期刊,生物工程学报 2022年卷10期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

生物工程学报

主　　编：杨胜利

出版周期：月刊

国际刊号：1000-3061

电子邮箱：cjb@im.ac.cn

电　　话：010-64807509

邮政编码：100101

地　　址：北京朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所B401

生物工程学报/Journal Chinese Journal of BiotechnologyCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>《生物工程学报》是国内外公开发行的全国性学术期刊, 由中国科学院微生物研究所和中国微生物学会共同主办。主要报道生物工程研究的新发展、新成果、新技术。刊登的内容包括：基因工程、细胞工程、酶工程、生化工程、组织工程、生物信息、生物制药、生物芯片等。栏目设有：综述、研究报告、研究简报、技术与方法等。《生物工程学报》创刊于1985年。20多年来，本刊始终以推动生命技术发展和促进国家经济建设为宗旨，及时报道我国生物工程方面的重要研究成果, 有力地促进了国内在这一领域的学术交流，为科研教学和经济建设发挥了积极的作用。本刊已被美国<CA>,<BA>，<MEDLINE>,及<俄罗斯文摘>、中国生物学文摘、中国科学引文数据库、万方数据库、中国科技期刊光盘版等检索系统收录，是中国自然科学核心期刊。

正式出版

收录年代

人体肠道4644株代表菌次级代谢产物生物合成基因簇挖掘与耐药及毒力基因分析

尹业师陈浒张美红曹林艳...

3682-3694页

查看更多>>摘要：为了更好地从肠道微生物组中挖掘新的次级代谢产物、了解肠道微生物组编码的抗生素耐药基因和毒力因子情况,本研究基于4 644株人体肠道微生物代表菌的基因组序列,对其编码的次级代谢产物基因簇、抗生素耐药基因和毒力因子进行了预测分析.经antiSMASH预测分析发现,超过60％的代表菌编码至少1个次级代谢产物基因簇,并从8个未可培养菌中发现了 8个潜在的新颖次级代谢产物基因簇.人体肠道中的次级代谢产物主要由梭菌纲(Clostridia)、芽孢杆菌纲(Bacilli)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、放线菌纲(Actinobacteria)和厚壁菌纲(Negativicutes)6类细菌编码的非核糖体多肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS)、细菌素、芳基多烯类化合物、萜烯、β-丙内酯、NRPS-样蛋白组成.经PathoFact预测分析发现,抗生素耐药基因和毒力因子在代表性菌株中分布广泛,但潜在病原菌编码频率更高.潜在病原菌中编码外膜蛋白、PapC N-端结构域、PapC C-端结构域、肽酶M16失活结构域等分泌型毒素和硝基还原酶家族、AcrB/AcrD/AcrF家族、PLD-样结构域、Cupin结构域、假定溶血素、S24-样肽酶、磷酸转移酶家族、内切核酸酶/外切核酸酶/磷酸酶家族、乙二醛酶/博莱霉素抗性等非分泌型毒素的频率较高.该研究将为进一步从肠道微生物组中挖掘新的微生物天然产物、了解肠道微生物的定殖与感染机制,为肠道微生物相关疾病提供靶向防治策略等奠定基础.

关键词：

肠道菌群代表性菌株次级代谢产物抗生素耐药基因毒力因子

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桃儿七叶绿体比较基因组学分析

马录花宁佳奇王永杰赵敏...

