硅藻硅质化蛋白——亲硅蛋白(silaffins)

硅藻是一类在全世界水环境中都有发现的单细胞真核藻类,其特有的硅质壁使其成为海洋生物硅的最大贡献者,它们在全球碳/硅元素的生物地球化学循环中扮演至关重要的角色。亲硅蛋白(silaffins)是一种分离于硅藻硅质壁,并与其硅质化密切相关的蛋白。亲硅蛋白可以在体外硅酸溶液中沉淀二氧化硅(SiO2),这种活性来自其特有的蛋白序列和翻译后修饰调节。基于对亲硅蛋白结构的理解,多种与其相似的仿生多肽被应用到人工SiO2 的合成中。本文综述了硅藻亲硅蛋白的分离鉴定、功能以及其在生物技术和生物医药方面的应用,为亲硅蛋白基础研究和应用潜力提供基础。

植物硅转运蛋白研究进展

硅作为一种非金属元素,不仅在植物的生长发育过程中发挥重要的功能,同时在植物抵御生物和非生物胁迫中也发挥着重要的作用。研究表明硅的吸收与转运由硅转运蛋白参与完成,根据对硅酸的转运特性主要分为硅内流转运蛋白和硅外流转运蛋白。该文对已鉴定出的硅转运蛋白的结构特点、功能、调控方式进行了总结,对植物吸收与转运硅的过程进行了系统性解析,提出了存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

海绵硅蛋白研究进展

海绵是生物进化过程中最古老的多细胞动物,其中大部分能够利用二氧化硅在常温水环境下合成形状、大小和结构极为丰富的硅质骨骼。随着近年来人们发现其骨骼的基本组成单位骨针具有优异的光导性能和机械性能,海绵生物硅化过程及仿生纳米和微米硅质生物材料合成的研究成为生物技术和材料科学的热点。在海绵生物硅化过程中,一类被称为硅蛋白(Silicatein)的蛋白质表现出了特殊的催化活性,也因此得到了生物学家、化学家和材料学家的关注。以下将对硅蛋白的国际研究现状进行了评述,以期促进国内相关领域的研究。

水稻及其他禾本科植物体内硅结合蛋白的免疫印迹检测

为了检测硅结合蛋白在水稻和禾本科植物体内的分布,根据硅结合蛋白(silica-binding protein 117,SBP117)的氨基酸保守片段和天然抗原表位,合成了SBP117的两个肽段做抗原,与匙孔血蓝蛋白载体偶联后免疫兔子,获得了抗SBP117的专一性抗体. 蛋白质印迹和免疫印迹检测表明,SBP117的抗体不仅能识别水稻硅结合蛋白,而且与其他累积硅的禾本科植物中提取的硅结合蛋白有交叉反应,但它不识别不累积硅的双子叶植物番茄叶中的蛋白质以及牛血清蛋白,说明与SBP117同源的硅结合蛋白广泛存在于禾本科植物之中. 组织印迹法定位显示,SBP117主要分布在水稻根茎叶的外表皮中,在根和叶的维管组织中也有分布,这与前人报道的硅在水稻体内的分布是一致的,说明此蛋白质可能参与到诱导和控制硅在植物体内的沉积.

西甲硅油联合糜蛋白酶溶液作胃镜检查术前准备的临床观察

目的分析西甲硅油联合糜蛋白酶溶液作为胃镜检查术前准备时,对胃镜疾病检出率的优势,为临床使用提供依据。方法将行胃镜检查的患者随机分成两组,研究组检查前20min予以西甲硅油联合糜蛋白酶溶液50mL,口服,检查前10min再服下10mL利多卡因胶浆;对照组仅口服利多卡因胶浆10mL,胃镜下观察视野清晰程度,记录胃镜检查时间、微小病灶发现率。并行部分胃部肿瘤病理回顾。结果西甲硅油联合糜蛋白酶溶液处理组与对照组比较,内镜下视野清晰程度明显增高(A+B级,98.5%vs45.6%,P<0.05)。检查时间缩短(P<0.05),微小病灶(红斑、糜烂、息肉样增生、出血点)检出率增高(P<0.05),并更易于提高早期胃部肿瘤的检出率。结论西甲硅油联合糜蛋白酶溶液可作为较好的胃镜检查前准备之一,提高疾病的诊断率。

