• 2023年第39卷第2期文章目次
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      2023, 39(2):0-0.

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      2023, 39(2):0-0.

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      摘要:

    • >导读
    • 导读

      2023, 39(2):395-398. DOI: 10.13345/j.cjb.230058

      摘要 (76) HTML (150) PDF 423.50 K (204) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >综述
    • 基于CRISPR-Cas9基因编辑技术在作物中的应用

      2023, 39(2):399-424. DOI: 10.13345/j.cjb.220664

      摘要 (453) HTML (1505) PDF 1.01 M (1051) 评论 (0) 收藏

      摘要:CRISPR-Cas9系统是由成规律的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeat,CRISPR)及其相关蛋白构成,广泛存在于细菌和古细菌中,该系统作为一种特异性免疫保护,可抵御病毒、噬菌体的二次侵染。CRISPR-Cas9技术是继锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)和类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator like effector nucleases,TALENs)技术之后的第三代新型靶向基因组编辑技术。CRISPR-Cas9技术具有灵活、高效、生产成本低且特异性高等优点,极大地促进了基因功能方面的研究。CRISPR-Cas9技术经过不断的完善和发展,目前该技术已广泛应用在各个领域。本文介绍了CRISPR-Cas9技术的产生、工作机制及优势;综述了CRISPR-Cas9技术在基因敲除、基因敲入、基因调控和基因组方面的应用以及在水稻、小麦、玉米、大豆和马铃薯等重要粮食作物以及对作物驯化的应用;分析了CRISPR-Cas9技术目前面临的问题和挑战,并展望了CRISPR-Cas9技术的发展及应用前景。

    • 植物苯丙烷代谢及其对重金属胁迫的响应研究进展

      2023, 39(2):425-445. DOI: 10.13345/j.cjb.220338

      摘要 (397) HTML (821) PDF 791.00 K (718) 评论 (0) 收藏

      摘要:苯丙烷代谢途径是植物中最重要的次生代谢途径之一,在植物抵抗重金属胁迫中直接或间接发挥了抗氧化作用,并能够提高植物对重金属离子的吸收与胁迫耐性。本文就苯丙烷代谢途径核心反应与关键酶系进行了总结,同时分析了木质素、类黄酮及原花青素等关键代谢产物的生物合成过程及相关机制,并以此为基础探讨了苯丙烷代谢途径关键产物响应重金属胁迫的相关机制。此外,结合当前研究现状,就苯丙烷代谢参与植物防御重金属胁迫的相关研究提出展望,以期为重金属污染环境的植物修复提供理论依据。

    • Bt Cry毒素抗虫模拟物靶向创新设计

      2023, 39(2):446-458. DOI: 10.13345/j.cjb.220580

      摘要 (192) HTML (606) PDF 1.34 M (328) 评论 (0) 收藏

      摘要:Bt Cry毒素是当前研究最深入、应用最广的生物抗虫蛋白,对农业害虫的绿色防治发挥了重大作用。然而,随着其制剂和转基因抗虫作物的广泛应用,由此驱动诱发的靶标害虫抗药性及潜在生态安全风险等问题日益凸显。探寻具备模拟Bt Cry毒素杀虫功能的新型抗虫蛋白材料,不仅可为农作物持续健康生产保驾护航,也能在一定程度上缓解靶标害虫对Bt Cry毒素的抗药性压力。近年来,笔者团队以抗体“免疫网络学说(immune network theory)”中Ab2β类型抗独特型抗体(anti-idiotype antibody,Anti-Id)具备模拟抗原结构和功能的特性为理论依据,借助噬菌体展示抗体库及特异性抗体高通量筛选与鉴定技术,设计Bt Cry毒素抗体为包被靶点抗原,从噬菌体抗体库中靶向筛选到了一系列具备模拟Bt Cry毒素抗虫功能的Ab2β类型抗独特型抗体(即Bt Cry毒素抗虫模拟物),其中活性最强的Bt Cry毒素抗虫模拟物对靶标害虫的致死率接近相应原Bt Cry毒素的80%,初步实现了Bt Cry毒素抗虫模拟物的靶向设计。本文从理论依据、技术条件、研究现状等方面进行系统概述,并就相关技术发展趋势以及如何推进现有成果落地应用等展开深入探讨,旨在为绿色抗虫材料创新研发提供全新思路和实例参考。

