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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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    毕赤酵母中外源蛋白表达量的提升策略

    茹扎·也里扎提杨宇
    118-134页
    查看更多>>摘要：利用异源重组表达系统表达外源蛋白是基因工程研究的重点.巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)是一种甲基营养型酵母,由于其易于遗传操作、高水平分泌外源蛋白、翻译后修饰等特点,已成为工业应用中蛋白质生产的重要菌株,常被用于酶制剂的生产.然而,部分外源蛋白在毕赤酵母系统中的表达水平较低,仍有待提升的空间.因此,进一步探索提升毕赤酵母中外源蛋白表达量的原理和方法,将对降低毕赤酵母表达系统工业化生产成本,提高经济效益,具有重要的意义.本文主要从基因水平、转录水平、翻译水平、折叠分泌水平、抗逆水平、发酵工艺六个方面归纳总结了近年来毕赤酵母提高外源蛋白表达的优化策略的研究进展,旨在为提高外源蛋白在毕赤酵母表达系统中的表达水平提供有益参考.

    毕赤酵母重组表达外源蛋白优化酶

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    TMT定量蛋白质组学解析Rummeliibacillus suwonensis 3B-1生长及己酸代谢机制

    陈晓松刘超杰郑佳乔宗伟...
    135-145页
    查看更多>>摘要：[目的]从蛋白水平阐明水源拉梅尔芽孢杆菌(Rummeliibacillus suwonensis)的生长及己酸代谢机理,为水源拉梅尔芽孢杆菌的基因工程改造提供一定技术基础.[方法]以R.suwonensis 3B-1 为研究对象,应用串联质谱标签(tandem mass tags,TMT)蛋白组学技术对该菌在好氧与厌氧条件下的差异表达蛋白(differentially expressed proteins,DEPs)进行挖掘,并对鉴定到的DEPs进行亚细胞定位、GO功能富集、KEGG信号通路注释、蛋白相互作用等生物信息学分析.[结果]从比较组中共鉴定获得810 个DEPs,其中上调蛋白 423 个,下调蛋白 387 个,亚细胞定位到 6 个条目上,主要涉及细胞质蛋白,细胞膜蛋白和细胞壁等蛋白.GO功能富集分析结果显示,肽的生物合成、翻译和肽代谢过程等生物学过程;核糖体的结构组成和结构分子活性等分子功能;核糖体和核糖核蛋白复合物等细胞组分发生了显著变化.810 个DEPs 注释到 113 条KEGG信号通路,主要涉及辅因子生物合成,双组分系统,磷酸戊糖代谢,糖酵解/糖异生,以及氧化磷酸化等信号通路.苯丙氨酸-tRNA连接酶β亚基和核黄素生物合成蛋白RibD在蛋白互作网络中关联度最高.[结论]厌氧条件下,糖酵解途径中丙酮酸脱氢酶和丙酮酸激酶表达下调,氨基酸代谢和生物素蛋白连接酶等辅因子相关蛋白表达均呈现下调,表明该菌适合在好氧环境中生长.己酸合成方面,酰基辅酶A硫酯酶的表达量显著上调,同时,糖酵解/糖异生途径、三羧酸循环和磷酸戊糖途径为己酸合成提供了充足的前体物质和还原当量,共同促进了己酸合成.