西甲硅油联合糜蛋白酶溶液在胃镜术前给药最佳时间的研究

目的研究西甲硅油联合糜蛋白酶溶液胃镜术前给药的最佳时间,提高胃镜检查的视野清晰度,从而提高胃镜诊治的质量,为胃镜术前给药提供依据。方法将行胃镜检查的患者随机分成5组,按不同时间段给予患者口服西甲硅油联合糜蛋白酶溶液,由专门的内镜护士按胃镜检查视野清晰度评判标准判断胃镜检查视野的情况。结果将各个服药时间段的胃镜检查视野清晰度的结果通过两两对比得出结论,术前20 min、30 min和40 min三组两两比较,差异无统计学意义(P>0.05),术前10 min分别与20 min、30 min、40min比较,差异有统计学意义(P<0.05)。术前50 min分别与20 min、30 min、40 min比较,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在胃镜检查前20~40 min之间口服西甲硅油联合糜蛋白酶溶液,胃镜视野清晰度最佳,可以提高微小病灶的检出率,提高早期胃癌的诊断。

高羊茅硅结合蛋白的初步提取及鉴定

选取禾本科植物高羊茅的叶片,采用低温捣碎分级分离方法,分离出天然硅体,进一步分离硅体和硅质化细胞壁,去除硅质化细胞壁组分中的杂质蛋白,并利用硅体的专一性染色法进行验证后,再进一步提取出粗的硅结合蛋白,通过SDS-PAGE鉴定出大小为117kDa的硅结合蛋白,最终通过切胶回收透析的方法获取纯净的硅结合蛋白,得出了一套有效的硅体分离提取的方法。该研究首次从高羊茅叶片中分离提取硅体,为高羊茅的抗逆性研究及快速生长研究提供了蛋白获取基础。

链霉蛋白酶联合二甲硅油与胃镜胶对胃部黏液清洁度的影响

目的:探讨链霉蛋白酶联合二甲硅油与胃镜胶对胃部黏液清洁度的影响。方法:选取2021年6月1日~12月31日完成胃镜检查的3000例患者为研究对象,随机分为联合组和胃镜胶组各1500例,胃镜胶组检查前服用胃镜胶,联合组检查前采用链霉蛋白酶联合二甲硅油;比较两组胃部清洁程度、祛泡程度、病变检出率及不良反应发生情况。结果:联合组胃部清洁程度、泡沫评分、病变检出率均高于胃镜胶组(P<0.05),不良反应发生率低于胃镜胶组(P<0.05)。结论:链霉蛋白酶联合二甲硅油清洁胃部黏液可提高胃部清洁程度、胃部病变检出率,减少术后并发症的发生。

硅质海绵骨针矿化机制及仿生应用研究进展

硅质海绵动物是地球上最简单、最古老的多细胞动物,它经几百万年的自然进化成就了适应自然和接近完美的技术蓝图,为人类利用纳米生物技术仿生合成生物无机矿物材料提供了一种崭新的节能和"环境友好"技术,在光纤、微电子和生物医学材料等领域具有广阔的仿生应用前景。生长在深海1000m以下水深的单根海绵动物的根须骨针长达3m,是世界上最长的生物硅,也是生物硅化机制和仿生应用研究不多见的载体。本文系统总结了我们在单根海绵动物根须骨针结构、组成、机械性能、光物理性能、生化特性和分子生物学基础、矿化机制和生物医学领域仿生应用等方面的研究成果。

