镧胁迫下外源H2O2对裸燕麦幼苗叶绿素荧光参数和光合碳同化酶活性的影响

稀土污染已成为制约农业发展的一种重要因素,为探讨外源过氧化氢(H_2O_2)缓解裸燕麦镧(La)胁迫伤害的光合生理机制,以‘白燕7号’裸燕麦幼苗为材料,采用砂培方法,研究了5 mmol/L H_2O_2喷施预处理对1.20 mmol/L La~(3+)胁迫下裸燕麦幼苗生长、叶片叶绿素荧光参数和碳同化关键酶活性的影响。结果表明:La胁迫下,H_2O_2预处理的裸燕麦幼苗根长、株高和生长量的降幅及叶片叶黄素循环脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)显著下降,PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、光化学猝灭系数(qP)和吸收光能用于光化学反应的份额(P)显著提高,PSⅡ非光化学猝灭系数(NPQ)、调节性能量耗散Y(NPQ)、非调节性能量耗散Y(NO)、吸收光能用于天线热耗散的份额(D)、PSⅡ反应中心非光化学耗散的份额(E_x)和双光系统间激发能分配不平衡偏离系数(β/α-1)明显降低,同时1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、1, 7-二磷酸景天庚酮糖酯酶(SBPase)和1, 6-二磷酸果糖醛缩酶(FBAase)活性显著提高,但转酮醇酶(TKase)活性无显著变化。表明外源H_2O_2能够通过提高PSⅡ光化学效率和碳同化关键酶活性而非依赖叶黄素循环的热耗散来减轻La胁迫导致的光抑制,从而缓解La胁迫幼苗生长的受抑程度,增强裸燕麦对La胁迫的适应性。     

合成支架在代谢工程中的研究进展

代谢工程作为通过引入外源合成途径或改造优化代谢网络,进行高附加值的天然代谢产物生物合成的技术,已经得到广泛应用。但随着目标合成产物的结构日渐复杂,构建多基因的从头合成途径造成宿主生物代谢失衡与中间产物对宿主细胞产生毒害作用等一系列问题发生的可能性也随之增加。为解决这些问题合成支架策略应运而生,合成支架将途径酶共定位以提高局部酶和代谢物的浓度,来增强代谢通量并限制中间产物与宿主细胞环境间的相互作用,成为生物催化和合成生物学研究的热点之一。尽管由核酸、蛋白质构成的合成支架策略已经应用于多种代谢物的异源合成,并取得了不同程度的成功,但合成支架的精确组装仍然是一项艰巨的任务。文中详细介绍了合成支架技术的研究现状,详细阐述了合成支架技术的原理和实例,并初步探讨了其应用前景。     

工业环境下酶蛋白的催化行为与适应性改造研究进展

酶在工业上有着广泛应用和巨大潜力,但工业生产中高温、强酸/碱、高盐、有机溶剂和高底物浓度等条件仍然制约着酶的大规模应用。为使酶能更好地在工业环境下发挥催化作用,目前的主要策略是对酶进行适应性改造(如理性或半理性设计、定向进化、固定化等)。文中简要阐述了酶在工业环境下的催化行为以及近年对其适应性改造的研究进展,以期为酶的适应性改造提供参考。     

体外多酶分子机器的现状和最新进展

体外多酶分子机器遵循所设计的多酶催化路径,将若干种纯化或部分纯化的酶元件进行合理的优化与适配,高效地在体外将特定的底物转化为目标化合物。体外多酶分子机器反应系统呈现元件化和模块化的特点,在设计、组装和调控方面具有较高的自由度。近年来,体外多酶分子机器在实现反应过程的精准调控和提高产品得率方面的优势逐渐体现,展示了其在生物制造领域重要的应用潜力。对体外多酶分子机器的相关研究已成为合成生物学的一个重要分支领域,日益受到广泛的关注。文中系统地综述了基于酶元件/模块的体外多酶分子机器的构建策略,以及改善该分子机器中酶元件/模块之间适配性的研究进展,并分析了该生物制造平台的发展前景与挑战。     

