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生物技术通报
生物技术通报

路铁刚

月刊

1002-5464

biotech@caas.cn

010-82109925，82109903

100081

北京海淀区中关村南大街12号

生物技术通报/Journal Biotechnology BulletinCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊客观报道国内外生物技术领域基础研究成果及其在农、林、牧、渔及医药、食品、轻工、环保领域中的应用和产业化趋势。内容包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程、蛋白质工程以及生物工程的应用、研究现状和新的实验技术与方法等。
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    水稻热激转录因子HsfA2b调控非生物胁迫抗性的功能分析

    邹修为岳佳妮李志宇戴良英...
    90-98页
    查看更多>>摘要：[目的]水稻在生长发育过程中,常会受到各种非生物胁迫而严重影响产量.热激转录因子作为植物抗逆过程中的一个重要元件,通过调控一系列胁迫响应基因的表达以提高植物抗逆性.探究水稻热激转录因子OsHsfA2b调控非生物胁迫的功能与初步机理,为培育水稻抗逆新品种提供了优异基因资源和理论支撑.[方法]通过构建OsHsfA2b过量表达和RNAi的转基因水稻,分别观察水稻幼苗在高温、低温、干旱和高盐处理后的抗逆表型,统计存活率.同时,在逆境胁迫处理后,通过DAB染色检测水稻叶片活性氧(ROS)含量及RT-qPCR检测抗氧化途径相关基因OsSOD和OsCAT的表达量,分析OsHsfA2b对抗氧化途径的调控作用.[结果]在高温、低温、干旱和高盐等非生物胁迫条件下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达.与野生型NPB相比,OsHsfA2b过量表达转基因水稻对非生物胁迫的抗性明显增强,植株损伤程度较轻,存活率提高.相反,OsHsfA2b-RNAi水稻对非生物胁迫更加敏感,植株损伤严重,存活率降低.此外,在非生物胁迫条件下,OsHsfA2b过量表达转基因水稻比NPB和OsHsfA2b-RNAi水稻体内活性氧的含量减少,并且OsHsfA2b显著诱导了抗氧化途径相关基因OsSOD和OsCAT的表达,OsHsfA2b参与抑制水稻体内活性氧的积累以降低逆境胁迫诱导的活性氧大量积累对植株的伤害.[结论]非生物胁迫下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达,可通过抗氧化途径正调控水稻对逆境胁迫的抗性.

    水稻HsfA2b热激转录因子非生物胁迫抗性活性氧

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    水稻维生素B1合成相关基因OsTHIC的功能研究

    张超王子瑞孙亚丽毛馨晨...
    99-108页
    查看更多>>摘要：[目的]维生素B1(vitamin B1,VB1)是生物所必需的微量元素,其作为多个酶的辅因子,参与重要的细胞代谢途径,而水稻中维生素B1 合成途径还有待深入研究.本研究旨在解析水稻维生素B1 合成相关基因OsTHIC的生物学功能.[方法]综合运用诱变技术、色素测定、Mutmap+、基因编辑及非靶向代谢组分析等手段克隆目的基因并解析其功能.[结果]从EMS诱变的水稻突变体库中发现一个心叶白化致死突变体wll1(white leaf and lethal 1).wll1 从四叶期开始出现心叶白化表型,白化表型逐渐扩展到其他叶片并导致幼苗死亡.与野生型相比,wll1 的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低.利用Mutmap+及基因编辑技术,确定目的基因为维生素B1 合成相关基因OsTHIC.OsTHIC在叶片具有较高表达量,OsTHIC蛋白定位于叶绿体.wll1 及OsTHIC的敲除突变体中维生素B1 含量均显著低于野生型,外施维生素B1 可以恢复wll1 的突变表型.外施维生素B1 及OsTHIC突变均会影响维生素B1 合成相关基因的表达.非靶向代谢组测序分析表明,野生型与wll1差异代谢物在氨基酸的生物合成、辅因子的生物合成、ABC转运器及氨酰基-tRNA的生物合成等方面显著富集.[结论]OsTHIC通过调控维生素 B1 含量,参与氨基酸合成等代谢过程,在水稻生长发育过程中发挥重要作用.

