生物工程技术讲座(三)

向植物细胞内引入微生物在应用细胞融合技术进行植物细胞杂交育种的同时,近年来人们试图把遗传信息直接引入细咆内。如用转化方法把带有某种遗传信息(植物的固氮、产生某些生物活性物质以及植物的抗性等功能)的DNA 引入植物细胞,但都未能获得肯定的结果。尽管到目前为止基因工程技术进步很快,但对高等植物来讲还远不能广泛应用基因工程像在微生物那样取得成果。高等植物强韧的细胞壁是进行生物工程的一大障碍。自从应用酶处理细胞壁,把植物细胞变成原生质体的方法开展以后,才     

现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用

植物微生物生态学是研究植物微生态系统的一门学科,以植物组织细胞内微生物的组成、功能、演替,以及微生物之间和微生物与宿主之间的相互作用关系为研究对象。现代生物化学与分子生物学技术在植物微生物生态学研究领域的作用日益明显。介绍了上述技术及其在植物微生物生态学研究领域的应用进展,并对其在该领域的利用和发展进行了展望。     

2,4-D诱导微生物进入植物根细胞的电镜观察

近代生物工程技术的兴起,提出如何向植物细胞引入微生物的问题,其方法有: 1.直接引入微生物最早把微生物引入植物细胞原生质体的实验,开始于用酶法制备豌豆叶原生质体并混加根瘤菌。电镜观察证明,细菌进入了叶原生质体内部。后来相继建立了用高pH、高浓度Ca~(2 )和聚乙醇等方法,把酵母、蓝藻(Anacytis anabaena和Gloeocapsa)、灰     

北部湾海洋植物及其共附生微生物次级代谢产物研究进展(综述)

海洋植物及其共附生微生物是海洋生物的重要组成部分,能够产生许多结构新颖、活性独特的次级代谢产物,承担多种生理生态功能。北部湾海洋植物物种资源丰富,据统计,海洋植物有3门43种。该文综述了从2002年起北部湾海洋植物及其共附生微生物次级代谢产物的研究进展,从11种红树植物和7种共附生微生物中获得59个新化合物和35个已知活性化合物,从3种海草植物中获得3个新化合物和7个已知活性化合物,从6种海藻植物和1种共附生微生物中获得25个新化合物和8个已知活性化合物,主要涉及结构类型有萜类、生物碱、黄酮类、甾醇,多数具有良好的抗菌、抗氧化、抗肿瘤、抗炎、增强机体免疫力等功效。在此基础上,进一步提出了北部湾海洋植物研究方向及后续的研究建议。该综述为深入研究和开发利用北部湾海洋植物及其共附生微生物提供了参考。     

细胞的分子组成(四)——糖和脂类

七、糖类糖在自然界中分布极广,几乎所有的动植物、微生物体内都有它,其中以存在于植物界最多,约占植物干重的80％。在植物体内构成植物根、茎、叶骨架的主要成分是纤维素多糖。植物种子或果实里的主要储存物质:淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都是糖类。动物血液中细胞内     

植物内生细菌的研究

植物内生细菌是能够定殖在植物细胞间隙或细胞内,并与寄主植物建立和谐联合关系的一类微生物I’］。自本世纪初开始,人们不断地从植物的根、叶、甚至茎和种子上分离并鉴定出多种微生物,但其在寄主植物中的生物学作用却未能引起研究者的重视。近年来,由于一些研究结果表明内生细菌能够作为外源基因的载体,又具有植物保护剂的功能,可以产生植物促生物质或可作为联合固氮菌剂,由此有关内生细菌的研究才引起植物学家和微生物学家的兴趣。l植物内生细菌的研究现状有关植物内生细菌的研究主要涉及两方面的内容：（l）生态学研究：内生细菌…     

基因敲除技术及其在微生物代谢工程方面的应用

应用基因工程技术对微生物细胞内的代谢通量进行重新设计,是获得高产高效的工业菌株的重要手段之一。基因敲除是20世纪80年代发展起来的一项重要的分子生物学技术,利用基因敲除技术可阻断细胞的代谢旁路。或通过引入突变位点改变目的产物的产量或质量而达到调节代谢流,优化代谢途径的目的。简单介绍了基因敲除技术的操作过程,重点讨论基因敲除技术的敲除策略及在微生物代谢工程方面的应用,并展望了相关技术在诸多领域的发展趋势。     

自体吞噬在植物生长发育中的功能

自体吞噬是一种细胞内自我降解系统,它能将植物细胞内溶物运输至液泡并降解.自体吞噬可划分为内溶物的包裹、运输至液泡、内溶物的降解和降解产物的重新利用几个连续步骤.关于细胞自体吞噬的认识主要来源于酵母、人类、小鼠、果蝇和线虫等生物,以拟南芥等为代表的植物细胞自体吞噬的研究虽然刚刚开始,但也取得了一些标志性的成果,且近十几年来已迅速成为植物研究领域的热点之一.自体吞噬在植物体内具有多种生理和病理作用,如对饥饿的适应、细胞内蛋白质和细胞器的清除、种子中贮藏蛋白的积累、抵制微生物、细胞死亡和胁迫响应等.本文在介绍自体吞噬形成过程的基础上,着重探讨了自体吞噬在植物生长发育中的功能,并对植物中自体吞噬的研究方向进行了展望.     