微生物1,3-1,4-β-葡聚糖酶蛋白质改造及工业应用研究进展

1,3-1,4-β-葡聚糖酶(E.C.3.2.1.73)是一种重要的工业用酶,其可以通过特异性切割毗邻β-1,3-糖苷键的β-1,4-糖苷键将β-葡聚糖或地衣多糖降解为纤维三糖和纤维四糖。微生物β-葡聚糖酶属于糖苷水解酶家族16,其三维结构为卷心蛋糕状的逆向β-片层结构。文中综述了近些年来β-葡聚糖酶在工业上的应用情况及酶蛋白质工程改造的研究进展,并对其研究前景进行了展望。     

草鱼高脂日粮磷酸二氢钙适宜添加量的研究

为探讨草鱼高脂(7%)实用日粮磷酸二氢钙(MCP)适宜添加量对草鱼生长性能、脂质代谢及抗氧化能力的影响, 以磷酸二氢钙[Ca (H₂PO₄)]为磷源, 配制含MCP分别为0(对照组)、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%的5种等氮等能实用日粮, 饲喂初始均重为(105.23±0.55) g的试验草鱼, 每种日粮设置3个重复, 每个重复15尾鱼, 进行为期8周的养殖试验。结果显示: 在高脂日粮中添加适宜的MCP可显著增加草鱼增重率(WGR)和全鱼磷含量, 降低饲料系数(FCR)和脏体比(VSI)。以WGR、FCR和全鱼磷为观测指标, 折线模型分析得出日粮MCP适宜添加量分别为3.26%、2.96%和2.63%; 全鱼、内脏、肌肉和肝脏粗脂肪含量随日粮中MCP的增加呈先降后升趋势, 而全鱼和肌肉粗蛋白含量则呈相反趋势; 在MCP3.0%组, 草鱼肠道淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶活性, 血清碱性磷酸酶(AKP)活性最高, 血清甘油三酯、肝脏丙二醛含量, 乙酰辅酶A羧化酶(ACC)活性最低; 添加组血清总胆固醇含量均显著低于对照组(P<0.05), 肝脏肉碱脂酰转移酶(CPT-I)活性随日粮MCP添加量增加而渐增。研究表明, 草鱼高脂(7%)日粮中MCP适宜添加水平为2.96%—3.26% (饲料总磷1.43%—1.50%), 该添加水平能促进草鱼对日粮中营养物质的消化利用, 减少鱼体及肝脂蓄积, 增加鱼体蛋白, 提高抗氧化机能, 促进生长。     

茶树种子发育过程的转录组分析

该研究以‘铁观音’茶树品种的种子为试验材料,采用转录组测序技术分析种子发育的3个时期(幼果期、膨大期、成熟期)的表达差异,探究茶树种子油脂代谢的分子机制。结果表明:(1)经转录组测序、组装后共获得30 940 581个clean reads,经数据合并拼接最终得到36 951条非冗余Unigene序列,其中28 476个Unigene可得到功能注释;在转录本中能够被注释到GO分类的Unigene有11 201条(30.3%),KEGG分析发现共有17 172个基因参与了127个代谢通路。(2)经KEGG通路筛选出14条与脂肪酸代谢相关的通路,且随着茶籽的发育,大部分脂肪酸调控途径相关基因呈下调趋势,其中上调基因数最多的有α-亚麻酸代谢途径和脂肪酸降解途径(有17个基因表达量上调),下调基因数最多的是甘油磷脂代谢途径(有58个基因表达量下调);在茶籽发育幼果期α-亚麻酸代谢途径中表达量上调的基因数超过表达量下调的基因数。(3)研究发现茶籽脂肪酸合成相关的基因涉及14个脂类调控途径,共409条差异基因;随着茶树种子发育到成熟期,上调的差异表达基因数量在减少,下调的差异表达基因数量增加,其中α-亚麻酸途径中的基因PLA2G16、DAD1、pldA、FabF、FabI表达量上调显著,随后表达量下调。(4)qRT-PCR检测结果表明,7个茶树FAD和1个ACP差异表达基因的水平与转录组测序结果基本一致;随着茶籽的发育,基因CsFAD7和Δ6-CsFAD从幼果期、果实膨大期至果实成熟期都为差异下调表达,CsFAD2、CsFAD6和Δ7-CsFAD为差异上调表达,CsFAD8、Δ8-CsFAD和CsACP在幼果期至果实膨大期差异上调表达,在果实膨大期至果实成熟期差异下调表达。     

