摘要:

摘要:值此《生物工程学报》创刊40周年之际，本期纪念刊汇集了合成生物学、生物制造、医药健康、环境能源及农业食品等领域的40篇文章。序言简要回顾了《生物工程学报》的发展历程与学术贡献，展望未来方向，彰显学报推动科技创新与成果转化的重要使命。

摘要:DNA作为生命体的遗传物质，除包含4种碱基之外，还具有多种多样的修饰类型。自100年前DNA甲基化首次被发现以来，科研人员已在天然DNA中鉴定出17种以上的化学修饰，包括5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)、N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, 6mA)、N4-甲基胞嘧啶(N4-methylcytosine, 4mC)、5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)等。这些修饰在维持碱基配对特性的同时，可通过改变DNA-蛋白质相互作用参与调控多种生理过程并影响疾病发生。值得注意的是，早期发现的修饰均局限于碱基层面，而DNA硫修饰是首次在天然DNA骨架中发现了新元素，也是首次在DNA磷酸骨架上发现的天然修饰。在硫修饰DNA中，DNA磷酸骨架上的非桥接氧原子被硫原子取代，形成磷硫酰化修饰。近年来，关于DNA硫修饰的分布规律、基因组序列偏好性及其生物学功能的研究取得了显著进展。本研究系统阐述了DNA硫修饰相关的细菌防御系统和硫修饰特异性识别机制，并介绍了DNA硫修饰在合成生物学领域的前沿应用，特别是在基因编辑、核酸检测、抗噬菌体工业底盘菌方面的独特价值，为医学诊疗和工业生产提供了有力的技术支撑。

摘要:合成生物学与生物制造是生物技术领域的两大前沿方向，正在快速发展并被视为“第三次生物技术革命”的核心驱动力，通过“设计生命、造物致用”重塑工业制造范式，推动着医疗、能源、农业、环保等产业变革。然而，其在“设计生命、造物致用”及产业应用发展方面仍然面临筛选能力不足、培养异质性和生物过程调控有限等挑战。微流控技术凭借其微尺度流体操控能力，具有单细胞精度、高通量筛选、快速迭代等优势，为克服这些挑战提供了新的解决方案。本文综述了微流控技术在合成生物学“设计-构建-测试-学习” (design-build-test-learn, DBTL)循环中的应用，以及微流控技术驱动的生物制造过程强化，包括上游菌株性能提升及培养迭代和下游过程整合优化。文中还总结了微流控技术在化工材料、农业食品和医药健康等领域的应用案例。最后，本文分析了微流控技术面临的技术瓶颈，包括微尺度放大、芯片材料等问题，并展望了其在使能技术、跨学科整合及AI驱动的智能系统等方面的发展方向，为进一步促进合成生物学与生物制造的创新奠定了基础。

摘要:圆红酵母是一株性质优良的产油酵母，具有高产油脂、底物谱广、抗逆性强、可高密度培养以及可合成类胡萝卜素等特点，在生物技术领域具有广阔的应用潜力。信号肽作为引导蛋白质定向运输的短肽序列，已在代谢工程及合成生物学研究中得到广泛应用，但目前关于圆红酵母信号肽的研究较少。本研究考察了分别可靶向内质网、线粒体及过氧化物酶体的3种序列在圆红酵母中的细胞器靶向性能，将靶向信号肽与增强型绿色荧光蛋白eGFP融合表达，在相应细胞器观察到绿色荧光信号，表明这些靶向信号肽可用于蛋白定位。将血红蛋白VHb作为目的蛋白与靶向序列和eGFP连接，eGFP仍能定位于相应的亚细胞器，进一步表明通过与靶向信号肽连接，可将目的蛋白定位在特定细胞器中。最终，在圆红酵母中将脂肪酸光脱羧酶CvFAP分别靶向内质网、线粒体和过氧化物酶体，相应的工程菌株经蓝光诱导发酵后，与出发菌株相比，均检测到新产物烷烃的生成。以上结果为圆红酵母合成生物学研究提供了新的菌株材料，并拓展了其在细胞区室化工程方向的应用。

摘要:作为代谢工程重要底盘细胞之一，酵母细胞已被广泛应用于能源、材料和化学品生物合成。近年来，合成生物学及基因编辑技术的快速发展为复杂代谢途径的设计与构建提供了高效工具，极大地促进了代谢工程技术的发展与应用。本文首先介绍了几类常见酵母生理特性及其作为底盘细胞进行生物合成的优势和不足，并分析了其应用现状。随后，根据最新研究进展对代谢途径和常用代谢改造策略进行了总结归纳。最后，结合最新技术发展趋势，展望了未来酵母代谢工程发展方向，旨在为新一代酵母底盘细胞的开发与工程应用提供路径指引。

摘要:酵母广泛用于生产食品、医药、化学品和化妆品等产品，在国内外均有悠久的应用历史。近年来，随着酵母菌株改造技术与发酵工艺的持续进步以及人们对环境保护和生命健康日益重视，酵母生物技术在产业中的应用不断拓展与深化，利用酵母生产替代蛋白和化妆品等正在成为热门产业方向。此外，在可降解材料、食品及医药健康活性物质的生产方面，酵母生产体系正逐步实现工业化，展现出广阔的应用前景。为了保证酵母生物制造的原料供应，利用可再生生物质，尤其是木质纤维素类原料水解所得的可发酵糖进行酵母产品的开发，具有重要的研究意义。本文系统总结了当前酵母生物技术产业的发展现状，也对未来新兴酵母产业的发展趋势进行了展望，为进一步拓展酵母菌的产业应用、促进生物经济发展和提升绿色生物制造效率提供了基础。