    • 病虫害RNAi技术中的外源RNA递送策略

      2023, 39(2):459-471. DOI: 10.13345/j.cjb.220618

      摘要 (197) HTML (589) PDF 579.15 K (496) 评论 (0) 收藏

      摘要:病虫害严重威胁着作物安全生产。近年来,在RNA干扰(RNA interference,RNAi)基础上开发病虫害防控策略的研究得到越来越多的关注。RNAi是真核生物体内的一种基因调控过程,如何将外源RNA有效地递送到靶标生物体内,是病虫害RNAi技术能否成功的关键之一。国内外学者进行了大量研究和实践,探究影响病虫害吸收和传递外源双链RNA (double-stranded RNA,dsRNA)的因素,探索提高dsRNA递送效率的方法,取得了重要的进展。本文对相关研究进行了梳理,简述了影响病虫害对dsRNA吸收和递送的因素,对外源RNA的递送策略进行了综述,讨论了纳米颗粒复合物在dsRNA递送中的应用前景,以期为相关研究提供参考。

    • 流式细胞术的发展及在植物研究中的应用

      2023, 39(2):472-487. DOI: 10.13345/j.cjb.220369

      摘要 (265) HTML (741) PDF 1.43 M (505) 评论 (0) 收藏

      摘要:流式细胞术是通过对液流中各种荧光标记的颗粒进行多参数快速高效的定性或定量测定的方法,在科学研究的多个领域发挥重要作用。然而,由于植物组织及细胞壁和次生代谢产物等细胞的特殊成分和结构,限制了其在植物研究领域的应用。本文在介绍流式细胞仪发展和组成分类的基础上,着重讨论了流式细胞术在植物领域的应用、研究进展及应用限制,进而展望该研究领域的发展趋势,为拓宽植物流式细胞术的潜在应用范围提供新的思考方向。

    • 黄河流域微塑料污染现状及防治策略

      2023, 39(2):488-499. DOI: 10.13345/j.cjb.220503

      摘要 (323) HTML (639) PDF 862.61 K (407) 评论 (0) 收藏

      摘要:微塑料污染(microplastics pollution)在全球范围内受到广泛关注。相比于海洋环境以及其他主要河流、湖泊的微塑料污染情况,黄河流域的相关数据较为贫乏。通过综述文献分析了黄河流域河道沉积物和表层水的微塑料污染丰度、类型以及空间分布特征,探讨了黄河流域重要城市和重点保护区的微塑料污染现状,并提出了相应的防控措施。结果表明:黄河流域沉积物和表层水中微塑料污染在空间分布上整体呈现自上游向下游增多的趋势,尤其在黄河三角洲湿地该趋势更加明显;黄河流域沉积物和表层水中微塑料类型存在明显差异,主要与微塑料的材质有关;与全国同类区域相比,黄河流域国家重点城市市域和国家湿地公园的微塑料污染水平处于中高程度,应引起重视;塑料通过多种暴露途径会对黄河滩区养殖业和人类健康造成严重影响。控制黄河流域水体微塑料污染,需要完善相关生产标准和法律法规,提高可降解微塑料产能和塑料废弃物的工程化降解能力。

    • 微塑料与土壤环境中微生物互作研究进展

      2023, 39(2):500-515. DOI: 10.13345/j.cjb.220535

      摘要 (365) HTML (608) PDF 1.28 M (576) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为环境中广泛存在的污染物,微塑料(microplastics)的相关研究备受关注。基于已有研究,本文综合分析了微塑料与土壤微生物(soil microorganisms)的互作关系,微塑料会通过直接或间接的方式影响微生物群落结构与多样性,影响的程度取决于微塑料的类型、剂量和形状。土壤微生物会通过形成表面生物膜和群落选择效应来适应微塑料这一外来物所引起的变化。本文还特别关注了微塑料的生物降解机理,同时探究了影响这一过程的因素,微生物首先会定殖在微塑料表面,分泌多种胞外酶在特定位点发挥作用,将聚合物转化成低聚物或单体,解聚的小分子进入胞内进一步分解代谢,而影响这一降解过程的因素除了分子量、密度、结晶度等微塑料自身理化性质,还包括一些生物因素和非生物因素对相关微生物生长代谢和酶活性的作用。未来研究应注重与实际环境的联系,在深入探究微塑料生物降解研究的同时,开发解决微塑料污染问题的新技术。

