广西红壤土壤微生物溶磷基因的克隆与表达

本研究对广西红壤土壤微生物溶磷基因进行克隆,并在大肠杆菌中诱导表达。从广西红壤中提取宏基因组DNA,克隆了GabY基因,构建大肠杆菌原核表达载体p ETDuet-1,转化大肠杆菌DH5α得到重组工程菌。通过酶切验证重组体。重组体在诱导条件下24 h对难溶矿物质磷Ca_3(PO_4)_2的溶磷量为(40.73±1.32)μg/mL,而对照组仅为(5.11±0.08)μg/mL。重组体和对照随着诱导时间的增加,培养基pH值均有下降趋势,但重组体培养基pH值变化显著大于对照组,产酸能力显著优于对照组。证明成功克隆得到土壤微生物溶磷基因,并在大肠杆菌中得到表达。     

自然环境分离磺胺甲噁唑抗性细菌抗药性及其抗性基因分析

为了解自然环境源细菌对磺胺类抗生素的抗性特征,采用纯培养物分离技术从淮河底泥中筛选磺胺甲噁唑(SMZ)抗性细菌,测定其抗性水平,PCR扩增进一步分析其抗性基因(sul)和一类整合子(intl)。结果从该底泥样品中分离出4株SMZ抗性细菌,经鉴定分别为Arthrobacter spp.Y1、Bacillus spp.Y2、Acinetobacter spp.Y4和Bacillus spp.H。菌株对SMZ的抗性水平从低到高依次为Y4 (0.5)、Y1 (5)、H (10)和Y2 (10 mg/mL)。4个SMZ抗性菌株均携带sul1基因,但均不含sul3和sulA基因,其中菌株H同时携带sul2基因。菌株Y2和Y4含有一类整合子,但是菌株Y1和H不含该整合子。本研究有助于加深对自然环境源SMZ抗性细菌抗性特征及其潜在风险的认知。     

中国自然保护地空间重叠分析与保护地体系优化整合对策

自然保护地体系的构建是国际社会高度重视的生物多样性保护策略。近年来, 中国已关注到自然保护地空间重叠交叉的问题, 并出台了《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》。为落实这一战略, 需要对现有保护地的彼此关系与空间分布进行系统研究。为此, 本研究收集了8,572个不同类型和级别自然保护地的坐标、生态系统类型、行政区域及边界等信息, 筛选出1,532个具有空间重叠、管理部门交叉的自然保护地, 计算地理集中指数并采用ArcGIS软件进行了核密度分析, 得出空间重叠保护地分布的生态地理区、生态系统类型、交叉管理部门、所在省份等空间分布特点。研究结果显示: (1)鲁中山区、太行山、大别山、天目山-怀玉山、皖江等生态功能区的自然保护地重叠最为严重(核密度Mean > 6, Max > 8), 其中太行山区、大别山区、天目山-怀玉山区为重叠保护地密度高的生物多样性优先保护区, 目前10个国家公园试点区域中仅大熊猫国家公园体制试点区、湖南南山国家公园体制试点区、钱江源国家公园体制试点区三处位于保护地重叠高密度区; (2)原主管部门中, 原国家林业局与住房和城乡建设部的交叉管理保护地数量最多, 为294个; (3)黑龙江、安徽、山东、河南、湖北、湖南等省范围内的自然保护地空间重叠状况明显高于其他省区, 而晋冀豫与皖鄂赣这两处三省交界处重叠程度更高, 其他多处三省交界区域也存在保护地的中度重叠。故上述生态地理区、原主管部门与行政区应作为中国自然保护地体系优先普查区域与优化整合重点对象。基于重叠保护地核密度热点区、生物多样性保护优先区与生态系统文化服务的分析框架, 本研究按照国家公园、自然保护区、自然公园三类, 对不同生态功能区自然保护地优化整合优先性与类型提出了初步建议, 以期为当前中国自然保护地体系改革的紧迫需求提供参考。     

