解淀粉芽胞杆菌hemX基因缺失对血红素合成的影响

血红素是一种广泛存在于生物体中的卟啉类化合物,具有多种生理功能。解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)具有易于培养、分泌表达能力较强等特点,是一种重要的工业菌株。为了筛选血红素合成的最优出发菌株,以不添加和添加5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid, ALA)的方式,对实验室保藏菌株进行筛选,发现不添加ALA时,菌株BA、BAΔ6、BAΔ6ΔsigF的血红素产量无明显差别;然而添加ALA后,BAΔ6ΔsigF的血红素产量和比生产能力均为最高,分别达到200.77μmol/L和615.70μmol/(L·g DCW)。因此,以BAΔ6ΔsigF为出发菌株,敲除编码细胞色素组装蛋白HemX的hemX基因,探究其在血红素合成途径中的作用,发现敲除菌株发酵液明显变红,且生长未受到明显影响;摇瓶发酵12 h时ALA浓度最高,为82.13 mg/L,略高于对照的75.11 mg/L;不添加ALA时,血红素产量和比生产能力分别为对照的1.99倍和1.45倍;添加ALA后,血红素产量和比生产能力分别为对照的2.08倍和1.72倍;实时定量荧光PCR...     

基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

基于转录组测序的宁夏枸杞不同品种果实活性成分合成差异表达基因分析

为探究不同品种宁夏枸杞果实活性成分生物合成相关基因的表达水平,筛选关键差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),揭示宁夏枸杞品种间活性成分含量差异的分子机制,本研究采用Illumina NovaSeq 6000高通量测序技术,对宁夏枸杞‘宁杞1号’和‘宁杞7号’青果期、转色期及成熟期果实进行转录组测序,比较2个品种果实不同发育期相关基因表达谱的变化。结果显示:转录组测序共获得811818178条clean reads,有121.76 Gb有效数据。‘宁杞1号’和‘宁杞7号’在青果期、转色期和成熟期差异表达基因分别有2827、2552和2311个;分别有2153、2050和1825个差异基因在基因本体论(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析和同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,KOG)分析等6个数据库中被成功注释。青果期、转色期和成熟期果实的差异表达基因,在GO数据库分别有1307、865和624个被富集到生物学过程、细胞组分及分子功能3个部分中;KEGG通路富集结果均集中在代谢途径、次生代谢物生物合成和植物-病原互作过程;在KOG数据库,3个发育期分别注释了1775、1751和1541个差异表达基因。对注释的基因进行PubMed数据库检索,在青果期、转色期和成熟期分别筛选到与枸杞活性成分合成相关的差异表达基因18、26和24个,这些基因主要参与类胡萝卜素、类黄酮、萜类、生物碱和维生素等代谢途径。选取7个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果与转录组测序数据表达趋势一致。本研究从转录水平为不同品种宁夏枸杞活性成分含量差异提供了初步证据,为进一步挖掘枸杞活性成分生物合成的关键基因及解析其表达调控机制提供了研究基础。     

酶法生产L-高苯丙氨酸的研究进展

L-高苯丙氨酸(L-homophenylalanine,L-HPA)作为一种重要的非天然氨基酸,是合成治疗高血压的普利类药物等的关键中间体,具有广阔的市场前景。目前L-高苯丙氨酸的合成主要依赖于化学法,但化学合成L-高苯丙氨酸具有原料昂贵、步骤繁琐和污染严重等缺点,限制了广泛应用。因此,国内外研究者对L-高苯丙氨酸的酶法生产进行了深入的研究。本文就目前酶法合成L-高苯丙氨酸的工艺,包括脱氢酶法、转氨酶法、海因酶法和脱羧酶法的研究进展进行了综述,为酶法合成L-高苯丙氨酸提供一定的借鉴,为最终实现L-高苯丙氨酸的酶法工业化生产奠定基础。     

来源于嗜热氢化杆菌的新型对苯二甲酸双(羟乙)酯水解酶的表达纯化与酶学性质

石化来源的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)被广泛用于矿泉水瓶、食品包装和纺织品等领域,因其在自然界中不易分解,大量使用后的PET废弃物造成了严重的环境污染与资源浪费。使用生物酶法对PET废弃物进行解聚,并对解聚产物进行升级循环利用是进行塑料污染治理的重要方向之一,其中关键的是PET水解酶的解聚效率。对苯二甲酸双(羟乙基)酯(bis(hydroxyethyl)terephthalate,BHET)是PET生物酶解的中间产物,其累积是限制PET水解酶催化效率的一个重要因素,BHET水解酶和PET水解酶的联用能提升PET的整体水解效率。来源于嗜热氢化杆菌(Hydrogenobacter thermophilus)的双烯内酯酶(HtBHETase)对BHET有显著水解效果,将该酶在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行重组表达并纯化后,对其酶学性质进行了研究。结果显示,HtBHETase对短碳链的酯类如对硝基苯酚乙酸酯催化活性较高,HtBHETase以BHET为底物时的最适反应pH值和最适反应温度分别为5.0和55℃;该酶有较好的热稳定性,经80℃的条件处理1 h仍能保持80%以上活性,显示出了良好的热稳定性,HtBHETase有在PET塑料生物解聚中使用的潜力,本研究为推动生物酶法降解PET提供了新的参考。     

