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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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    番茄HMA基因家族的鉴定及SlHMA1镉转运功能研究

    赵曜文朗骆少丹栗子杏...
    212-222页
    查看更多>>摘要：[目的]Heavy metal ATPase(HMA)基因家族广泛参与植物对金属元素的吸收和转运,系统鉴定番茄HMA基因家族成员及其特征,并研究其在应对镉胁迫过程中的功能,为解析番茄重金属转运机制及番茄低镉积累种质创新提供理论依据.[方法]通过生物信息学鉴定番茄HMA基因家族成员,并分析其系统进化树、蛋白理化性质、基因结构、顺式作用元件、基因表达模式等,通过酵母功能互补试验研究SlHMA1 的镉转运活性.[结果]番茄基因组中存在 8 个SlHMAs,分属 2 个亚组.在基因结构方面,各SlHMAs间及与拟南芥和水稻的同源基因之间都存在显著差异.SlHMAs成员启动子区域含有较多逆境响应相关的顺式作用元件,RT-qPCR结果也揭示大多数SlHMAs表达对镉胁迫有不同程度的组织特异性响应.酵母功能互补试验表明SlHMA1 蛋白具有镉转运活性,进化分析表明HMA1广泛存在于植物界,且其ATP水解酶活性相关的氨基酸保守基序DKTGT也在植物界高度保守.[结论]番茄SlHMAs具有HMA家族基因的典型特征,同时也存在功能多样性.SlHMAs及其氨基酸保守基序DKTGT与金属离子转运及镉胁迫响应密切相关,在低镉作物育种方面具有重要应用潜力.

    番茄金属转运蛋白重金属ATP酶镉SlHMA1

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    白菜种子cDNA酵母文库的构建及BrTTG1互作蛋白的筛选及分析

    任延靖张鲁刚赵孟良李江...
    223-232页
    查看更多>>摘要：[目的]通过构建白菜种子的cDNA文库,筛选WDR 40 蛋白TRANSPARENT TESTA GLABRA 1(TTG1)的互作蛋白,探究TTG1 参与MBW三元复合体调控种皮原花青素形成的分子机制.[方法]以棕籽白菜自交系'B147'的种子为材料,提取总RNA并建立cDNA文库,通过gateway技术构建诱饵载体pGBKT7-TTG1 并进行酵母双杂交筛库.[结果]酵母文库库容为1.2×107 CFU,文库滴度是 5.0×107 CFU/mL,插入片段平均长度大于 1000 bp,诱饵载体在酵母中无自激活活性.通过构建的诱饵载体pGBKT7-TTG1 与构建的cDNA文库杂交,共获得了 38 个阳性互作蛋白,功能预测显示其中一个蛋白注释为MYB转录因子,注释为MYB73,序列分析结果显示该基因含有R2R3-MYB型抑制子保守基序C1 和C2,推测该基因为白菜中参与种皮颜色形成的R2R3-MYB型抑制子,暗示着白菜中可能存在不同MYB转录因子参与的调控网络,影响着原花青素的形成.[结论]本研究构建了白菜种子组织的酵母双杂交cDNA文库,获得了 38 个TTG1 阳性互作蛋白,首次挖掘到了可能影响白菜种皮颜色原花青素形成的R2R3-MYB型抑制子MYB73,为后期探究白菜种皮原花青素的调控网络奠定良好的基础.

    白菜种皮颜色cDNA文库酵母双杂交互作蛋白MYB73基因克隆表达分析

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    甜菜BvBADH基因家族全基因组鉴定及其高盐胁迫下的表达分析

    李昊伍国强魏明韩悦欣...
    233-244页
    查看更多>>摘要：[目的]甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)是参与甘氨酸甜菜碱(glycine betaine,GB)合成的关键酶之一,在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用.[方法]为探究甜菜(Beta vulgaris)BvBADH 基因家族成员生物学功能及基因表达模式,本研究采用生物信息学方法,分析了蛋白质的理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位、保守基序、蛋白结构、启动子顺式作用调控元件,并通过RT-qPCR对其在盐胁迫下的表达模式进行分析.[结果]共鉴定出 9 个BvBADH 基因家族成员,含有 9-15 个外显子,8-14 个内含子,平均氨基酸个数为 516,平均分子量为 55.84 kD,等电点为 5.24-6.98.系统进化分析发现,高等植物BADH可分为 3 个簇,分别为簇Ⅰ 、Ⅱ 和Ⅲ,其中簇Ⅲ成员进一步分为簇Ⅲa和Ⅲb两个亚簇.BvBADH基因家族在 3 个簇中均有分布,分别含有 3、1 和 5 个成员.甜菜BvBADH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,每个成员的顺式作用调控元件数量为 13-21 个.进一步对 BvBADH在盐处理下甜菜叶片中的表达模式分析发现,100和 150 mmol/L NaCl不同程度地诱导BvBADH基因家族成员的表达;但相比之下,它们在 100 mmol/L NaCl处理下的表达量高于 150 mmol/L NaCl.[结论]BvBADH基因家族在甜菜响应盐胁迫过程中扮演着重要角色,为我国北方地区农作物抗逆性遗传改良提供优异基因资源.

