从基因克隆到表达分析——改革基因工程实验课程的实践与体会

基因工程实验是一门从基因结构、基因表达和基因功能多个层面上进行实验操作的课程。建立一个系统的知识框架、科学的实验方法是保障基因工程课程质量的前提。以时代发展为向标,文章对传统的基因工程实验课程进行了教学改革,初步实现了实验内容前沿化、实验手段多样化、实验项目科研化,让实验课堂成为学生们科学生涯的起跑点。     

从基因克隆到表达分析——改革基因工程实验课程的实践与体会

基因工程实验是一门从基因结构、基因表达和基因功能多个层面上进行实验操作的课程。建立一个系统的知识框架、科学的实验方法是保障基因工程课程质量的前提。以时代发展为向标, 文章对传统的基因工程实验课程进行了教学改革, 初步实现了实验内容前沿化、实验手段多样化、实验项目科研化, 让实验课堂成为学生们科学生涯的起跑点。     

植物耐旱与基因工程

占我国国土面积50％以上的西部和北部地区,降水量少,且季节分配不均,受到严重缺水 威胁,这是造成西部经济滞后的一个重要原因。近20年来全球荒漠化面积已占陆地面积的25％。我国西部荒漠化的土地以每年300万亩的速度扩大。据估计每年因风沙危害导致直接经济损失高达45亿元。年复一年的陷入干旱的生态危机,严重威胁到人类社会的可持续发展。 河流断流、土地沙化、沙尘暴频发、湖泊湿地萎缩、草地退化、森林锐减、生物量和生物多 样性急剧下降已引起全社会的关注。目前,我国西部面临着实施大开发的历史机遇,但同时 又是挑战。西部开发…     

植物脂肪酸的生物合成与基因工程

植物脂肪酸既具重要生理功能,又有巨大食用和工业价值。其生物合成途径较为复杂,涉及乙酰－ＣｏＡ羟化酶、脂肪酸合成酶、脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶等一系列酶。近年来,对脂肪酸生物合成途径进行了大量研究,克隆出许多相关基因,初步阐明了脂肪酸合成规律,并在此基础上开展了利用基因工程技术调控脂肪酸合成研究,取得可喜进展。本文详细介绍了植物饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸和超长链脂肪酸的生物合成与基因工程研究的新结果     

本科生物技术综合性超大实验课程的架构与建设

为了培养本科生的分子生物学实验设计与操作技能,在实践教学中实现培养本科创新人才的目标,以用大肠杆菌发酵生产重组细菌碱性磷酸酶为案例,通过碱性磷酸酶基因的克隆、原核表达、发酵生产、提取纯化以及酶活性检测等系列实验,把本科的基因工程、发酵工程和生物化学3门综合性独立实验课程有机地组合成一个内容相关联的超大型综合性生物技术大实验,进一步凸显了生物技术中以基因工程技术为核心的上游核酸操作、中游发酵生产和下游蛋白分离纯化三大技术模块的有机联系,大大地提高了本科实验教学的综合性和研究性,提升了实践教学水平,取得了良好的教学效果。     

植物抗真菌基因工程研究进展

自从人类开始种植农作物以来,真菌病害就是造成作物损失的主要原因之一。目前控制真菌病害的主要方式不外乎轮作、培育抗真菌品种、施用化学农药等。虽然这些方法在不同时期都发挥了各自的作用,但由此而产生的各种弊病日益显著。随着人们对环境的关注及降低生产成本的愿望的不断增强,激励着育种家们寻求新的育种途径。建立在分子生物学技术基础上的基因工程方法,是培育抗病植物品种的一条全新而有效的途径。近年来由于对植物抗病反应机制及植物病原真菌致病机理的深入研究,该领域的研究者们提出了较多利用基因工程技术控制植物真菌病害的设想。目前。要从以下几种途径获取和利用抗真菌基因：从常规育种已确知但其产物未知的小种一品种特异的抗性基因;参与对真菌有毒性的化合物的合成酶基因;对真菌生长具有直接抑制作用的蛋白质基因、真菌酶抑制物基因、植保素基因等。该文就此方面的策略及进展做一综述。     