3种杓兰属植物菌根真菌系统发育和多样性分析

兰科植物菌根真菌(Orchid mycorrhizal fungi, OrMF)在兰科植物种子萌发和后续生长发育过程中具有重要作用。该研究采用培养(菌丝团分离)和非培养(克隆文库)2种方法获得同一栖息地3种不同杓兰属植物根中菌根真菌ITS序列并划分可操作分类单元(Operational taxonomic units, OTUs),分析其系统发育关系和多样性。结果表明:(1)所有根段中都有菌丝团定植,共分离出菌根真菌64株,其中63株为胶膜菌科(Tulasnellaceae)真菌,1株为角担菌科(Ceratobasidiaceae)真菌;可划分为7个OUT,每个OTU代表菌株的菌丝都能形成OrMF典型的近球形或椭球形链状排列的念珠状细胞;分离出来的菌根真菌均为无性型菌丝且不产生无性孢子。(2) 非培养法得到的3种杓兰属植物的根中OrMF分别隶属于胶膜菌科(Tulasnellaceae),腊壳菌科(Sebacinaceae)、角担菌科(Ceratobasidiaceae)和革菌科(Thelephoraceae),其中胶膜菌科OTU在种类和数量上占有绝对优势,培养和非培养2种方法得到的OrMF OTU类型和数量均为西藏杓兰(Cypripedium tibeticum)>无苞杓兰(C. flavum)>黄花杓兰(C. bardolphianum),但培养法少于非培养法。(3)对胶膜菌进行系统发育分析显示,优势和非优势OTU均分布在系统发育树的3个不同分支上,这种与多种亲缘关系较远的OrMF共生的现象可能与杓兰属植物对环境的适应性有关,且不同杓兰的OrMF物种丰富度没有显著差异,但群落结构存在差异。     

基于PIPE现象的质粒克隆位点序列设计与功能评价

分子克隆是现代生物学研究的核心技术之一,是基因工程、蛋白质工程中的重要手段。为提高分子克隆实验的操作效率,本研究设计并合成基于聚合酶引物不完全延伸（polymerase incomplete primer extension,PIPE）现象的质粒克隆位点序列。并以此为基础统一相关引物的设计方案,避免传统酶切--连接法中需针对不同载体MCS序列设计不同引物的缺点。该方案利用13 bp定长接头序列,在同一体系中使用2对引物、2种线性化模板同时扩增载体和插入片段,通过20个循环,在1次PCR过程中即合成可供转化使用的带缺口质粒产物。在NEB Q5酶系统中,利用此法将3种荧光素酶序列插入pET-15b及pET-21b(+)载体,均获得成功。且利用商品化感受态细胞（转化效率 > 5×108 cfu/μg）转化后所获得转化子数量均在300个以上,其中含插入片段的阳性克隆比例可达85%以上。基于本方案的设计及作用原理,可将其应用于10 kb以内载体和插入片段的快速重组。且具有通用性强、耗时少、阳性克隆得率高和成本低等优点,是传统DNA重组方法的有益补充,可作为各实验室的常规分子克隆手段之一。     

紫色马铃薯花青素StAN1基因的克隆及功能分析

MYB是植物花青素合成代谢途径中最主要的转录因子。该研究以紫色马铃薯B-5为试验材料,通过同源克隆技术,克隆了马铃薯花青素StAN1基因,并对StAN1基因的表达、遗传转化及其转基因烟草的花青素含量进行分析。结果表明:(1)StAN1基因全长774bp,编码了258个氨基酸;系统进化树分析发现,StAN1与辣椒、茄子、芦竹的亲缘关系最近,与矮牵牛、苹果等的亲缘关系最远。(2)荧光定量PCR分析显示,StAN1基因在马铃薯不同组织均有表达,其表达量从小到大依次为:根叶茎匍匐茎薯皮薯肉。(3)成功构建了表达载体pJAM1502-AN1,并经农杆菌(Gv3101)转化获得根、茎、叶片及叶脉均为紫红色的转StAN1基因烟草,PCR鉴定表明目的基因StAN1已成功转入烟草中。(4)花青素含量分析表明,野生型烟草叶片中花青素含量为2mg/g,叶片颜色为绿色,而转StAN1基因烟草叶片花青素含量达20mg/g,叶片颜色变成了紫红色。     

Opposing effects of plant growth regulators via clonal integration on apical and basal performance in alligator weed

植物生长调节剂通过克隆整合对空心莲子草顶端和基部生长的不同作用 入侵植物不仅对全球生物多样性造成了巨大的威胁,同时也严重影响了农业生产与粮食安全。克隆整合使得相连植株进行资源共享,能促进入侵植物的生长从而获得优势。然而,入侵杂草 在植物调节剂(plant growth regulators, PGRs)影响下的克隆整合作用则很少有报道。PGRs被广泛应用于 农作物生产上,并能通过土壤淋溶、侵蚀和径流作用,影响分布在作物附近的农田杂草的生长。本 研究采用两种PGRs赤霉素(gibberellins, GA)和多效唑(paclobutrazol,PAC)处理恶性入侵杂草空心莲子草 (Alternanthera philoxeroides)基端,并保持或者通过剪切达到控制基端与顶端的连通,从而探究克隆整合作用在空心莲子草响应两种农业常用PGRs中的作用。研究结果表明,GA和PAC对空心莲子草生长的作用相反。GA通过克隆整合作用显著促进顶端植株的地上生长。相反地,PAC显著抑制基端和顶端的地 上生长,但是能够通过克隆整合作用显著促进基端和顶端的地下生长。这些研究结果解释了克隆整合作用能促进PGRs对空心莲子草生长的促进作用,这很可能是外来杂草能够成功入侵人为干扰较多的农业生态系统的重要原因之一。     