    • β-烟酰胺单核苷酸的生理活性与合成研究进展

      2023, 39(2):516-536. DOI: 10.13345/j.cjb.220880

      摘要 (494) HTML (1390) PDF 5.21 M (906) 评论 (0) 收藏

      摘要:烟酰胺单核苷酸(nicotinamide mononucleotide,NMN)作为辅酶Ⅰ(即NAD+)的关键前体之一,广泛存在于多种生物中,β异构体为其活性形式。研究表明β-NMN在多种生理代谢过程中起关键作用,作为抗衰老、改善退行性疾病和代谢性疾病的潜在活性物质,β-NMN的应用价值被深度发掘,实现规模化生产迫在眉睫。生物合成法因其具有高立体结构选择性、反应条件温和、副产物少等优点,成为合成β-NMN的首选方法。本文综述了β-NMN的生理活性、化学合成法和生物合成法,其中重点介绍生物合成法中涉及到的代谢途径,旨在探索利用合成生物学优化β-NMN生产策略的潜力,为β-NMN的代谢途径研究与高效生产提供理论基础。

    • >农业生物技术
    • 芥菜WOX基因家族的全基因组鉴定与分析

      2023, 39(2):537-551. DOI: 10.13345/j.cjb.220774

      摘要 (216) HTML (544) PDF 2.38 M (389) 评论 (0) 收藏

      摘要:WUSCHEL相关-同源盒(WUSCHEL related-homeobox,WOX)基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。本研究利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过HUMMER、Smart等软件进行检索筛选,共鉴定出51个WOX基因家族成员。利用Expasy在线软件对这些家族成员的蛋白质分子量、氨基酸序列长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对芥菜WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将芥菜WOX基因家族分为古老支、中间支和WUS支/现代支3个亚家族。结构分析表明,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性,而不同亚家族之间呈现一定的多样性。51个WOX基因不均匀分布于芥菜18条染色体上,这些基因的启动子大多含有响应光、激素和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)分析发现,芥菜WOX基因的表达具有时空特异性,其中BjuWOX25BjuWOX33BjuWOX49可能在角果的发育中发挥重要作用,BjuWOX10BjuWOX32BjuWOX11BjuWOX23分别在干旱和高温胁迫响应中具有重要功能。上述结果为芥菜WOX基因家族的功能研究奠定了基础。

    • 大白菜NHX基因家族的鉴定与表达分析

      2023, 39(2):552-565. DOI: 10.13345/j.cjb.220622

      摘要 (215) HTML (642) PDF 2.15 M (378) 评论 (0) 收藏

      摘要:Na+/H+逆向转运蛋白(Na+/H+ antiporter, NHX)基因家族在植物响应盐胁迫中发挥重要作用。本研究鉴定了大白菜NHX基因家族成员,并分析了大白菜NHX基因(Brassica rapa ssp. Pekinensis NHXBrNHXs)响应高温、低温、干旱和盐胁迫等非生物逆境的表达模式。结果表明,在大白菜中共鉴定到9个NHX基因家族成员,分布在大白菜的6条染色体上,其氨基酸数目在513–1 154 aa之间,相对分子量集中在56 804.22–127 856.66 kDa,等电点位于5.35–7.68之间。该基因家族成员主要存在于液泡中,基因结构完整,外显子的数目介于11–22之间。大白菜NHX基因家族编码的蛋白质二级结构都具有α-螺旋、b-转角和不规则卷曲结构,其中α-螺旋发生频率较高。实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析显示,该基因家族成员在高温、低温、干旱和盐胁迫下均有不同程度地响应,且在不同时间表达差异显著。以BrNHX02BrNHX09对这4种胁迫的响应最为显著,表达量在处理72 h时均显著上调,可作为候选基因进一步验证其功能。