    TMT蛋白质组学Rummeliibacillussuwonensis己酸生物信息学

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    陆地棉主要株型性状关联分析及优异等位基因挖掘

    王娟王新田琴马晓梅...
    146-154页
    查看更多>>摘要：[目的]株型是影响棉花机械化和产量的关键因素,开展陆地棉主要株型性状的关联分析研究,可为棉花株型分子育种提供标记及材料来源.[方法]以 403 份陆地棉种质资源为材料,利用覆盖全基因组的 201 对多态性SSR标记,对 6 个环境 4个株型性状进行了关联分析,挖掘株型性状优异等位基因.[结果]6 个环境中株高、果枝始节高、果枝始节位和果枝数的平均变异系数分别为 13.70%、21.51%、14.18%和 11.51%,广义遗传率为 46.24%-74.15%;201 对标记共产生 394 个多态性等位变异位点;能同时在最佳线性无偏预测值(best linear unbiased prediction,BLUP)(P<0.01)和 2 个以上环境中检测到显著(P<0.05)关联的位点共38个,包括与株高关联的位点16个、与果枝始节高关联的位点6个、与果枝始节位关联的位点11个、与果枝数关联的位点5个,5 个位点同时与多个性状关联;鉴定到含有目标性状优异等位基因的材料 31 份,其中 6 份材料同时携带多个优异等位基因.[结论]在 403 份陆地棉自然群体中,鉴定到 38 个与 4 个株型性状关联的标记位点,发掘出 31 份含有优异等位基因的典型材料.

    陆地棉株型性状关联分析优异等位基因

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    陆地棉FAX家族的全基因组鉴定及GhFAX1的功能分析

    杨伟成孙岩杨倩王壮琳...
    155-169页
    查看更多>>摘要：[目的]脂肪酸转运蛋白(FAX)可介导植物细胞内脂肪酸从质体向外运输,在植物生长发育及响应非生物胁迫等方面发挥重要作用.研究陆地棉FAX家族基因及功能分析,为明确陆地棉油脂积累的分子机制和油脂代谢工程提供新思路.[方法]从全基因组水平对GhFAX基因家族进行鉴定,并对GhFAX1 蛋白进行亚细胞定位,通过酵母与烟草遗传转化对GhFAX1进行功能验证.[结果]在陆地棉基因组中共鉴定到 12 个GhFAXs基因,家族各成员间具有相似的基因结构及蛋白理化性质.序列比对分析发现,GhFAX蛋白仅有少数氨基酸在进化中高度保守,暗示其对功能的重要性;进化树分析表明,GhFAXs基因与亚洲棉、雷蒙德氏棉的亲缘关系较近.转录组数据表明,GhFAXs可能参与陆地棉响应逆境胁迫的调控过程.通过实时荧光定量PCR发现,GhFAX4 在花中表达较高,说明其参与花粉发育过程;GhFAX9 在茎中表达较高,GhFAX1 在陆地棉各个组织表达量均较高.选择GhFAX1进行亚细胞定位分析,证实GhFAX1定位在质体中.构建GhFAX1载体,使GhFAX1在酿酒酵母中过表达,结果显示,GhFAX1 过表达酵母总脂提高了 3.53%.底物偏好性试验显示,GhFAX1 对C16:0 具有选择性.通过烟草遗传转化,培育GhFAX1过表达烟草.结果显示,过表达烟草叶绿素提升了 13.24%,荧光参数NPQ提高 14.17%,Fm提高 34.94%,F0 降低 35.28%;叶片总脂肪酸提高了 5.2%,种子总脂肪酸提高了 6.52%;种子的千粒重增加了近 19.1%;同时蛋白含量显著下降.[结论]GhFAXs提高了酵母与烟草的含油量,参与质体中棕榈酸的转出,使蛋白合成途径上的碳源流向油脂合成途径.

    陆地棉脂肪酸转运蛋白基因组鉴定表达分析功能验证

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    马铃薯WOX基因家族的鉴定及在离体再生和非生物胁迫中的表达分析

