Directed evolution of phloroglucinol synthase PhlD with increased stability for phloroglucinol production

Phloroglucinol synthase PhlD is a type III polyketide synthase capable of directly converting three molecules of malonyl-CoA to an industrially important chemical—phloroglucinol (1, 3, 5-trihydroxylbenzene). Although this enzymatic process provides an attractive biosynthetic route to phloroglucinol, the low productivity of PhlD limits its further practical application. Here we used protein engineering coupled with in situ product removal to improve the productivity of phoroglucinol biosynthesis in recombinant Escherichia coli. Specifically, directed evolution was used to obtain a series of thermostable PhlD mutants with the best one showing over 24-fold longer half-life of thermal inactivation than the wild-type enzyme at 37 °C. When introduced into a malonyl-CoA overproducing E. coli strain, one of the mutants showed 30 % improvement in phloroglucinol productivity compared to the wild-type enzyme in a shake-flask study and the final phloroglucinol concentration reached 2.35 g/L with 25 % of theoretical yield. A continuous product extraction strategy was designed to remove the toxic phloroglucinol product from the cell media, which further increased the titer of phloroglucinol to 3.65 g/L, which is the highest phloroglucinol titer ever reported to date.     

开放条件下烟管菌XX-2对孔雀石绿染料的高效降解

[目的]评价白腐真菌Bjerkandera adusta XX-2处理孔雀石绿染料废水的能力,为其在染料废水中的应用提供参考依据.[方法]采用批次实验在开放条件下研究通气、pH、温度、染料初始浓度、培养时间、碳源、氮源、金属离子、盐度等因子对该菌降解孔雀石绿的影响.同时利用植物萌发、微生物抑菌和水生动物致死实验对降解产物进行毒性测试.[结果]B.adusta XX-2菌株在开放的非灭菌条件下也能高效降解孔雀石绿.例如,在初始浓度为120 mg/L且以孔雀石绿为唯一营养源的条件下降解率也能达到60％.静置培养和摇动培养呈现出几乎相同的降解率,这可以为技术应用节约动力成本.最适降解pH与温度分别为7.0和25℃.在上述参数体系的优化基础上,分别进行了碳源、氮源与金属离子的添加优化实验,结果显示低浓度的碳源(如柠檬酸钠)、氮源(如氯化铵)和金属离子(如Zn2+)均可大大提高B.adusta XX-2对孔雀石绿的脱色效率.同时B.adusta XX-2的降解也能在很高的盐浓度下进行.毒性测试表明降解后的染料对植物、微生物、水生生物的毒性大大减少.[结论]B.adusta XX-2菌株在处理染料废水方面具有很大的应用潜力.     

不同水稻品种对稻纵卷叶螟生长发育、存活、生殖及飞行能力的影响

系统研究了稻纵卷叶螟在6种不同水稻品种(常规粳稻武育粳3号,杂交粳稻宁粳1号,常规籼稻TN1,杂交籼稻汕优63,超级杂交籼稻两优培九,超级杂交籼粳稻甬优9号)上取食后的发育历期、存活率、卵巢发育进度、繁殖力和飞行能力.结果表明,武育粳3号和宁粳1号能显著延长稻纵卷叶螟未成熟期的发育历期,降低其存活率,延缓卵巢发育进度,降低成虫繁殖率,并提高成虫的飞行能力;不同水稻品种间的影响存在显著差异,其影响从大到小排列为杂交粳稻＞常规粳稻＞常规籼稻＞杂交籼稻＞超级杂交稻.这说明,幼虫期营养对稻纵卷叶螟的生长发育、存活、生殖和飞行能力具有显著影响.     

气候变化对内蒙古中部草原优势牧草生长季的影响

研究温性典型草原优势牧草生长季与气候因子变化的关系,对于监测草地环境变化及保护利用,评估区域气候变化对优势牧草生长的影响,指导畜牧业生产等具有重要的科学意义和实践价值.基于内蒙古中部草原3个牧业气象试验站1983-2009年克氏针茅和羊草的物候期、气象资料,对返青、黄枯日期、生长季与气温、降水量之间的关系进行了统计分析.结果表明:(1)27a间,该区的年、春季、夏季和秋季平均气温均呈显著升高趋势,春季升温幅度最大,气候倾向率为0.71-0.84℃/10a;各时段降水量变化除春季呈微量增加趋势外,总体呈减少态势.可见,内蒙古中部温性典型草原区暖干化趋势明显.(2)27a间,锡林浩特克氏针茅和羊草返青日期表现为推后趋势,并与4月降水量呈显著正相关;镶黄旗和察右后旗克氏针茅和羊草返青日期呈提前趋势,并与3-5月气温、降水量呈显著负相关,气温每升高1℃、降水量每增加10mm,优势牧草返青日期约提前3.0-5.1d和1.3-2.1d.(3)该区克氏针茅和羊草黄枯日期均呈提前趋势,与8-9月气温均呈显著负相关,降水量为正相关,气温每升高1℃,克氏针茅黄枯日期提前1.7-10.7 d,羊草黄枯日期提前3.5-11.3d,降水量的影响相对较弱.(4)该区克氏针茅生长季延长趋势明显,羊草生长季缩短趋势明显.克氏针茅生长季与4-10月均温正相关系数最大,羊草生长季与水热系数的正相关系数最大.     