    甜菜嗜盐作物甘氨酸甜菜碱甜菜碱醛脱氢酶顺式作用调控元件盐胁迫抗逆性

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    日本落叶松LkF3H2基因克隆及调控类黄酮代谢功能研究

    李灿蒋湘宁盖颖
    245-252页
    查看更多>>摘要：[目的]日本落叶松黄烷酮 3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase 2,LkF3H2)基因在类黄酮生物合成过程中发挥着重要的调控功能.探究LkF3H2 基因在日本落叶松中发挥的具体功能和植物类黄酮生物代谢过程.[方法]根据实验室前期转录组数据克隆日本落叶松LkF3H2 基因并进行生物信息学分析及组织表达分析.随后将该基因转化烟草进行转基因烟草组织表达分析及类黄酮含量测定,以探究基因表达量与类黄酮含量之间的关系.[结果]LkF3H2 基因cDNA序列长度为 1074 bp,其蛋白编码 358个氨基酸,分子式C1785H2807N481O541S18,分子量为 40.24 kD,该蛋白是不稳定的亲水性蛋白且不含信号肽;同时系统进化分析得出日本落叶松LkF3H2 与火炬松、辐射松、白云杉和欧洲云杉F3H亲缘关系较近并且该蛋白含有保守结构域 2OG-Fe(Ⅱ)oxygenase superfamily,属于 2-酮戊二酸依赖性双加氧家族.另外组织表达分析显示LkF3H2 基因在一月龄日本落叶松幼苗叶中表达量最高,在一年生日本落叶松幼苗茎中表达量最高,并且在转基因烟草叶中也显示了最高的表达量.值得一提的是,转基因烟草叶中的类黄酮含量也是最高的,其次为茎和根,转基因烟草中类黄酮含量与LkF3H2基因表达量呈正相关关系.[结论]日本落叶松LkF3H2基因属于 2-酮戊二酸依赖性双加氧家族并且在类黄酮生物合成过程中发挥着重要功能.

    黄烷酮3-羟化酶基因转基因烟草组织表达类黄酮

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    盐胁迫下氮素对花生种子萌发和种子际细菌菌群结构的调控

    徐扬张瑞英戴良香张冠初...
    253-265页
    查看更多>>摘要：[目的]盐胁迫影响花生种子萌发和植株生长,阐明盐胁迫下适量施肥提高种子萌发率和花生产量的内在调控机制,并解析该过程与种子际土壤细菌菌群结构的关系,为通过改良种子际土壤微生物环境,提高花生出苗健苗率、耐盐抗逆性和花生生产能力提供理论和技术依据.[方法]以耐盐花生品种(花育 25 号,HY25)为试验材料,设置 3 个氮素水平 0、90 和180 kg/hm2,采用盆栽试验和高通量测序技术,阐明氮肥施用对盐胁迫下花生种子际微生物菌群结构、花生发芽出苗和产量的影响.[结果]施加氮肥可有效提高花生种子在盐胁迫下的发芽率和最终产量,并以施氮量 90 kg/hm2 最适.16S rRNA测序分析显示,种子际的土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)及芽孢杆菌门(Gemmatimonadetes)等为优势菌门.在属水平上,盐胁迫虽然提高了有益菌属拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度,但同时导致有害的链球菌属(Streptococcus)增多,最终降低了有益菌属芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)和溶杆菌属(Lysobacter)的相对丰度.盐胁迫下施氮可以显著改善种子际的土壤微环境,提高有益菌属拟杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属的相对丰度,对土壤修复和地力提升有一定的帮助,同时还能增强花生抗逆性.[结论]盐胁迫下适量施氮可提高种子际有益菌属的相对丰度,从而提高花生种子的发芽率和耐盐性,最终促进盐胁迫下的花生增产.