    张玉石磊巩檑聂峰杰...
    170-180页
    查看更多>>摘要：[目的]WUSCHE-相关同源盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)基因家族是植物特有的转录因子家族,在植物生长发育、干细胞分化调控、逆境胁迫响应等过程中扮演重要角色.开展马铃薯WOX基因家族鉴定与功能研究,将为马铃薯遗传改良提供优良基因资源与理论依据.[方法]基于拟南芥、番茄、烟草和水稻WOX蛋白序列,利用HMMER 3.0 和BLASTP鉴定马铃薯WOX基因家族成员,使用MCScanX软件分析WOX基因家族成员在马铃薯种内及种间的共线性,并采用邻接法构建系统发育进化树.利用ExPASy、GSDS等软件分析马铃薯WOX基因家族成员理化性质、基因结构、蛋白motif、启动子区域转录因子结合位点.基于PGSC数据库中马铃薯转录组数据,分析StWOXs在不同组织和非生物胁迫下的表达模式;以可能参与离体再生过程的StWOX5 作为候选基因,利用实时荧光定量PCR技术分析该基因在具有不同离体再生能力的 4 个马铃薯品种(系)再生过程中的表达情况.[结果]鉴定得到 11 个马铃薯WOX基因家族成员,分布在 5 条染色体上,分为WUS、中间和古老共 3 个进化分支,不同分支中StWOXs基因结构、蛋白motif组成、转录因子结合位点类型和数量存在不同程度的差异.表达模式结果表明,马铃薯WOX基因家族成员参与离体再生和非生物胁迫响应,StWOX4/5/11/13在愈伤组织中特异表达,StWUS、StWOX1/3c/4/5/13在甘露醇处理下上调表达,StWOX3a/11 在NaCl处理下上调表达,StWOX4/5/13 在热胁迫中上调表达,且StWOX5 相对表达量与愈伤组织分化率呈正相关.[结论]不同马铃薯WOX基因具有潜在的功能多样性,StWOX5具有促进马铃薯离体再生分化的作用,参与了非生物胁迫反应.

    马铃薯WOX基因家族愈伤组织基因表达

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    马铃薯StDof5的克隆及表达分析

    梅显军宋慧洋李京昊梅超...
    181-192页
    查看更多>>摘要：[目的]DNA binding with one finger(Dof)基因家族是植物特有的转录因子在植物生长发育和胁迫响应中发挥重要作用.研究Dof转录因子在马铃薯响应逆境胁迫特别是盐胁迫中的功能与机制,为获得抗盐逆境胁迫新品种提供一定的理论和技术基础.[方法]克隆StDof5,并对其进行生物信息学分析,通过同源重组的方法构建StDof5过表达载体,转化马铃薯得到阳性植株,并对其表达进行分析.[结果]StDof5的CDS全长 498 bp,编码 165 个氨基酸,分子式为C800H1236N242O246S9,StDof5原子个数 2 533 个,相对分子量为 18 468.63 kD,等电点是 8.47,脂肪族指数为 51.45,不稳定系数为 45.16,预测该蛋白为不稳定蛋白.预测得到的跨膜螺旋个数为 0,其属于非跨膜蛋白.StDof5 蛋白亲水性平均值为-0.876,预测该蛋白属于亲水性蛋白.StDof5 蛋白二级结构预测结果显示α螺旋占 20%,β转角占 0,延长链占 9.7%,无规卷曲占 66.06%.盐胁迫表型试验表明,过表达植株(OPs)比野生型(DES)的株高、鲜重均有明显程度上升,但根长、根数和叶片数差异不大.[结论]过表达植株(OPs)能够抵御盐胁迫,对盐胁迫呈现脱敏感表型.该基因对盐胁迫响应明显,且存在组织特异性.

    马铃薯StDof5载体构建遗传转化

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    辣椒CaPI的克隆与功能分析

    吴星星洪海波甘志承李瑞宁...
    193-201页
    查看更多>>摘要：[目的]PISTILLATA(PI)基因属于典型的Type II型MADS-box基因家族成员,是ABC(D)E模型中的B类基因,在植物发育过程中起着重要作用,但辣椒PI同源基因功能研究未见报道.探索辣椒PI基因功能,为深入研究植物PI同源基因的功能机制奠定基础.[方法]利用RT-PCR的方法从一年生辣椒(Capsicum annuum L.)花器官的cDNA中克隆PI同源基因CaPI,并通过生物信息学方法分析其理化性质、亚细胞定位、蛋白结构和系统进化关系;利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析基因在辣椒不同组织中的表达特征;构建植物过表达载体 35S:CaPI,通过floral-dipping法转化拟南芥.[结果]该基因开放阅读框648 bp,编码 215 个氨基酸,相对分子质量为 25.13 kD.氨基酸多重序列比对表明,CaPI蛋白N端含有"MGRGKIEIKRIEN"保守基序.系统进化树分析证实,CaPI与马铃薯、番茄和矮牵牛的PI同源基因亲缘关系较近.RT-qPCR证实CaPI主要在花中表达,在花萼中表达量最高,其次是花瓣,在雄蕊中低表达,而在雌蕊中几乎不表达.在拟南芥中过表达CaPI,与野生型拟南芥(Col-0)相比,35S:CaPI转基因植株表现出莲座叶和分枝数量增多等表型,但不影响花器官的发育.[结论]辣椒CaPI具有促进植物分枝发育的功能.