摘要:合成生物学作为21世纪生命科学的重要前沿，正加速推动研究体系从单细胞微生物向多细胞高等植物的拓展。植物合成生物学通过对遗传元件、调控模块和代谢通路的模块化设计与重构，实现对复杂生命系统的理性设计与功能再造。本文梳理了植物合成生物学的研究基础及其重要应用方向，重点探讨了启动子合成、基因组编辑技术的发展以及基因回路的设计等，并聚焦其在天然产物合成领域的应用前景。同时，本文分析了植物合成生物学当前面临的主要挑战，并对其未来发展趋势进行了展望。

摘要:UbiA型萜类环化酶是近年来在真菌和细菌中发现的一类新型非经典萜类合成酶，能够催化线性萜类前体通过碳正离子机制发生环化，构建复杂的萜类骨架结构，该类酶的发现显著拓展了天然产物生物合成酶的种类和结构多样性来源。本文系统综述了自2013年首次在烟曲霉(Aspergillus fumigatus)中发现FmaTC以来，共31种UbiA型萜类环化酶的研究进展，涵盖其保守基序特征、系统发育关系、生物合成相关基因簇及产物的结构类型。重点梳理了倍半萜、二萜及二倍半萜等代表性天然产物及其对应的环化酶，探讨了该类酶与细胞色素P450等修饰酶协同作用所产生的化合物，揭示了UbiA家族成员在天然产物多样性形成中的潜在作用。该类酶的发现不仅丰富了萜类生物合成酶库，也为高活性天然产物的生物合成及应用提供了新的研究思路。

摘要:植物甾体化合物种类繁多，具有重要的生理作用，且在抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎、降血糖血脂、保肝、免疫调节等方面药理活性显著，是创新药物的重要来源。细胞色素P450 (cytochrome P450s, CYP450s)超家族是一类含亚铁血红素的酶，它们能够进行极其显著的区域特异性和立体特异性氧化反应。CYP450s在植物甾体化合物结构氧化修饰中发挥关键作用。本文全面概述了已鉴定功能的CYP450蛋白，它们参与植物甾体化合物的骨架形成(如C-14脱甲基反应、侧链降解反应等)及骨架与侧链修饰。另外，还基于甾体骨架及侧链的不同结构，重点总结了参与Δ22-甾醇、油菜素甾醇、胆固醇衍生物、醉茄内酯等甾体化合物生物合成途径的CYP450s的研究进展及氧化修饰对甾体活性及功能的影响。最后，还对未来CYP450s在植物甾体生物合成中的研究方向进行了讨论展望，为参与植物甾体化合物生物合成的CYP450s提供一个新的、全面的概览，并为未来更多甾体化合物生物合成途径的解析提供思路及借鉴。

摘要:甾醇在生物体的生长发育、细胞膜构建等方面发挥着重要的作用。甾醇的生物合成是一个复杂的代谢过程，涉及多种酶促反应，甾醇C-4甲基氧化酶复合体在甾醇的生物合成过程中负责去除C-4位的2个甲基，这一过程是甾醇功能化的重要步骤。本文系统综述了甾醇C-4甲基氧化酶复合体(sterol-C-4-methyl oxidase-like, SC4MOL)在甾醇生物合成中的重要作用，特别阐述了甾醇C-4甲基氧化酶复合体的构成、催化机制及其在不同生物体生长发育、抗击病害胁迫等过程中的功能多样性，为深入研究甾醇代谢调控奠定了基础。

摘要:碳霉素(carbomycin)是在耐热链霉菌中产生的16元大环内酯类抗生素，包括碳霉素A (carbomycin A, CA)和碳霉素B (carbomycin B, CB)这2种成分，CB在C12-C13位环氧化后形成CA。在carbomycin生物合成基因簇中，cbm2813基因编码细胞色素P450酶，推测其负责催化C12-C13位双键的环氧化。本研究旨在通过体内基因阻断和体外酶促反应鉴定carbomycin生物合成基因簇中细胞色素P450酶Cbm2813的功能和酶学特征。利用CRISPR-Cas9基因编辑系统构建cbm2813基因敲除菌株Δcbm2813，在Δcbm2813的发酵产物中只发现CB，而无CA；而cbm2813回复菌株又重新产生CA。在大肠杆菌中表达并纯化出Cbm2813，体外酶反应证实Cbm2813具有一定的底物特异性，能催化CB的C12-C13位进行环氧化生成CA，而不能催化交沙霉素、麦迪霉素、异戊酰螺旋霉素Ⅰ等其他结构类似的16元大环内酯类抗生素。酶学性质研究发现Cbm2813的最适pH为5.5，最适温度为36 ℃，米氏动力学研究表明Cbm2813的催化效率k_cat/K_m为4.39×10³L/(mol·s)。通过Cbm2813与CB的分子对接结果推测C9位羰基能与酶反应中心的Fe形成配位键从而固定底物，使其具有较强的底物选择性。本研究鉴定的细胞色素P450酶Cbm2813对于丰富P450氧化酶库具有重要意义，且能为深入解析carbomycin的生物合成过程奠定基础。

摘要:黄酮芹糖苷类化合物是含有芹糖基的黄酮糖苷，在自然界中分布广泛。根据苷元类型的不同，可以分为黄烷酮芹糖苷、查尔酮芹糖苷、黄酮芹糖苷、黄酮醇芹糖苷及异黄酮芹糖苷等。黄酮芹糖苷类化合物具有抗氧化、抗炎、促进骨骼生长等多种药理活性，具有较好的药用前景。然而，囿于植物中黄酮芹糖苷类化合物含量较低、化学合成步骤繁琐，黄酮芹糖苷类化合物的获取存在较大的困难，极大地限制了其进一步的成药性研究。黄酮芹糖苷类化合物生物合成途径酶的发现为应用生物合成的方式大量制备黄酮芹糖苷类化合物奠定了基础。本文对植物中发现的黄酮芹糖苷类化合物的结构多样性、药理活性及生物合成研究进行了系统评述，为黄酮芹糖苷类化合物的开发及应用提供了借鉴。

