挺水和湿生草本植物传输甲烷的过程与机制研究进展北大核心CSCD

甲烷(CH_4)是一种重要的温室气体,参与大气光化学反应。水生与湿生环境是大气CH_4的重要来源。挺水和湿生草本植物是CH_4释放的重要通道,研究植物如何传输CH_4具有重要的意义。在植物传输CH_4的过程中,根系尤其是侧根根尖区起到了关键调控作用;通气组织内部的隔膜与根茎连接部位也是调控CH_4传输的重要界面。在早期的研究中,关于茎叶排放CH_4主要通过气孔还是微孔(位于地上部除叶片以外的细小的裂隙与孔洞)这一问题存有争议,但是微孔的主导传输作用逐渐被后期的研究证实。枯死与损伤的茎干通常促进CH_4传输排放。扩散与对流是植物传输CH_4的两种主要机制,对流的传输效率高于扩散。生物因素(生物量与光合作用等)与环境因子(光照与温、湿度等)共同调控着植物传输CH_4。目前针对植物传输CH_4的过程与机制已有较系统的认识,但需要深入研究下列问题:(1)植物传输CH_4的系列关键界面中,各个界面的传输效率如何?哪个界面对整体传输起决定性作用?(2)扩散与对流分别对各界面交换与整体长距离传输的内在调控作用。(3)各生物与非生物影响因子间的耦合作用机制。(4)物种间CH_4传输机制与效率的异同。     

天津盐碱化沼泽湿地开垦对土壤团聚体有机与无机碳含量的影响

目前,开垦对沼泽湿地土壤有机碳的影响已有较多研究,但针对滨海盐碱化沼泽的研究较为薄弱,特别是对无机碳的影响尚不清晰,从而导致无法全面评估开垦对总碳的影响。本研究选取天津七里海盐碱化沼泽湿地和对应长期开垦(约60年)后的农田作为研究对象,采集0~15和15~30 cm两层土样,采用湿筛法得到>2、0.25~2、0.053~0.25和<0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体。结果表明:湿地长期开垦后,表层(0~15 cm)和下层(15~30 cm)土壤大团聚体(>2 mm)比例均显著降低(-48.1%、-58.1%),微团聚体(0.053~0.25 mm)比例均显著增加(+166.1%、+70.0%);各粒级团聚体有机碳含量均显著降低(31.2%~56.8%);表层土壤(0~15 cm)中等团聚体(0.25~2 mm)和矿质颗粒组分(<0.053 mm)无机碳含量显著增加(+85.4%、+75.4%);而下层土壤(15~30 cm)各级团聚体无机碳含量均显著增加(182.3%~448.2%);表层土壤大团聚体(>2 mm)、中等团聚体(0.25~2 mm)总碳含量显著降低(-12.9%、-21.9%),而总碳含量在表层土壤微团聚体(0.053~0.25 mm)、矿质颗粒组分、下层土壤各级团聚体均无显著变化。可见,滨海盐碱化沼泽湿地开垦虽导致有机碳含量降低,但无机碳含量却具有显著反补作用,从而减缓或抑制了碳库流失。因此,在滨海盐碱化地区,今后应更加重视开垦过程中土壤无机碳动态变化及其对总碳的影响。     

基于结构的CRISPR蛋白xCas9的优化设计

酿脓链球菌 (Streptococcus pyogenes Cas9,SpCas9) 已成为强大的基因组编辑工具,但其可识别的前间隔序列临近基序 (Protospacer adjacent motifs,PAMs) 范围有限,且存在脱靶效应。为解决这些问题,文中提出一种对SpCas9的定向进化突变体xCas9进行优化的理性方法。首先,使用Rosetta程序进行能量最小化以优化Cas9的三维结构,获得其能量最低的构象;然后,对其定向进化所得氨基酸位点进行组合突变设计;最后,通过自由能排序从设计突变体中筛选出用于实验验证的最优变体。经DNA剪切实验验证,成功地获得了一个多PAM识别和低脱靶的新变体yCas9 (262A/324R/409N/480K/543D/694L/1219T)。该变体可识别NG、GAA和GAT序列,且其由错配sgRNA引导的脱靶DNA剪切活性低,为生物医学领域提供了一个有潜在应用价值的基因编辑工具。同时,文中还对SpCas9、xCas9和yCas9进行了分子动力学模拟,揭示了其PAM识别和脱靶效应的机理,可为进一步的CRISPR/Cas9蛋白优化改造提供理论指导。