    • 绿豆VrWOX基因家族鉴定及表达分析

      2023, 39(2):566-585. DOI: 10.13345/j.cjb.220684

      摘要 (158) HTML (477) PDF 7.60 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:WOXWUSCHEL-related homebox)基因家族是植物特有的一类转录因子,是同源盒(homeobox,HB)转录因子超家族中的重要成员。WOX基因在植物干细胞调节及生殖发育过程中具有重要作用,其功能已在多个植物物种中鉴定。然而绿豆(Vigna radiateVrWOX基因家族信息尚不清楚。本研究通过同源比对和聚类分析,在绿豆基因组中鉴定了42个VrWOX基因。VrWOX基因在绿豆染色体中分布不均,其中7号染色体含有的VrWOX数量最多。VrWOX基因分为古老进化支(19个VrWOX)、中等进化支(12个VrWOX)和年轻进化支(WUSCHEL进化支,11个VrWOX)3个亚类。种内和种间共线性分析发现,VrWOX基因共有12个重复事件,与拟南芥(Arabidopsis thalianaAtWOX有15个同源基因对,与菜豆(Phaseolus vulgarisPvWOX有22个同源基因对。VrWOX基因在基因结构、保守基序等方面存在很大差异,因而可能存在功能差异。VrWOX基因启动子区域含有不同种类和不同数量的顺式作用元件,导致VrWOX基因在不同组织中表现出不同的基因表达模式。本研究对VrWOX基因家族信息和表达模式进行了分析,为绿豆VrWOX基因功能和调控网络的解析奠定了一定的理论依据。

    • 沉默GmATG10导致大豆免疫反应的激活

      2023, 39(2):586-602. DOI: 10.13345/j.cjb.220545

      摘要 (157) HTML (495) PDF 13.79 M (439) 评论 (0) 收藏

      摘要:自噬途径是真核生物中普遍存在的物质降解及循环利用的保守机制,在真核生物的生长发育以及免疫反应等方面起着至关重要的作用。而ATG10在自噬体(autophagosomes)的形成过程中起着非常重要的作用。为探讨大豆(Glycine max) ATG10在免疫防御反应中的功能,本研究采用大豆豆荚斑驳病毒(bean pod mottle virus,BPMV)诱导的基因沉默技术(virus-induced gene silencing, VIGS)成功地在大豆中同时沉默ATG10的两个同源基因(GmATG10aGmATG10b);通过黑暗诱导的碳饥饿处理以及GmATG8积累水平的Western blotting分析证明,同时沉默GmATG10a/10b可导致大豆叶片出现自噬缺陷;抗病性鉴定与激酶分析证明沉默GmATG10a/10b可通过负调控GmMPK3/6激活而参与免疫反应,是大豆免疫反应的负调控因子。

    • ACC氧化酶基因AhACOs对花生耐盐性的影响

      2023, 39(2):603-613. DOI: 10.13345/j.cjb.220336

      摘要 (193) HTML (227) PDF 3.94 M (348) 评论 (0) 收藏

      摘要:ACC氧化酶(ACC oxidase,ACO)是催化乙烯合成的关键酶之一,乙烯参与植物的盐胁迫反应过程,而盐胁迫严重影响花生产量。本研究通过对AhACOs基因的克隆及功能验证,探究AhACOs在花生盐胁迫响应中的生物学功能,为花生耐盐品种的选育提供基因资源。以花生耐盐突变体M29的cDNA为模板扩增得到基因AhACO1AhACO2,与植物表达载体pCAMBIA super1300重组后,通过农杆菌介导的花粉管注射法将重组质粒转化到花育22号中。收获后切取籽仁远胚端部分子叶,利用PCR检测筛选阳性籽仁。利用qRT-PCR分析AhACOs基因表达量,通过毛细管柱气相色谱法检测植株的乙烯释放量。阳性籽仁和对照籽仁种植21 d后浇盐水,观察其表型变化。结果发现,盐胁迫后,转基因植株生长状况好于对照组花育22号,并且其叶绿素相对含量SPAD (soil and plant analyzer development)值和净光合速率(net photosynthesis rate,Pn)均高于对照组花生。另外,AhACO1AhACO2转基因植株的乙烯释放量分别为对照组花生的2.79倍和1.87倍。这些结果表明AhACO1AhACO2可显著提高花生的耐盐能力。