摘要:D-氨基酸是一种具有独特生理活性的手性分子，在微生物、植物、动物体内广泛分布，在食品、药物、农药、化妆品等领域发挥着越来越重要的作用。天然的D-氨基酸含量较低，而传统的化学合成法因立体选择性低、环境污染大以及生产成本高等问题，难以满足工业化生产的需要。酶法合成凭借其高度的立体选择性、温和的反应条件和环境友好性，成为了新一代的D-氨基酸合成的研究热点。目前常用于D-氨基酸合成的酶包括：D-氨基酸脱氢酶、L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氨基转移酶、D-氨基酸酰胺酶、海因酶、D-氨基甲酰酶等。这些酶通过不同机制对底物进行转化或对外消旋体进行拆分，或构建多酶级联反应合成多种D-氨基酸及其衍生物。本文综述了酶法合成D-氨基酸的最新进展，探讨了不同酶的催化机制、优化策略以及它们在实际应用中的表现，为D-氨基酸的高效、绿色合成提供了理论依据和技术支持。

摘要:生物制造作为生物经济的核心驱动力，正推动生产原料与生产方式向绿色、可持续方向转型。生物制造产品将全面覆盖能源、化工、材料、食品、医药和农业等领域，如纤维素乙醇及可持续航空用油(sustainable aviation fuel, SAF)等生物燃料、聚乳酸(poly lactic acid, PLA)与聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)等生物可降解材料，以及微生物菌体蛋白、功能糖、胶原蛋白、色素等系列高附加值产品。本文探讨了生物制造在原料、菌株、生产工艺这3个方面的发展方向，主要包括原料从传统粮食向非粮生物质和CO₂等低碳资源扩展，工业菌株借助高效基因组编辑、自动化平台和人工智能技术实现理性设计与高效构建，生产过程依托拉曼光谱、自动化装备与智能控制实现精准调控与优化。通过加强技术融合、完善产业链条与深化国际合作，突破生物制造在技术创新、原料供给和政策体系等方面面临的挑战，占据全球制造业重要份额，成为引领生物经济高质量发展的关键力量。本文期望加深对生物经济的理解和生物制造技术的关注，推动我国生物制造产业的发展。

摘要:含patatin样磷脂酶结构域3 (patatin-like phospholipase domain-containing 3, PNPLA3)基因多态性(SNP rsID: rs738409; PNPLA3-I148M)是代谢相关脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease, MAFLD)的关键遗传易感因素，与疾病进展密切相关，然而，其在肝纤维化中的调控机制仍待阐明。为了分析PNPLA3-I148M过表达对肝脏胆固醇代谢、线粒体功能和肝纤维化的影响，本研究分别构建了肝脏特异性过表达野生型PNPLA3蛋白(PNPLA3-wild type, PNPLA3-WT)和PNPLA3-I148M的小鼠模型，并采用高胆固醇-蛋氨酸和胆碱缺乏(high cholesterol-methionine and choline deficient, HC-MCD)饮食诱导肝纤维化。结果显示，与PNPLA3-WT组相比，PNPLA3-I148M组小鼠肝脏中总胆固醇、甘油三酯和游离胆固醇水平显著升高，脂滴蓄积增加，脂肪变性和纤维化程度加重。机制研究表明，PNPLA3-I148M通过抑制酰基辅酶A:胆固醇酰基转移酶1 (acyl-coenzyme A:cholesterol acyltransferase 1, ACAT1)和ATP结合盒转运蛋白G1 (ATP-binding cassette transporter G1, ABCG1)的表达，干扰胆固醇酯化和外排，导致肝脏游离胆固醇异常积累，并激活动力蛋白相关蛋白1 (dynamin-related protein 1, DRP1)，诱导线粒体功能障碍和纤维化相关基因表达。本研究结果为PNPLA3-I148M促进肝纤维化发展提供了重要的体内证据和潜在分子机制，并为靶向PNPLA3-I148M的MAFLD精准治疗策略奠定了基础。

摘要:铁死亡是一种近年来发现的新型程序性细胞死亡方式，抑制铁死亡可抑制脂质过氧化，减少肝细胞坏死以及炎症反应，因此，靶向铁死亡通路关键靶标可以作为代谢功能障碍相关脂肪性肝病(metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD)治疗的新策略。本文综述了铁死亡在MASLD疾病中的作用、分子机制、信号通路及药物应用进展，为研发MASLD治疗药物提供了参考。

摘要:2型糖尿病发病率和发病人数的持续攀升给社会带来了很大的经济负担。2型糖尿病的发病机制主要是胰岛β细胞的胰岛素分泌功能受损和骨骼肌、肝脏和脂肪组织的外周胰岛素抵抗。尽管已经有很多研究探索了2型糖尿病的病理机制，但是其发生和发展的精确分子机制尚未完全阐明。现有证据表明多种蛋白质翻译后修饰在糖尿病及其并发症的发展中发挥重要作用。随着分析技术、质谱技术和定量蛋白质组学技术的发展，系统性表征生理和2型糖尿病条件下翻译后修饰的动态变化成为可能，可以为2型糖尿病及其并发症的发病机制提供分子层面的新见解。本文重点探讨了几种蛋白质翻译后修饰，包括磷酸化、酰化修饰(乙酰化、丙二酰化和琥珀酰化)、O-连接β-N-乙酰葡糖胺修饰(O-linked β-N-acetylglucosamine, O-GlcNAc)以及晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products, AGEs)和酪氨酸硝基化(protein tyrosine nitration, PTN)在2型糖尿病及其并发症病理中的作用。同时综述了翻译后修饰组学技术在解析2型糖尿病的病理分子机制中的最新应用进展，为2型糖尿病发病机制研究与靶向治疗提供了新的视角。

