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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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    加强薯类作物生物育种技术研究保障国家粮食安全

    徐建飞尚轶
    1-3页
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    RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用和风险

    王柯然闫俊杰刘建凤高玉林...
    4-10页
    查看更多>>摘要：害虫对农作物的危害严重威胁全球粮食安全,为满足日益增长的全球粮食需求,迫切需要安全有效的害虫绿色防控技术.RNAi技术(RNA interference)又叫RNA干扰技术,是一种转录后调控基因沉默的分子生物学技术,其原理是基于由19-25 对核苷酸组成的小分子双链RNA与目标靶基因mRNA结合并引发mRNA降解,从而导致靶基因沉默.目前RNAi技术已被广泛应用于农作物害虫治理,在针对马铃薯靶标害虫方面,主要研究集中在防控鞘翅目、半翅目、鳞翅目害虫.2023 年 12 月 22日,世界上首款RNAi生物农药正式批准商业化,用于防控抗药性日益严重、国际公认的马铃薯重要毁灭性检疫害虫马铃薯甲虫,是世界上首款被允许在农作物上商业使用的可喷洒RNA生物农药,对马铃薯害虫的绿色防控具有划时代的里程碑意义.基于RNAi技术的产品被用于农业害虫防控的同时,仍需考虑其抗药性、脱靶效应和对环境安全的潜在风险.本文以RNAi技术在马铃薯害虫防控应用的可行性、RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用以及潜在的风险等方面进行了综述,以期阐述RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用现状与前景,为RNAi技术纳入防控马铃薯害虫综合治理体系提供理论参考.

    RNA干扰马铃薯害虫害虫综合治理害虫抗药性治理安全评估

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    CRISPR/Cas9编辑MeHNL基因创制低生氰糖苷木薯

    童玮婧罗数陆新露沈建福...
    11-19页
    查看更多>>摘要：[目的]木薯(Manihot esculenta Crantz)中含有潜在毒性的生氰糖苷,其食用安全性受到影响且导致加工成本增加.因此,利用生物技术开展低生氰糖苷木薯的培育具有重要意义.[方法]利用CRISPR/Cas9技术对木薯醇氰酶基因MeHNL进行了编辑.该基因编码催化生氰糖苷分解的α-羟基腈裂解酶,编辑靶点位于第1个外显子上,通过农杆菌介导的稳定转化获得了27株阳性植株.[结果]测序分析显示,其中 26 个株系被编辑,编辑效率高达 96.3%.编辑类型主要包括碱基的插入和缺失,少数为碱基替换和大片段缺失.氰化物检测试剂盒染色和HPLC测定分析表明,编辑株系中的氢氰酸和生氰糖苷含量均显著降低.与非编辑植株相比,编辑植株的叶片细长,暗示了MeHNL可能对木薯的生长发育产生影响.[结论]利用CRISPR/Cas9 技术获得了低氰化物的木薯种质,为开展生氰糖苷代谢影响木薯生长发育的研究提供了材料.

    木薯基因编辑醇氰酶低氰化物生氰糖苷

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    木薯镁离子转运蛋白家族基因的鉴定及生物信息学分析

    谭博文张懿张鹏王振宇...
    20-32页
    查看更多>>摘要：[目的]镁离子转运蛋白(magnesium transporters,MGT)是重要的镁离子运输体,通过分析木薯MeMGT家族基因的基本信息及所编码蛋白质的物理化学特性,为进一步研究其功能提供指导.[方法]通过同源序列比对,从木薯基因组数据库中筛选出 13 个MeMGTs基因,分别将其命名为MeMGT2;1-MeMGT10;2.运用生物信息学方法对这些基因进行染色体定位分析、保守序列功能预测和系统发育树分析,并对所编码的蛋白质理化性质和结构功能进行预测.[结果]染色体定位分析显示 13 个MeMGTs基因分布在 8 条染色体上,基因的外显子数量在 4-13 个之间.组织表达模式分析表明MeMGTs基因在不同发育阶段表达水平不同,其中MeMGT4;2 主要在须根和储藏根中表达,推测该基因可能主要在根的发育过程中发挥作用;MeMGT7 主要在木薯叶片、中脉及茎中表达,推测其可能主要在镁离子的长距离运输过程中发挥作用.顺式作用元件预测结果显示MeMGTs基因的启动子序列中含有大量光响应和激素响应元件,暗示其受多种因子调控.分析木薯与部分模式植物MGT基因家族的系统发育树,发现这些蛋白被分为 5 类.蛋白序列特征分析显示MeMGTs蛋白均为亲水性蛋白,具有 2 个跨膜结构和保守的镁转运蛋白三肽基序Gly-Met-Asn(GMN),且不含信号肽.蛋白磷酸化分析表明MeMGTs基因家族具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点,该基因家族的蛋白可能通过这些位点发挥作用.[结论]MeMGTs基因表达受光、激素、干旱和低温响应等多种元件调控,可能在木薯的生长发育和逆境胁迫中发挥用.

