Oxidation of organoarsenicals and antimonite by a novel flavin monooxygenase widely present in soil bacteria

Arsenic can be biomethylated to form a variety of organic arsenicals differing in toxicity and environmental mobility. Trivalent methylarsenite (MAs(III)) produced in the methylation process is more toxic than inorganic arsenite (As(III)). MAs(III) also serves as a primitive antibiotic and, consequently, some environmental microorganisms have evolved mechanisms to detoxify MAs(III). However, the mechanisms of MAs(III) detoxification are not well understood. In this study, we identified an arsenic resistance (ars) operon consisting of three genes, arsRVK, that contribute to MAs(III) resistance in Ensifer adhaerens ST2. ArsV is annotated as an NADPH-dependent flavin monooxygenase with unknown function. Expression of arsV in the arsenic hypersensitive Escherichia coli strain AW3110Δars conferred resistance to MAs(III) and the ability to oxidize MAs(III) to MAs(V). In the presence of NADPH and either FAD or FMN, purified ArsV protein was able to oxidize both MAs(III) to MAs(V) and Sb(III) to Sb(V). Genes with arsV-like sequences are widely present in soils and environmental bacteria. Metagenomic analysis of five paddy soils showed the abundance of arsV-like sequences of 0.12–0.25 ppm. These results demonstrate that ArsV is a novel enzyme for the detoxification of MAs(III) and Sb(III) and the genes encoding ArsV are widely present in soil bacteria.     

脑血管内皮细胞敲除Prmt5导致脑血管损伤及星形胶质细胞活化*

目的: 研究蛋白质精氨酸甲基转移酶5(protein arginine methyltransferase 5,Prmt5)在小鼠脑血管发育、稳态维持中的功能,并考察脑血管内皮细胞特异性敲除Prmt5后对中枢神经系统的影响。方法: 利用脑血管内皮细胞特异性表达SP-A-Cre转基因小鼠和Prmt5条件基因打靶小鼠交配,构建脑血管内皮细胞特异性Prmt5敲除小鼠。利用H-E染色、免疫荧光染色、激光散斑成像、Sulfo-NHS-Biotin染料灌注等方法评价脑血管内皮细胞特异性Prmt5敲除小鼠脑血管结构、脑血流量、血脑屏障渗透性等;利用实时定量PCR进一步检测补体C1q(complement C1q,C1q)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白细胞介素-1β(interleukin 1β,IL-1β)等细胞因子的表达水平。通过免疫荧光、Western blot等检测胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)、S100钙结合蛋白β(S100 calcium-binding protein β protein,S100β)和补体C3(complement C3,C3)的表达,检测小鼠皮层、丘脑和小脑中星形胶质细胞活化水平。结果: 脑血管内皮细胞特异性敲除Prmt5导致血管损伤, C1q、TNF-α和IL-1β等炎症因子表达水平上调,活化星形胶质细胞比例明显增加。结论: 脑血管内皮细胞中Prmt5在小鼠脑血管稳态维持中发挥了重要功能。     

VdToxD1和VdToxD3调控大丽轮枝菌微菌核的萌发

大丽轮枝菌Verticillium dahliae是一种土传性植物病原真菌,可侵染660多种植物,引发黄萎病。微菌核是大丽轮枝菌在侵染后期形成的特殊休眠结构,可在土壤中存活14年,是黄萎病的主要初侵染来源。本研究在前期大丽轮枝菌萌发与休眠微菌核转录组分析的基础上,选择微菌核休眠状态高表达的VdToxD1和VdToxD3基因进行功能研究。结果发现,VdToxD1和VdToxD3敲除突变体菌株的微菌核萌发率分别为87.3%和86.0%,显著高于野生型菌株的64.0%;负调控微菌核萌发的转录因子VdCrz1与VdToxD1上游的-937 bp到-349 bp中的特定基序结合,与VdToxD3上游的-752 bp到-496 bp中的特定基序结合,结合位点均位于2个基因的启动子区。     

‘锦苗标靶’诱抗剂抑制列当寄生向日葵的机制研究

该研究通过对2个向日葵品种(LD5009 和JK103)根系浇灌‘锦苗标靶’诱抗剂,于浇灌处理后0、24、48 和72 h分别对根系取样进行组织化学分析,测定根系H₂O₂含量、ROS清除酶活性以及抗性相关基因表达,并于浇灌处理后20 d检测向日葵生长指标和根瘤结数量,以明确‘锦苗标靶’对向日葵抑制列当寄生的诱抗机制。结果显示：(1)与对照(施用清水)相比,LD5009在‘锦苗标靶’处理后,列当瘤结数减少了95.5个,寄生率降低了98.20%;瘤结的鲜质量和干质量分别降低了94.60%和81.63%,而向日葵株高和茎粗分别相应增加了2.09 cm和0.52 mm,增长率分别为14.92%和15.29%;JK103在‘锦苗标靶’处理后,列当瘤结数较对照减少了37.5个,寄生率降低了98.04%,瘤结的鲜质量和干质量也分别降低了97.06%和82.69%,而向日葵的株高和茎粗分别增加了2.07 cm和0.39 mm,增长率分别为12.26%和9.70%。(2)‘锦苗标靶’诱抗剂浇灌处理后,2个向日葵品种根系中胼胝质的沉积量均有增加,但以JK103在处理48 h后增加幅度最为明显;JK103和LD5009中H₂O₂含量在处理24 h后均达到最大值,分别为3.53和2.68 μmol·g^-1,与对照相比,LD5009的H₂O₂含量增幅较大,为208.05%。(3)2个品种的ROS清除酶活性在处理后均呈先升高后降低的趋势,且均在处理48 h后达到最大值;JK103+锦苗标靶处理较清水对照的SOD、POD、CAT、PPO活性分别增加了69.77 U·g^-1、5.44 U·g^-1·min^-1、1.88 U·g^-1·min^-1和527 U·g^-1·min^-1,而LD5009+锦苗标靶处理后,上述4种酶的活性分别增加了25.91 U·g^-1、13.16 U·g^-1·min^-1、0.50 U·g^-1·min^-1和313 U·g^-1·min^-1。(4)抗性相关基因转录水平的检测结果显示,施用诱抗剂后2个品种抗性基因的转录水平都不同程度地被诱导,但以LD5009+锦苗标靶样本中被诱导的幅度最为明显,特别是CAT、Mn SOD和XTH6基因,其转录水平比对照均上调了50倍之多。研究表明,诱抗剂‘锦苗标靶’对向日葵列当的寄生有显著的抑制效果,且在向日葵列当寄生前(瘤结未形成)施用效果更佳;‘锦苗标靶’可促进向日葵根系细胞中胼胝质的沉积量增加,在结构水平上抵御列当对向日葵根系的侵染,并能够诱导向日葵根系ROS清除酶活性以及CAT、PAL、Mn SOD和XTH6等基因表达的提高,从而建立向日葵对列当寄生的获得性抗性,但诱导的程度由于品种不同而存在一定的差异。     

