地球生物学发展的机遇与挑战*

地球生物学已经引起了人们的广泛关注, 目前面临着机遇与挑战并存的发展局面。得益于现代技术方法的大发展, 地球生物学的研究对象经历了从宏体动植物向微体古生物再向地质微生物和地质病毒的发展, 研究主题从气候环境对生物演化的影响进一步拓展到生物演化如何影响气候环境乃至深地过程, 进而回答生命是如何塑造地球的宜居性这个地球科学的根本性难题。研究对象和研究主题的拓展也提升了地球生物学服务人类社会的能力, 资源能源安全的保障、气候—环境—生物多样性危机的协调应对等都需要地球生物学的支撑。同时, 地球生物学的发展也面临着诸多挑战。它首先需要技术方法的进一步革新来带动认识的创新, 其次需要回答生物演化的驱动力问题, 更需要破解生物演化如何影响深地过程, 包括板块运动、火山活动等地质过程, 只有这样才能全面而正确地评估生物是否改变了宜居地球的演化方向, 以及如何应对当前人类所面临的诸多全球性难题。     

LncRNA-miRNA轴在结直肠癌进展和治疗抗性中的作用

表观遗传因素是生物学和病理机制的关键调节因子,它们可以与不同的分子通路相互作用。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)作为表观遗传因子通过靶向调控微小RNA(microRNA,miRNA)及相关信号通路,在结直肠癌(colorectal cancer,CRC)中发挥促癌或抑癌作用。因此,根据特定的lncRNA/miRNA相互作用,明确lncRNA-miRNA轴对于CRC的诊断、预后及精准靶向策略具有重要价值。本文就lnc RNA-mi RNA轴在CRC增殖、迁移、侵袭和治疗抗性中的作用及机制进行总结与讨论。     

代谢工程改造大肠杆菌一碳模块高效合成L-甲硫氨酸

L-甲硫氨酸又名L-蛋氨酸,是人体必需8种氨基酸之一,在饲料、医药、食品领域具有重要应用。以实验室前期构建的M2(Escherichia coli W3110?IJAHFEBC/PAM)为出发菌株,以模块化代谢工程策略构建了一株L-甲硫氨酸高产菌株。首先通过过表达亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MetF)和筛选不同来源的丝氨酸羟甲基转移酶(hydroxymethyltransferase,GlyA),增强了一碳模块甲基供体的生成,优化了一碳模块。随后针对一碳模块的前体供应,过表达了胱醚裂解酶(cysteamine lyase,MalY)和半胱氨酸内运基因(fliY),有效地提高了L-高半胱氨酸和L-半胱氨酸的供应。最终摇瓶发酵L-甲硫氨酸的产量由2.8 g/L提高至4.05 g/L,5 L发酵罐中达到18.26 g/L。研究结果表明,一碳模块对L-甲硫氨酸的生物合成具有十分重要的影响,在细胞内通过优化一碳模块,可以实现L-甲硫氨酸的高效生物合成。本研究为进一步提高微生物发酵生产L-甲硫氨酸的水平奠定了基础。     

β-桧木醇联合替加环素对tet(X4)阳性大肠杆菌的体外协同抗菌作用

质粒介导tet(X4)基因的出现和流行,严重影响替加环素(tigecycline)对临床多重耐药细菌感染的治疗效果,急需寻找有效的佐剂遏制替加环素耐药性。本研究采用微量棋盘稀释法、时间-杀菌曲线测定β-桧木醇(β-thujaplicin)和替加环素的体外联合抗菌表征,通过测定细菌细胞膜通透性、细菌胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量、铁含量以及替加环素含量等指标,来探究β-桧木醇和替加环素联合使用对tet(X4)基因阳性大肠杆菌(Escherichia coli)的抗菌作用机制。结果表明,β-桧木醇联合替加环素对tet(X4)基因阳性大肠杆菌具有体外协同抗菌效果,且β-桧木醇在抗菌作用浓度范围内无显著溶血性和细胞毒性。机制研究发现,β-桧木醇能显著增大细菌细胞膜的通透性,降低细菌胞内铁含量,干扰铁稳态,诱导细胞内ROS显著增加,从而发挥抗菌效果。进一步研究发现,β-桧木醇可通过干扰细菌铁代谢和增大细菌细胞膜通透性,协同增强替加环素的抗菌效果。本研究结果为β-桧木醇联合替加环素治疗tet(X4)基因阳性大肠杆菌感染提供了理论和实践基础。     