生防菌对土壤微生态影响的风险评估

土壤微生物在地理生物化学循环过程中起着极其重要的作用。在农业生态系统中,土壤微生物通过降解植物残体为植物提供营养,同时维持植物生产所需的土壤性质。生防菌的引入可能会破坏土壤原有微生物的群落结构和功能,从而对整个生态系统造成有害的影响,因此不论生防菌有无经过基因修饰,在商业化应用前必须对其在农业生态环境中的行为和对土壤生态系统的潜在影响进行风险评估。     

土壤微生物在植物获得养分中的作用

大量施用化肥是当今农业的一个重要特征。化肥为粮食增产做出了巨大贡献,同时也带来一系列问题,如土壤酸化、水体富营养化、温室气体排放、资源耗竭等,直接威胁着农业可持续发展。土壤微生物是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者,直接参与了植物获得养分和土壤养分循环两个过程。因此,通过调控土壤微生物的功能,有望降低农业对化肥的过分依赖。介绍了共生固氮菌、菌根真菌和根际促生菌对植物获得养分能力的影响及其机制,分析了土壤微生物对土壤氮、磷循环的影响及其与土壤养分生物有效性、养分损失的关系。依据这些知识,提出了改善植物营养、降低化肥施用的土壤微生物途径。虽然大量试验已证明了土壤微生物在改善植物营养中的重要作用,但是大面积应用土壤微生物技术来改善植物营养还存在不少问题。随着以后对这方面研究的加强以及上述问题的不断解决,土壤微生物有望在降低化肥施用量和维持农业可持续发展中做出重要贡献。     

拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要,但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组,对叶际微生物组的研究较少,且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论,将拟南芥基因组SNP （Single Nucleotide Polymorphisms）分子标记数据与微生物组网络特征值相关联,挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因,以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析,识别出四种关系下的中心节点微生物,筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络,获得26个枢纽基因,这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制,揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康,将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源,并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持,具有重要的科学意义和应用价值。     

高度耐盐双价转基因烟草的研究

随着全球性人口的增长和土地退化的加剧,开发利用广阔盐碱地和干旱土地的需要日益迫切。植物生物技术的日臻完善,为培育高效耐盐植物迎来了一丝曙光。在高渗条件下,耐盐的微生物或植物细胞通过增加胞内一些相溶性溶质的浓度来维持渗透压的平衡。这些可溶性溶质包括无机离子、糖类、多元醇、氨基酸和生物碱等。通过基因工程手段,使细胞内积累脯氮酸⑴、甜菜碱⑵、甘露醇⑶、海藻糖⑷,能够不同程度地提高转基因烟草的耐盐性。多元醇含有多个羟基,亲水性能强,能有效维持细胞内水活度。山梨醇、甘露醇等己糖分子结构、理化性质和生理功能相近。故此．我们认为：不同糖醇在转基因烟草中的积累．可能具有协同(或累加)效应,有希望更大地提高植物耐盐性。我们在获得大肠杆菌mtlD基因(编码l-磷酸甘露醇脱氢酶)和gutD基因(编码6-磷酸山梨醇脱氢酶)克隆⑸的基础上,获得了分别表达mtlD和gutD基因的单价转基因烟草,并首次证实了gucD基因的表达,能显著地提高转基因烟草的耐盐性⑹。本文工作进一步报道同时表达大肠杆菌mtlD和gutD基因双价转基因烟草的高效高度耐盐性。     

植物微流芯片——一种实时定量监测生长发育的高通量整合分析平台

生长发育是一个复杂的动态过程,了解其发生细节是生命科学研究的重要内容。最新发展起来的微流芯片技术为实现这个目标提供了新的途径。动物及微生物中的应用表明,该技术兼有实时定量监测和高通量整合处理的优势。在植物研究领域,用针对根生长特点和要求设计的根微流芯片结合荧光共振能量转移探针已经成功地检测出拟南芥(Arabidopsis thaliana)根细胞内葡萄糖和游离的Ca2+、Zn2+的浓度。随着各种底物特异的荧光共振能量转移探针的开发和应用,根微流芯片还可以用来检测植物细胞内激素或其它代谢中间产物的浓度及其动态变化过程。不仅如此,以微流芯片为基础发展起来的Plant Chip和Tip Chip则为研究植物与微生物的相互作用以及植物花粉管极性生长和细胞分裂分化提供了理想的平台。作为了解遗传因素或环境刺激导致细胞生命活动变化细节的有力工具,微流芯片技术有望为植物研究领域带来更多新的进展和突破。     

微生物源抗植物病毒物质及其抗病毒机理的研究进展

微生物代谢产生的有抗病毒作用的活性物质,具有内吸活性强、安全高效的优点.目前从微生物资源中筛选并获得抗植物病毒物质已经成为研究的热点,对微生物抗病毒物质的分离提取和抗病机理方面的研究已经取得了一定的进展.对来源于不同种类微生物的抗病毒活性物质,以及抗病机理作了论述,并对微生物源抗植物病毒物质研究进行了展望.     