    OsTHIC维生素B1叶色Mutmap+水稻

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    解淀粉芽孢杆菌SQ-2对水稻的促生作用

    李雪李容欧孔美懿黄磊...
    109-119页
    查看更多>>摘要：[目的]对实验室分离筛选得到的一株解淀粉芽孢杆菌SQ-2 进行促生特性研究,确定该菌株对水稻促生的浓度范围与作用机制,并分析接种菌株前后的土壤菌群结构.[方法]利用钼蓝比色法与固氮酶试剂盒对菌株SQ-2 的溶磷能力及固氮酶活性进行检测.将 102、104、106、108 和 3×108 CFU/mL的菌悬液接种至水培与土培水稻中,分别培养 14 d和 20 d后测定其水培、土培水稻的根茎干鲜重、茎长与茎粗.采用苯酚-次氯酸钠比色法、茚三酮检测法与 3,5-二硝基水杨酸比色法测定土培水稻土壤中脲酶、蛋白酶与蔗糖酶的活性.利用pH计电位法检测土壤pH值,用对应试剂盒检测土壤速效氮磷钾含量及酸性磷酸酶活性,并对接种 3×108 CFU/mL组的土培水稻土壤进行根际细菌群落结构分析.[结果]菌株SQ-2 对磷酸三钙的溶解量为 229.63 mg/L,固氮酶活性为 55.07 U/L.与对照相比,接种菌悬液浓度在 104 CFU/mL时,水培水稻根的干、鲜重增长最为显著;在接种浓度为3×108 CFU/mL时,土培水稻根茎的干、鲜重增长最为显著.随着接种菌悬液浓度的升高,上述土壤酶活性与速效氮磷钾浓度都有着不同程度的增加,而接种菌株 3×108 CFU/mL的土壤pH值则由原来的 7.83 降至 7.26.接种菌株SQ-2 改变了水稻根际土壤中的菌落构成,显著提高了土壤α多样性的Ace、Chao、Sobs与Shannon指数.[结论]解淀粉芽孢杆菌 SQ-2 对土培、水培水稻均有不同程度的促生效果.在土培实验中,能够通过提高土壤酶活性、速效氮磷钾水平及改变土壤菌群结构来起到促生作用,为细菌菌肥的研发提供了新的菌株资源.

    解淀粉芽孢杆菌促生溶磷固氮土壤酶活性根际细菌水稻细菌群落

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    燕麦全基因组SSR位点鉴定及多态性标记开发

    陈凯凌武涛徐逸群高佳...
    120-129页
    查看更多>>摘要：[目的]了解燕麦基因组SSR位点分布情况并开发燕麦全基因组SSR标记,为燕麦皮裸基因克隆、遗传图谱构建、群体多样性分析等提供科学的参考依据.[方法]利用已公布的"三分三"裸燕麦参考基因组,通过TBtools软件对燕麦全基因组的SSR位点进行检索并利用EXCEL和SPSS软件对检索数据分析其分布特征.根据检索结果设计引物,在构建的F2 遗传群体中小规模进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳验证,并克隆测序其有效性与真实性.[结果]在燕麦基因组中,SSR数量众多,类型丰富.全基因组共检索到 828138 个SSR位点,SSR平均密度为 78.16 个/Mb,平均距离为 12.90 kb.单、双、三核苷酸重复类型占主导优势.基元重复次数主要集中在 5 次和 6 次,A/T、AG/CT和AAC/GTT重复基元为优势基元.燕麦基因组SSR位点呈现中度多态性,长度变化范围为 11-1587 bp.并由此开发设计 52 对多态性引物在试验材料中进行扩增验证,在构建的遗传群体中均具有多态性.[结论]在"三分三"裸燕麦参考基因组中开发SSR引物有效可行,可以用于后续进一步试验研究.

