生物富集性等特点,POPs污染物的微生物降解一直是环境科学与技术应用领域的研究热点。微生物降解技术修复POPs污染环境具有无二次污染、成本低、快速简便等优点,拥有广泛的应用前景。本文论述了各种POPs微生物分解代谢的最新研究进展,包括降解性微生物资源以及降解机制。此外,还讨论了计算生物学、合成生物学、基因组学等技术在POPs微生物降解中的潜力和应用,以期为环境中持久性有机污染物的修复提供参考。     

苏云金芽胞杆菌dxr1基因的转录受SigH控制

【目的】萜类化合物广泛分布在生物界,是重要的生命物质。目前发现有两条萜类化合物的生物合成途径,即甲羟戊酸(MVA)途径和2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)途径。MEP代谢途径中的关键酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构化酶(DXR,EC1.1.1.267)催化1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸生成MEP。枯草芽胞杆菌中dxr基因编码DXR酶,而在苏云金芽胞杆菌(Bacillusthuringiensis,Bt)中有2个基因(dxr1和dxr2)编码DXR酶。通过分析BtHD73菌株的dxr1基因的转录活性和dxr1突变体表型,明确dxr1基因的转录调控机制和功能。【方法】通过5?RACE分析dxr1的转录起始位点;β-半乳糖苷酶活性测定分析dxr1基因启动子(Pdxr1)的转录活性;采用同源重组技术分别敲除BtHD73菌株的dxr1和dxr2基因;利用总蛋白定量确定Cry1Ac蛋白产量;利用DXR检测试剂盒检测Bt菌株的DXR活性。【结果】dxr1基因的转录起始位点位于起始密码子上游39 bp处的G碱基;与出发菌株HD73相比,Pdxr1在sig H突变体中的转录活性明显降低;dxr1或dxr2基因的缺失对菌体生长、芽胞形成率和Cry1Ac蛋白产量无显著影响,但使DXR活性下降。【结论】Bt中dxr1基因的转录受Sig H控制,dxr1基因的缺失影响DXR的活性。     

Streptomyces sp.NO1W98中杀黑星菌素的分离和生物合成基因簇的鉴定

[目的] 分离Streptomyces sp.NO1W98中的杀黑星菌素并鉴定其生物合成基因簇。[方法] 利用有机溶剂萃取法对Streptomyces sp.NO1W98放大规模发酵产物进行提取;以正向、反向色谱柱层析进行化合物的分离纯化;借助波谱学手段进行单体化合物的结构鉴定;采用Illumina Hiseq技术进行基因组序列测定,对得到的序列进行生物信息学分析、注释并定位杀黑星菌素的生物合成基因簇vtd,利用基于PCR-targeting的遗传操作系统构建vtd内相关基因的阻断突变株,同时利用pSET152AKE进行基因回补,并分析与野生菌株的发酵产物差异。[结果] 从NO1W98发酵产物提取物中初步分离鉴定了2个大环内酯类化合物杀黑星菌素A（1）和B（2）;NO1W98的基因组大小约为11.6 Mb,蕴涵49个次级代谢产物生物合成基因簇,其中scaffold 3上的Region 3.3可能负责杀黑星菌素的生物合成;基因阻断和回补实验初步鉴定了杀黑星菌素的生物合成基因簇,包含6个骨架基因、5个转运基因、2个调控基因以及9个后修饰基因。[结论] 杀黑星菌素的分离、结构鉴定和基因簇的鉴定以及生物合成途径的推导为其遗传改造和工程菌株的构建奠定了分子基础。     

养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展

抗性基因在环境中的垂直及水平传播,致使抗生素耐药性成为危及人类和动物生命健康的全球性问题。动物源食品是中国美食不可或缺之物,而由于抗生素超用与滥用等行为让公众不得不关注动物源食品源头——养殖场的抗生素抗性基因环境安全问题。本文综述了养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展,分析了养殖环境中抗生素抗性基因产生原因、传播途径以及影响因素,介绍了现有风险评估方法和控制技术,并对今后养殖环境中抗生素抗性基因的控制策略、技术及研究方向提出了建议。     

固氮菌缓解氮限制环境中丛枝菌根真菌对加拿大一枝黄花的营养竞争

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆生植物的根系形成共生体, 有助于宿主植物吸收养分。但营养胁迫下, 根系微生物对AMF与宿主植物间关系的影响少见报道。该研究假设: 在营养极度匮乏(如氮胁迫)环境下, AMF与宿主植物可能产生营养竞争, 而固氮菌的介入能够缓解两者对营养的竞争关系。为了验证这一假设, 该文探究了加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)生长受限的氮浓度, 并在氮受限条件下检验了AMF、加拿大一枝黄花及固氮菌三者间的关系。结果表明: 低氮处理明显抑制了加拿大一枝黄花的地上生物量和总生物量, 尤其以0.025 mmol·L^-1 N的氨态氮对加拿大一枝黄花的负影响更甚。在此氮浓度下, 单独添加AMF总体上都进一步抑制了加拿大一枝黄花的生长, 而固氮菌的添加在一定程度上提高了氮受限条件下AMF对宿主的根部侵染率及宿主植物生物量。这表明固氮菌能够缓和氮受限条件下AMF和加拿大一枝黄花间的营养竞争关系。研究结果加深了对外来植物在极度营养胁迫环境下与多种微生物互作的入侵机制的理解。     