摘要:泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system, UPS)是调控真核细胞中蛋白质周转、形成蛋白循环的主要机制。去泛素化酶(deubiquitinases, DUBs)通过去除目标蛋白上的泛素链，阻止其泛素化降解而维持蛋白稳定性和功能，在蛋白循环中扮演关键角色。基于该原理的去泛素化酶靶向嵌合体(deubiquitinase-targeting chimeras, DUBTAC)技术应运而生。DUBTAC分子由3部分组成：目标蛋白配体、去泛素化酶招募子和连接二者的连接子(linker)，其能同时结合目标蛋白和去泛素化酶，诱导去泛素化酶切割目标蛋白泛素链而达到靶向稳定蛋白和恢复其功能的目的。新兴的DUBTAC技术为异常降解且通常认为“不可成药”的蛋白质提供了新的研发策略。相较于成熟的蛋白降解靶向嵌合体(proteolysis-targeting chimera, PROTAC)及分子胶降解剂(molecular glue degrader)技术，DUBTAC技术因靶向稳定抑癌蛋白的独特优势而具有抗肿瘤治疗潜力。目前，该技术仍处于早期研发阶段，系统性综述较为缺乏。本文介绍了DUBTAC的基本概念、设计思路与研发要点，归纳应用DUBTAC技术研发抗肿瘤药物的最新研究进展，并讨论展望其未来研发策略和临床应用前景，为DUBTAC的研究提供了参考和新的思路。

摘要:免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)是有颌类脊椎动物特有的一类适应性免疫效应分子，其高度多样性的产生依赖于V(D)J基因重排、体细胞超突变(somatic hypermutation, SHM)和抗体类别转换重组(class switch recombination, CSR)等机制。上述过程由多种关键酶协同调控，包括重组激活酶(recombination activating gene, RAG)、末端脱氧核苷酸转移酶(terminal deoxynucleotidyl transferase, TdT)、活化诱导型胞苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase, AID)及DNA糖基化酶等。这些酶不仅在抗原受体多样性形成中发挥关键作用，也被广泛开发为进行生物学基础研究的重要工具。本文综述了哺乳动物抗原受体多样性形成的分子机制，探讨了抗体筛选与应用的研究进展，并重点梳理了TdT、胞苷脱氨酶及DNA糖基化酶在合成生物学领域中的最新应用。相关研究为生物技术与医学领域的基础研究和技术创新提供了重要理论支撑与新方向。

摘要:本研究旨在制备猪肺炎支原体(Mycoplasma hyopneumoniae, Mhp)膜蛋白Mhp271的多克隆抗体(polyclonal antibody, pAb)并系统评价其免疫学特性及潜在应用价值。首先通过PCR技术扩增获得mhp271基因片段(3 156 bp)，将其克隆至原核表达载体pMAL-c5x中构建重组表达质粒pMAL-c5x-mhp271。经PCR鉴定和DNA测序验证正确后，将重组质粒转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中，通过IPTG诱导表达重组Mhp271蛋白(rMhp271)。Western blotting结果显示，rMhp271在160 kDa处呈现特异性条带，表明该重组蛋白成功表达。将纯化的rMhp271蛋白乳化后经3次免疫BALB/c小鼠，并在第3次免疫1周后采血，分离血清获得抗Mhp271蛋白pAb。为评价该pAb的反应原性，建立Mhp体外感染猪肺泡巨噬细胞(porcine alveolar macrophages, PAMs)模型，感染12 h后分别采用Western blotting和间接免疫荧光试验(indirect immunofluorescence assay, IFA)进行检测。Western blotting结果显示，在Mhp感染的PAMs细胞裂解物中可见118 kDa特异性条带，而未感染对照组未检测到相应条带；IFA检测结果显示，Mhp感染组细胞中出现明显的绿色荧光信号，未感染对照组则无荧光信号。进一步通过体外封闭试验评估抗Mhp271蛋白pAb的抗Mhp感染潜力。将Mhp分别与100倍稀释的抗Mhp271蛋白pAb (实验组)或阴性血清(对照组)预孵育30 min后，接种至PAMs细胞并培养12 h，TaqMan实时荧光定量PCR检测结果显示，实验组Mhp载量较对照组显著降低；IFA检测发现实验组荧光信号强度明显减弱。本研究制备的抗Mhp271蛋白pAb具有良好的反应原性和抗感染活性，可用于Western blotting、IFA等免疫学检测方法。

摘要:合成微生物组作为人工构建、具有特定功能的微生物群落，在近年来的生物修复领域展现出巨大的应用潜力。相较于单一菌株，合成微生物组在矿化复杂污染物以及同时代谢复合污染物方面具有显著优势。合成微生物组构建涉及多种策略方法，这些策略方法有助于设计功能多样、适应不同环境的微生物群落。传统基于实验的合成微生物组研究往往难以系统阐明微生物组成员之间的复杂代谢互作关系，限制了合成生物组的设计和应用。基因组规模代谢模型技术为合成微生物组的设计构建和功能优化开辟了新的途径。本文重点综述了合成微生物组在生物修复中的优势，分析了现有合成微生物组设计构建涉及的理论及策略， 同时探讨了基因组规模代谢模型在合成微生物组设计及污染环境生物修复领域的应用。本文可为加速合成微生物组研究、 推进合成微生物组应用于环境生物修复领域提供理论依据和技术支撑。