    燕麦皮裸SSR标记引物开发多态性

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    陆地棉HD-Zip家族全基因组鉴定及响应非生物胁迫的表达分析

    吴翠翠肖水平
    130-145页
    查看更多>>摘要：[目的]HD-Zip(Homeodomain and Leucine zipper)家族是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育、逆境响应中发挥重要作用.从陆地棉全基因组范围内鉴定GhHDZ基因家族成员,分析相关基因表达特点,为后续深入研究提供支撑.[方法]利用生物信息学方法从陆地棉TM-1 基因组中鉴定出GhHDZ基因家族成员,并对其理化特性、系统进化关系、染色体定位、基因复制、基因结构和启动子区顺式作用元件等进行分析.利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,RT-qPCR)分析GhHDZ家族基因在不同非生物胁迫下的表达模式.采用烟草瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况,通过转基因过表达方法验证目标基因功能.[结果]在陆地棉基因组中共鉴定到 205 个GhHDZ基因,系统发育分析将GhHDZ家族划分为 4 个亚组.片段复制是GhHDZ基因家族进化的主要原因,且该基因家族经历了强烈的纯化选择.在转录组分析基础上,对其中 10 个GhHDZ基因在 4 种非生物胁迫下的RT-qPCR鉴定分析表明,GhHDZ12、GhHDZ46、GhHDZ119 正向响应冷胁迫,GhHDZ15、GhHDZ188 负向响应冷胁迫;GhHDZ15、GhHDZ46、GhHDZ50、GhHDZ76、GhHDZ116、GhHDZ146、GhHDZ176、GhHDZ188 正向响应热胁迫;GhHDZ15、GhHDZ50、GhHDZ76、GhHDZ116、GhHDZ119、GhHDZ146、GhHDZ176、GhHDZ188 正向响应盐胁迫;GhHDZ12、GhHDZ15、GhHDZ50、GhHDZ116、GhHDZ119、GhHDZ176、GhHDZ188 正向响应干旱胁迫,GhHDZ76 负向响应干旱胁迫,且发现上述基因对各种胁迫的响应时间各有差异.进一步对GhHDZ146 的功能研究发现,该基因定位于细胞核,在拟南芥中异源过表达显著增强了对盐胁迫的耐受性.[结论]在全基因组范围内从陆地棉中系统鉴定出205 个GhHDZ家族成员.不同基因对各种胁迫的响应不一,且表达模式存在差异.GhHDZ146对盐胁迫具有正向响应功能.

    陆地棉GhHDZ基因家族系统进化非生物胁迫表达模式

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    '红满堂'苹果MbbZIP43基因的克隆与功能研究

    杨艳胡洋刘霓如殷璐...
    146-159页
    查看更多>>摘要：[目的]为探究碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子在'红满堂'苹果花青素代谢中的调控作用.[方法]从'红满堂'苹果克隆得到一个bZIP基因,分析了其基因及编码蛋白序列特性,利用洋葱表皮细胞瞬时转化确定其编码蛋白亚细胞定位,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)研究了该基因在不同成熟时期'红满堂'果实中的表达情况,基于烟草叶片、苹果叶片以及苹果果实瞬时转化研究了其对花青素积累和花青素合成相关结构基因表达的调控作用.[结果]该基因不含内含子,与MdbZIP43(XP_008393381.1)相似度最高,故命名为MbbZIP43.其编码序列长为 522 bp,可编码由 173 aa组成、含有bZIP_plant_GBF1 结构域、定位于细胞核的亲水蛋白.RT-qPCR分析结果显示,随着果实成熟,MbbZIP43在'红满堂'果实中的表达水平呈"先升后降"的变化趋势,在花后 11 周的果实中表达量最高.相关性分析显示MbbZIP43 基因表达量与总黄酮和花青素含量正相关.瞬时过表达该基因的烟草叶片、苹果叶片和果皮中花青素含量分别提高了 17.42%、25.66%和 48.99%,过表达MbbZIP43的苹果叶片中花青素合成结构基因CHI、F3'H、DFR和UFGT分别提高了 2.27 倍、1.84 倍、2.39 倍和 2.89 倍;过表达MbbZIP43 的苹果果皮中CHI、F3'H、DFR和UFGT分别提高了 1.79 倍、1.70 倍、1.35 倍和 1.51 倍,说明MbbZIP43 可以通过上调这些结构基因的表达正调控苹果花青素合成.[结论]MbbZIP43 可通过激活花青素合成相关结构基因CHI和UFGT等的表达进而促进花青素的积累.