    • 番木瓜果糖-2,6-二磷酸酶CpF2KP基因克隆和蛋白表达纯化

      2023, 39(2):614-624. DOI: 10.13345/j.cjb.220644

      摘要 (181) HTML (437) PDF 8.10 M (455) 评论 (0) 收藏

      摘要:番木瓜是岭南四大名果之一,在我国东南部地区广泛种植,因其具有食用和药用双重价值,因此深受人们的青睐。果糖-6-磷酸,2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶(fructose-6-phosphate,2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase,F2KP)是一个独特的双功能酶,具有激酶功能域和酯酶功能域,能催化生物体内糖代谢的重要调节物果糖-2,6-二磷酸(Fru-2,6-P2)的合成和降解。为了研究番木瓜中编码该酶的基因CpF2KP的功能,得到目的蛋白尤为重要。本研究从番木瓜基因组中提取到CpF2KP基因的编码序列(coding sequence,CDS)序列,该基因CDS全长2 274 bp。将该基因CDS全长扩增之后选用pGEX-4T-1载体进行原核表达。对载体pGEX-4T-1用EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ进行双酶切,利用基因重组的方式将扩增序列构建到原核表达载体上。经过诱导条件探索,SDS-PAGE结果显示GST-CpF2KP重组蛋白的大小约为110 kDa,诱导CpF2KP蛋白表达的最适条件为:异丙基β-d-硫代半乳糖苷(isopropyl beta-d-thiogalactopyranoside,IPTG)浓度为0.5 mmol/L,温度28℃。对诱导后的CpF2KP蛋白进行纯化,得到了纯化的单一目的蛋白。此外,检测了该基因的组织表达特性发现该基因在种子中表达量最高,在果肉中表达量最低。该研究为进一步深入揭示番木瓜CpF2KP蛋白的功能及研究该基因参与的生物学过程提供了重要基础。

    • 资阳香橙砧木CjSPL基因家族鉴定及表达模式分析

      2023, 39(2):625-639. DOI: 10.13345/j.cjb.220672

      摘要 (137) HTML (451) PDF 3.42 M (361) 评论 (0) 收藏

      摘要:鳞片启动子结合类蛋白squamosa promoter binding protein-like, SPL)家族是一类参与调控植物生长发育以及响应环境胁迫的重要转录因子,但在柑橘等多年生果树中的研究较少。本研究以柑橘一种重要的砧木——资阳香橙(Citrus junos Sieb.ex Tanaka)为材料,基于plantTFDB转录因子数据库和甜橙基因组数据库鉴定并克隆出资阳香橙15个SPL家族基因,命名为CjSPL1CjSPL15。序列分析表明,CjSPLs的开放阅读框(open reading frame,ORF)长度为393–2 865 bp,编码130–954个氨基酸;系统进化树将15个CjSPLs分为9个亚家族;基因结构和保守结构域分析预测出20个不同的保守motif和SBP基本结构域;启动子顺式作用元件分析预测出20种启动子元件,其中包含植物生长发育、非生物胁迫及次生代谢物相关元件。通过实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)分析了CjSPLs在干旱、盐和低温胁迫下的表达模式,较多CjSPLs在胁迫处理后显著上调表达。本研究为后续深入研究柑橘及其他果树SPL家族转录因子功能提供参考。

    • 核桃JrGI基因克隆及表达分析

      2023, 39(2):640-652. DOI: 10.13345/j.cjb.220551

      摘要 (120) HTML (335) PDF 7.94 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:GI (GIGANTEA)基因是生物节律钟关键输出基因,克隆核桃JrGI基因,并分析其在不同组织及不同时间的雌花芽表达情况,旨在为研究核桃JrGI基因的功能奠定基础。采用RT-PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction)技术从‘新新2号’叶片中克隆获得JrGI基因全长序列,对其进行生物信息学分析、烟草亚细胞定位及表达分析。结果表明,JrGI基因全长为3 516 bp,编码1 171个氨基酸,分子量为128.60 kDa,等电点(isoelectric point)为6.13,属于亲水性蛋白;系统进化分析表明JrGI蛋白与胡杨GI蛋白亲缘关系最近。烟草亚细胞定位显示JrGI蛋白位于细胞核中。对‘新新2号’雌花芽不同时间段JrGIJrCOJrFT基因进行RT-qPCR (real-time quantitative PCR)分析,结果表明在形态分化临界期的雌花芽中表达量最高,推测JrGI在此时间对雌花芽的分化起到重要作用。另外,JrGI基因在‘新新2号’各组织中均有表达,且在叶片中表达量最高,推测JrGI基因在核桃叶片发育过程中也发挥重要功能。

