DNA改组技术在水蛭素实验进化中的应用

Hirudin gene was mutated by error\|prone PCR and DNA shuffling.The shuffled genes were inserted into phagemid pCANTAB\|5G8.After the introduction of the recombinant DNA into E.coli TG1,the hirudin mutants were displayed on the surface of bacteriophage M13.A mutant with increased specific activity of antithrombin was selected by two rounds of panning with decreased amounts of thrombin,and was identified as N47K.Activity analysis of HV2 and its mutants N47K,N26S,D5A,P46L/S50G suggested that K47,P46 were important to the interaction of hirudin and thrombin.Hirudin mutants with improved properties could be hopefully aquired through directed evolution by DNA shuffling.

Lactobacillus casei Zhang传1000-2000代过程中的实验室进化特性

为了研究L.casei Zhang实验室进化特性,对其三个谱系在普通MRS培养基中连续传代1 000～2 000代期间表观特性（细胞形态、活菌数、浊度和菌株活力）的变化进行了跟踪测定。研究结果显示：L.casei Zhang在传代期间各谱系间进化趋势基本平行,即细胞形态、活菌数、浊度和菌株活力等特性未发生明显的多样性变化。这些研究结果侧面表明L.casei Zhang在普通MRS培养基中进化1 000～2 000代过程中表型特征趋于稳定。

微生物实验室进化的研究进展

当前,微生物细胞工厂的构建逐渐成为工业上生产大宗和精细化学品的重要手段。然而,微生物遗传背景的复杂性及表型间相互影响的不可预测性限制了人们对微生物的理性改造。因此,在缺乏遗传背景基础上仍能获得目标表型的微生物实验室进化手段逐渐成为当今生物化工领域的研究热点。近年来,随着微生物连续培养技术及体内连续进化策略的深入研究,微生物实验室进化取得了较大进展。本文中,笔者将对近年来微生物实验室进化策略进行综述,为其后续研究及应用提供借鉴。

浅谈系统与进化植物学实验室的几点管理事项

研究植物的系统发育和进化机制是探讨生命奥秘的主要内容之一,目前其研究已引起了人们越来越多的关注。为确保实验室操作人员的人身安全及实验结果的准确性,系统与进化植物学实验室应注意实验室作业安全、仪器设备规范使用、实验流程优化等方面的管理。

实验室里的大肠杆菌进化实验

本文介绍了美国进化生物学家伦斯基以大肠杆菌为材料,设计的一个在实验室里长久运行的进化实验。该实验证实:生物的进化永远不会停滞,古尔德关于“生物进化是不可复制的”理论是正确的,进化有偶然性但不是绝对的。实验虽然还无法证实大肠杆菌的进化模式是否适用于其他物种,但仍将对生物进化理论产生深远的影响。

面向碳中和的微藻适应性实验室进化研究进展

微藻生物技术是实现碳达峰和碳中和的潜在途径之一。目前,微藻存在固碳效率低、光合转化效率低以及活性组分含量低等关键问题,需要通过合成生物学等生物技术手段构建新的藻株,并依据微藻固碳和代谢的特点,构筑减碳或负碳的新技术路线。适应性实验室进化(ALE)在提高微藻对二氧化碳固定,强化废水处理和改善代谢表型等方面均取得了一定进展,已获得了耐受高浓度二氧化碳和其他环境压力的进化藻株。但是,微藻ALE的效率还有待提高,基于固碳、光合和活性组分生物合成的合成生物学元件挖掘的研究还比较少。为克服以上问题,亟需改变微藻ALE的策略,结合高通量ALE装置的应用,缩短进化时间;在已有进化株的基础上,深入挖掘耐受基因、光合和活性组分生物合成的元件,为微藻基因改造打下基础;借鉴其他微生物ALE的已有经验,深刻理解微藻实验室适应性进化的动态过程,探索ALE的基本规律。最后对ALE应对微藻碳中和挑战的可能途径进行了展望。

同域培养下大肠杆菌氮、磷含量的进化趋异研究

利用9株具有不同进化背景的大肠杆菌构成5个短期可竞争共存的祖先配对,在限制氮、磷资源的环境下,对5个进化组下6个重复家系进行了约1 100世代的选择实验,考察了这些细菌在进化前后菌体氮、磷质量分数w的变化,并评估了这些性状的趋异程度.研究发现：后代细菌w（氮）的变动范围在13.1%~14.2%,而w（磷）为1.70%~1.95%;不同进化组内,细菌氮、磷含量改变的模式不同;同域后代细菌的趋异模式也并不相同.推测细菌进化本身可能会产生许多独特的性状,连同生态相互作用一起,增加了结果的复杂性,需要在更精细的水平上寻找产生这种结果的原因.

