西伯利亚蝗卵发育过程的比较转录组分析及滞育关联基因筛选

【目的】通过筛选西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus卵滞育基因及代谢通路,初步明确西伯利亚蝗卵滞育分子机理。【方法】利用Illumina NovaSeq 6000测序平台对西伯利亚蝗早期发育(ES)、滞育(DS)和滞育后发育阶段(PS)的卵进行转录组测序;采用GO和KEGG富集分析并结合文献,预测滞育相关通路并聚类热图分析,筛选蝗卵滞育关联基因,并选取其中6个重要基因进行qRT-PCR验证。【结果】DSvs ES和PS vs DS两比较组分别富集到12 419和4 789个差异表达基因,且多上调表达;两比较组共表达差异基因为2 206个,主要与糖代谢、环境胁迫和生长发育相关。DS vs ES组富集最显著的GO条目为蛋白结合,PS vs DS组GO条目主要包含酶活性、细胞骨架构建及蛋白结合等过程。滞育关联基因主要集中在Wnt信号通路、胰岛素信号通路、细胞周期通路以及昆虫激素生物合成等通路。6个重要的滞育关联基因的表达量变化趋势与转录组数据结果基本一致。【结论】本研究初步明确了西伯利亚蝗卵滞育调控的重要代谢途径,并筛选出20个滞育关联基因,为后续深入研究该物种的适应机理奠定了基础。     

集胞藻PCC6803高效基因表达平台的构建与评价

针对蓝细菌代谢工程改造的需求,成功构建了可以在模式蓝细菌菌株集胞藻PCC6803中高效表达外源基因的3个基因组整合表达平台,以及1个可以在多株蓝细菌中表达的广宿主穿梭表达平台。该表达平台通过选用集胞藻PCC6803中1,5-二磷酸核酮糖缩化酶/氧化酶的启动子驱动外源基因的表达,应用“SD-AUG”翻译融合的策略提高外源蛋白翻译效率,以及加入终止子序列Trbc以提高转录终止效率,实现了对外源基因的高效表达。利用lacZ作为报告基因,检测了所构建表达平台pFQ20在集胞藻中的基因表达效率,结果显示β-半乳糖苷酶的活性为109 Miller。同时,基于pFQ20表达平台在集胞藻PCC6803中表达了来自大肠杆菌的硫酯酶基因tesA’,蛋白印迹实验结果显示了硫酯酶的成功表达。该表达平台为在蓝细菌中开展遗传研究及基因工程改造提供了有用的遗传工具,其构建策略为在蓝细菌中构建高效稳定的外源基因表达元件提供了借鉴。     

基于糖原代谢调控的蓝细菌光合细胞工厂优化研究进展

蓝细菌是重要的光合自养微生物,也是最具潜力的光合微生物底盘之一,被广泛应用于光驱固碳细胞工厂的开发。糖原是蓝细菌最重要的天然碳汇物质,糖原代谢对蓝细菌光合碳流的分配和调控具有重要意义。为了优化蓝细菌光合细胞工厂的合成效能,驱动更多的光合碳流重定向至目标代谢产物的合成,已经有多种策略和方法被成功开发用于调控蓝细菌的糖原代谢和糖原含量。然而,作为具有全局效应的重要碳汇机制,针对糖原代谢的调控往往对蓝细菌底盘藻株的光合生理和代谢网络造成复杂的影响,在不同光合细胞工厂合成效能优化上取得的效果也不尽相同。文中梳理了蓝细菌糖原代谢工程的最新进展,对糖原代谢调控造成的生理、代谢影响进行了介绍和分析,进而对通过糖原代谢调控来优化光合细胞工厂效能的研究前景进行了展望。     

乙醇消耗菌的分离鉴定及其对基因工程集胞藻乙醇产量的影响

为研究产乙醇基因工程集胞藻培养液中的乙醇消耗菌污染情况及其对乙醇产量的影响,从污染的培养液中分离出4株乙醇消耗菌,通过16S rDNA、26S rDNA序列分析对分离出的菌株进行鉴定,并研究其乙醇消耗能力及对基因工程集胞藻乙醇产量的影响。结果表明,分离出的4株菌分别为红酵母(Rhodotorula sp.)、季也蒙酵母(Meyerozyma guilliermondii)、短波单胞菌(Brevundimonas sp.)、微杆菌(Microbacterium sp.)。其中乙醇消耗能力最强的是红酵母,乙醇比消耗速率达到391 g/(1015 cfu?d);其次为季也蒙酵母,乙醇比消耗速率为80.1 g/(1015 cfu?d);短波单胞菌和微杆菌的乙醇比消耗速率远低于红酵母和季也蒙酵母。将分离出的菌株与产乙醇集胞藻共培养7d后,污染红酵母、季也蒙酵母、短波单胞菌、微杆菌的实验组乙醇产量分别下降了53.8%、23.6%、40.7%、27.3%。4株菌对基因工程集胞藻的生长无明显影响,均通过直接消耗乙醇而降低集胞藻的乙醇产量。     

洛伐他汀工业菌株土曲霉HZ01的次级代谢产物合成分析

【目的】分析洛伐他汀工业生产菌株土曲霉HZ01的次级代谢产物合成能力,为后期的遗传改造、次级代谢产物及其基因簇挖掘提供指导。【方法】对洛伐他汀发酵条件下的样品进行了转录组分析,同时运用色谱分离技术及波谱学方法对主要次级代谢产物进行了分离和结构鉴定。【结果】洛伐他汀合成相关基因转录水平非常高,还有4个聚酮合酶(PKS)、6个非核糖体多肽合成酶(NRPS)和1个PKS-NRPS杂合酶基因进行了转录,其他PKS和NRPS基因都处于沉默状态。此外,从该菌的发酵产物中分离鉴定了10个主要副产物并确定了其结构。【结论】土曲霉HZ01是一株优良的洛伐他汀生产菌株,在构建次级代谢产物异源合成细胞工厂和鉴定次级代谢产物生物合成途径方面具有很好的应用潜力。     