    花生盐胁迫发芽率产量种子际细菌菌群结构

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    黄龙病发病芦柑根际土壤细菌群落组成与多样性特征

    雷美玲饶文华胡进锋岳琪...
    266-276页
    查看更多>>摘要：[目的]本研究旨在研究福建南平地区芦柑(Citrus reticulata)植株根际土壤细菌群落,并分析黄龙病对其细菌群落的影响,为南平地区芦柑黄龙病的防控提供科学依据.[方法]采用五点法采集了健康和黄龙病发病的芦柑植株根际土壤样本,通过扩增子测序技术和生物信息学方法,深入研究了黄龙病发病芦柑根际土壤细菌群落的多样性和组成变化,分析了土壤理化因子与细菌群落的关联性.[结果]研究结果表明,黄龙病发病的芦柑植株根际土壤细菌群落的多样性略高于健康植株.黄龙病发病芦柑根际土壤中的变形菌门相对丰度明显升高,而放线菌门相对丰度显著降低.在属水平上,与健康植株相比,黄龙病发病芦柑植株根际土壤细菌群落中蔷薇属和嗜酸性杆菌属的相对丰度显著增加,与速效钾、有效磷以及有机质呈现显著负相关,而与pH值呈现显著正相关.相反地,康奈斯氏杆菌属和褚氏杆菌属的相对丰度明显低于健康植株,并与速效钾、有效磷以及有机质呈现显著正相关,同时与pH值呈现显著负相关.[结论]黄龙病菌感染改变了柑橘土壤理化特性,并显著减少根际土壤中有益细菌的相对丰度,从而导致了芦柑植株根际细菌群落的多样性和组成出现显著变化.与此同时,黄龙病发病的芦柑植株可能通过招募固氮和促进植物根际生长的有益细菌来对抗病原菌的侵害.

    黄龙病柑橘高通量测序根际土壤细菌群落差异物种环境因子

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    三株无量山森林土壤芽孢杆菌鉴定及其生物活性挖掘

    王楠廖永琴施竹凤申云鑫...
    277-288页
    查看更多>>摘要：[目的]挖掘无量山国家自然保护区潜在的高活性微生物菌株,旨在为农业绿色投入品研发提供高效的菌种资源.[方法]以番茄枯萎病菌(Fusarium oxysporum)为靶标筛选高拮抗活性菌株,观察对菌丝生长的影响,测定对孢子萌发的抑制作用;检测脂肽类化合物合成基因以及菌株体外产酶、解磷、解钾、固氮及产铁载体能力;结合形态学、生理生化特征和 16S rRNA、gyrA、rpoB基因进行菌株鉴定,室内盆栽试验验证防病和促生效果.[结果]分离筛选获得 153 株可培养细菌,其中,菌株SH-53、N4471 和N9456 抑菌效果分别为 92.35%、87.29%和 88.47%,能抑制病原菌菌丝生长和分生孢子萌发,且对多种病原菌表现出良好拮抗活性.3 株功能菌均具有溶锌、产淀粉酶和蛋白酶的能力,菌株SH-53 和N4471 还具有解磷、固氮、分泌纤维素酶以及产铁载体能力.3 个功能菌基因组中均含有srfA、fenA、ituA、ituC、ituD、bymC等脂肽类化合物合成基因.经鉴定菌株SH-53 为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),N4471 为卡式芽孢杆菌(B.cabrialesii),N9456 为暹罗芽孢杆菌(B.siamensis).盆栽试验结果表明,3 株功能菌防效分别为 84.66%、54.96%和 59.74%,对番茄幼苗的株高、茎粗、根长等农艺性状均具有较好促进作用.[结论]3 个菌株具有高效、广谱的抑菌活性,具有多样化的生物活性,作为高效的微生物资源具有广阔的应用前景.