病原菌的自我防御

在制药和植物保护领域,20世纪已经广泛研究了自然界中常见微生物抑制生长的现象和有毒微生物的代谢活动。在过去10 a里,将拮抗物引入植物表面、生长介质以及繁殖材料中的生物防治方法引起的兴趣还在不断增加。但是病原物针对生防因子、化学药物等所进行的自我防御工作则研究的比较少。主要讨论当前病原菌抵抗微生物拮抗机制的观点和概念,以及所关注的植物病原真菌和细菌的防御。     

植物Rab蛋白的分类与功能

Rab蛋白构成小G蛋白超家族中最大的1个家族,广泛存在于动物、植物和微生物中.Rab调控细胞内的囊泡形成、转运、锚定及囊泡与质膜的融合等过程,在细胞内吞和分泌途径中发挥分子开关的作用.不同生物中Rab的结构和作用机制非常保守,但Rab的分类和生理学功能存在差异.植物Rab不仅行使类似于动物或微生物同源Rab的细胞学功能,而且在植物生长发育、激素信号调节、生物或非生物胁迫应答等方面表现出功能特异性.本文结合近年的研究进展,对植物Rab的分类、结构、调节机制和功能进行了综述,并对当前植物Rab功能研究的难点和方向进行了
讨论.     

亲环素A生物学活性研究进展

亲环素A（cyclophylin A,CypA）是一种多功能且保守的蛋白质,广泛分布在植物、动物和微生物等生物体内,CypA蛋白是第一个被发现的免疫抑制剂环孢霉素A在细胞内的亲环素受体蛋白。CypA在蛋白折叠、免疫抑制、炎症、病毒感染和细胞凋亡等方面的功能,以及植物亲环素功能的研究进展,可为进一步开发利用CypA提供理论依据。     

植物微生物组生态功能与群落构建过程研究进展

植物各个器官表面及内部定殖着高度多样化的微生物群落,这些微生物与植物长期共进化,作为宿主植物的“共生功能体”(holobiont)在植物生长发育、养分吸收、病害抵御和环境胁迫适应性等方面发挥了重要作用。得益于近10年来多组学技术的发展和应用,有关植物微生物群落的多样性、组成和功能特征、群落构建的驱动因素和植物–微生物互作机制等方面研究取得了一系列重要进展。然而,与土壤微生物组相比,目前对植物微生物组的认识及其应用尚且不足。本文系统总结了植物微生物组的组成特征,植物微生物在调节植物生长发育、促进养分吸收、提高病害抵御能力及环境胁迫适应性等方面的功能及作用机制,从宿主选择、环境因子以及生物互作3个方面总结了驱动植物微生物群落构建的因素,并着重阐述了植物–微生物互作如何塑造植物微生物群落以及如何调节对植物的有益功能。此外,我们对未来植物微生物组研究和应用面临的挑战进行了展望,如核心微生物组挖掘和合成群落构建,植物–微生物互作的分子调控机制,植物微生物群落水平上的互作机制等。深入理解植物微生物群落特征、生态功能以及构建过程对于精准调控植物微生物组以提高植物适应性和生产力以及维持生态系统健康具有...     

植物微流芯片——一种实时定量监测生长发育的 高通量整合分析平台

生长发育是一个复杂的动态过程, 了解其发生细节是生命科学研究的重要内容。最新发展起来的微流芯片技术为实现这个目标提供了新的途径。动物及微生物中的应用表明, 该技术兼有实时定量监测和高通量整合处理的优势。在植物研究领域, 用针对根生长特点和要求设计的根微流芯片结合荧光共振能量转移探针已经成功地检测出拟南芥(Arabidopsis thaliana)根细胞内葡萄糖和游离的Ca²⁺、Zn²⁺的浓度。随着各种底物特异的荧光共振能量转移探针的开发和应用, 根微流芯片还可以用来检测植物细胞内激素或其它代谢中间产物的浓度及其动态变化过程。不仅如此, 以微流芯片为基础发展起来的Plant Chip和Tip Chip则为研究植物与微生物的相互作用以及植物花粉管极性生长和细胞分裂分化提供了理想的平台。作为了解遗传因素或环境刺激导致细胞生命活动变化细节的有力工具, 微流芯片技术有望为植物研究领域带来更多新的进展和突破。     

微生物在农业上应用研究的近况

微生物与农业生产的关系十分密切。土壤中微生物对有机质的矿化、腐殖化作用,以及固定大气中氮素的作用,使植物获得赖以生存的营养。另一方面,作物的生长又常常遭受病、虫、鼠、药等灾害的威胁。因此,利用有益微生物和消除有害微生物的研究工作,日益受到人们的重视。