蓝细菌光驱固碳细胞工厂的合成生物学开发策略

光合生物制造技术是指以光合自养生物为底盘,通过光合固碳过程,将太阳能和二氧化碳直接转化为生物燃料和生物基化学品的全新生物制造模式。发展光合生物制造技术可以同时实现固碳减排和清洁生产。蓝细菌是极具潜力的微生物光合底盘,也为光合生物制造技术开发高效的光驱固碳细胞工厂提供了重要平台。着眼于未来的规模化应用需求,蓝细菌光驱固碳细胞工厂需要在物质能量转化效率、工业过程中的生长和生产稳定性以及与工程过程的适配性这三方面进一步提升。现从光能的捕集和利用、碳源的固定和转化、逆境胁迫的适应以及工程过程的适配这四个角度,介绍了如何应用合成生物学工具和策略,人工设计、开发进而优化蓝细菌光驱固碳细胞工厂,以满足光合生物制造技术大规模应用的需要;最后,总结、介绍了本领域的最新研究进展,并对未来发展方向进行了展望。     

从专利角度分析ω-转氨酶在我国手性胺生物合成应用中的研究进展

转氨酶能够催化氨基在氨基酸、烷胺、芳香胺等多种氨基化合物和醛、酮、酮酸等羰基化合物之间的可逆转移。由于其底物范围广、立体选择性高、催化条件温和等特点,ω-转氨酶已在手性胺绿色生物合成中展现了巨大应用前景。开发高效、特异、环保且具有自主知识产权的手性胺合成应用技术,对我国医药、农药、材料产业的发展具有重要意义。本文从应用技术角度,对近10年来我国机构报道的ω-转氨酶相关中国专利进行了系统分析,重点从ω-转氨酶资源开发、酶性能的蛋白工程改造、在手性胺合成中的应用现状、催化转化技术工艺4个方面对我国ω-转氨酶在手性胺生物合成领域的研究进展进行阐述,以期为ω-转氨酶基础理论的深入研究和相关应用技术的推广提供参考。     

蓝藻光驱固碳合成糖类物质的技术研究进展*

糖类物质在食品、医药、日化、发酵领域有着广泛应用,对人类健康和社会发展有着重要意义。发展新型糖类物质合成技术有利于解决传统植物生物质“采集-炼制”产糖模式所面临的高成本、长周期、时空限制等风险和问题。蓝藻是一类重要的光自养微生物,也是极具潜力的新型微生物光合平台,发展蓝藻光驱固碳产糖技术有望实现二氧化碳向特定糖类产物的一站式定向转化,实现糖类物质合成的模式变革。糖类物质本身在蓝藻天然光合代谢网络中发挥重要作用,特别是卡尔文循环、糖原代谢、相容性物质代谢等几个重要生理模块的运转都是以不同糖类物质的转化来驱动的;而合成生物技术的发展又为光合产糖网络重塑和扩展注入了新的驱动力,在产品类型、合成模式及生产效率上显著提升了蓝藻光驱固碳产糖技术的发展和应用潜力。针对蓝藻光驱固碳产糖技术的发展应用,从模式、策略、产物等不同维度总结了相关进展和风险挑战,并对其未来前景和方向进行了展望。     

鹅喉羚线粒体D-loop和Cytb序列遗传多样性分析

[目的]为了探讨新疆天山野生动物园17只鹅喉羚的遗传多样性、亲缘关系和群体来源。[方法]对这些鹅喉羚线粒体控制区(D-loop)和细胞色素b(Cytb)基因序列进行了PCR扩增和测序,分别计算了群体单倍型多样度(H)和核苷酸多样性(Pi)以及个体间的遗传距离,并构建了单倍型NJ(Neighbor-Joining)聚类图。[结果]D-loop区和Cytb分别获得了978bp和543bp的基因片段,D-loop区识别出11个单倍型,Cytb区识别出3个单倍型;D-loop和Cytb的单倍型多样度(H)和核苷酸多样性(Pi)分别为0.863、0.01028和0.330、0.00077;个体之间最大遗传距离为0.024,最小遗传距离为0.001;17只鹅喉羚分别聚为2个分支。[结论]该鹅喉羚群体D-loop区多态性较丰富,在野外可能来自两个不同的群体。     

蓝细菌光驱固碳合成蔗糖技术的发展与展望

生物炼制技术体系是缓解能源和环境危机,推动社会可持续发展的重要选择,而充足的糖原料供应是生物炼制的基础。蓝细菌光驱固碳合成蔗糖是一种潜力巨大的新型糖原料供应路线。基于高效的蓝细菌光驱固碳细胞工厂,可以在单平台上以太阳能为驱动将二氧化碳和水直接转化为蔗糖,过程简单、产品明确、易于提取,而且可以同时达到固碳减排和供应糖原料的效果,具有重要的研究和应用价值。本文回顾了蓝细菌光驱固碳合成蔗糖技术的发展现状,从合成机制、代谢工程策略、技术延伸应用等层面对其最新进展和所遇到的问题进行了总结介绍,并对该技术未来发展方向进行了展望。