壳聚糖酶结构与功能的研究进展

壳聚糖酶是一类对壳聚糖具有较高催化活性而几乎不水解几丁质的糖苷水解酶,其可将高分子量的壳聚糖转化为低分子量的功能性壳寡糖。近年来,对壳聚糖酶的相关研究取得了显著进展,因此,本文对其生化性质、晶体结构、催化机制和蛋白质工程改造进行总结和探讨,并对酶法制备壳寡糖纯品进行展望,这将加深研究者对壳聚糖酶作用机制的认识,推动壳聚糖酶的工业应用。     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸北大核心CSCD

L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域。本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了L-缬氨酸的高效生产。首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了L-缬氨酸的合成能力。在5L发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了110g/L、0.51g/g和2.29 g/(L·h)。     

荒漠草原生态恢复与重建：人工植被推动下水分介导的系统响应、生态阈值与互馈作用

荒漠草原(生态区)横贯我国西北地区东部,生态地位十分重要。近二十年来,通过封育禁牧、退耕还林(草),植被覆盖显著改善,但是生态系统质量和稳定性依然不高。由于长期将荒漠草原单纯视作草原的一部分,对其生态系统过渡性、脆弱性和复杂性本质特征认识不足,造成了荒漠草原生态学研究与区域生态建设实践之间不同程度的脱节。在分析荒漠草原生态区未来在我国生态安全格局中突出的但是被一定程度上忽视的地位的基础上,进一步归纳了荒漠草原生态系统的一般特征,指出了生态恢复与重建研究中存在的主要问题。进而以人工植被引入荒漠草原生态工程为案例,分析了人工植被驱动荒漠草原生态恢复与重建的过程与机制,归纳了“植被-水文-土壤”互馈作用驱动生态系统层级响应模式,并展望了今后的发展趋势与研究方向。     

NAC类转录因子在‘砀山酥梨’黄化叶复绿过程中的表达分析

为探讨NAC转录因子在梨缺铁黄化叶复绿过程中的表达特性,并筛选响应该过程的核心NAC因子,以清水处理正常梨树叶片（N）和黄化梨树叶片（C）为对照（CN和CC）,再次探讨了外源0.2% FeSO4溶液对梨缺铁黄化叶复绿和Fe2+积累的影响,研究了其关键PbrNAC基因的生物学性质,组织表达特异性以及复绿过程中的表达模式,并阐述了其与叶内Fe2+积累的关联性。其结果表明,（1）于N和C内共鉴定到含NAM结构域的21个显著差异表达的PbrNAC基因,涉及8个亚族,其长度不均,motif数从4到9不等,内含子数较少。（2）该基因倾向于根中表达,且均可响应缺铁黄化叶的复绿,其中Pbr032231.1/Pbr021393.1/Pbr026635.1/Pbr038615.1/Pbr019210.3/Pbr019212.1/Pbr002372.1这7个基因在CC内的表达量显著低于CN内表达量,且FeSO4处理后,其各时期表达量均较CC显著上调;与之相反,Pbr007284.1/Pbr016205.1/Pbr007673.1等14个PbrNAC基因均在CC内显著高表达,而FeSO4处理后,其各时期表达量总体较CC显著下降。（3）各叶样内Fe2+含量与Pbr007284.1/Pbr016205.1/Pbr007673.1基因的表达量呈显著负相关,且该3个基因的表达与Pbr016932.1/Pbr027956.1/Pbr029956.1/Pbr026635.1等基因的表达显著相关。（4）多数PbrNAC在正常梨树根系和黄化梨树根系中的表达趋势与其在CN和CC内的表达趋势基本一致,说明其在地下部根系与地上部叶内可能存在表达协同性。以上结果表明,梨PbrNAC基因可能与梨树缺铁胁迫响应和缺铁黄化叶的复绿相关,其中Pbr007284.1/Pbr016205.1/Pbr007673.1可能起重要调控作用。     

益生菌辅助治疗牙周病的研究进展

牙周病是累及牙周支持组织的慢性感染性疾病。牙菌斑生物膜中的微生物及其代谢产物是其必不可少的始动因素,可导致口腔微生态失衡和宿主免疫反应,最终引起牙周病的发生发展。目前,牙周病的基础治疗主要是机械清除牙菌斑生物膜和牙石,但治疗效果具有局限性。益生菌通过产生抑菌物质、刺激局部免疫反应、与致病菌争夺黏膜受体和营养物质,从而改善口腔微生态平衡,促进牙周病的治疗。本文就近年来益生菌在牙周病治疗上的实验和临床研究、作用机制、安全性等进行综述,为将来益生菌辅助治疗牙周病的应用提供参考。