中国大陆菊科二新归化植物

报道了中国菊科2新归化植物:短舌花金钮扣(Acmella brachyglossa Cass.)和粉黄缨绒花(Emilia praetermissa Milne-Redh.)。短舌花金钮扣原产美洲中部和南部以及加勒比海,我国台湾有逸生,最近在广州黄埔区发现1归化居群,而此前浙江象山县报道的本种新记录实为白花金钮扣[A. radicans var. debilis (Kunth) R. K. Jansen]的错误鉴定。粉黄缨绒花原产于西非,我国台湾有逸生,最近在广州市和鹤山市发现了大量的归化居群,而且生长旺盛并排斥其他草本植物,具有明显的入侵性,应引起相关部门的重视。凭证标本保存在中国科学院华南植物园标本馆(IBSC)。     

福建省农田生态系统外来入侵植物种类及其分布

为掌握福建省农田生态系统的外来入侵植物种类和分布情况,采用实地调查的方式,对福建省9市农田生态系统中的入侵植物进行调查,并分析了其种类组成、原产地、生活型、分布格局和分布类型及其入侵性等。结果表明,福建省农田生态系统有外来入侵植物30科65属共79种;其中以菊科（Asteraceae）物种数最多,为22种,占总种数的27.85%,其次是苋科（Amaranthaceae）有7种,豆科（Leguminosae）、禾本科（Gramineae）、旋花科（Convolvulaceae）和大戟科（Euphorbiaceae）各有5种。生活型以草本植物为主,占总种数的86.08%;原产于美洲的种类最多,占总种数的70.24%;入侵等级为恶性入侵（1级）的物种有10科22种,严重入侵（2级）有13科22种,局部入侵（3级）、一般入侵（4级）和有待观察类（5级）分别有9、18和8种;恶性入侵和严重入侵的植物种类占入侵植物总数的55.70%。从分布格局和分布类型来看,以福州市的农田生态系统入侵植物种类最多,为52种;不同农田类型中,以旱地中的入侵植物种数最多,有74种;按分布区域划分的全域分布种共13种,按农田类型划分的全域分布种有11种。因此,福建省农田生态系统入侵植物种类繁多,分布广泛,原产地多元化,且恶性和严重入侵植物占比较高,入侵形势严峻,应加强入侵植物的动态监控与防范,以保护生物多样性和生态安全。     

大肠杆菌糖酵解途径和三羧酸循环启动子的表征及其应用

启动子是控制基因转录的重要元件,也是合成生物学研究和细胞工厂设计的关键环节。糖酵解途径和三羧酸循环是糖类分解代谢的中心代谢,受到包括启动子强度在内的严格调控。为了筛选一系列能满足合成生物学研究和细胞工厂设计需要的不同强度的内源性组成型启动子,利用报告基因——红色荧光蛋白m Cherry和在线分析软件,系统研究了大肠杆菌糖酵解和三羧酸循环中27个启动子的强度和核心结构元件。结果表明:这些启动子的强度范围变化很大,最强启动子Pgap A的强度是最弱启动子Pacn A强度的43. 6倍;启动子的-10序列和-35序列与它们的一致序列也不完全相同,两者之间的距离为17±3bp;但是,启动子的强度和启动子的结构特征基本一致。应用最强启动子Pgap A在重组大肠杆菌DH5αΔpck中分别表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因和丙酮酸激酶基因,它们的酶活性分别提高了0. 32和1. 57倍,柠檬酸产量也提高了124. 7%和75. 5%。这些不同强度的启动子为大肠杆菌的合成生物学研究和细胞工厂设计奠定了一定的基础。     

产对香豆酸酿酒酵母工程菌株的构建与优化

对香豆酸是黄酮类、芪类等天然活性化合物的重要前体,在生物医药、食品等行业应用广泛。与传统植物提取和化学合成相比,微生物合成对香豆酸因其具有生产周期短、转化效率高等优势而得到广泛关注。为构建高产对香豆酸酵母工程菌株,以酿酒酵母为出发菌,通过敲除酪氨酸合成竞争路径基因ARO10和PDC5,突变芳香族氨基酸合成调控基因ARO4~(K229L)与ARO7~(G141S)、解除酪氨酸负反馈抑制、并整合酪氨酸解氨酶FjTAL,获得的工程菌C001对香豆酸产量为296.73 mg/L。为进一步提高对香豆酸合成前体积累,分别敲除8个与氨基酸、糖类等转运相关基因并强化糖异生途径,分析其对对香豆酸积累的影响。结果表明,敲除GAL2及过表达EcppsA,对香豆酸产量提高至475.11 mg/L。最后,分析了FjTAL蛋白锚定至酵母液泡对产物积累的影响,结果表明其定位液泡后对香豆酸产量明显提升,达到593.04mg/L。通过强化前体物供应,阻断竞争旁路途径,利用亚细胞定位等策略有效提高对香豆酸产量,为后续黄酮类及芪类化合物的合成提供高效平台菌株,具有重要的应用前景。