3695-3712页

查看更多>>摘要：为探究桃儿七(Sinopodophyllum hexandmm)不同叶绿体基因组特征,本研究以桃儿七5个叶绿体基因组为研究对象,借助生物信息学工具进行基因组图谱构建、重复序列分析、密码子偏好分析、反向重复序列区(inverted repeat,IR)/单拷贝区(single-copy,SC)边界分析、基因组序列比较分析及系统发育分析.结果表明:桃儿七5个叶绿体基因组全长为157 203-157 940 bp,为典型的叶绿体四分体结构,共注释出133-137个基因,说明桃儿七叶绿体基因组具有多样性.桃儿七不同叶绿体基因组简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)位点不同,单核苷酸A/T占主要优势,散在重复序列包括正向重复、回文重复和反向重复3类.密码子偏好分析显示有效密码子(effective number of codon,ENc)值为51.14-51.17,密码子偏好性弱,GC与GC3s所占比例小于50％,密码子偏向使用A和U碱基并且以A和U碱基结尾.桃儿七5个叶绿体基因组IR/SC边界和基因组序列均比较保守.系统发育分析结果表明桃儿七和北美桃儿七亲缘关系最近.本研究获取了桃儿七5个叶绿体基因组信息与进化关系,为桃儿七资源开发利用与保护、品种鉴定和遗传进化研究奠定了科学基础.

关键词：

桃儿七叶绿体基因组结构特征系统发育分析

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多花海棠叶绿体基因组分析

王寻冯资权王大儒韩月彭...

3713-3727页

查看更多>>摘要：多花海棠(Malusfloribunda Siebold.)是世界范围内广泛栽培的苹果属物种,具有较高的观赏价值和育种意义.对其进行叶绿体基因组比较分析,有利于完善苹果属系统进化以及种质利用的研究内容.基于全基因组测序数据,组装获得一个完整的具有四分体结构的多花海棠叶绿体基因组.该基因组包括大单拷贝区(88 142 bp)、反向重复区B(26 353 bp)、小单拷贝区(19 189 bp)与反向重复区A(26 353 bp),共计160 037 bp.多花海棠叶绿体全基因组共注释到111个基因,包括78个蛋白编码基因、29个tRNA基因和4个rRNA基因.此外,在其基因组中识别到大量的重复序列,与三叶海棠和变叶海棠略有差异.通过计算相对同义密码子使用度,发现其高频密码子共30种,并且密码子具有偏向A/T结尾的使用模式.种间序列比对、边界分析的结果表明,大单拷贝区序列变异较大,8种苹果属植物SC区与IR区扩张收缩情况整体上较为相似.基于叶绿体基因组序列的系统进化分析,将多花海棠、湖北海棠和变叶海棠聚为一类.多花海棠叶绿体基因组的研究可为今后遗传标记开发与种质资源利用等提供数据支持.

关键词：

多花海棠叶绿体基因组系统进化生物信息学比较基因组学分析

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苹果MdPEPC基因家族鉴定及在腋芽萌发中的作用

李九洋时聪健孙亚硕高彩桢...

3728-3739页

查看更多>>摘要：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPC)家族蛋白普遍存在各种植物中,在光合碳同化过程中起到重要作用,同时具有多种非光合生物学功能,但PEPC基因在苹果(Malus domestica Borkh.)中尚未研究报道.本研究以苹果新基因组数据为基础,利用生物信息学方法对苹果PEPC家族成员(the members of apple PEPC family,MdPEPC)进行鉴定,并对其在不同组织中的表达谱以及去顶和细胞分裂素噻重氮苯基脲(thidazuron,TDZ)处理后苹果腋芽转录组中的表达模式进行分析,以期探究MdPEPC基因在参与苹果腋芽萌发中的作用.结果表明,苹果MdPEPC家族共有6个成员,分布于6条不同的染色体上,且理化特征较为相似;系统进化树及序列比对分析显示其可分为2个亚组(Group Ⅰ和Group Ⅱ),其中I组含4个MdPEPC家族成员,属于植物型PEPCs,而MdPEPC4和MdPEPC5则与拟南芥细菌型AtPPC4聚类到Ⅱ组;共线性分析表明,MdPEPC成员之间不存在串联重复,含7对片段重复;顺式作用元件分析显示,MdPEPC家族成员不仅受光和逆境等影响,还受多种激素综合调控;表达谱显示,除MdPEPC4和MdPEPC5外,其他植物型MdPEPC在不同组织中均有表达.转录组数据分析表明,去顶和TDZ处理后MdPEPC1和MdPEPC3表达量上调,而MdPEPC2则在处理后48 h明显下调表达.综上所述,本研究通过对苹果MdPEPC家族的鉴定和分析,筛选出MdPEPC1、MdPEPC2和MdPEPC3作为调控苹果腋芽萌发的候选基因,以便后期对其进行深入研究.