    解淀粉芽孢杆菌卡式芽孢杆菌暹罗芽孢杆菌鉴定生物活性番茄枯萎病促生

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    嗜热毁丝菌裂解性多糖单加氧酶TtLPMO9I的酶学性质及其功能研究

    郑菲杨俊钊牛羽丰李蕊麟...
    289-299页
    查看更多>>摘要：[目的]为挖掘新型裂解性多糖单加氧酶(LPMO)酶资源,探究LPMO在辅助降解纤维素过程中起到的重要作用.[方法]从Thermothelomyces thermophilus基因组中克隆表达了一个新型LPMO酶TtLPMO9I,系统地分析了其序列及结构的进化特征;采用DNS法表征了TtLPMO9I的酶学性质;在反应体系中添加不同浓度的抗坏血酸探究外部电子供体对TtLPMO9I活性的影响;以玉米秸秆和微晶纤维素为底物,通过检测还原糖的生成量计算获得TtLPMO9I与纤维素酶的协同作用效果.[结果]TtLPMO9I在 60℃,pH 5.0 时表现出最佳酶活力.在 60℃孵育 12 h后,仍能剩余 54%的活性.经pH 6.0-8.0 处理 12 h后,酶活无损失.添加外部电子供体抗坏血酸使TtLPMO9I的活性提高至 184%.在玉米秸秆和微晶纤维素降解过程中,TtLPMO9I与纤维素酶表现出良好的协同作用效果.将 50-200 μg的TtLPMO9I添加至降解体系中,还原糖产量分别提高了 34%-142%和 6%-46%.[结论]TtLPMO9I不仅具有良好的温度稳定性和pH稳定性,在木质纤维素的降解过程中也具有突出的作用效果,为工业生产应用提供了潜在的优质酶资源.

    裂解性多糖单加氧酶(LPMO)异源表达酶学性质协同降解

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    雨生红球藻钙依赖蛋白激酶(CDPK)家族鉴定与表达分析

    李亚男张豪杰梁梦静罗涛...
    300-312页
    查看更多>>摘要：[目的]钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)广泛参与植物生长发育和环境胁迫响应.为探究CDPK基因在雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长发育及虾青素积累中的功能,对HpCDPK基因家族进行鉴定和表达分析.[方法]利用生物信息学方法鉴定雨生红球藻HpCDPK基因家族成员,分析其编码蛋白的理化特性、系统进化、保守基序和功能结构域,以及缺氮等胁迫条件下HpCDPK成员基因的表达谱.[结果]结果表明,共鉴定 7 个HpCDPK基因家族成员,所有HpCDPK蛋白都含有典型EF-hand基序和蛋白激酶结构域.系统发育分析表明,这些HpCDPK与来自莱茵衣藻的CrCDPK聚为一类,与高等植物拟南芥的AtCDPK分开,暗示在进化过程中发生了种属特异性的基因复制事件.转录组数据分析表明,HpCDPK基因表达受到多种胁迫诱导,其中HpCDPK7基因转录水平在缺氮条件下上调最为明显.此外,HpCDPK与类胡萝卜素合成相关基因的表达相关性分析结果显示,HpCDPK与多个类胡萝卜素合成相关基因表达密切关联,特别是HpCDPK2与虾青素合成关键基因(BKT和BCH)的表达显著正相关(P<0.05).[结论]本研究鉴定了 7 个HpCDPK基因,HpCDPK7基因在缺氮条件下的表达上调最为明显,HpCDPK2可能在类胡萝卜素及虾青素合成积累中发挥重要调控作用.研究结果为后续深入解析HpCDPK介导雨生红球藻胁迫响应和类胡萝卜素合成积累的功能及分子机制提供参考依据.

    雨生红球藻钙依赖性蛋白激酶序列分析表达模式非生物逆境

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    融合跨物种科学数据的性状调控基因本体模型构建及应用

    张丹丹赵瑞雪鲜国建熊赫...
    313-324页
    查看更多>>摘要：[目的]在新技术带来的育种数据激增与计算育种对知识服务的新需求下,为解决作物育种知识服务中跨物种学科知识获取效率低且优异多效基因发现困难的问题.[方法]本研究构建了性状调控基因本体模型框架,并定义了本体模型中的实体层次结构和实体属性.以主粮作物水稻、玉米、小麦和模式植物拟南芥为数据采集对象,构建了以性状调控基因本体模型为模式层的知识图谱并进行实验.[结果]最终形成了涵盖 13 种实体、16 种数据属性和 14 个对象属性的性状调控基因本体模型,以此模型为本体层的知识图谱实现了跨物种间学科知识关联检索、优异多效基因挖掘和跨物种基因功能预测.[结论]本研究所提出的性状调控基因本体模型构建方法,能够实现跨物种间性状调控基因的关联发现,可提高跨物种学科知识的获取效率,可支撑多维度科学数据寻证分析的功能基因发现结果.本研究为多效基因的挖掘和基因功能预测提供了一条可实现的方法路径,为作物育种科学研究提供了有效的数据支撑服务.

    本体模型学科知识发现知识图谱跨物种调控基因

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