植物抗病毒基因工程的研究进展

病毒病是农作物的主要病害之一．目前已知的植物病毒有32组700多种,几乎在各类作物上都有发生,给农业生产带来了巨大的损失。为此人们多方探索,但目前仍缺乏直接有效的方法,主要还是依靠一些间接的手段,如用农药控制传播病毒的昆虫,保护植物免受病毒侵染。但该方法所用药剂价格较高,使用费时费工,易造成环境污染。另一种方法是通过组培脱毒法获得无毒种植材料．但成本高,工作量大;特别是由于病毒田间再侵染,使得无毒材料“旧病复发”。因此防止植物病毒的根本途径归根到底依赖于培育抗病品种。但传统的抗病毒育种存在着许多限制…     

植物中多不饱和脂肪酸生物合成的基因工程

多不饱和脂肪酸 (ｐｏｌｙｕｎｓａｕｒａｔｅｄｆａｔｔｙａｃｉｄｓ ,简称ＰＵＦＡ ,即含有两个或两个以上双键的长链脂肪酸[1] ) ,过去二十几年的研究 ,揭示了它在生物体内有广泛作用 ,在营养学和医学上都很重要[1～ 6] ,其生理功能和生物合成的研究得到广泛重视。1　多不饱和脂肪酸的生理功能　　 (1 )是生物膜的重要组成成分 ,调节与膜有关的生理过程。ＰＵＦＡ ,特别是花生四烯酸 (2 0∶4Δ5,8,11,14 ,ａｒａｃｈｉｄｏｎａｔｅ,ＡＡ)是磷脂结构功能的主要部分。磷脂在所有细胞膜中均存在 ,是细胞和生物膜的关键组份 ,它们对生物膜结…     

植物脂肪酸的生物合成与基因工程

植物脂肪酸既具重要生理功能,又有巨大食用和工业价值。其生物合成途径较为复杂,涉及乙酰_CoA羧化酶、脂肪酸合成酶、脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶等一系列酶。近年来,对脂肪酸生物合成途径进行了大量研究,克隆出许多相关基因,初步阐明了脂肪酸合成规律,并在此基础上开展了利用基因工程技术调控脂肪酸合成研究,取得可喜进展。本文详细介绍了植物饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸和超长链脂肪酸的生物合成与基因工程研究的新结果。     

植物耐冷性基因工程

温度决定物种的分布,同时还影响作物的产量和品质。植物耐冷的机制涉及到许多方面,包括膜脂组成的变化、可混溶溶质的积累、抗氧化酶活性的提高、低温相关基因的诱导表达等。由于植物的耐冷性状由多基因控制,采用传统的育种方法往往难以取得理想的结果,而植物基因工程技术的发展及应用则提供了另外可能的途径,可以通过转移耐冷性状形成的关键基因从而对植物进行改良。本文从膜脂组成、可混溶溶质、抗冻蛋白、抗氧化酶和诱导植物低温相关基因的转录因子等方面对植物耐冷性的基因工程研究进行了综述,以期为植物育种者和从事冷胁迫机制研究的工作者提供参考。     

Metabolic engineering of plant secondary metabolite pathways for the production of fine chemicals

The technology of large-scale plant cell culture is feasible for the industrial production of plant-derived fine chemicals. Due to low or no productivity of the desired compounds the economy is only in a few cases favorable. Various approaches are studied to increase yields, these encompass screening and selection of high producing cell lines, media optimization, elicitation, culturing of differentiated cells (organ cultures), immobilization. In recent years metabolic engineering has opened a new promising perspectives for improved production in a plant or plant cell culture.     