    • 比利时杜鹃花黄烷酮3-羟化酶基因克隆及功能分析

      2023, 39(2):653-669. DOI: 10.13345/j.cjb.220581

      摘要 (133) HTML (361) PDF 7.45 M (359) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)是植物花青素(anthocyanin)合成过程中的关键酶。本研究以红色比利时杜鹃花(Rhododendron hybridum Hort.)不同发育时期的花瓣为实验材料,利用反转录PCR (reverse transcription PCR,RT-PCR)和cDNA末端快速克隆(rapid-amplification of cDNA ends,RACE)技术对比利时杜鹃花黄烷酮3-羟化酶(Rhododendron hybridum Hort.flavanone 3-hydroxylase,RhF3H)基因进行克隆,并进行生物信息学分析;利用qRT-PCR技术对不同发育时期花瓣RhF3H基因表达量进行分析;构建pET-28a-RhF3H原核表达载体对RhF3H蛋白进行制备和纯化;构建pCAMBIA1302-RhF3H过表达载体,通过农杆菌介导法进行拟南芥遗传转化研究。结果表明,比利时杜鹃花RhF3H基因全长为1 245 bp,开放阅读框(open reading frame,ORF)为1 092 bp,编码363个氨基酸,含有Fe2+结合基序和2-酮戊二酸结合基序的双加氧酶超家族。系统进化分析表明,比利时杜鹃花RhF3H蛋白与越橘F3H蛋白亲缘关系最近;实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析表明,在不同发育时期花瓣中,红色比利时杜鹃花RhF3H基因的表达水平呈先上升后下降的趋势,在初开期表达量最高;原核表达结果表明,构建原核表达载体pET-28a-RhF3H诱导蛋白大小约为40 kDa,与理论值相近;成功获得转基因RhF3H拟南芥植株,PCR鉴定和β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuronidase,GUS)染色证明RhF3H基因整合到拟南芥植株基因组中。qRT-PCR、总黄酮和花青素含量分析显示,相对于野生型,RhF3H在转基因拟南芥植株中显著高表达,其总黄酮和花青素含量也显著增加。本研究为探究杜鹃花RhF3H基因功能提供一定的理论基础,对杜鹃花花色的分子机理有重要的研究价值。

    • 红锥叶绿体基因组特征及系统发育分析

      2023, 39(2):670-684. DOI: 10.13345/j.cjb.220617

      摘要 (169) HTML (499) PDF 3.19 M (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定红锥(Castanopsis hystrix)叶绿体基因组的结构组成情况,判定其在锥属中的进化位置及与同锥属叶绿体基因组的区别,为锥属物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护提供相关依据。使用Illumina HiSeq 2500测序平台对红锥叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学分析方法进行序列组装、注释和特征分析,并利用R、Python、MISA、CodonW和MEGA 6等生物信息学软件对其基因组结构和数目、密码子偏好性、序列重复、简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)位点和系统发育进行分析。结果表明红锥叶绿体基因组大小为153 754 bp,呈现四分体结构;共拥有130个基因,包含85个编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;通过密码子偏好性分析,平均有效密码子数为55.5,说明其密码子随机性强、偏好性低;通过SSR及长重复片段分析,检测到45个重复序列及111个SSR位点;与近缘种比较,发现其叶绿体基因组序列高度保守,尤其蛋白质编码序列相似度极高;此外,系统发育分析发现红锥与海南锥聚为一支,关系密切。本研究得到了红锥的叶绿体基因组基本情况与系统发育位置,为红锥的物种辨别、天然种群遗传多样性与功能基因组学提供前期研究铺垫。

    • 草菇VvLaeA调控球孢白僵菌的生长发育

      2023, 39(2):685-694. DOI: 10.13345/j.cjb.220767

      摘要 (137) HTML (320) PDF 3.96 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:食用真菌草菇[Volvariella volvacea(Bull.ex.Fr.) Sing.]VvLaeA在调控真菌发育方面的功能并不清楚。本研究在对草菇VvLaeA进行生物信息学分析基础上,通过聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)的方法将超量表达启动子Vvgpd和草菇VvlaeA基因的开放阅读框(open reading frame,ORF)进行融合,并将融合片段克隆入pK2(bar)载体。采用农杆菌介导的转化方法将重组载体pK2(bar)-OEVvlaeA转入球孢白僵菌中进行表达,测定转化子的菌株发育情况。结果表明,草菇VvLaeA与其他真菌的蛋白同源性较低;和野生型相比,转化菌株的菌落直径显著增大,色素减少,分生孢子产量和萌发率均显著下降,对胁迫反应的敏感性增强。进一步研究发现,转化菌株分生孢子的细胞壁结构成分发生改变,和分生孢子发育相关基因的表达被显著下调。提示草菇VvLaeA能提高球孢白僵菌菌株的生长速率,而负调控色素沉积和分生孢子发育,这为草菇基因功能鉴定提供了启示。

