微藻育种与培养研究概况

微藻类的天然产物具有广泛的遗传变异和潜在的经济价值,但是这些天然产物的获取还依赖于品种的改良和适宜的培养条件。本文概括性地论述了微藻的遗传育种和优化培养。它包括微藻类的遗传多样性、选择育种、诱变育种、细胞融合、基因工程以及固定化培养和生物反应器的应用。这些生物技术为微藻类的利用开辟了广阔的前景。     

固定化藻类细胞的制备和应用

自1940年以来,世界上一些国家对藻类培养以及有关实验室和室外规模的研制工作报道日益增多。这些研究激起了这些国家和私人企业的投资热。由于藻类的多种用途,对藻类的开发生产及其代谢产物的研究引起了人们的     

一个四倍体杂种——兴国红鲤(Cyprinus carpio L.)×草鱼(Ctenopharyngoden idella Cuv. et Val.)

在自然界中,存在一些天然多倍体鱼类,如银鲫和某些鳉科鱼类5,这些事实引起了鱼类遗传育种界的重视,启发人们去进行多倍体育种的探索。       

新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室

依托塔里木大学建设的“新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室”位于塔里木盆地腹地新疆阿拉尔市,于2004年6月成立。实验室以“环塔里木生物多样性”为主要研究对象,重点围绕“南疆特色果树种质资源与遗传育种、特殊微生物及其基因资源开发利用、荒漠植物生物多样性保护与环境重建、天然产物分子结构与功能”四个研究方向从事应用基础科学研究。在功能重组和合理架构的过程中,形成了果树种质资源研究室、果树遗传育种研究室、应用微生物研究室、生物多样性研究室、天然产物研究室、分子生物学研究室、分析测试室、植物组织培养及种苗繁育基地、化学工程及大规模发酵中试基地的“七室两基地”的研究单元。     

尾叶桉(Eucalyptus urophylla)第一代育种群体的遗传多样性

本研究利用中性微卫星标记分析了尾叶桉第一代育种群体的遗传多样性水平和遗传结构。Hardy-Weinberg平衡检测表明尾叶桉第一代育种群体各天然种源内存在明显的杂合子缺失现象。标记和种源的遗传多样性参数统计都表明,尾叶桉育种群体各天然种源具有很高的遗传多样性。分子方差分析显示,尾叶桉育种群体的大部分遗传变异来自家系间,种源间的遗传变异分量很低,该结论被种源间很低的遗传分化水平再次佐证。尾叶桉育种群体内的亚群体分类(Structure分析)与各天然种源的地理分布不存在联系,但群体的内亚群体分类和基于Nei遗传距离的聚类比较吻合。本研究结论可为尾叶桉高世代的群体改良和优良杂交种亲本选配提供遗传基础信息。     

基于CRISPR/Cas系统的天然产物生物合成基因簇克隆和编辑技术

合成生物学和基因组测序技术的快速发展使挖掘和高效合成天然产物进入了一个全新的时代。由于多数原始菌株生长缓慢、难以培养及遗传改造困难等问题,导致天然产物生物合成基因簇的激活和高效表达受到严重制约。基于此,将原始菌株来源的基因簇转移到操作简便、遗传背景清晰的模式宿主中进行异源表达成为天然产物发现和产量提高的一种有效手段。其中,基因簇的克隆与编辑是实现天然产物异源表达的一个主要限速步骤。CRISPR/Cas技术的应用极大地提高了大型基因簇克隆和编辑的效率,有效促进了微生物来源新药的发现。本文针对基于CRISPR/Cas开发的基因簇克隆和编辑技术进行了系统梳理和全面总结,探讨相关技术在天然产物挖掘和高效合成中的应用及其重要意义。     

植物源溶藻化合物研究进展

由于硫酸铜等传统杀藻剂在环境中残留期长、选择性差、容易造成二次污染等,因此其应用受到限制。天然产物和以天然产物为基础的化合物由于其环境友好,对有害藻类选择毒性强,因此在有害藻华防治方面受到越来越多的关注。植物是天然溶藻化合物的重要来源之一。近几十年来,从植物代谢产物中发现了各种类型的溶藻化合物,诸如甘油糖脂类、酚类、生物碱和萜类等,从这些天然产物中可能筛选到对有害藻华选择性好、溶藻活性强的杀藻剂。本文对植物源的各类溶藻化合物研究概况进行综述,以促进植物源杀藻剂的研究。     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。     

甲基转移酶在微生物合成天然产物中的应用

甲基转移酶(Methyltransferases,MTs)普遍存在于所有生物有机体中,通常以S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体催化底物的甲基化反应,在基因的表达调控和许多天然化合物的合成中起着至关重要的作用。近年来,在微生物中异源表达MTs以实现一些重要天然产物的生物合成取得了巨大的进步,但迄今为止这方面的研究还没有得到详细和全面的总结。文中综述了MTs在微生物合成苯丙烷类化合物、香料类化合物、激素和抗生素等重要天然产物的最新研究进展,重点阐述了应用代谢工程策略高效合成这些甲基化的天然产物,以及利用MTs拓展天然产物分子多样性的研究进展。最后,探讨了MTs应用于微生物合成天然产物所面临的挑战,并对利用MTs进一步高效生产结构和生物活性多样化的天然产物进行了展望。     

RFLP、RAPD及其遗传标记

遗传标记是研究物种进化不可缺少的工具,遗传学和育种学更离不开遗传标记;遗传标记的每次进步都会使这些相关学科有一个飞跃式发展。分子生物学发展的产物DNA标记技术为物种起源、进化、分类以及生物遗传育种等研究带来新的曙光。本文叙述了RFLP及RAPD技术作为遗传标记的原理及其在分子生物学研究领域中的应用,作为新一代遗传标记技术,它们都具有重大的使用价值和广泛的应用前景,对分子生物学研究必将产生革命性变化。     