摘要:石化污染物对环境造成严重威胁，生物修复是石化污染修复的主要技术之一。传统的生物修复过程往往存在耗时长、成效低等局限性，因此亟需开发新型生物修复技术以提高石化污染物的降解效果。而使用合成生物学手段构建工程微生物降解污染物以解决环境问题是当下的研究热点和前沿技术。本文主要介绍了石化污染的危害以及现有修复技术的不足，总结了生物传感器、降解工程菌株以及合成微生物群落在石化污染修复中的研究进展，描述了工程微生物在石化修复过程中存在的问题并提出了可能的解决方案，最后针对合成生物学技术在石化污染修复中的应用前景进行了展望。合成生物学技术在环境修复领域的不断发展有望进一步提高生物修复效率，达到最佳修复效果，为我国的绿色发展理念和环境保护工作提供更多可行方案。

摘要:生物强化是处理石油污染的常用技术，然而外源菌株常因环境适应性差而难以在污染场地中有效定殖，限制了其修复效率。为解决外源菌株难以长期维持活性以及农业废弃物菌糟亟待绿色处理的问题，本研究以农业废弃物菌糟为新型固定化载体，制备高效烷烃降解菌剂，并使用正交法对制备工艺进行优化。结果表明，菌糟的纤维素结晶度高达73.63%，同时含有羟基和羧基等官能团及高含量可溶性营养物质，适合作为微生物载体。此外，筛选出一株烷烃降解菌假单胞菌 (Pseudomonas sp.) MJ，将其固定在菌糟上，制备成固定化菌剂，最佳制备条件为：固定化时间72 h、菌糟粒径0.25-0.30 mm、菌糟:菌液=1:4 (质量体积比)。该条件下，菌糟固定化菌剂具有良好的菌株保留能力和长期稳定性，4 ℃保存30 d后的载菌量仍可保持1.05×10¹⁰ CFU/g，同时其具有良好的烷烃降解能力，72 h内对500 mg/L正二十烷的降解率达到95.80%，是游离菌株的11.24倍。本研究为烷烃污染的生物修复提供了一种高效的固定化菌剂，并为农业废弃物菌糟的绿色处理提供了新的途径。

摘要:工业废水中芴与重金属的复合污染问题已受到广泛关注。重金属的存在会抑制微生物对芴的降解，因此筛选具有重金属抗性的芴降解菌株成为修复此类复合污染的重要研究方向。针对现有芴降解菌株在重金属共存环境中普遍存在活性受限、降解效率降低的问题，本研究选取2株具有重金属抗性的多环芳烃降解菌株，即根瘤菌(Rhizobium sp.) BX和假单胞菌(Pseudomonas sp.) DL为研究对象，将它们组配成混合菌株，探究其在重金属胁迫下的芴降解性能及机制。结果表明，2个菌株在120 h内可以完全降解25-50 mg/L的芴。菌株BX和DL对单一Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cr(VI) (0-200 mg/L)及混合重金属(0-400 mg/L)体系均表现出耐受性。将这2株菌混合后采用响应面法系统优化其在混合重金属胁迫下的降解条件，最终确定最佳参数组合为菌株数量比BX:DL=4:7、pH 8.59、葡萄糖浓度25.73 mg/L、接种量8.91% (体积分数)，此条件下100 mg/L芴在120 h时的降解率达76.25%。基于全基因组测序数据与代谢中间产物检测结果，发现该混合菌株通过涉及水杨酸和邻苯二甲酸的下游途径完成芴的代谢转化。本研究为重金属胁迫下含芴废水的生物处理提供了具有应用潜力的微生物资源。

摘要:反式-3-甲基-2-己烯酸(trans-3-methyl-2-hexenoic acid, E3M2H)被广泛认为是腋臭气味的关键成分之一。为了筛选E3M2H降解菌并探究高效E3M2H降解菌的分子代谢机制，本研究从森林土和浴池污水样品中定向分离得到一株高效的E3M2H降解菌株樊庆笙红球菌(Rhodococcus qingshengii) SDb-8。通过非靶向代谢组学技术，对菌株代谢E3M2H及其结构类似物的过程进行了差异性代谢通路分析，发现在R. qingshengii SDb-8氧化E3M2H的过程中，2,2-二甲基戊酸、4-甲基己酸等物质的表达量上调，其中二氨基丁酸-2-氧代戊二酸转氨酶、l-2,4-二氨基丁酸乙酰基转移酶、l-肌肽合酶基因表达显著上调。本研究为E3M2H的生物降解提供了新的微生物资源，阐明了E3M2H菌株高效降解代谢机制，同时为开发基于微生物降解的腋臭治疗新策略提供了理论依据。

摘要:近年来，塑料污染问题日益严峻，酶介导的塑料降解技术备受关注。大量研究从典型生境、极端环境、宿主中筛选到多种塑料降解酶。然而，较短的共进化周期导致微生物难以进化出特异性塑料降解酶。现有的塑料降解酶主要分布在碳水化合物酯酶(carbohydrate esterases, CEs)和辅助活性酶(auxiliary activities, AAs)家族，这些蛋白被证实与木质素降解有关。因此，木质素降解酶系也成为塑料降解酶的潜在来源。目前塑料降解酶的催化机制与应用相关研究仍然聚焦于IsPETase和叶枝堆肥角质酶(leaf-branch compost cutinase, LCC)，而对非水解型塑料降解酶的类型及结构特征缺乏系统认知。本文综述了C-O与C-C骨架型塑料降解酶的研究现状和催化机理，阐述了近5年塑料降解酶在筛选策略、工程化改造及其应用方面的研究进展，旨在推动降解酶研究在机制和应用转化方面的协同发展，为解决塑料污染治理提供理论依据。