    bZIP转录因子苹果花青素合成调控基因克隆瞬时转化表达分析亚细胞定位

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    葡萄CYP707A基因家族的鉴定及对果实成熟的功能验证

    龚丽丽余花杨杰陈天池...
    160-171页
    查看更多>>摘要：[目的]CYP707A是细胞色素P450 家族的亚家族成员,所编码的ABA8'-羟化酶是ABA分解代谢的关键酶,对植物生长发育起着重要作用.鉴定葡萄CYP707A基因家族,可为进一步研究葡萄果实成熟机理和生物育种技术提供理论依据.[方法]利用生物学信息方法分析葡萄中CYP707A家族基因的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性、系统进化关系及启动子区顺式作用元件等,并利用RT-qPCR分析VvCYP707A基因在葡萄不同品种(早熟和中熟)的时空表达模式、组织表达模式以及对外源ABA处理的响应模式,并利用果实瞬时表达技术对Vitvi07g01751 进行功能验证.[结果]葡萄基因组鉴定出 5 个VvCYP707As基因,分布于 5 条染色体,其中Vitvi02g01269、Vitvi07g01751 和Vitvi18g00792 为片段复制基因.CYP707A基因家族高度保守,其中,基因结构和蛋白基序相似,亚细胞定位均位于内质网;VvCYP707A启动子区域富含与生长发育和激素响应相关的顺式作用元件,均含有ABA激素响应元件;通过RT-qPCR检测基因的表达模式发现,VvCYP707A基因具有时空特异性和组织特异性,主要在果实的幼果期与膨大期和茎、叶组织中高表达,其中Vitvi07g01751 基因在早熟品种'甬早红'膨大期果实中特异性高表达,且在两个品种间的表达模式一致,随着果实的成熟其表达先升高后降低.外源ABA处理下VvCYP707A分为两种表达模式,在浆果肉中外源ABA可诱导 5 个VvCYP707A基因高表达,在浆果皮中会显著抑制VvCYP707A基因的表达;在葡萄果实中瞬时表达Vitvi07g01751,葡萄的糖度积累缓慢,显著增加编码ABA的受体VvPYL4基因表达量,推测了Vitvi07g01751介导ABA调控葡萄果实成熟的机制.[结论]研究结果揭示了葡萄Vitvi07g01751 在果实成熟中起着重要作用.

    葡萄CYP707A基因全基因组鉴定生物信息学果实成熟脱落酸PYL基因

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    猕猴桃BBX基因家族成员鉴定与转录特征分析

    路喻丹刘晓驰冯新陈桂信...
    172-182页
    查看更多>>摘要：[目的]BBX(B-Box)作为锌指转录因子亚家族之一,广泛参与植物的生长发育过程.本研究旨在揭示猕猴桃BBX家族的基因特征和潜在功能.[方法]从全基因组水平对猕猴桃BBX基因家族进行鉴定,分析其蛋白质理化性质、亚细胞定位、系统发育特征、蛋白质保守结构域以及同源特性等,同时研究它们在不同组织部位和果实贮藏过程的表达模式.[结果]48 个AcBBX不均匀地分布于 22 条染色体上,编码的氨基酸长度 126-515 aa,蛋白分子量 14172.09-57905.84 Da,预测有 4 种亚细胞定位;家族成员有 0-4 个内含子;启动子含有光反应、植物激素调控、逆境胁迫调控、生长发育调控等多种顺式作用元件.结合进化树及保守结构域被聚为 5 个组,基因串联重复和片段复制是家族成员扩张的主要原因.AcBBXs在猕猴桃不同器官中的表达量有差异,7 个成员在成熟果中表达量较其他部位高,3 个成员在幼果中表达较高,7 个成员在叶中表达量较高,3 个成员在花中表达量较高;果实采后贮藏过程中,3 个成员受果实外源激素调控影响表达上调且高于其他处理组,6 个成员在果实室温贮藏一周后表达上调且高于其他处理组.在果实4℃低温贮藏过程中,10个成员的表达随时间增加而上调,5个成员的表达随时间增加而下调.[结论]揭示了BBX家族不同成员在猕猴桃生长发育和果实采后贮藏期间的转录特征,为后续猕猴桃BBX基因功能验证奠定基础.