大肠杆菌对氮限制的适应性进化

自然界中生物常常面临氮资源限制,它们可能会采用不同的策略来适应.通过比较现存物种的研究认为生物采取的是节约氮的策略,而进化实验的研究发现生物提高了吸收氮资源的能力.这2类研究都有一些方法缺陷,因此本研究设计了一个更系统的进化实验,让大肠杆菌种群在2种氮资源环境中进化1 300代,分析其对不同氮资源环境的适应性进化.1 300代后,2种氮资源环境中进化的大肠杆菌株系适合度均提高,低氮进化株系适合度提升幅度大于高氮进化株系.与祖先相比,低氮株系氮质量分数和DNA质量分数均显著提高,碳、氮质量比显著降低,而高氮株系在RNA质量分数上显著提高.说明在本研究体系中,大肠杆菌采用了增强氮获取能力的策略来适应氮限制,而不是节约氮.

利用实验细菌种群的元素表型尝试构建适应性景观

适应性景观这一概念激发了进化生物学领域内的许多研究,它的性质对预测种群进化过程具有重要意义.理论研究预测了多种景观的形态,但能被实验数据支持的还很少,因为实验构建适应性景观非常困难.一些微生物实验进化研究通过分析种群进化的可重复性,间接推测了景观的崎岖性,但不能给出其拓扑结构的具体信息.本研究尝试将适合度数据映射到表型空间的办法来直接呈现适应性景观的形态.共使用9个不同基因型的大肠杆菌株系作为祖先,对每个基因型建立6个重复家系,在一个限定养分的环境中对这54个种群进行了约1 100代的选择实验.在考察后代种群对选择环境响应(菌株的氮、磷质量分数w及适合度变化)的同时,利用进化断点处的实测数据信息,通过局域多项式回归拟合的方法,构建了基于细菌元素表型的适应性景观.研究发现,不同菌株家系对相同的选择环境表现出不同的响应模式;大部分后代种群相比其祖先提高了适应性;适应性景观呈现崎岖多峰的形态.

发展心理学研究的新视角——进化发展心理学

进化发展心理学是在现代生物学、生态学等学科的影响下形成的一个新的学科分支,走一种从种系发生来解释人类发展的新理论视角。它试图以达尔文进化发展的机制来解释人类各种心理与行为的进化意义,并通过汇总各个领域的研究资料、设计进化实验等途径和方法来探讨人类心理和行为产生与发展的机制。

pH胁迫提高微生物次级代谢产物合成的研究进展

微生物次级代谢产物正在发挥越来越重要的作用,提升发酵中次级代谢产物产量的研究成为热点。pH胁迫作为一种环境胁迫因子,正在成为一种有效的提高微生物发酵生产能力的策略。本文综述了近年来有关pH胁迫在提高微生物发酵能力的一些研究成果,着重介绍了pH胁迫对微生物发酵中次级代谢产物合成能力的影响,这将有助于今后对微生物发酵生产改进的研究,进一步揭示相关分子机制。这篇综述的另一个目的是将pH胁迫与适应性实验室进化相结合,从基因层次上提高微生物合成次级代谢产物的能力,进一步拓展pH胁迫在微生物发酵和育种方面的应用。

适应性实验室进化技术在微生物育种中的应用进展

适应性实验室进化(Adaptive laboratory evolution,ALE)技术已成为微生物学基础研究和工业微生物育种的强大工具,被广泛用来研究影响菌株表型、性能和稳定性的进化潜力以及快速获取含有有益突变的工业生产菌株。近年来,随着基因组测序技术的进步,关于微生物新陈代谢机理和动力学方面的研究变得更加广泛和深入,这也极大促进了适应性实验室进化技术的快速发展。文中主要介绍了长期、短期适应性实验室进化技术在微生物育种方面的应用实例,并总结归纳了该技术在快速高效构建优良菌株过程中的方式与作用。最后分析了目前ALE技术面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,以期能够为该技术的未来发展提供有价值的参考依据。

合成甲基营养细胞工厂同化甲醇的研究进展及未来展望

甲醇具有来源广、易储存运输、原料价格竞争力强等优势,被视为极具潜力的生物制造非糖基碳源资源。常用的模式底盘微生物研究历史长、认知清楚、操作工具多,在工程化改造中具有显著优势。近年来,通过借鉴天然甲基营养型微生物的甲醇利用途径对模式底盘进行改造,获得具备高效利用甲醇能力的合成甲基营养细胞工厂的研究日益受到关注。本文系统综述合成甲基营养细胞工厂的甲醇氧化、同化基因及其调控元件,和以共用糖基碳源结合适应性进化策略为主的核酮糖单磷酸途径重构及甲醇同化途径设计构建的研究现状,进而结合合成甲基营养细胞工厂面临的挑战进行展望,提出基于全基因组靶向基因编辑技术结合实验室适应性进化策略构建更高效合成甲基营养细胞工厂的研究方向。

植物学界的一枝奇葩——记中国科学院植物研究所系统与进化植物学重点实验室及其创新研究群体

自然界的生命多种多样,繁衍生息、不断变化,形成了纷繁复杂的世界.生命进化现象一直是生物学家关注的焦点,生物的系统发育和进化机制是探索生命奥秘的主要内容之一.