摘要:为解决现有技术在亚硝酸盐氮(NO₂^--N)去除中存在的效率偏低、易受高浓度污染物影响等问题，筛选具有高效NO₂^--N去除能力的功能菌株已成为有效的解决方法之一。本文以从环氧丙烷皂化废水活性污泥中分离得到的菌株Paracoccus shandongensis wg2为研究对象，开展氮平衡分析与同位素示踪分析相关研究，证明其脱氮代谢途径属于亚硝酸盐反硝化类型。在缺氧条件下，该菌株对NO₂^--N具有明显去除功能，48 h去除率达98.00%以上。经工艺参数优化，确定最佳脱氮条件为：以葡萄糖为碳源、C/N=5、初始pH 7.0、温度30 ℃及转速170 r/min；在此条件下，菌株wg2可在10 h内将55 mg/L的NO₂^--N完全去除。本研究不仅为含氮废水的生物处理提供了菌种资源，还对处理高浓度亚硝酸盐废水具有重要的实践指导价值。

摘要:高粱是干旱、盐碱地区重要的禾本科粮食作物。籽粒大小是限制禾本科作物产量的重要因素，然而调控高粱籽粒大小发育的基因尚不明晰。本研究对高粱NF-YA转录因子进行分析，发现SbNF-YAs具有组织表达特异性，其中SbNF-YA3在高粱籽粒发育时期高表达。该基因编码区包含747个碱基，编码248个氨基酸，具有1个CBFB-NFYA功能域，属于NF-YA基因家族成员，启动子区由多个顺式元件组成，干旱、盐、高温、低温和脱落酸(abscisic acid, ABA)处理会导致SbNF-YA3表达量下调。SbNF-YA3的自然变异分析发现Hap1是主要单倍型。SbNF-YA3(SNP37)与粒长、粒宽和千粒重在“2022东白” “2023运城”和“2023东白”这3种环境中均极显著相关，其中SNP37-A是优异等位变异，在进化过程中受到人工选择。本研究揭示了SbNF-YA3调控高粱籽粒大小的分子基础，为高粱育种开发分子标记、检测调控籽粒大小优异等位基因、创制优质高粱新品种提供了有力证据。

摘要:干旱胁迫严重影响作物生长、发育及产量，是制约全球农业生产的关键因素之一。本文主要围绕作物响应干旱胁迫的分子机制和抗旱生物技术育种的分子策略展开综述。首先阐述植物对干旱胁迫的感知机制，深入探讨了干旱胁迫响应中的核心信号转导途径，转录调控与干旱胁迫响应相关基因的表达，以及其他植物激素在作物干旱胁迫响应中的信号通路。同时，对作物抗旱育种的分子策略，包括抗旱候选基因的挖掘、分子标记辅助育种、多组学技术辅助育种、转基因及基因编辑技术的应用进行了总结。最后，对作物干旱胁迫研究的现状、热点以及未来方向等进行了分析。本文旨在为深入理解作物干旱胁迫响应机制，推动抗旱作物品种培育及生物育种技术应用提供参考。

摘要:小麦是我国重要的粮食作物之一。小麦纹枯病是由禾谷丝核菌侵染引起的一种极具破坏性的病害，严重影响小麦的产量和品质，培育和推广抗病品种是防治纹枯病最经济有效的途径。小麦纹枯病抗性是多基因控制的数量性状，本文概述了小麦纹枯病抗性的遗传研究进展，介绍了小麦抗纹枯病种质资源鉴定情况，总结了已报道的51个抗病数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)，其中表型变异贡献率超过10%的有33个；另外还详细阐述了小麦抗纹枯病相关基因的研究进展，对转录因子、蛋白激酶、代谢关键酶、表观修饰酶、抗菌肽等不同类型编码基因的抗病机制进行了梳理；同时对禾谷丝核菌基因组解析及其与小麦的互作机制等方面的研究进展进行了总结，为小麦抗纹枯病遗传改良和抗病品种培育提供了理论指导。

摘要:小麦茎基腐病是由假禾谷镰刀菌等镰刀菌属真菌侵染引起的小麦(Triticum aestivum L.)病害，病原菌可合成脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)等真菌毒素，对小麦产量和品质造成威胁。近年来，小麦茎基腐病在我国北方麦区的发生范围和程度呈现持续上升的趋势，本文综述了小麦茎基腐病的流行特点以及病原菌致病机理及抗性机制，提出抗性品种选育结合监测预警进行综合防控。综合防控可有效减少产量损失，降低毒素污染，推动绿色生产。未来应加强病原菌与小麦植株间的互作机制研究，培育广谱抗病品种，研发绿色高效防控产品，建立“早期预防-病原监测-病后防治”技术体系，从而减少对单一化学药剂的依赖，保持土壤真菌多样性。对假禾谷镰刀菌侵染小麦机理进行解析，可为其他病原菌跨界侵染提供早期预防，以保障小麦安全生产与粮食安全。

摘要:禽白血病是由禽白血病病毒(avian leukosis viruses, ALV)引起的重要禽类肿瘤性疾病。ALV共分为11个亚群(ALV-A‒ALV-K)。其中J亚群ALV (ALV-J)自1999年传入我国后，其流行病学特征发生了显著变化：最初仅在肉鸡中流行，随后迅速扩散至商品蛋鸡和地方品种鸡群。ALV-J感染鸡后通常诱导产生髓细胞瘤，也可在感染的部分蛋鸡中诱导产生血管瘤。ALV-J作为逆转录病毒易发生变异。与ALV-J原型毒株HPRS-103相比，我国鸡群中流行的ALV-J毒株的gp85基因、U3和非翻译区(untranslated region, UTR)区域出现了显著变异。其中gp85的变异导致蛋鸡和地方品种鸡源毒株形成独立进化分支，显著增强了病毒的复制和传播能力。UTR区205个核苷酸的缺失和U3区的关键突变是病毒致病性增强的重要分子基础。在防控方面，我国采取以检测净化为主的综合防控策略，并研制了完善的禽白血病检测净化技术与产品。本文系统总结了ALV-J传入我国20多年来流行病学演变、分子变异及防控技术等方面的研究进展，不仅为深入理解ALV-J的生物学特性提供了科学依据，也为制定更有效的防控策略指明了方向。