硅提高水稻抗镉毒害机制的研究

通过水培试验,主要从硅对镉的分布、镉的化学形态和过氧化物酶活性的影响以及与硅结合蛋白的关系等方面研究了硅减轻镉毒害的机制。结果表明,施硅能显著抑制镉向地上部的运输,使质外体运输途径的运输量减少了36%;加硅也降低了质外体中不同形态镉的含量,特别是结合态的镉;施硅显著降低了镉毒害所诱导的过氧化物酶活性,这说明加硅缓解了高浓度镉对水稻的毒害作用;免疫细胞化学定位显示硅结合蛋白主要分布在水稻根系表皮下的纤维层细胞及内皮层细胞附近,此部位是硅积累的主要部位,也是离子在质外体运输的关键入口,这从分子水平上解释了加硅可降低质外体途径的运输量。

硅肥对于提高植物抗性的作用机理研究进展

硅元素虽然不是植物的必需营养元素,但越来越多的研究结果表明,硅对于植物抵抗生物与非生物的胁迫具有重要作用。近年来,关于硅元素对植物的功能研究非常活跃。从硅元素能显著提高植物抵抗生物、非生物胁迫能力,硅肥根施和叶施的争论,硅在植物体内的运输及相关基因,硅介导植物产生系统抗性的分子机制等方面对硅元素在植物与病原物互作中的作用机理进行了综述,并提出了今后研究方向,为更合理利用硅肥提供一定的理论基础。

近红外光学带隙硅三维光子晶体的制备

用溶剂蒸发法将单分散SiO2微球组装成三维有序结构的胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料硅,酸洗去除SiO2模板,获得了硅反蛋白石三维光子晶体。通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对硅反蛋白石三维光子晶体的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征。研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀;通过控制沉积条件,可控制硅的填充率;制备的硅反蛋白三维光子晶体在近红外区(1.4μm左右)具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应,测试的光学性能与理论计算基本吻合。

硅对平邑甜茶幼苗干旱胁迫伤害的缓解

以15%聚乙二醇(PEG)6000模拟干旱胁迫,水培平邑甜茶(Malus hupenensis Rhed.)幼苗为试验材料,硅酸钠(2 mmol/L Na2SiO3·9H2O)作为硅源,研究硅对苹果幼苗干旱胁迫伤害缓解及促进植株生长的影响。结果显示,在PEG模拟干旱胁迫下,与不施硅相比,施硅处理的平邑甜茶幼苗硅转运蛋白转录水平升高、硅含量升高、生物量提高、叶片相对含水量提高;叶片中H2O2含量、丙二醛含量及相对电渗率维持在较低水平,叶绿体结构较完整且光合作用较强。表明施硅能够通过提高Lsi1基因转录进而提高平邑甜茶幼苗体内硅的含量,缓解干旱胁迫对苹果幼苗的氧化伤害,促进植株的生长。

水稻颖壳类病斑突变体glmm1的鉴定与基因定位

【目的】鉴定水稻颖壳类病斑突变体,并进行基因定位,为基因克隆及其分子机制研究奠定基础。【方法】对野生型材料LR005和经EMS诱变得到的颖壳类病斑突变体glmm1(glume lesion mimics mutant 1)进行农艺性状分析、扫描电镜分析、DAB染色和全硅含量测定。glmm1与广亲和材料L422杂交获得的F2群体用于遗传分析,利用图位克隆和BSA-seq方法进行基因定位。【结果】突变体glmm1在抽穗10 d后颖壳和叶片逐渐出现褐色斑点,成熟后颖壳完全呈现褐色。与野生型相比,突变体的株高、穗长、每穗总粒数、结实率和千粒重等都极显著降低。DAB染色表明glmm1颖壳和叶片的活性氧含量增多;扫描电镜显示突变体颖壳和叶片表面硅质细胞皱缩。遗传分析结果表明,突变体glmm1的颖壳类病斑表型受到一对隐性基因控制。利用glmm1与L422的F2分离群体,通过图位克隆和BSA-seq等策略将glmm1定位在水稻第2染色体上68 kb的区间内。该区间内有10个候选基因。序列分析发现该区间仅有一个SNP位点,位于基因Lsi1(LOC_Os02g51110)的第5个外显子上,导致第238位氨基酸由异亮氨酸变为苏氨酸。对颖壳和叶片全硅含量的测定表明,glmm1突变体中硅的积累减少,说明GLMM1可能是Lsi1的等位突变。【结论】GLMM1是Lsi1新的等位突变基因,该突变造成植株硅含量的降低和活性氧的积累,致使颖壳和叶片产生褐色类病斑。