    猕猴桃BBX转录因子全基因组鉴定不同组织部位果实贮藏转录分析

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    猕猴桃AcMYB88的鉴定及功能研究

    苑馨予钟彩虹张龙郑浩...
    183-196页
    查看更多>>摘要：[目的]MYB转录因子在猕猴桃花青苷积累中发挥着重要作用,挖掘调控花青苷生物合成的MYB家族转录因子并验证其功能,可进一步明晰花青苷积累的分子机制.[方法]AcMYB110 是猕猴桃花青苷生物合成的关键转录因子,通过系统发育树分析猕猴桃中 97 个MYB家族转录因子,筛选出与AcMYB110 高度同源的 12 个MYB转录因子,采用生物信息学方法分析它们的理化性质、亲疏水性、蛋白磷酸化位点、蛋白质二级结构及其与其他物种的系统进化关系.[结果]12 个MYB转录因子编码的氨基酸数目为 200-423 个;分子量范围为 22.3-45.5 kD,均为定位于细胞核的亲水性蛋白.12 个候选MYB蛋白的潜在磷酸化位点大多位于丝氨酸残基处;其二级结构以无规则卷曲为主,α-螺旋为辅.在 12 个候选MYB转录因子中筛选得到 1 个花青素积累相关的转录因子AcMYB88,在猕猴桃果实发育过程中AcMYB88 基因与AcMYB110 基因表达模式非常相似.[结论]烟草瞬时过表达研究表明,AcMYB88为花青苷积累的正向调控因子,且能与AcMYB110 和AcbHLH42协同作用从而促进花青苷的积累.该研究为猕猴桃花青素生物合成以及育种研究等方面提供理论基础.

    猕猴桃MYB家族分析花青苷

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    甘蔗CBL-CIPK基因家族的鉴定和表达分析

    辛奇李压凡尹铮张晓丹...
    197-211页
    查看更多>>摘要：[目的]甘蔗是重要的糖料作物,温度、盐碱、水分等因素是制约其生长发育的关键环境因素.类钙调磷酸酶B蛋白CBL(calcineurin B-like protein)是一类Ca2+结合蛋白,通过与其特定的蛋白激酶CIPK(CBL-interacting protein kinase)作用,在Ca2+信号传导通路,尤其是逆境信号传导通路中发挥重要作用.目前,甘蔗全基因组测序已完成,但其CBL-CIPK基因家族成员尚未确定,互作调控机理依然未知.本研究确定了甘蔗CBL、CIPK成员并揭示了CBL-CIPK互作关系,为研究甘蔗CBL-CIPK的互作机理提供基因资源和理论基础.[方法]以甘蔗品种'GT58'为材料,通过RT-qPCR技术分析CBLs、CIPKs在低温、高温、NaHCO3 和PEG处理等 4 种非生物胁迫下的表达水平,利用酵母双杂交试验分析SsCBLs和SsCIPKs之间的相互作用.[结果]甘蔗全基因组中共有 19 个CBL基因和 82 个CIPK基因,分布在不同的进化分支且存在基因复制现象,基因家族成员之间理化性质差异较大,结构域与蛋白基序具有高度保守性,顺式作用元件分布多样;转录水平上,SsCBL7/SsCBL12/SsCIPK1/SsCIPK5的表达水平易受低温、高温、干旱和高盐等多种非生物胁迫的调控;蛋白水平上,SsCBL1 与SsCIPK47 和SsCIPK81 相互作用,SsCBL8 与SsCIPK47 和SsCIPK81 相互作用.[结论]CBL-CIPK互作网络可能在甘蔗生长发育过程中响应非生物胁迫,发挥重要作用.

    甘蔗SsCBLSsCIPK非生物胁迫酵母双杂交

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