摘要:口蹄疫病毒(foot-and-mouth disease virus, FMDV)与宿主相互作用的研究已从传统的病原学分析逐渐发展为多维度、精细化互作网络的系统性研究。本文系统梳理了该领域的主要进展：首先，在入侵机制方面的研究已超越简单的“受体-配体”结合模型，深入到多受体协同与多种内吞途径的时空调控；其次，病毒通过代谢重编程与免疫逃逸等多种策略协同作用，协同劫持宿主细胞，进而构建有利于其自身复制的细胞内微环境；此外，反刍动物持续性感染机制的阐明，以及病毒复制与组装过程中宿主因子调控网络的解析，显著深化了对FMDV潜伏感染及复制周期的认知。这些机制研究为开发新型干预策略(如广谱疫苗、靶向宿主因子的抗病毒药物和抗病育种)提供了理论基础，有望突破现有防控手段的局限。未来研究应注重整合多学科前沿技术，深入揭示病毒-宿主共进化规律，并推动基础研究向临床与应用转化，为实现口蹄疫有效防控提供新范式与策略支持。本文系统性阐明了口蹄疫病毒与宿主相互作用的多维机制，不仅深化了对病毒潜伏感染及复制周期的理论认识，也为开发广谱疫苗和靶向抗病毒药物等新型防控策略提供了关键理论依据，从而有望突破现有防控瓶颈。

摘要:普通小麦是我国主要口粮作物之一，小麦籽粒的蛋白品质直接决定了面食制品的加工品质与营养品质。随着人口增长、膳食结构升级及食品工业需求转型，我国小麦研究已从单纯追求高产转向“产量-品质-营养”协同提升的新阶段。本文系统梳理了小麦籽粒蛋白品质研究的主要进展，包括面筋蛋白与优质亚基的鉴定、面筋蛋白基因的表达调控解析、基于多组学技术对品质相关基因的挖掘、蛋白质-其他组分相互作用对加工特性的影响及生物技术在优质麦选育过程中的应用等。同时，针对当前小麦品质性状鉴评复杂且易受环境影响等问题，以及在“国家全谷物行动计划”背景下蛋白品质研究需实现“营养功能协同优化”的目标，本文探讨了分子标记辅助选择与基因编辑等前沿技术面临的挑战及未来发展前景，为优质小麦产业升级提供了理论支撑。

摘要:大豆异黄酮(soybean isoflavones, SIF)是一类多酚化合物，具有增强免疫力、抗氧化、抑制癌症、促进繁殖和生长等多种生物活性功能。近年来，越来越多的研究关注其在动物养殖中的应用。然而，天然存在的大豆异黄酮多以生物活性较低的糖苷型结构形式存在，而具有较高生理活性的游离苷元成分含量相对较少，因此，其生物活性提升需借助生物转化过程实现。微生物发酵法具有绿色环保、高酶活性、高转化率且生产成本低廉等优点，能够将低活性大豆异黄酮转化为高活性的游离型大豆异黄酮苷元等物质。常见的转化反应包括去糖基、脱甲基、脱羟基以及还原反应等。本文阐述了SIF的结构及代谢转化途径，总结了不同微生物转化大豆异黄酮的研究进展并评述了SIF在改善畜禽生产性能、繁殖机能及免疫功能方面的应用成效与潜在机理，为大豆异黄酮在畜牧、食品等行业中的应用提供了参考。

摘要:细胞分裂素(cytokinin, CK)是一类能够调节植物细胞生长和发育的植物激素，与作物产量息息相关，也是促进愈伤组织生长和再分化的最重要的激素之一。细胞分裂素氧化酶(cytokinin oxidase/dehydrogenase, CKX)不可逆地催化细胞分裂素侧链断裂使其失活，能够动态地调控植物体内的CK含量，参与调控植物光形态建成、生长、叶片衰老等性状，但是其在愈伤再生过程中的功能尚不清楚。本研究利用植物组织培养再生和细胞分裂素测定技术系统研究水稻CKX基因家族突变体愈伤组织的CK含量变化和再生能力，结果发现OsCKX2基因突变后可以显著增加愈伤再生过程中愈伤的CK含量，再生相关基因WOX11、LEC1表达量显著增加，最终提高了再生频率，而OsCKX1和OsCKX7基因突变后可以显著减少再生过程中愈伤的CK含量，且愈伤褐化严重，再生相关基因WOX11、LEC1表达量显著下降，最终造成再生频率下降。细胞分裂素处理后可以显著恢复osckx1和osckx7突变体愈伤褐化和再生频率下降的表型，表明CK含量是造成褐化和愈伤再生的主要原因。基因定量分析发现OsCKX2在愈伤再生过程中表达量较高，而OsCKX1和OsCKX7表达量很低。上述结果表明OsCKX2、OsCKX1、OsCKX7均参与调控水稻愈伤再生，为提高水稻愈伤再生频率的改良提供了一定的理论依据。

