巴氏芽孢杆菌矿化作用机理及应用研究进展

本文介绍了具有诱导碳酸钙矿化功能的巴氏芽孢杆菌及其矿化核心酶脲酶的结构与功能,较为系统地综述了巴氏芽孢杆菌矿化作用的生物机制,简要介绍了国内外多领域关于巴氏芽孢杆菌矿化应用的研究现状及典型应用案例,并探讨了相应微生物矿化技术在特定环境下的应用前景及在未来应用中可能存在的不足之处,相关分析论述对进一步推进微生物矿化技术的应用具有较为重要的意义.     

基于不同氮源培养条件的巴氏芽孢杆菌脲酶功能转录组分析

巴氏芽孢杆菌是源于土壤的革兰氏阳性菌,人们利用其高效的脲酶活性诱导产生碳酸钙的现象开发了多种应用场景.然而,巴氏芽孢杆菌的生物矿化相关代谢机制还不够明确,尤其是对在矿化作用中发挥核心作用的脲酶基因结构、表达调控机制及关联代谢等方面的研究相对较少.当前,巴氏芽孢杆菌应用研究中面临的矿化反应不可控性及不稳定性等问题都源于脲酶代谢机制的研究匮乏.因此,进一步揭示巴氏芽孢杆菌脲酶的基因信息、表达调控机制及相关代谢机理迫在眉睫.本文通过转录组测序,对比了4种培养条件下巴氏芽孢杆菌的生长情况和基因表达情况,解析了脲酶的代谢机制,结果进一步证明ATP合成与脲酶表达及尿素水解相关联,最终预测了脲酶的双操纵子结构.     

我国华东沿海4种石磺形态学比较

我国华东沿海分布有瘤背石磺(Onchidium struma)、平疣桑椹石磺(Platevindex mortoni)、里氏拟石磺(Paraoncidium reevesii)、紫色疣石磺(Peronia verruculata)4属4种石磺,后3种为我国大陆沿海新纪录种。通过野外实地调查和实验室暂养分别观察了其生态习性及外部形态,测定外形主要生物学性状指标进行统计分析;同时解剖比较4种石磺的生殖系统和消化系统等内部结构。结果显示,4种石磺的生活区域分别从潮间带中潮区至高潮区再到潮上带而呈现梯度分布状态,生活区域的不同导致生活习性、呼吸方式的不同;4种石磺外部形态差别明显,身体背部和腹足的颜色不同,平疣桑椹石磺没有背眼,腹足灰黑色或灰白色,惟紫色疣石磺有树枝状鳃;在内部结构中,平疣桑椹石磺无阴茎附属腺,里氏拟石磺无阴茎牵引肌且与紫色疣石磺一样不具有肛门腺。主要生物学性状数据分析得出足长和足宽是典型代表数据,判别分析得出呼吸孔至身体末端距离与肛门至呼吸孔距离的比例是属种间具有显著性意义的观察指标,从外形及内部主要结构比较发现将它们分属4个种是准确的。外部形态的特殊结构以及内部结构主要差异可作为石磺科分类的主要依据;比较我国华东沿海石磺的形态学差异能为石磺科贝类模式种资料的重新修订提供良好的研究基础。     

基于28S rDNA部分序列的石磺科系统发育研究

采用PCR技术对采集自中国大陆沿海5地8个群体石磺的28S rDNA部分序列进行扩增。将测序结果与Gen-Bank中的另外3条石磺科贝类的对应序列一起,以小鼠28S rDNA基因序列进行参照,截取D1、D2、D3区域,拼接后进行比对分析。在获得的689bp的序列中,有76个变异位点,28个简约信息位点,A+T平均含量为30.9%,C+G平均含量为69.0%。以分类关系较近的菊花螺科(Siphonaria alternate)为外群,用NJ、MP、ML和贝叶斯法构建分子系统树。4种方法得到的进化树拓扑结构很相似,得到的结果也与沈和定提出的中国大陆沿海石磺科贝类可划分为Peronia、Platevindex、Onchidium、Paraoncidium4个属的观点基本一致。同时,28S rDNA部分序列的系统分析还显示,4个属中Peronia属与Paraoncidium属亲缘关系较近,Platevindex属与Onchidium属关系比较近。     