生物源的纳米结构SiO_2

Si是地壳中含量最丰富的元素之一,同时也是对植物生长发育具有有益作用的元素.然而,有关它的生物学作用和它提高植物对非生物和生物胁迫的抗性机制了解甚少.借助海洋生物如硅藻和海绵的生物硅化机制,重点讨论了海洋生物和高等植物细胞壁模板诱导纳米结构SiO_2的自组装和相关的硅蛋白和多糖在生物硅化过程中的作用.理解生物硅化过程中的有机分子模板和结构的诱导效应,不仅为化学合成纳米结构的硅基材料提供依据,同时也为认识和揭示Si的生物学特异性提供线索.

深海六放海绵大骨针的结构与特性(英文)

在海绵动物(多孔动物)中,六放海绵和寻常海绵为硅质骨骼。生活在深海(1000m)中的六放海绵是最古老的海绵动物,其中间单根海绵和春氏单根海绵有长达3m的骨针,是地球上最长的生物硅结构。利用电子显微技术观测,这些直径达8mm的巨大根须骨针具有同心层状结构,其横截面显示明显的构造分界:中间为含有轴丝的轴管,外围是一50 -150μm厚的轴筒,最外面为层状区(300 -500层,每层厚度3 -5μm)。生物化学研究显示其主要的蛋白质为35kD大分子,另外,还检测到23 -24kD多肽,可能是硅蛋白相关蛋白。依据现有的红血球凝聚活性,从骨针提取物中也检测到了凝集素。由电子探针获得其化学成分主要为Si , K和Na。此外,骨针的光传输实验表明,该巨大根须骨针用作光纤可传输600nm至1 400nm范围的光,而滤掉小于600nm的光(类似高通滤波器)和大于1 400nm的红外光(类似低通滤波器)。另外,从六放海绵的空囊泡沫海绵中分离出一个基因并确证了其推导的编码蛋白序列,该蛋白编码一个光裂合酶相关蛋白,蛋白相似性比较结果显示属于光裂合酶相关蛋白中多细胞动物隐色素一类。基于以上数据给出了六放海绵硅质骨针形成的示意图。另外,由单根海绵骨针可作为波导传输光/电和/或化学信号,推断在海绵动物中有类似神经系统的网络系统。

砧木南瓜硅转运蛋白基因CmLsi3的克隆与表达分析

以用于黄瓜嫁接的砧木南瓜‘云南黑籽南瓜’(Cucurbita ficifolia,去蜡粉能力弱)和‘黄诚根2号’(C.moschata,去蜡粉能力强)为试材,采用同源克隆与RACE相结合的方法克隆到硅转运蛋白基因c DNA全长,命名为CmL si3(Gen Bank登录号分别为KM203110和KM359142)。两种砧木南瓜Cm Lsi3基因c DNA全长为1 206 bp,开放阅读框为795 bp,编码264个氨基酸,两者仅有4个位点的氨基酸不同,但与黄瓜、玉米、大麦等作物硅转运蛋白氨基酸序列同源性均在50%以上。CmL si3蛋白含有2个NPA模体、6个跨膜结构域以及1个由Gly(G)、Ser(S)、Gly(G)和Arg(R)组成的ar/R选择性过滤器,属于水通道蛋白NIPⅢ亚家族。实时荧光定量分析表明,Cm Lsi3基因在砧木南瓜根、茎、叶中均有表达,且‘云南黑籽南瓜’各器官Cm Lsi3基因的表达水平高于‘黄诚根2号’。