植物肌醇半乳糖苷合酶的生理功能和调控机制

植物肌醇半乳糖苷合酶（galactinol synthase, GolS）是高等植物棉子糖类寡糖合成途径中的关键酶,为棉子糖系列寡糖提供活化的半乳糖基,调控植物体内棉子糖（raffinose, RFO）系列寡糖的生物合成与积累。编码该酶的基因属于糖基转移酶（glycosyltransferases, GTs）GT8基因家族的亚家族。GolS参与合成的最终产物棉子糖家族低聚糖（raffinose family oligosaccharides,RFOs）是植物中重要的碳水化合物存在形式,在细胞内可溶性强,可作为脱水保护剂;还能发挥稳定膜结构的作用。同时,GolS催化合成的直接产物肌醇半乳糖苷（galactinol）和RFOs都能作为羟基自由基捕获分子参与活性氧的清除。因此,GolS参与的代谢途径在植物碳同化物的贮存与运输、生物和非生物逆境响应、种子的脱水效应等生命过程中均发挥了重要作用。GolS基因结构差异与表达模式不同,导致不同GolS基因参与的生物学功能具有很大的差异。研究植物中不同GolS基因的结构特征,组织特异性表达特性及它们响应不同生长发育阶段、环境变化的表达特性,对了解GolS参与的生物学功能具有重要意义。同时,在分子生物学水平上,深入了解调控植物GolS基因的分子调控机制,为通过遗传工程或分子辅助育种等手段,利用GolS改良农林作物的经济性状提供理论支持。本文针对近年来植物中GolS基因的生理功能和调控机制的研究进行了综述。     

曲霉属真菌活性代谢产物及在农业生产中的应用研究进展

曲霉属(Aspergillus)真菌是一类分布广泛的丝状真菌,种类繁多,代谢产物丰富,应用广泛,在农业、医药、生物能源、化妆品、食品发酵等行业均有应用。对近年来曲霉属真菌活性代谢产物在抗菌、抗氧化、抗病毒方面的研究进展进行了综述。结合实验室研究成果,对近年来曲霉属真菌代谢产物在秸秆腐熟菌剂、溶磷生物菌剂、拮抗植物寄生线虫等农业生产领域中的应用进行综述,以期为开发应用曲霉属真菌活性代谢产物的研究提供参考。     

蓝氏贾第虫无义mRNA的降解

无义介导的mRNA降解途径（nonsense-mediated mRNA decay,NMD）作为细胞内的一种重要的mRNA质量监控机制,可以降解含有提前终止密码子（premature termination codon,PTC）的异常转录本,从而避免截短蛋白质对细胞的毒害,但其详细的分子机制有待进一步阐释。蓝氏贾第虫（Giardia lamblia)作为一种寄生性单细胞原生动物,进化地位特殊,对其NMD途径的研究有利于阐明基因表达调控的分子和进化机制。本研究通过酵母双杂交及体外pull-down实验分析了贾第虫NMD途径因子上游移码蛋白1(Giardia lamblia up-frameshift 1,GlUPF1)、贾第虫RNA结合蛋白（Giardia lamblia HRP1, GlHRP1）、贾第虫核糖核酸外切酶（Giardia lamblia Ski7p,GlSki7p、Giardia lamblia XRN1,GlXRN1）之间的相互作用关系。结果表明,GlUPF1全长与GlHRP1、GlXRN1(1~500 aa)、GlSki7p间均可发生相互作用。而且GlUPF1的CH结构域和C端结构域分别与GlHRP1、GlXRN1（1~500 aa）、GlSki7p相互作用。说明GlUPF1在贾第虫NMD途径中作为招募平台,在无义mRNA识别和降解过程中发挥重要作用。为此,结合本实验室之前的研究结果,我们提出原生动物贾第虫的NMD途径：在提前终止密码子处SURF(SMG1-UPF1-eRF1-eRF3)复合物形成后,GlUPF1被磷脂酰肌醇3-激酶(suppressor with morphogenetic effect on genitalia 1,SMG1)磷酸化修饰, NMD途径激活,随后GlUPF1与HRP1相互作用,将转录本标记为NMD底物;GlUPF1进而招募下游贾第虫5′-3′核糖核酸降解酶GlXRN1、贾第虫3′-5′ 核糖核酸降解因子GlSki7p,最终降解靶标mRNA。