    CaPI辣椒MADS-box基因表达

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    甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

    田春艳李旭娟李纯佳毛钧...
    202-214页
    查看更多>>摘要：[目的]为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率.[方法]以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2 进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性.最后,基于RSCU均值与 7 个主要模式生物种(玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母)的密码子使用模式进行比较分析.[结果]显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为 56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为 48.45,偏好性较低.中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用.相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强.根据RSCU和∆RSCU值,确定了 13 个最优密码子,均以C或G结尾,密码子使用特性在全基因组和染色体组水平上无差异.通过比较发现,甘蔗的核苷酸组成及密码子偏好性与玉米、高粱和水稻较为相似,而与拟南芥、烟草、大肠杆菌和酵母具有显著差异.[结论]甘蔗热带种、割手密和蔗茅的密码子偏好性高度相似,其形成受自然选择和突变因素的影响.此外,对甘蔗优异基因功能异源验证时可优先选择玉米、水稻和高粱作为异源表达系统.

    甘蔗属蔗茅基因组密码子使用偏好性最优密码子

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    不同鲜食品质橄榄果实转录组测序及酚类代谢途径相关调控基因挖掘

    谢倩江来贺进刘玲玲...
    215-228页
    查看更多>>摘要：[目的]果实酚类物质类别、含量是与橄榄营养及风味密切相关的重要品质性状,探究橄榄酚类物质生物合成的分子调控机制.[方法]以总酚含量差异显著的橄榄(低酚/高酚)为试材,分别取花后 80-160 d的果实进行转录组分析,对莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成通路差异基因进行表征,并对差异表达基因进行WGCNA分析,从中挖掘与酚类代谢途径相关的转录因子.[结果]转录组测序共获得 296 314 条Unigene,其中 73%的Unigene被注释到数据库;4 个品种(系)橄榄成熟果共鉴定到 1 628 个差异表达基因(DEGs),KEGG分析显示,DEGs在酚类代谢途径的"类黄酮生物合成"通路上显著富集;进一步对果实成熟过程莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成途径的DEGs进行表征,结合WGCNA分析中每个模块与性状的R2 和P值,筛选到 4 个关键模块,根据模块内基因的调控关系利用MCC拓扑分析法以度值≥1 挖掘模块内关键转录因子,挖掘到 137 个转录因子Unigene与 30 个酚类合成结构基因Unigene共表达,转录因子Unigene功能注释来自 35 个基因家族,最多的为锌指蛋白(C2C2、C3H、C2H2、PHD),其次为B3、HB、MYB、NAC基因家族.[结论]从转录组角度初步解析了橄榄鲜食品质在酚类代谢途径的差异,同时挖掘了调控酚类代谢的差异基因,对进一步探究橄榄鲜食品质差异的分子机制提供了重要依据.

    橄榄转录组酚类代谢途径转录因子

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    铁皮石斛14-3-3基因家族鉴定及表达分析

    江林琪赵佳莹郑飞雄姚馨怡...
    229-241页
    查看更多>>摘要：[目的]14-3-3 蛋白,亦称通用调节因子(GRF),由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用.鉴定铁皮石斛(Dendrobium officinale)GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据.[方法]通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛 14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量.[结果]铁皮石斛有 17 个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在 7 条染色体上,且存在 7 对串联复制基因.同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似.DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件.DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根.同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2 在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用.[结论]在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出 17 个DoGRF家族成员,不同基因对非生物胁迫响应不一,并具有器官表达特异性.DoGRF2对低温和盐胁迫呈现正向响应.

    铁皮石斛14-3-3家族基因表达非生物胁迫

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