Genetic engineering of plant signal transduction mechanisms

Signal transduction is used by plants to coordinate their development and to sense and respond to fluctuations in their surroundings. Of prime importance is the ability to defend against pathogens and other environmental hazards such as cold temperatures, drought or wounding. Many transduction pathways are now characterized and the underlying genes are known. This suggests an obvious question—can we engineer signal transduction mechanisms for plant improvement? We address this question by presenting a rationale for an engineering approach and by discussing results from recent attempts to apply this approach. Calmodulin-like domain protein kinase (CDPK) and mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways are used as primary examples. New technology that will aid these efforts is also covered.     

以“学”为中心的基因工程实验混合式教学设计与实施

生物学实验教学是生命科学类人才培养的重要环节。面向生物学学科的快速发展和研究型人才培养需求的增加,生物学实验教学应设立更加多元化的学习目标,即在实验技能训练的基础上,努力培养学生的实验设计与操作能力,提升学生的科学思维和创新意识。文中结合基因工程实验课程的混合式教学改革的过程,介绍基因工程实验在线资源建设方法、混合式教学理念设计和课堂实施细节,并对教学效果进行了初步分析。实践证明,基因工程实验的混合式教学模式能够有效促进学生的主动学习,形成以“学”为中心的教学模式,帮助学生提高实验技术的学习效果,并在此基础上培养严谨的科学态度、专业的研究素质及创新的学术能力。     

Engineering hydroxyproline-O-glycosylated biopolymers to reconstruct the plant cell wall for improved biomass processability

Reconstructing the chemical and structural characteristics of the plant cell wall represents a promising solution to overcoming lignocellulosic biomass recalcitrance to biochemical deconstruction. This study aims to leverage hydroxyproline (Hyp)-O-glycosylation, a process unique to plant cell wall glycoproteins, as an innovative technology for de novo design and engineering in planta of Hyp-O-glycosylated biopolymers (HypGP) that facilitate plant cell wall reconstruction. HypGP consisting of 18 tandem repeats of “Ser–Hyp–Hyp–Hyp–Hyp” motif or (SP4)₁₈ was designed and engineered into tobacco plants as a fusion peptide with either a reporter protein enhanced green fluorescence protein or the catalytic domain of a thermophilic E1 endoglucanase (E1cd) from Acidothermus cellulolyticus. The engineered (SP4)₁₈ module was extensively Hyp-O-glycosylated with arabino-oligosaccharides, which facilitated the deposition of the fused protein/enzyme in the cell wall matrix and improved the accumulation of the protein/enzyme in planta by 1.5–11-fold. The enzyme activity of the recombinant E1cd was not affected by the fused (SP4)₁₈ module, showing an optimal temperature of 80°C and optimal pH between 5 and 8. The plant biomass engineered with the (SP4)₁₈-tagged protein/enzyme increased the biomass saccharification efficiency by up to 3.5-fold without having adverse impact on the plant growth.     

植物几丁质酶的基因工程与分子生物学研究进展

植物几丁质酶具有广泛的生理活性,尤其在植物的抗病性方面具有重要作用,因而植物几丁喷酶基因工程或为目前抗真菌基因工程研究的热点。本介绍了植物几丁质酶基因结构的研究进展,综述了植物几丁质酶基因工程和微生物产几丁质酶转入植物的基因工程研究成果,概述了植物几丁质酶分子比较和分子进化研究,并展望了植物几丁质酶基因工程的应用前景。     

抗病原菌植物基因工程进展

植物病原菌给农林生产带来巨大的损失,植物基因工程在培育抗病原菌植物方面是传统育种技术的补充和发展,短短几年,在抗细菌和抗真菌植物基因工程方面出现了一些全新的成功策略,这些范例都是针对病原菌的生理结构、致病机理及与植物的相互关系。本文概括论述了这些策略的基本思路并对其局限性加以探讨。随着植物病理学、植物分子生物学和病原菌分子生物学的研究进展,新的抗性策略将会出现。     

植物抗寒基因工程研究进展

本评述了近年来有关植物抗寒生理及分子生物学方面的研究进展,对冷诱导基因的功能,诱导调控以及抗寒转基因策略等做一总结。