褪黑素调节烟草丁香假单胞菌抗性的功能研究

为分析褪黑素(N-乙酰-5-甲氧基色胺)在植物先天免疫中的功能及调控机理,研究以病原菌丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae pv.tomato DC3000,Pst DC3000)—烟草互作系统为模型,检测了病原菌侵染对烟草褪黑素相关基因表达的影响,并探讨了褪黑素对植物叶片病原菌生长以及气孔开度和活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)含量的影响以及调控机理。结果表明:(1)Pst DC3000处理提高了烟草褪黑素合成(NtSNAT1)和受体(NtPMTR1)基因表达,且外源褪黑素处理降低了叶片中的病原菌含量。(2)与野生型植物相比,过表达大豆GmSNAT1基因显著提高了转基因烟草中内源褪黑素含量和NtPMTR1的表达,且转基因烟草叶片中的Pst DC3000菌落数显著下降。(3)外源褪黑素和细菌鞭毛蛋白多肽flg22处理诱导了野生型和转基因烟草保卫细胞中ROS产生和气孔关闭,且转基因植物对褪黑素和flg22诱导的气孔关闭和ROS产生比野生型烟草更加敏感。综上所述,研究表明褪黑素可能通过受体NtPMTR1介导的信号途径促进保卫细胞ROS产生,诱导气孔关闭,从而降低病原菌Pst DC3000的入侵。     

抗白粉病小麦染色体组型的分子标记与生化标记分析

应用与小麦第六同源群有关的分子和生化标记,包括ＤＮＡ探针ｐＳｃ５·３Ｈ３和ｐＳＲ１６７以及同工酶Ｅｓｔ－５和ａ－Ａｍｙ－１,对来自六倍体小黑麦Ｂｅａｇｌｅ与普通小麦科冬５８杂交后代Ｆ１花粉植株的抗白粉病株系Ｍ２４．Ｍ０９及Ｍ１７进行了分析。结果表明,Ｍ２４、Ｍ０９及Ｍ１７不同程度地含有黑麦染色体成分,而且电泳谱带差别较大,据此推断,Ｍ０９为６ＲＬ的易位系。因此,生化和分子标记不仅可以用于确定外源片段的存在,而且可以帮助确定染色体组型和外源片段的位置     

不同光学异构体组成的氯氰菊酯对敏感及抗性家蝇的神经电生理学研究

采用敏感家蝇(Musca domestica vicina L.)及由5种不同光学异构体组成的氯氰菊酯选育的抗性家蝇中胸足离体标本,观测五种药剂对足感觉神经纤维冲动发放的影响。各种异构体组成的氯氰菊酯均可引起感觉神经纤维发放的增加,然后逐渐降低,直至完全阻断。以阻断时间和加药剂量为参数,求出神经敏感度。结果表明：五种药剂作用于敏感家蝇的神经敏感度与室内生物测定的LD₅₀值(μg/头)无相关性,而与供试药剂中反α体与顺α体的比例有关,反α体所占比例越多的药物,神经敏感度越高。抗性家蝇的神经敏感度与敏感 家蝇相比大幅度下降,可以认为神经敏感度降低是家蝇对氯氰菊酯产生抗性的主要机制。抗性家蝇中,氯氰菊酯品系(RC₁)的抗生水平最高,但它的神经敏感度较其它抗性品系也高,由此推测,RC₁,的抗性机制与其它晶系有所不同。     

特异性适应稻作系统的稗草种群生活史特性

长期进行除草剂药效试验可能会导致田间杂草种群发生适应性进化。本研究在安徽南陵县除草剂药效试验专用稻田中采集了1个稗草种群A,并以从常规稻田采集的3个稗草种群为对照,开展同质园栽培试验。结果表明: 与3个对照种群相比,A种群稗草植株的单株种子产量显著减少,种子千粒重显著增加,幼苗生长速率显著加快,结实分蘖数显著增多,生育期显著缩短;A种群稗草成株的株高、生物量及对除草剂五氟磺草胺的敏感性均显著降低。A种群稗草幼苗3～4叶期时经五氟磺草胺推荐剂量2倍量(有效成分60 g·hm^-2)处理后,其株高、生物量及成熟种子产量(平均每株1066粒)显著降低,而抽穗期、结实分蘖数、单个总状花序的种子数及种子千粒重无显著差异。因此,种子较重、生活史周期短、植株矮小、结实分蘖多及对除草剂五氟磺草胺具有抗药性,使得A种群稗草对稻作系统具有特异适应性,应防止此类种群扩散至常规稻田。     

淡紫紫孢菌PLF-1对感染尖刀镰孢菌百合种球的促生作用及其相关防御酶活性变化

为了探究淡紫紫孢菌(Purpureocillium lilacinum)PLF-1对百合种球的促生作用及对百合尖刀镰孢菌的防治效果,采用平板对峙法评估淡紫紫孢菌对尖孢镰刀菌的拮抗效果,以及淡紫紫孢菌对百合抗尖孢镰刀菌的抗性作用。同时监测百合种球中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性变化情况。研究结果表明：浓度为4.34×10⁴ CFU/mL和4.34×10⁵ CFU/mL的淡紫紫孢菌孢子悬浮液对百合种球表现为促进作用,浓度为4.34×10⁴ CFU/mL时最高茎长达11 cm。平板拮抗实验中该淡紫紫孢菌菌株能有效抑制尖孢镰刀菌生长,抑制率高达72%。接种淡紫紫孢菌和病原菌的百合种球茎长会增长37.6%,根长会增长33%。该菌株能提高感染尖刀镰孢菌百合种球中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,有效抑制尖刀镰孢菌的毒害作用,促进植株健康生长。