关键词：

苹果PEPC家族基因家族鉴定腋芽萌发分枝

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杜鹃花TPS基因家族鉴定及与萜类物质代谢的关系分析

杨国霞蒋宝鑫何凡吕思佳...

3740-3756页

查看更多>>摘要：萜烯合成酶(terpene synthase,TPS)能催化不同的前体物质生成不同的萜类化合物,是合成萜类物质的关键酶.为探究杜鹃花TPS基因家族成员在萜类物质代谢过程中的表达模式,本文基于杜鹃花基因组数据库,利用生物信息学方法对杜鹃花TPS基因(TPS)进行家族成员鉴定;通过云锦杜鹃和诺娃杜鹃两种不同种高山杜鹃的转录组测序结果,结合qRT-PCR、顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术,分析两种杜鹃不同发育时期花瓣中TPS家族成员表达水平和代谢物含量变化关系.结果表明,从杜鹃花基因组数据库中共鉴定获得47个RsTPS成员,RsTPS家族成员长度在591-2 634 bp之间,含有3-12个外显子不等,编码196-877个氨基酸;RsTPS家族成员主要分布在叶绿体和细胞质;系统进化分析结果显示RsTPS基因分为5个亚组.通过分析转录组数据得到7个功能注释为TPS的基因家族成员,发现TPS1、TPS10、TPS12和TPS13的表达量在4个时期中呈现出先上升,到盛开期达到顶峰后再下降的趋势.对基因表达量变化与萜类物质含量变化进行相关性分析,发现TPS1、TPS4、TPS9、TPS10、TPS12和TPS13表达量与云锦杜鹃不同时期花瓣中萜类物质含量变化呈显著性正相关,推测这6个基因家族成员可能是参与云锦杜鹃花香调控的关键基因.

关键词：

杜鹃花TPS基因家族生物信息学表达分析挥发性萜类物质

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大豆GolS基因家族鉴定及盐旱胁迫下的表达分析

刘丹王柯蔼倪蓬王秋艳...

3757-3772页

查看更多>>摘要：肌醇半乳糖苷合成酶(galactinol synthase,GolS)是棉子糖家族寡糖(raffinose family oligosaccharides,RFOs)生物合成途径中的关键酶,在植物对非生物胁迫的反应中发挥重要作用.然而,关于大豆(Glycinemax)GolS基因家族成员的分子结构特征还未见研究报道.本研究在全基因组水平上鉴定了 6个大豆GolS基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、进化关系、基因结构、保守基序、二级结构、三级结构、组织特异性表达模式以及盐和干旱胁迫下的表达量进行了分析.结果表明:6个大豆GolS基因不均匀地分布在4条染色体上,6个大豆GolS蛋白的等电点为5.45-6.08,分子量变化范围为37 567.07-38 817.59 Da,氨基酸数量为324-339 aa;亚细胞定位预测结果发现4个蛋白定位在叶绿体上,2个蛋白定位在细胞质.系统进化树分析表明,大豆GolS基因家族成员在进化树中呈现出两两紧邻的现象,在进化上较为保守.6个基因成员含有的外显子数目为3或4.二级结构和三级结构预测表明,该家族所有成员蛋白质的空间结构主要由a螺旋和无规则卷曲结构组成,有较少的β转角结构和延伸链结构.组织特异性表达分析表明,6个GmGolS家族成员在种子、根、根毛、花、茎、豆荚、根瘤和叶中均有不同程度表达.基于qRT-PCR的表达分析显示,盐旱处理后所有GmGolS 基因成员表现出不同程度的上调表达,表明这些基因可能与植物的耐盐抗旱响应有关.本研究结果为后续开展大豆GolS基因的功能解析奠定了基础.