    • 水杨酸对铜胁迫下菊芋的生理调控及根系FTIR分析

      2023, 39(2):695-712. DOI: 10.13345/j.cjb.220358

      摘要 (135) HTML (329) PDF 1.03 M (279) 评论 (0) 收藏

      摘要:为阐明水杨酸(salicylic acid,SA)对菊芋吸收铜的影响机理,以耐铜性差异较大的徐州菊芋(Helianthus tubeuosus)和潍坊菊芋作为试验材料,通过盆栽试验,探究外源SA对铜胁迫下菊芋的光合作用、叶片抗氧化系统及必需矿质营养元素吸收的影响,并对其耐铜机理进行探究。结果表明,300 mg/kg铜胁迫抑制了两地菊芋光合电子传递效率和PSⅡ活性,对抗氧化系统产生损伤并造成膜脂过氧化,显著增加了根、茎、叶中铜含量,同时削弱了菊芋对钾、钙、镁和锌的吸收能力。喷施1 mmol/L外源SA可通过调控根系中各官能团的比例,加强其对Cu2+的固定作用,促进矿质营养元素的吸收及渗透调节物质的积累,提高菊芋抗氧化和光合作用能力,有效缓解铜对菊芋生长的抑制作用。本研究初步揭示了SA对铜胁迫下菊芋的生理调控,可为种植菊芋修复土壤铜污染提供科学参考和依据。

    • 水稻胚乳过表达VIT1/VIT2对Fe和Cd积累的影响

      2023, 39(2):713-723. DOI: 10.13345/j.cjb.220482

      摘要 (178) HTML (465) PDF 2.44 M (355) 评论 (0) 收藏

      摘要:水稻籽粒铁(Fe)缺乏和镉(Cd)含量超标是农业生产亟待解决的重要问题。以往研究表明,OsVIT1和OsVIT2是液泡铁转运蛋白,本研究选取野生型ZH11为背景材料,使用胚乳特异性表达启动子Glb-1构建了胚乳过表达OsVIT1OsVIT2材料。RT-qPCR分析表明,OsVIT1在转化植株的胚乳和叶片过量表达,OsVIT2在转化植株的胚乳过量表达。通过田间试验,研究胚乳过表达OsVIT1OsVIT2对水稻不同部位Fe和Cd积累的影响。结果表明,胚乳过表达OsVIT1显著降低籽粒中的Fe浓度约50%,显著增加秸秆的锌(Zn)、铜(Cu)浓度和籽粒中的Cu浓度,胚乳过表达OsVIT2显著降低籽粒中的Fe、Cd浓度约50%,显著增加秸秆的Fe浓度45%–120%。胚乳过表达OsVIT1OsVIT2不影响水稻的农艺性状。总之,胚乳过表达OsVIT1OsVIT2降低了水稻籽粒的Fe积累,未达到预期效果,胚乳过表达OsVIT2还降低籽粒的Cd积累,增加秸秆Fe积累,为水稻铁生物强化和降镉提供了借鉴。

    • 森林草莓SUN基因家族的鉴定及其对逆境的响应

      2023, 39(2):724-740. DOI: 10.13345/j.cjb.220578

      摘要 (188) HTML (501) PDF 3.12 M (361) 评论 (0) 收藏

      摘要:SUN基因是调控植物生长发育的关键基因。本研究鉴定了二倍体森林草莓(Fragaria vesca)的SUN基因家族,并对各成员的理化性质、基因结构、系统进化以及基因表达进行了分析。结果表明,森林草莓有31个FvSUN基因,其编码蛋白可聚类为7个组,同一组内成员具有高度相似的基因结构与编码蛋白保守域;FvSUNs蛋白的亚细胞定位主要在细胞核中。共线性分析表明森林草莓FvSUNs基因家族主要通过染色体片段复制产生,拟南芥与森林草莓存在23对直系同源基因。利用森林草莓的转录组数据,对FvSUNs基因的组织表达特征进行分析,发现主要可归为3类:各组织均表达、组织中几乎不表达、组织特异性表达,并通过实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)进一步验证结果。此外,还对森林草莓进行不同的逆境胁迫处理,qRT-PCR分析了31个FvSUNs基因的表达情况,发现大部分基因均在不同程度上受低温、高盐或干旱胁迫的诱导表达。这些研究结果为深入揭示草莓SUN基因的生物学功能及其分子机制奠定了基础。