耐高温工业酿酒酵母的筛选和发酵性能研究

以工厂生产线中分离得到的工业酿酒酵母为出发菌株,通过基因组的改造和实验室的适应性进化,在30%葡萄糖、8%乙醇、40℃下筛选获得了5株耐受性较强的酿酒酵母菌株。通过摇瓶验证其发酵性能发现,其中S.C D12在工业物料中的发酵性能显著优于对照菌株。为了进一步对S.C D12进行发酵性能的综合评估,对其在不同工业物料中的发酵性能进行了测试,结果显示其在不同的工业物料中均具有良好的发酵稳定性,乙醇产量显著高于对照菌株,发酵残糖较对照菌株极低。最后进行了工业物料小试验证,在35℃下乙醇产量可达到12.50%vol,较出发菌株提升了0.53%vol。S.C D12的发酵性能与对照菌株在32℃下发酵性能相当,能极大的节省工业冷却水的使用,具有一定的工业应用价值。

中英科研机构五年宏观动物学研究进展比较分析——以中国科学院动物进化与系统学重点实验室和英国自然历史博物馆为例

在全球资源和环境危机下,物种和生态层面的宏观动物学研究已成为可持续发展的重要课题。本文基于英国自然历史博物馆和中国科学院动物进化与系统学重点实验室2009~2013年动物学领域研究进展的可视化对比分析,以揭示两机构近5年宏观动物学研究的现状、热点、差异以及未来发展趋势。分析发现,两机构在动物分类、系统进化与生物多样性等宏观动物学研究方向十分类似;作者聚类方面中国科学院动物进化与系统学重点实验室多侧重于中国昆虫纲研究,而英国自然历史博物馆研究的动物类群更具多样性且地区跨度更广;中国科学院动物进化与系统学重点实验室目前最主要的研究热点乃至未来相当一段时间的研究前沿仍为中国新物种的经典分类学研究;英国自然历史博物馆的研究热点则已转向中国和印度等发展中国家的新物种发现与描记,在经典分类学基础上的物种多样性和系统发育学研究则是英国自然历史博物馆宏观动物学的研究前沿。

今昔“巨龟之岛”

1831～1836年,著名英国博物学家查尔斯·达尔文乘“贝格尔”号双桅帆船,顺利完成了人类历史上一次伟大的旅行——加拉帕戈斯群岛的环行,拜访这个岛上众多的珍禽异兽,完成了他一生中最难忘的生物进化实验,以其伟大的“物种起源”学说第一次“向上帝创造世界”说提出了大胆的挑战。

胁迫环境中的进化拯救

生物种群面临致死环境胁迫时能够通过适应性进化摆脱灭绝的命运,这一过程称为进化拯救.进化拯救发生过程中,种群的基因型和表型性状的分布以及生态适合度会发生迅速且显著的改变.进化拯救的发生概率既取决于种群的特征,也受胁迫环境属性的影响;进化拯救发生的机会将随着遗传变异供应的增加和环境选择强度的降低而增加.本文梳理了影响进化拯救概率的主要生物和非生物因素.本文也介绍了有关群落水平进化拯救和自然界中进化拯救的研究进展;讨论了群落水平进化拯救不一定与单物种种群进化拯救具有相同规律的可能原因,强调了实验室研究中所发现的进化拯救也可能与自然界中的进化拯救不同.本文最后展望了进化拯救领域未来的发展方向.

利用环境胁迫提高破囊壶菌二十二碳六烯酸生产的研究进展

破囊壶菌由于具备生产多种高值天然活性物质的能力,如二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)、角鲨烯和类胡萝卜素等,目前已被视为商业脂质生产的优质来源。本文首先对破囊壶菌的生态作用和生物技术价值进行介绍,并概述了脂肪酸的两条生物合成途径;其次重点阐述了NaCl、温度、溶氧和pH这4种环境胁迫因子对破囊壶菌生长、脂质积累、脂肪酸组成和DHA生产的影响;随后总结了当前利用环境胁迫因子的渗透调节策略、分段发酵策略和缓解氧化应激策略提升破囊壶菌DHA生物合成能力的研究现状;最后指出了破囊壶菌在环境胁迫的分子调控机制、分段式发酵策略、菌株进化及代谢工程等方面存在的问题,并对如何改进这些问题以及未来可能的发展方向进行了展望。该综述旨在为破囊壶菌实现高效工业化生产DHA提供有效的参考。