摘要:本研究旨在探究α-酮戊二酸(alpha-ketoglutaric acid, AKG)对奶山羊精液冷冻保存效果的影响，并深入揭示其潜在的作用机制。选取10只健康萨能奶山羊种公羊，采集并混合活率大于80%的精液。将精液与含有不同浓度AKG (0、10、100、1 000 μg/mL)的冷冻液混合，采用液氮熏蒸法进行冷冻保存。解冻后分别检测精子运动参数、生存指数、质膜完整率、顶体完整率、抗氧化酶活性、ATP水平及凋亡发生率等关键指标。基于上述结果筛选出最佳浓度，并利用非靶向代谢组学技术分析其引起的代谢物与代谢通路变化。最后，通过体外受精和人工授精试验，对冷冻精液的受精能力进行综合评价。结果表明，与对照组相比，添加100 μg/mL AKG显著提升了冷冻-解冻后精子质量，其精子活力达到58.71%，质膜与顶体完整率分别显著提高至61.56%和62.49%。同时，该浓度的AKG显著提高了精子的总抗氧化能力、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶活性，同时显著降低了丙二醛和活性氧水平。此外，精子内ATP水平显著升高，而早期凋亡发生率显著降低。非靶向代谢组学分析显示，100 μg/mL AKG组与对照组之间存在397种显著差异代谢物，这些代谢物主要富集于三羧酸循环、丙酮酸代谢、谷胱甘肽代谢和NF-κB信号通路等154条关键代谢通路。体外受精结果显示，AKG处理显著提高了体外受精卵裂率，但对囊胚率无显著影响，同时人工授精妊娠率显著提高(34.13% vs. 21.97%)，妊娠率提高12.16%。综上所述，在山羊精液冷冻液中添加100 μg/mL AKG可通过调控三羧酸循环、丙酮酸代谢、谷胱甘肽代谢和NF-κB信号通路等代谢过程，有效提升解冻后精子的运动能力、抗氧化能力及能量供应，并抑制凋亡发生，最终显著改善精子的受精能力与人工授精妊娠率。本研究为优化奶山羊精液冷冻保存技术提供了新的有效策略和理论依据。

摘要:合成生物学致力于通过工程化设计重构生命系统，其理性化设计需要原子精度的分子机制解析作为理论支撑。蛋白质结构解析技术通过揭示蛋白质的三维构象、动态变构及分子互作网络，为合成生物元件的功能设计与性能优化提供了不可或缺的原子级蓝图。近年来，冷冻电镜、X射线晶体学和人工智能预测等技术的突破，显著推动了蛋白质结构解析在合成生物学领域中的应用，包括蛋白质工程、代谢途径优化、生物传感器设计和人工生物系统构建。本文综述了蛋白质结构解析的关键技术进展，并探讨了其在合成生物学领域的具体应用案例及未来发展趋势，为相关研究提供了理论参考和技术展望。

摘要:青霉属真菌在工业、生物降解及医药领域具有重要应用价值，但其近缘物种的精准鉴定仍面临挑战。时珍法是基于全基因组分析筛选并识别物种特异靶标序列实现物种准确鉴定的新方法，为物种准确鉴定提供新思路。为解决该属近缘物种鉴定难题，本研究利用时珍法对青霉属82个近缘物种的130个基因组进行生物信息学分析，构建82个物种特异靶标序列库，去重后特异靶标序列数量范围为2 562–557 355条。为验证特异靶标序列的适用性，选择7个代表性物种：变灰青霉(Penicillium canescens)、草酸青霉(Penicillium oxalicum)、桔青霉(Penicillium citrinum)、酒青霉(Penicillium paneum)、娄地青霉(Penicillium roqueforti)、产红青霉(Penicillium rubens)和波兰青霉(Penicillium polonicum)，各筛选1条特异靶标序列，利用Sanger测序和CRISPR-Cas12a技术进行检测，结果表明这7条特异靶标序列具有高特异性和适用性，可有效区分难以准确鉴定的P. canescens、P. citrinum和P. rubens，证明了特异靶标序列的可靠性。这些特异靶标序列位于基因组未注释区域，展现出良好的分辨能力。此外，时珍法实现了对7个物种的可视化检测，具备现场检测优势。本研究为解决青霉属近缘物种鉴定难题提供了可靠工具，对其他真菌近缘物种准确鉴定具有指导意义。

摘要:液-液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)是驱动细胞内生物分子形成无膜细胞器的重要机制，在调节植物发育、逆境响应等反应过程中发挥着重要作用。近年来，随着相分离研究的不断深入，相关技术的开发和应用也取得了突出进展，为该领域的研究提供了重要的技术支撑。基于此，本文从相分离的基本概念和原理出发，系统总结了相分离研究中广泛使用的标记成像技术、基于机器学习的计算预测技术和多尺度的分子模拟技术。通过比较和分析当前相关技术在相分离研究中的优势和局限性，对未来相关的研究方向进行了展望。本文综述了植物相分离研究相关的前沿技术，旨在促进多学科交叉融合，为植物相分离的机制和功能解析提供技术支持。

摘要:植物病毒种类繁多，几乎危害所有农作物的生长。随着对病毒在寄主植物上的侵染和传播等机制的深入研究以及生物合成技术的发展，越来越多的病毒基因组信息得以解析，不仅为植物病毒表达载体的建立与优化奠定了基础，也为寄主植物未知功能基因的研发提供了新契机。近10年来，植物病毒载体的研究与应用发展迅速，从经典的烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus, TMV)载体实现新突破，到复杂负义RNA病毒载体的兴起，在植物源医药蛋白生产及分子育种等方面发挥了关键作用。每一种病毒载体的建立与优化都依赖于对病毒基因组复制转录机制、病毒与其寄主的分子互作机制等扎实的理论知识；反过来，植物病毒载体的发展又有利于揭示病毒与寄主互作的新层面。为了帮助更深入地了解病毒载体研究及其应用，本文集中综述了植物病毒载体的构建与改造策略、病毒运动蛋白(movement protein, MP)的新功能、病毒介导的基因编辑(virus-induced gene editing, VIGE)技术、寄主抗病毒免疫反应以及病毒载体在分子育种等方面的研究进展，分析了病毒载体在未来应用中面临的问题与挑战。随着对病毒基因表达调控规律以及病毒与寄主分子互作机制的深入揭示，植物病毒将更多服务于提高粮食产量和品质，促进人类健康。植物病毒载体的发展，实现了植物病毒从“病原”到“工具”的转变，推动了植物生物技术研究的创新。

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