枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径相关基因功能研究

聚谷氨酸(polyglutamic acid, PGA)作为一种天然多功能的聚合物,近年来成为研究的热点。由于很难通过化学方法合成,微生物发酵是目前生产聚谷氨酸的有效途径。【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径中degS、degQ、degU、swrA、rocA、putM基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的调控。【方法】以枯草芽孢杆菌为出发菌株,通过对代谢途径中相关基因进行敲除或过表达,分别构建degS、degQ和degU基因缺失的重组菌,swrA、rocA和putM基因过表达的重组菌,借助菌株胞外聚谷氨酸积累的变化分析影响途径的关键节点。【结果】在摇瓶发酵条件下,重组菌Bacillus subtilis 168-swrA、Bacillus subtilis 168-rocA、Bacillus subtilis 168-putM的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.28倍、1.47倍和1.37倍。重组菌Bacillus subtilis 168-ΔdegS、Bacillus subtilis 168-ΔdegQ、Bacillus subtilis 168-ΔdegU的胞外...     

一株C3形态多重耐药大肠杆菌噬菌体生物学特性和基因组分析

【目的】多重耐药菌的出现对公共卫生安全构成严重威胁,本研究分离多重耐药大肠杆菌噬菌体,研究其生物学特性和基因组特征,为耐药菌的噬菌体疗法提供理论依据。【方法】使用双层平板法从污水样本中分离纯化大肠杆菌噬菌体;磷钨酸染色后通过透射电镜观察形态;测定其宿主范围,测定温度和pH稳定性、一步生长曲线和体外抑菌效果等生物学特性;体内抑菌试验评估噬菌体对多重耐药大肠杆菌N1203-1Af感染的大蜡螟幼虫的保护作用;基于全基因组测序对其基因组特点进行分析。【结果】本研究分离共得到5株大肠杆菌噬菌体,分别命名为pEC-S163-2.1、pEC-S163-2.2、pEC-M1167-5Ar.1、pEC-m1291-2Dr.1和pEC-N1203-2Af.1;电镜结果显示噬菌体pEC-N1203-2Af.1属于短尾噬菌体中罕见的C3形态型,头部较长,长是宽的2–3倍;pEC-N1203-2Af.1可裂解受试15株大肠杆菌中的3株;感染10 min后进入指数增长期,–20-50℃、pH值为4.0–10.0的环境下均能够保持稳定活性;大蜡螟幼虫感染大肠杆菌N1203-2Af后噬菌体pEC-N1203-2Af....     

化学合成的α—降钙素基因相关基因在大肠杆菌和哺乳…

通过化学法合成α－降钙素基因相关肽的基因,该基因５＇端有ＢａｍＨ Ｉ切点和启始密码,３＇端有ＤａｌＩ切点和终止密码。为了表达这一基因,组建表达载体ｐＸＺ６２．这一表达载体具有Ｔｒｅ启动子,含有Ａｐ＾ｒ和ＸｙＬＥ基因。α－降钙素基因相关肽基因与ｐＸＺ６２边接,构建重组质粒ｐＸＺ１０１;并将该基因与质粒ｐＨβＡＰｒ－３Ｐ－ｎｅｏ连接,构建重组质粒ｐＸＺ２０１．将重组质粒分别转化到大肠矸菌和ＨｅＬａ细胞     

构建全细胞生物传感器测定农田土壤中有机磷农药甲基对硫磷含量

土壤中污染物的生物有效性评估对于准确评价环境污染风险至关重要,而全细胞生物传感器是此类评估的重要工具之一。本研究旨在使用新型全细胞生物传感器建立土壤中甲基对硫磷(methyl parathion,MP)的检测方法。首先,使用筛选出的甲基对硫磷水解酶基因(methyl parathion degrading gene,mpd)和pUC19质粒骨架以及已有的特异性诱导元件pobR为材料,构建全细胞生物传感器。然后,以96孔的酶标板为载体和以5种全细胞生物传感器为指示细胞,建立了土壤提取液样品中甲基对硫磷的分析方法,并应用于实际测试和田间土壤样品中甲基对硫磷的检测。以检测性能的最佳大肠杆菌(Escherichia coli)DH5α/pMP-AmilCP为例,其检测限为6.21−6.66μg/L,线性范围为10−10000μg/L。E.coli DH5α/pMP-RFP和E.coli DH5α/pMP-AmilCP的方法用于分析土壤提取液样品中甲基对硫磷的浓度,具有较好的检测性能。这种全细胞生物传感器方法有助于快速评估土壤中甲基对硫磷的生物有效性强弱,从而有效判断有机磷农药甲基对硫磷对土壤的污染风险。     

靶向RNA的CRISPR-Cas系统研究进展

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cas(CRISPR associated proteins)系统是细菌和古细菌抵抗噬菌体、质粒等外源遗传物质的一种适应性免疫系统,该系统利用一种特殊的RNA(CRISPR RNA,crRNA)指导的内切酶来切割与crRNA相互补的外源遗传物质,从而阻碍外源核酸的侵染。根据效应复合物组成形式的不同,CRISPR-Cas系统分为1类(Ⅰ型、Ⅳ型和Ⅲ型)和2类(Ⅱ型、Ⅴ型和Ⅵ型)两大类。目前已发现多个CRISPR-Cas系统具有非常强的特异靶向RNA编辑能力,如Ⅵ型CRISPR-Cas13系统和Ⅲ型CRISPR-Cas7-11系统。随着研究的深入,相关系统在RNA编辑领域应用日渐广泛,使其成为基因编辑的有力工具。本文介绍了靶向RNA的CRISPR-Cas系统的组成、结构、分子机制以及其潜在应用,这为更好地研究该类系统的作用机制奠定基础,也为后期开发为稳定的基因编辑工具提供新的思路。     

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。     

基因编辑领域专家访谈：季维智院士——记首个基因编辑安全证书获批

《生物工程学报》:我国首个基因编辑生物安全证书落地,您认为有什么意义?对其他作物育种、食品动物(畜禽)育种、微生物育种和疾病生物治疗是否也有促进作用?季维智:中国首个基因编辑生物安全证书的颁发,是国家前沿生物技术研究及产业化管理的规范化逐步完善的重要标志。这也意味着基因编辑技术的产业化应用在中国将有更加清晰和明确的监管措施。