营养盐加富和鱼类添加对浮游植物群落演替和多样性的影响

浮游植物是水体生态系统敞水区最重要的初级生产者,其组成与多样性反映了群落的结构类型和存在状态。通过围隔实验,模拟水库春季发生的营养盐加富和鱼类放养的干扰,分析在这两种干扰下的浮游植物群落演替过程中优势种和稀有种的变化,并通过以丰度与生物量为变量的香农和辛普森多样性指数的计算,分析浮游植物群落演替过程中的多样性变化特征。结果表明,营养盐加富干扰下的浮游植物群落的优势种变化和演替更为明显,营养盐加富与鱼类添加对浮游植物群落多样性变化的影响符合中度干扰理论。在优势种优势度变化较大的浮游植物群落演替过程中,多样性指数与浮游植物生物量有较高的负相关性。在浮游植物群落演替过程中,香农和辛普森多样性指数的变化趋势基本一致,采用丰度与生物量为变量的两种多样性指数的计算结果对实验系统中浮游植物群落多样性的分析结果没有明显的影响。     

PRDM在生殖细胞发育中的作用

生殖细胞特化是发育和遗传的基础。原始生殖细胞（精子和卵子的前体细胞）的特化包括3个主要事件：体细胞程序的抑制、潜在全能性的获得、基因组范围内的表观遗传重编程。含PR域蛋白1（PR domain-containing1,PRDM1）和PRDM14是生殖细胞系产生的关键转录调节因子。PRDMl要抑制体细胞程序,而PRDM14主要调节潜在全能性的获得及表观遗传学重编程。此外,PRDM家族蛋白PRDM9在生殖细胞减数分裂中有重要作用。     

青藏高原长花马先蒿的细胞地理学研究

对青藏高原长花马先蒿9个居群的核型及细胞地理学进行研究,所有居群的染色体数目均为2n=16,染色体基数为x=8。现有的细胞学资料表明:分布于云南中甸的居群可能为较原始的类群,而分布于西藏日土和青海门源的居群较为进化。长花马先蒿的9个居群均为二倍体,并未出现多倍化现象,可能是由于在末次冰期青藏高原存在广泛的避难所,二倍体得到很好的保存,冰期对它们的影响不是很大; 也可能是对环境的选择压力造成的。     

辽宁老秃顶子自然保护区植物区系多样性

通过野外实地调查,利用植物区系谱、多样性指数、相关分析和聚类模型等方法,对辽宁老秃顶子植物区系多样性进行量化分析,揭示山地生物多样性特点、规律以及与周边植被生态的关系。结果表明:(1)辽宁老秃顶子自然保护区种子植物种类组成丰富,共有野生种子植物123科429属1 006种,且优势科现象明显,单种属和少种属占比率较高,表现出一定古老残遗性。（2）老秃顶子自然保护区植物种的区系分布型多样,区系组成复杂,来源较广泛,具有一定古老性,但植物特有现象不明显,以温带性质分布种为主,符合暖温带北部的华北植物区系特点。(3)老秃顶子山与相邻9个山地比较,植物区系Shannon-Wiener指数差异明显(1.736～2.259),其中庐山和徂徕山的Shannon-Wiener指数较高,而白石砬子和长白山的较低;10个山地的Simpson指数差异不显著(0.711 4～0.871 5)。(4)相关性分析显示,10个不同山地植物区系之间的相似程度显著,相关系数达0.617～0.995;聚类分析显示,老秃顶子山与千山、凤凰山的植物区系关系较近。本研究结果支持老秃顶子山、千山和凤凰山共同划归华北植物区系的观点,认为把老秃顶子山保护区植物区系划归于华北山地植物亚地区较为合理。     

He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼叶叶绿素荧光和Rubisco活化酶的影响

选用小麦‘ML7113’品种为材料,人工模拟He-Ne激光(5mJ·s-1·mm-2)、增强UV-B(10.8kJ·m-2·d-1)辐射及两者复合辐照进行处理,利用叶绿素荧光仪、考马斯亮蓝G-250染色法和PCR技术研究7d龄小麦幼苗叶绿素荧光特性、Rubisco活化酶含量、基因表达量及其基因序列的变化。结果表明:(1)与对照组相比,增强UV-B辐射后,小麦幼苗叶绿素荧光特性减弱,Rubisco活化酶含量及其基因表达量均下降;而低剂量的He-Ne激光辐照后能够在一定程度上修复经UV-B辐射后对小麦幼苗叶绿素荧光特性所造成的损伤,且使Rubisco活化酶含量及其基因表达量上升。(2)与对照组相比,经He-Ne激光和增强UV-B辐射以及两者复合辐照处理后基因序列均出现两个相同的点突变,但并未造成氨基酸序列的变化。研究认为,低剂量He-Ne激光辐照能够在一定程度上修复受UV-B辐射小麦幼苗叶绿素荧光活性、Rubisco活化酶含量及其基因表达量的降低;He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗Rubisco活化酶活性的影响可能发生在其转录水平,从而使小麦光合能力发生相应的变化。