    木薯镁离子转运蛋白MeMGTs基因家族基因鉴定生物信息学

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    CRISPR/Cas9介导的高效四倍体马铃薯试管薯基因编辑体系的建立

    宋倩娜段永红冯瑞云
    33-41页
    查看更多>>摘要：[目的]基因编辑技术的发展使得马铃薯实现精准分子育种成为了可能,试管薯作为遗传转化的理想材料,但其诱导和转化具有基因型依赖性,建立高效且普遍适用的试管薯基因编辑技术体系可为其精准分子育种提供技术支撑.[方法]以四倍体栽培马铃薯品种青薯 9 号和并薯 6 号为材料,对试管薯诱导及其遗传转化体系进行摸索;同时,转化CRISPR/Cas9 基因编辑载体进行基因组编辑.另外,利用筛选的条件对其他 3 个马铃薯品种进行测试.[结果]全黑暗条件下,采用 2 叶/段的扩繁方式,在含有 10%蔗糖和 5 mg/L激动素的培养基上,5 个马铃薯品种均可成功诱导出试管薯,但诱导效果存在差异.青薯 9 号的最佳分化激素配方为 0.5 mg/L 6-苄氨基腺嘌呤、0.2 mg/L 吲哚-3-乙酸、0.2 mg/L赤霉素、2 mg/L玉米素,再生效率、转化频率和基因编辑效率分别为 41.5%、51.9%和 82.1%.利用上述筛选的激素配方,在其他 4 个四倍体马铃薯品种中均可高效地实现试管薯的遗传转化再生,其中并薯 6 号、Desiree和晋薯 16 号的编辑效率分别为 63.2%、33.3%和 10%.[结论]建立了 5 个不同基因型四倍体马铃薯高效的试管薯遗传转化再生体系,其中的 4 份材料成功地实现了基因组编辑.

    马铃薯试管薯诱导遗传转化再生GFP基因组编辑

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    马铃薯StDREBs基因的克隆及其表达分析

    张小妹周南伶张赛行王超...
    42-50页
    查看更多>>摘要：[目的]探究马铃薯中OsDREB1C同源基因StDREBs在低氮环境下的表达特性,以评估其是否具备提高马铃薯氮利用效率的潜力,为后续基因功能验证及作物改良提供理论依据.[方法]通过同源克隆获得OsDREB1C在马铃薯(Solanum tuberosum L.)中的同源基因,发现马铃薯中共有 4 个OsDREB1C的同源基因,对其进行生物信息学、亚细胞定位、低氮条件下的表达量分析.[结果]马铃薯中的StDREBs蛋白含有AP2 保守结构域,蛋白产物均定位在细胞核中;StDREBs基因在根、茎、叶中均表达,在根中具有较高的表达量,在茎中其次,在叶片中的相对表达量最低.缺氮处理下,不同组织中的StDREBs基因表达量随着处理时间增加而上升,其中 1/10 N处理 18 h时,StDREBs基因的表达量达到峰值,表明StDREBs在马铃薯中参与对低氮环境的响应.[结论]马铃薯中OsDREB1C同源基因(StDREBs)在马铃薯低氮胁迫响应中起关键作用.

    StDREBs马铃薯氮胁迫响应光诱导

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    马铃薯AQP基因家族鉴定及表达分析

    满全财孟姿诺李伟蔡心汝...
    51-63页
    查看更多>>摘要：[目的]水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)在植物非生物胁迫下的植物生长发育、水分运输和应激反应等生理过程中至关重要,本研究旨在揭示马铃薯StAQP家族的特性及功能.[方法]对马铃薯StAQP基因家族进行全基因组鉴定,利用生物信息学手段对基因结构、保守基序、顺式作用元件、染色体定位以及基因共线性等进行分析,并结合转录组数据以及RT-qPCR对基因表达模式进行验证.[结果]马铃薯StAQP基因家族的 44 个成员分布在PIP、TIP、NIP、SIP和XIP五个亚族中,相同亚族的家族成员的基因结构和保守基序基本一致,同时马铃薯AQP家族成员大多数分布在质膜上;马铃薯StAQP家族成员中含有大量和光反应以及胁迫响应有关的顺式作用元件;共线性结果表明,马铃薯AQP家族与拟南芥、烟草、番茄和辣椒 4 个物种的AQP家族之间存在大量同源基因对;转录组和RT-qPCR验证结果表明,马铃薯StAQP家族成员在干旱胁迫和盐胁迫下高度表达,不同家族成员表达存在差异,同时相同基因在不同胁迫下的表达情况也存在差异,其中StAQP7、StAQP28 和StAQP31 这 3 个基因是StAQP家族响应非生物胁迫的关键基因.[结论]StAQPs基因在马铃薯的生长发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用.