原生质体培养在芸薹属蔬菜作物中的研究进展

原生质体是遗传转化的优良受体。在原生质体培养过程中会产生很多无性系变异,还可以产生体细胞杂种,这些都为蔬菜育种提供了新的途径。介绍了原生质体培养及原生质体融合方法的研究进展,综述了原生质体培养在芸薹属蔬菜育种中所取得的研究成果,并对今后研究的方向进行了展望。     

藻类诱变育种技术研究进展

藻类诱变育种技术是指利用物理和化学因素诱发藻体产生遗传变异,在短时期内获得有价值的突变体的育种方法。藻类是水生生态系统中主要的初级生产者,与人类生活及经济发展有着密切的关系,是发展"蓝色农业"的基础。诱变育种已经成为提高藻类育种效率,获得新种质的一个重要手段,广泛应用在生物活性物质含量高的微藻、生物能源微藻及一些大型的经济海藻中。在藻类育种中常用的诱变技术主要包括物理和化学诱变技术。物理诱变辐射源包括紫外线、γ射线、重离子束及常压室温等离子体等,化学诱变剂主要包括甲基磺酸乙酯和亚硝基胍等。主要介绍了上述诱变技术的诱变机理和生物学效应,总结了诱变技术在藻类育种中的研究进展及应用前景,以期推动藻类诱变育种的发展。     

光合生产植物天然产物的代谢工程蓝藻研究现状

蓝藻是植物天然产物光合生产的理想平台,它们不仅具有遗传背景简单、营养需求低和高CO_2固定效率等优势,还可以解决生物法制备天然产物所面临的植物源酶适配性、还原力供应和对昂贵底物依赖等限制因素。介绍了近年来利用蓝藻光合生产植物天然产物及前体物质的最新研究进展和发展趋势,分析了蓝藻生产天然产物的优势,为进一步开发天然产物的光合平台提供指导,并对产业化发展方向进行了展望。     

脉孢霉两对基因顺序四分子分析

真菌和单细胞藻类四分子分析能够利用单次减数分裂的4个产物进行独特的遗传分析, 是帮助人们直观地理解遗传机制的重要手段, 已被用于高等生物遗传作图。文章运用孟德尔遗传规律、遗传重组机理与遗传作图原理, 分析了两对基因杂交的子囊、子囊孢子类型间关系; 推导出了两对基因顺序四分子分析的完整步骤。     

固定化植物细胞

许多世纪以来,人们已广泛应用了源于植物的许多物质,已知大约3万种天然产物中80％以上取自植物,特别是高等植物。这些物质在临床、食品及化工方面均发挥了重要作用。这类天然产物大都具有较为复杂的化学结构,其中某些迄今仍无法人工合成。许多科学工作者对植物细胞培养进行的研究都证明植物细胞具有“全能性”(totipotency)。所谓全能性,是指任何生活的有核实体细胞都具有完整的遗传表达的能力,这种能力与细胞的来源无关。从培养的细胞不但有可能再生出完整的植株,也能产生原有的植物产物。     

天然彩色棉研究现状与展望

本文通过天然彩色棉的种质资源、纤维颜色的遗传控制、国内外天然彩色棉研究趋势的叙述,指出以常规育种与生物技术的密切结合是未来天然彩色棉发展的方向,将推动天然彩色棉纤维品质改良和颜色创新的飞跃发展。     

海洋生物技术

我国海洋生物经分类鉴定的有２０２７８种,分属４４个门,其中１２个门是海洋中所特有的。１９９６年,我国政府将海洋技术列入８６３计划。目前海洋生物技术一方面应用于天然资源的开发,另一方面利用细胞融合、染色体操作进行海洋生物的育种,海洋微生物与微藻类的研究。海洋生物具有耐盐、耐寒、耐热、耐压、光合成、固氮、硝酸还原、浮游、发光和吸磁等机能,人们期待在基因水平上阐明这些机能并加以利用,同时开展与海洋生物技术有关的设施、传感器、遥测等方面的研究。海洋天然生物复合素——ＯＴＧ免疫活素是中国已开发出的海洋生物…     

酵母菌麦芽糖代谢遗传调控

微生物育种工作多是根据产物的优劣做为选育良种的标准,未涉及到控制这些性状的遗传因子。这样会使工作带来盲目性和复杂性。我们近几年在啤酒酵母杂交育种工作过程中,曾对酵母菌麦芽糖代谢遗传调控进行了研究,今将结果概述如下:     

基因组挖掘技术在海洋放线菌天然产物研究开发中的应用及展望

利用微生物的基因组信息预测其合成特定天然产物的潜能, 进而进行新化合物分离纯化和结构鉴定的基因组挖掘技术, 已经成为国内外研究的热点, 并在多种细菌和真菌的天然产物发现中得到成功应用。本文综述了基因组挖掘技术的最新进展, 包括生物信息分析和结构预测、基因组指导的天然产物的发现、沉默基因的激活和异源表达技术等, 以及我国学者开发的转录组挖掘技术, 并重点综述了影像质谱技术在基因组挖掘中的应用。目前对海洋放线菌进行基因组挖掘的研究还比较少, 而基因组挖掘技术的发展, 将极大地促进对海洋放线菌天然产物的发现和鉴定。未来除了充分挖掘可培养微生物的基因组, 对未培养微生物宏基因组的挖掘将进一步深入。此外, 除了开发利用基因组中合成天然产物的结构基因和调节基因, 还应该充分开发利用其他不同的遗传元件, 包括不同转录活性和响应不同环境条件和信号的启动子, 以及具有调节作用的RNA等。