基于18S rRNA的中国大陆沿海石磺科贝类分类的初步分析

对采自上海崇明、福建宁德、海南海口等沿海地区9个群体的石磺科贝类进行外部形态特征差异分析和内部结构比较,在初步分类基础上利用核糖体小亚基18S rRNA基因部分序列对9个群体进行系统发育分析,以菊花螺为外群,结合GenBank上石磺科4个18S rRNA基因序列构建系统发生树来探讨我国大陆沿海石磺科属种间的亲缘关系.结果显示:我国石磺科贝类南方沿海种类多于北方沿海;除报道的瘤背石磺(Onchidium struma)和石磺(O.verruculatum)外,可能还有新记录5种:Onchidium属1种、Platevindex属2种、Peronia属1种和Paraoncidium属1种.分子系统发生树显示,我囝大陆沿海石磺科9个群体可分为4个亚群,分别为Onchidium、Platevindex、Paraoncidium、Peronia,其中Peronia亚群的置信度较高;Onchidium verruculatum应更名为Peronia verruculata.     

膜蛋白的表达：在无细胞体系中实现功能性表达、折叠和组装

膜蛋白在人类和其他物种的生命活动中都起着至关重要的作用.在已完成测序的基因组中,膜蛋白占据30%.药物作用靶向位点、细胞之间的信号传递以及对外界环境的探测等功能,大多是通过生物膜上的特殊膜受体蛋白实现的.膜蛋白研究在工业、环境、国防、医学等领域具有重大意义.嗅觉受体蛋白是一类典型的膜蛋白,属于G蛋白偶联受体家族.嗅觉受体蛋白调控着生物的食物寻找、危险趋避和求偶行为.其主要分布于脊椎动物鼻腔和昆虫触角.嗅觉受体蛋白可以直接识别气味分子,将生物信号转化为电信号,最终传递至神经中枢,进而做出相关应答.膜蛋白的获取并不容易.天然组织中的膜蛋白含量太低不足以支撑学术研究.异源表达难以实现膜蛋白整合上膜,这给膜蛋白的结构和功能研究带来很大挑战.无细胞蛋白质合成系统是一个开放体系,且不依赖细胞活性,是体外表达蛋白质的有效方法.通过无细胞蛋白合成体系,在体外实现膜蛋白二聚体的自组装,将为膜蛋白研究带来全新突破.本文总结了用于无细胞表达的膜蛋白研究进展.     

一种石磺科贝类线粒体基因组全序列分析

石磺线粒体基因组全序列对研究石磺科分子系统进化具有重要意义。利用LA-PCR技术对一种石磺Platevin-dexmortoni线粒体基因组全序列进行了测定和分析。结果表明,线粒体基因组序列全长13 991 bp,碱基组成分别为27.27%A、16.78%C、20.23%G、35.72%T;由22个tRNA、2个rRNA、13个蛋白编码基因和25个长度为2-118 bp的非编码区组成。4个蛋白质编码基因和5个tRNA基因从L链编码,其余基因均从H链编码。蛋白质基因的起始密码子,除ND2为GTG以外,均为典型的起始密码子ATN。ND2和Cytb基因使用了不完全终止密码子T,其余基因均使用典型的TAA或TAG。预测了22个tRNA基因的二级结构,发现tRNASer和TrnaAsn缺少DHU臂,tRNASer和tRNAThr的反密码子环上有9个碱基,而不是通常的7个碱基。最长的非编码区含有两个类似于的tRNAGln和tRNAPhy的二级结构。     

藤壶附着：从基底探测到胶的固化

藤壶在水下设施上的牢固黏附一方面造成极大的污损和危害,另一方面为水下的牢固粘接提供了灵感.相关的防污和水下超粘接等技术的解决强烈依赖于对其附着过程及分子机制的理解.目前,对藤壶黏附的宏观过程已有了较为深入的了解,主要包括基底探测、信号传导、胶液分泌以及胶的固化,但对该过程中作用的分子机制如受体蛋白的识别、基因表达的调控以及胶蛋白的交联固化的研究依然有限,而上述任何阶段的干扰都可为防污或水下粘接提供重要的理论指导.因此,深入理解各阶段的相关分子机制对防污和水下粘接至关重要.本文综述了近年来对藤壶附着的相关进展,介绍附着过程中的内部信号分子响应以及胶液分泌过程中的固化交联机制,指出了存在的问题,并提出进一步可能的研究要点.