玉米秸秆还田对黑土微生物群落功能多样性的影响

为了解玉米秸秆还田对土壤微生物群落功能多样性的影响,采用ECO-Biolog微平板法,分析了以无玉米秸秆还田为对照(CK),6000 kg·hm^-2(S1)、9000 kg·hm^-2(S2)、12000 kg·hm^-2(S3)和15000 kg·hm^-2(S4)四个秸秆还田量的土壤微生物碳源代谢特征。结果表明:随着玉米秸秆还田量的增加,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)也随之增加,24~96 h的AWCD值变化迅速,96 h后进入平稳期,S4处理AWCD值始终大于其他处理;秸秆还田对Shannon指数与Simpson指数没有显著影响(P>0.05),但与CK相比,S4处理McIntosh指数显著增加了57.5%(P<0.05);主成分分析结果显示,秸秆还田影响着土壤微生物群落碳代谢能力,S1、CK、S2和S3处理在PC1和PC2上出现显著的分异,糖类、多聚物类、羧酸类碳源是研究区域内土壤微生物利用的主要碳源。因此,在东北黑土区增加玉米秸秆还田量能够提高土壤微生物对碳源的利用能力,提升黑土肥力。     

青菜/油菜茬口下水稻栽植方式对温光资源利用和产量的影响

轻简化栽培和优质稻是当前我国水稻生产的主要方向,气象因子是对水稻生长发育和产量形成影响最大的环境因素,但在不同轻简化栽植方式下水稻产量与其田间小气候的关系鲜有研究。为探究西南地区不同前作下杂交稻各生育阶段温、光和水等气候因子与水稻产量形成的关系,在2019—2020年,以杂交籼稻‘宜香优2115'为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为青菜和油菜2种前作,副区为机直播、毯苗机插和人工移栽3种栽植方式,研究杂交稻产量对气候因子的响应及水稻植株对温光资源的利用。结果表明: 与油菜-水稻模式相比,青菜-水稻模式下杂交稻积温生产效率和降水生产效率显著提高,进而提高了有效穗数、结实率和千粒重,2年产量分别提高了12.7%和8.3%。与人工移栽相比,机插稻提高了单位面积有效穗数、全生育期光能生产效率、积温生产效率、籽粒光能利用效率和降水生产效率,2年平均产量提高了4.6%;而机直播全生育期降水生产效率、光能生产效率、积温生产效率、籽粒光能利用效率、每穗粒数和千粒重都显著降低,导致2年平均产量下降了8.7%。与2019年相比,2020年机插稻和人工移栽稻在同一茬口下提前一个月播种造成花后生育期缩短、气温降低和降雨量增多,导致有效积温和光辐射量大幅减少,积温生产效率、光能生产效率、降水生产效率和籽粒光能利用效率以及每穗粒数、结实率和千粒重均大幅降低,进而导致产量严重降低。用偏最小二乘法回归分析建立的气象因子产量预报方程标准化回归系数显示,水稻产量与阶段生育期或全生育期内有效积温和总辐射量呈正相关关系,与全生育期内降水量呈显著负相关关系。综上,青菜-水稻模式下机插秧与西南地区稻季光温资源匹配度最高,更有利于温光资源的充分利用和获得高产,但不宜过早播种或移栽。     

心肌缺血再灌注手术改变炎症相关肠道菌群

目的探讨心肌缺血再灌注损伤对大鼠肠道菌群结构特征的影响。方法18只雄性Sprague Dawley大鼠随机分为假手术组(n=7)和模型组(n=11),分别对大鼠冠状动脉左前降支进行结扎和再灌注。再灌注60 min后,通过TTC染色检测总梗死面积,H&E染色和免疫组织化学观察炎症细胞浸润情况、16S rRNA高通量测序分析心肌缺血前和再灌注后粪便中微生物的结构组成变化。结果与假手术组相比,模型组心肌梗死面积增加,心肌中炎症细胞浸润以及CD68阳性巨噬细胞明显增多,变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度增加,厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度降低。结论心肌缺血再灌注损伤改变了肠道菌群的分布,这可能与促进了受损心脏的炎症细胞浸润有关。