关键词：

大豆GolS基因家族进化分析干旱胁迫盐胁迫表达模式

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甜菜BvHAK基因家族全基因组鉴定及其在盐处理下的表达分析

杨小涵伍国强魏明王北辰...

3773-3789页

查看更多>>摘要：高亲和性K+转运蛋白(high-affinity K+transporter,HAK)是植物中最重要的K+转运蛋白家族之一,在植物K+吸收和转运过程中发挥重要功能.为探究甜菜BvHAK基因家族成员生物学功能及基因表达模式,采用生物信息学手段,预测了蛋白质的理化性质、基因结构、染色体定位、系统进化、保守基序、三维结构、互作网络、启动子顺式作用元件,并通过qRT-PCR分析了盐胁迫下BvHAKs基因在甜菜不同组织中的表达水平.共鉴定出10个甜菜BvHAK基因家族成员,含有8-10个外显子、7-9个内含子;平均氨基酸个数为778.30,平均分子量为88.31 kDa,等电点为5.38-9.41,跨膜区为11-14个.BvHAK4.-5、-7和-13定位在质膜,而其余定位在液泡膜.系统进化分析发现,高等植物HAK可分为5个簇,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ簇,其中Ⅱ簇成员可进一步分为Ⅱa、Ⅱb和Ⅱc等3个亚簇;BvHAK家族成员则分布在前4簇,分别含有1、6、1和2个成员.甜菜BvHA K基因家族主要含有胁迫响应元件、激素响应元件和生长发育响应元件.进一步对BvHAK基因在盐处理下甜菜不同组织中的表达模式分析发现,50和100 mmol/L NaCl不同程度地诱导甜菜地上部和根部BvHAK基因家族成员的表达;高盐(150 mmol/L)则下调了其在地上部的表达水平.这些结果表明,BvHAK基因家族在响应盐胁迫过程中起重要作用.

关键词：

甜菜高亲和性K+转运蛋白HAK基因家族顺式作用元件耐盐性

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基于单细胞转录组的多级别胶质瘤异质性及免疫微环境分析揭示了潜在的预后生物标志物

刘洁许凯龙马立新王洋...

3790-3808页

查看更多>>摘要：脑胶质瘤(glioma)是中枢神经系统最常见的内在肿瘤,具有发病率高、预后较差等特点.本研究旨在鉴定多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)和低级别胶质瘤(lower-grade gliomas,LGG)之间的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),以探讨不同级别胶质瘤的预后影响因素.从NCBI基因表达综合数据库中收集了胶质瘤的单细胞转录组测序数据,其中包括来自3个数据集的共29 097个细胞样本.对于不同分级的人脑胶质瘤进行分析,经过滤得到21 071个细胞,通过基因本体分析、京都基因与基因组百科全书途径分析,从差异表达基因中筛选出70个基因,我们通过查阅文献,聚焦到delta样典型Notch配体3(delta like canonical Notch ligand 3,DLL3)这个基因.基于TCGA的基因表达谱交互分析(gene expression profiling interactive analysis,GEPIA)数据库用于探索LGG和GBM中DLL3基因的表达差异,采用基因表达谱交互式分析和肿瘤免疫学估计资源(tumor immune estimation resource,TIMER)数据库,研究关键基因在不同分级的脑胶质瘤中的表达,预测了与免疫治疗密切相关的生物标志物.cBioPortal数据库用于探索DLL3表达与25个免疫检查点之间的关系.基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA)进一步确定了与中心基因相关的途径.最后,在中国胶质瘤基因组图谱(Chinese glioma genome atlas,CGGA)中验证了生物标志物在预后和预测中的疗效.这些结果发现,预后基因与肿瘤增殖和进展有关,通过生物学信息和生存分析,表明这些基因可能作为一种有前途的预后生物标志物,并作为选择治疗策略的新靶点.