    • 贝莱斯芽孢杆菌Bv-303对水稻白叶枯病菌的拮抗活性及其应用

      2023, 39(2):741-754. DOI: 10.13345/j.cjb.220412

      摘要 (208) HTML (450) PDF 13.99 M (515) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究明确了一株新型贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis) Bv-303菌株对黄单胞杆菌水稻致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzaeXoo)的拮抗活性及其对水稻白叶枯病(bacterial-blight,BB)的生物防治效果。采用牛津杯法测定了菌株Bv-303发酵上清液(cell-free supernatant,CFS)对白叶枯病菌体外拮抗的活性及其稳定性;通过对接种白叶枯病菌的水稻叶片进行喷雾处理,在水稻体内测试了该菌株发酵液(cell-culture broth,CCB)、发酵上清液及菌悬液(cell-suspension water,CSW)对白叶枯病菌的抑制效果;并统计了该菌株对水稻种子发芽率与幼苗生长的影响。结果表明,在体外,菌株Bv-303发酵上清液对白叶枯病菌的生长抑制率可达85.7%–88.0%,对热、酸、碱、紫外线等具有较好的稳定性;在水稻叶片上,喷施该菌株的发酵液、发酵上清液及菌悬液均能提高植株对白叶枯病的抗性,其中发酵液的效果最佳,抗病性提高率高达62.7%;且发酵液对水稻种子萌发和幼苗生长均没有副作用。因此,菌株Bv-303对水稻白叶枯病害的生物防治具有较好的应用潜力。

    • >高校生物学教学
    • 应用型人才培养视角下的生物工程类专业“生产实习”课程教学改革与实践

      2023, 39(2):755-768. DOI: 10.13345/j.cjb.220475

      摘要 (154) HTML (328) PDF 1.54 M (332) 评论 (0) 收藏

      摘要:生产实习是本科阶段大学生利用专业技能,开展工程训练的重要教学环节,是生物工程类专业应用型人才培养的重要抓手。本文介绍了滨州学院“生物工程类专业生产实习”课程组在地方普通本科高校向应用型转变,培养高水平应用型人才的背景下,立足黄河三角洲——滨州生物与医药产业集群特色,深化校企合作,以绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)多克隆抗体为例,从教学内容、教学模式、考核方式、课程持续改进等内容进行改革与实践。一方面对其开发、生产、流通等环节的内容进行设计与重排,利用虚拟仿真等线上资源和平台开展培训,并通过实操检测和“校友邦”等软件平台进行实习过程记录、追踪与监测;另一方面建立注重实习过程的实践性与应用性的考核方式和持续改进的双向评价模式。通过近年的改革与实践,取得了一定的教学成效,促进了生物工程类专业应用型人才的培养,希望能对同类课程的教学实践改革提供借鉴。

    • 基于生产工艺管理的生物工程综合性实验设计

      2023, 39(2):769-779. DOI: 10.13345/j.cjb.220390

      摘要 (151) HTML (510) PDF 4.74 M (412) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物工程综合性实验课程以企业人才需求为导向,解决实际生产过程中的复杂工程问题为教学目标,利用两步酶转化法制备l-天冬氨酸和l-丙氨酸的工艺路线,结合生物工程专业生产工艺管理的特点,借鉴生产企业现场管理经验,实施四班三运转的实验运行方式。成绩考核加入交接班总结评价与团队协作评价,该课程设置了包含多门专业核心课程原理、方法与实验技术和企业生产管理模式的新型生物工程综合性实验教学内容,并通过教学实践,持续改进,形成完整的实验教学过程与考核机制。生物工程综合性实验课程取得了良好的教学效果,促进了生物工程专业实验教学的发展。

    • 生物化学与分子生物学本研教学一体化探索与实践

      2023, 39(2):780-789. DOI: 10.13345/j.cjb.220502

      摘要 (192) HTML (501) PDF 1.08 M (327) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物化学(Biochemistry)和分子生物学(Molecular Biology)课程是生命科学领域人才培养的基石。本研究以这些课程为桥梁,从知识框架重构、教学案例建设、教学资源共享、教学手段更新、立德树人格局的建立等方面入手,以学科特色科研成果案例和在线教学平台为支撑,通过课程教学实践,探索了以科研育人为导向,以课程建设为根基,以交流合作为推动力的本研一体化课程改革模式,搭建了“交流、实践、开放、信息化”的共享空间,实现了本、研教学以汲取知识为动力的自由、自主融合,使学生培养成效得到了提升。

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