    马铃薯水通道蛋白生物信息学非生物胁迫表达分析

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    马铃薯SAT基因家族的鉴定和表达分析

    申鹏高雅彬丁红
    64-73页
    查看更多>>摘要：[目的]丝氨酸乙酰转移酶(SAT)是硫同化为半胱氨酸(cysteine,Cys)的关键酶,参与植物多种生物过程,特别是在植物响应非生物胁迫中发挥着重要作用.但关于马铃薯SAT基因家族(StSAT)的分析尚未见报道.系统鉴定了马铃薯SAT基因家族,为深入了解StSAT基因家族的特征,进一步分析它们在马铃薯抵御非生物胁迫中的功能提供了理论依据.[方法]利用HMM 对马铃薯SAT基因家族进行鉴定,并对其染色体分布、基因结构、蛋白保守基序及物种间的共线性进行分析.利用PGSC下载的RNA-seq数据分析双单倍体(doubled-monoploid,DM)马铃薯中StSATs在不同组织部位、非生物胁迫和外源激素处理下的表达模式.通过qPCR(quantitative real-time PCR)分析四倍体马铃薯中StSATs在NaCl和PEG处理(0、1、3 和 24 h)下的相对表达水平.[结果]在马铃薯中鉴定出 4 个StSATs,它们分布在 4 条染色体上.根据系统发育特征,将 4 个StSATs分在 3个亚族中.共线性分析发现,StSATs与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、番茄(Solanum lycopersicum)、甘蓝(Brassica oleracea)、水稻(Oryza sativa)和玉米(Zea mays)中分别有 4 对、4 对、2 对、1 对和 1 对直系同源基因.通过表达分析发现,四倍体马铃薯中 4 个StSATs随着NaCl和PEG处理时间的延长,其表达量显著升高(与 0 h相比),很可能参与马铃薯对盐和渗透胁迫的响应.[结论]StSAT基因家族成员在马铃薯响应盐和渗透胁迫中发挥着重要作用.

    马铃薯SAT基因家族顺式作用元件非生物胁迫表达分析

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    木薯SDH蛋白的序列分析及其与MeH1.2关系的研究

    赵平娟林晨俞王梦月张秀春...
    74-81页
    查看更多>>摘要：[目的]山梨糖醇脱氢酶(SDH)在调控蔷薇科植物果糖和山梨醇转化中起重要作用,也参与植物对逆境的应答过程,木薯SDH功能的研究可以为培育优质木薯种质提供理论基础.[方法]以'SC124'的cDNA为模板克隆木薯SDH基因,并利用实时荧光定量PCR分析木薯SDH基因的组织特异性及其对干旱、低温、PEG和ABA的响应模式.通过筛选木薯干旱和低温混合的酵母cDNA文库,并利用Y2H点对点及其双分子荧光互补(BiFC)实验确认与目标蛋白的关系.[结果]木薯SDH基因CDS全长 1092 bp,编码 364 个氨基酸,与数据库中的序列无差异.MeSDH蛋白含有催化锌结合位点,NADP结合位点,结构锌结合位点,属于MDR超家族.烟草叶片表皮细胞瞬时表达显示MeSDH蛋白定位于细胞核.MeSDH基因的表达量在功能叶、幼嫩叶、须根和茎中依次降低.MeSDH基因受干旱、低温和PEG胁迫诱导在木薯叶片上调表达,在ABA处理后的木薯叶片和根系中都显著上调表达.文库筛选、Y2H点对点和BiFC实验证实MeH1.2 与MeSDH互作.[结论]MeSDH基因可以响应多种胁迫上调表达,并可能在蛋白水平和MeH1.2 共同作用.

    木薯SDH基因MeH1.2蛋白抗逆性蛋白互作

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    彩色马铃薯花青素合成相关ERF基因筛选及表达分析

    吴娟武小娟王沛捷谢锐...
    82-91页
    查看更多>>摘要：[目的]乙烯响应因子(ethylene responsive factor,ERF)是一类重要的转录因子,参与调控植物花青素的生物合成.筛选可能参与调控马铃薯块茎花青素合成的StERFs基因,为开展彩色马铃薯花青素相关StERFs基因功能研究奠定基础.[方法]利用生物信息学方法对其理化性质、亚细胞定位、保守基序、进化关系、蛋白质二级结构、启动子顺式作用元件及蛋白互作关系进行分析,同时采用RT-qPCR方法对不同颜色马铃薯薯肉中StERFs进行表达模式分析.[结果]基于不同颜色马铃薯块茎的转录组表达谱,获得 7 个差异表达ERF转录因子.7 个StERFs属于亲水性蛋白,均预测定位于细胞核.Motif 1(RWLG)和Motif 2(YRG)是 7 个StERFs中共同的保守基序,属于AP2 的结构域特征序列.StERFs基因启动子序列含有响应激素作用元件,以及响应防御与胁迫、低温和光照等的顺式作用元件.7 个StERFs在紫色薯肉中表达量显著高于黄色薯肉,其中StERF72 和StERF110 与已知的花青素相关ERFs(IbERF71 和PyERF3)亲缘关系较近,且 7 个StERFs与 56 个转录因子存在蛋白互作关系.[结论]7 个StERFs基因可能参与调控马铃薯块茎中花青素的合成,其中StERF72和StERF110可作为候选基因进一步验证其功能.

    彩色马铃薯花青素ERF转录因子生物信息学分析表达模式分析

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