关键词：

人脑胶质瘤单细胞转录组功能注释DLL3免疫微环境

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基于单细胞转录组的视网膜母细胞瘤进展特征分析

许凯龙聂巍巍童倩雯马立新...

3809-3824页

查看更多>>摘要：视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,RB)是婴幼儿最常见的眼内恶性肿瘤.在RB进展过程中的关键致病因素目前尚不十分清楚.因此,识别与RB进展密切相关的基因能为病情诊断及基因治疗提供重要信息.然而,肿瘤组织具有很强的细胞异质性,不同病理状态下的细胞,其功能及基因表达都可能呈现显著的差异.本研究从公共基因表达数据库(gene expression omnibus,GEO)下载了 1例4个月肿瘤患者和1例2年患者的肿瘤及癌旁组织的单细胞转录组测序数据,从单细胞水平解析不同患病时长的RB肿瘤转录图谱,鉴定与RB进展有潜在关联的细胞亚群及基因集.结果显示,肿瘤组织与癌旁组织在单细胞转录图谱上具有整体的一致性,但视锥前体G1期细胞群、G2期细胞群以及小胶质细胞群在肿瘤与癌旁组织中的分布比例存在明显差异.进一步分析了这3种细胞群在RB肿瘤进展过程中的作用.研究发现,在RB肿瘤的早期阶段,视锥前体细胞在G1期异常增殖,随着RB肿瘤的进展,视锥前体G2期细胞比例显著增加.同时,RB进展过程的小胶质细胞群差异分析结果显示,主要参与免疫应答的关键基因包括RPL23、B2M、HLA家族基因.本研究可为RB发病机制及进展研究提供更多新视角和数据资源.

关键词：

视网膜母细胞瘤单细胞转录组测序肿瘤异质性肿瘤视锥细胞

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山田胶锈菌和亚洲胶锈菌吸器的比较转录组分析

翁涵刘霞陶思齐梁英梅...

3825-3843页

查看更多>>摘要：为防止锈病的传播,培育抗病品种以及减少产量损失,基于山田胶锈菌(Gymnosporangium yamadae)和亚洲胶锈菌(Gymnosporangium asiaticum)吸器阶段的转录组差异分析揭示了胶锈菌侵染寄主植物时的专化性选择机制.对山田胶锈菌和亚洲胶锈菌担孢子侵染寄主时形成的吸器进行转录组测序,分别获得了 21 213条和13 015条单基因(unigenes);从山田胶锈菌和亚洲胶锈菌中分别选择5个基因进行实时荧光定量PCR验证,显示其表达情况与转录组分析结果基本一致,表明转录组分析结果可靠;用Nr、GO、KEGG、KOG等7个数据库进行基因功能注释和富集分析,发现两种胶锈菌的基因主要富集在细胞进程、翻译、代谢相关通路;使用SignalP和TMHMM在线网站以及dbCAN、BLAST、HMMER等软件分析显示山田胶锈菌和亚洲胶锈菌吸器中的候选效应蛋白分别有343个(2.51％)和175个(2.79％),其中分别含有14个和5个蛋白酶,10个和3个脂酶;利用OrthoFinder、BLSAT和KaKs Calculator软件分析了两种胶锈菌的进化关系,在一对一同源基因中,比对率大于82％的基因对被认为处于保守选择,有12.37％的基因对处于正向选择,在亚洲胶锈菌中有5个效应子处于进化选择,其中1个为脂酶.山田胶锈菌和亚洲胶锈菌表达基因富集中没有发现显著差异,表明虽然其种间存在典型的寄主选择性,但吸器所涉及的生物学过程相对保守,而两个物种之间存在较低的蛋白相似性,说明它们受到较大的寄主选择压力而产生了明显的进化分歧,这可能与对寄主的特异性选择机制相关.在吸器阶段,胶锈菌可能可以利用植物的脂质作为能量来源,而效应子的主要目的可能是调控植物的生理进程等而不是直接攻击寄主.

关键词：

锈菌转录组吸器物种进化效应子

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