高羊茅SBP117基因生物信息学分析

为探讨硅结合蛋白(silica-binding protein 117,SBP117)基因的生物学功能,采用生物信息学方法从分子水平对其编码产物进行预测和分析。结果表明,SBP117基因CDS区共编码416个氨基酸残基,富含脯氨酸、甘氨酸、赖氨酸,且脯氨酸含量占总氨基酸总数的43.3%;其编码蛋白是一种不稳定类蛋白质,蛋白质分子质量为46 539.07,理论等电点为9.06;氨基酸亲水性/疏水性预测发现,SBP117基因编码氨基酸从40位之后均为亲水性氨基酸,为亲水性蛋白;二级结构中以无规则卷曲为主,且其比例高达占90.87%,三级结构预测发现主要由螺旋构成。本研究结果为硅结合蛋白在分子领域的进一步研究奠定了理论基础。

类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶(可痕TM)治疗增生性瘢痕的研究

目的评价类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶(可痕^(TM))治疗增生性瘢痕的有效性和安全性。方法选取河南省人民医院门诊符合入选/排除标准的增生性瘢痕患者30例,随机数字表法分为对照组和试验组,对照组采用芭克硅胶软膏,试验组采用类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶(可痕^(TM)),持续应用3月,停止应用产品后3月继续观察效果,整个研究共6月;应用产品后的1月、2月、3月、6月来院随访检查,数码相机拍照,对瘢痕硬度、色泽、柔软度、血管分布进行检测;患者对瘢痕自觉症状进行视觉模拟评分;记录用药期间不良反应和不良事件。结果治疗后瘢痕色泽、柔软度、厚度与治疗前对比,差异具有统计学意义(P<0.05);治疗前后对照组与试验组之间瘢痕色泽、柔软度、厚度对比,差异无统计学意义(P>0.05)。结论类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶(可痕^(TM))治疗增生性瘢痕有效、安全,且治疗效果与芭克硅胶软膏无差异。

"类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶"治疗增生期增生性瘢痕多中心随机对照临床研究

目的评价"类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶"治疗增生期增生性瘢痕的临床效果。方法采用多中心随机对照临床研究方法,分析比较"类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶(可痕®)"与Silicone Gel(芭克硅凝胶软膏)对伤后或手术后4~6个月处于增生期的增生性瘢痕患者的临床治疗效果,并比较3~18岁未成年人和19~45岁成年人的疗效差别。2017年3月至2019年3月北京蔡景龙瘢痕医学研究中心(蔡景龙医疗美容门诊部)、南通大学附属医院、河南省人民医院就诊的88例患者,根据随机数字表法随机分为试验组(可痕治疗组)、对照组(芭克硅胶治疗组),每组又分成年和未成年2个亚组。试验组58例,其中成年组39例、未成年组19例;对照组30例,其中成年组20例、未成年组10例。观察、统计、分析治疗前及治疗后第4、8、12、24周各组瘢痕色泽、厚度、血管分布、柔软度、患者自觉症状、临床疗效评分及不良反应的差异。结果治疗前试验组和对照组指标评分,除试验组中未成年组的柔软度、成年组的厚度评分略高于对照组(P<0.05)外,其余参数的比较差异均无统计学意义(P>0.05)。试验组和对照组治疗后第4、8、12、24周的疗效评分指标比较,差异均有统计学意义(P<0.05),但未成年组与成年组2组间差异均无统计学意义(P>0.05);每个时间点各指标评分比较差异均存在统计学意义(P<0.05),疗效评价时间与用药分组和年龄分组均不存在交互作用(P>0.05),且不受组别或年龄分组的影响(P>0.05);各组均无不良反应发生。结论"类人胶原蛋白疤痕修复硅凝胶"治疗增生期增生性瘢痕安全有效,临床疗效非劣于对照组芭克硅凝胶软膏。