毛白杨乙酰-乙酰载体蛋白硫脂酶基因(PtFATB)的克隆与表达分析

植物脂肪酸合成的主要部位是叶绿体,叶绿体向外运输脂肪酸的种类和数量受到乙酰-乙酰载体蛋白硫脂酶(FATB)控制。FATB基因在植物生长过程起着非常关键的作用。本研究以毛白杨为材料,将生物信息学知识和分子生物学手段相结合,首先利用现有的杨树基因组EST序列库资源,通过同源序列搜索,经过多次拼接合并获得了理论的杨树脂肪酸去饱和酶基因PtFATB序列全长,利用RT-PCR手段成功克隆得到了毛白杨FATB基因全长编码序列cDNA,该cDNA全长1,450bp,包括起始密码子ATG和144bp的5′末端非编码区,终止密码子TGA和40bp的3′末端非编码区,开放阅读框编码421个氨基酸。通过RT-PCR半定量研究了PtFATB在叶片组织中的表达量最高,茎、根中的表达量依次降低。在低温、干旱、NaCl、ABA四种条件下诱导生长24h,只有在低温的条件下发现PtFATB表达量略微降低,其他几种情况未有变化,该结果表明PtFATB呈组成型表达。上述结果为植物脂肪酸的基因工程提供了基础。     

CHO细胞基因组中稳定hot spot位点研究进展

近些年来,治疗性重组蛋白类药物是生物制药领域研究的热点。工业化生产中常用于重组蛋白表达的细胞系是中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary,CHO)细胞。传统CHO细胞系的表达大多数基于随机整合的方式,这可能会使目标基因整合到异染色质区域或者不稳定的染色质区域,导致CHO细胞表达不稳定,需要多轮筛选才能获得理想的表达细胞系。最新研究表明,外源基因在CHO细胞预测/特定的基因组位点中进行特异性整合,可以使重组CHO细胞的表达保持长期一致性和稳定性。CHO细胞基因组中高效稳定的转录整合位点被称为热点(hot spot)。阐述CHO细胞基因组稳定的hot spot位点近几年的研究进展,其中包括热门的hot spot位点,以及如何研究新的hot spot位点的方法。总结如何将外源基因高效定位于预测的CHO细胞hot spot位点,实现高水平稳定的表达重组蛋白,为发现新的有效的hot spot位点,构建稳定表达CHO细胞系提供参考。     

楸树CbuATX1，CbuATX1-like和CbuATX2基因克隆及生物信息学分析

开花是高等植物内部遗传因素和外界环境因素共同调节完成的复杂生命过程,是植物进入生殖生长从而具备遗传能力和繁殖能力的象征。使用PCR技术,以楸树（Catalpa bungei）混合芽cDNA为模板分别克隆CbuATX1,CbuATX1-like和CbuATX2 3个基因,并利用相关生物信息学软件对这3个基因编码的蛋白质结构进行预测,同时对基因的启动子序列进行顺式作用元件分析,通过qRT-PCR技术检测3个基因在楸树混合芽不同发育时期的表达量。结果表明：CbuATX1的CDS全长为726 bp,编码241个氨基酸,存在跨膜运输结构,属于HMA蛋白家族,与芝麻（Sesamum indicum）、甜菜（Beta vulgaris）亲缘关系较近。CbuATX1-like的CDS全长为801 bp,编码266个氨基酸,存在跨膜运输结构,属于HMA蛋白家族,与胡萝卜（Daucus carota）、欧洲橄榄（Olea europaea）亲缘关系较近。CbuATX2的CDS全长为1 554 bp,编码517个氨基酸,不存在跨膜运输结构,属于PWWP蛋白家族,与马尾草（Erythranthe guttatus）亲缘关系较近。这3个基因启动子均含有多个真核生物启动子的基本元件,如CAAT-box和TATA-box等,此外,还含有光响应、低温响应、生长素响应,以及与干旱诱导相关的MYB结合位点等3个基因与光响应密切相关,还可能参与外界环境胁迫响应等过程。qRT-PCR结果显示,上述3个基因在1年生普通楸树无性系9-1和突变株系-百日花楸树不同发育时期的表达量呈现显著差异。通过以上研究以期能够进一步阐述百日花楸树开花的性状,为楸树开花机制的研究和楸树的定向遗传改良提供理论支持。