大亚湾表层沉积物碳水化合物活性酶基因分布特征

微生物的碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzymes,CAZymes)是海洋沉积物有机碳降解过程中的关键。文章基于大亚湾2020年春季表层沉积物的宏基因组数据,分析鉴定编码CAZymes序列种类及其在微生物中的分布,并预测了微生物群落对不同结构聚糖的利用。结果表明,表层沉积物微生物群落对不同结构聚糖的利用能力不同。δ-变形菌纲是编码降解肽聚糖和几丁质相关酶类序列的最大贡献者;γ-变形菌纲、拟杆菌门和浮霉菌门具有最高的CAZymes家族的α-生态多样性(香浓指数),是编码降解结构复杂多糖(岩藻聚糖、昆布多糖、纤维素等)的CAZymes基因优势种群;酸杆菌是编码裂解寡聚半乳糖醛酸多糖酶序列的优势菌群。古菌对大部分CAZymes贡献低于1%,但对编码降解纤维素和半纤维素的碳水化合物酯酶(carbohydrate esterase,CE)序列、结合模块(carbohydrate binding module,CBM)基因序列贡献较突出(贡献介于2.18%~11.1%)。CAZymes的底物主要源自于湾内自生的有机碎屑,降解藻源有机碎屑的CAZymes序列的相对丰度于湾口高于湾东北部。与木质素降解相关的辅助活性家族(auxiliary activity families,AAs)序列相对丰度在湾东北部最高,主导的AAs可能有助于增加木质纤维素的溶解度,进而提高糖苷酶对木质纤维素的生物利用度。大亚湾表层沉积物中微生物及其CAZymes序列组成主要与上层水体有机颗粒沉降以及水深相关。

牛肝菌碳水化合物活性酶基因和次生代谢物合成基因的预测和比较分析

牛肝菌是一类美味的食用真菌,具有重要的药用和生态价值,但多数未被人工驯化栽培。因此,探究牛肝菌环境适应性和食药用品质的遗传基础,对其栽培利用具有重要意义。分别利用碳水化合物活性酶数据库、CBRF网站和微生物次级代谢物基因簇预测数据库对9种牛肝菌基因组进行碳水化合物活性酶(CAZymes)、植物细胞壁降解酶(CWDEs)和次生代谢物合成基因簇进行注释和分析。9种牛肝菌的CAZymes基因分类属6种CAZymes家族,其CWDEs主要为纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶;鉴定牛肝菌的次生代谢物合成基因和基因簇,发现9种牛肝菌主要次生代谢产物合成基因簇类型为萜类、非核糖体多肽合成酶、I型聚酮类。另外,9种牛肝菌CAZymes基因、CWDEs基因、次生代谢物合成基因的种类和数量均存在明显差异。研究结果为牛肝菌的驯化栽培提供了一定理论依据。

香灰菌和毛韧革菌碳水化合物活性酶基因和次生代谢物合成基因的比较分析

香灰菌(Annulohypoxylon stygium)和毛韧革菌(Stereum hirsutum)分别是银耳和金耳的伴生菌,对银耳和金耳的栽培、品质和产量起着关键作用。本研究对香灰菌和毛韧革菌的基因组进行了碳水化合物活性酶(CAZymes)基因、细胞壁降解酶基因、次生代谢物相关基因注释和比较分析。结果发现:(1)香灰菌和毛韧革菌CAZymes基因数量分别为525和519,其中GH、AA家族的基因数量最多;(2)香灰菌和毛韧革菌细胞壁降解酶数量分别为495和467,主要涉及纤维素、半纤维素、木质素、果胶、淀粉和菊粉降解相关酶类;(3)毛韧革菌纤维素酶和木质素酶编码基因数量多于香灰菌,而半纤维素酶编码基因数量少于香灰菌;(4)香灰菌和毛韧革菌次生代谢物合成相关基因数量分别为1458和547个,合成产物主要为萜类、聚酮类、非核糖体多肽合成酶类次生代谢物质。以上结果表明,香灰菌相较于毛韧革菌木质纤维素降解相关细胞壁降解酶数量更多,可能具有更强的木质纤维素降解能力,能够适应更多种类的木质纤维素基料,2种伴生菌对基质中木质纤维素成分具有一定偏好性。另外,香灰菌和毛韧革菌均能合成多种不同的次生代谢物,特别是香灰菌合成的次生代谢物种类明显多于毛韧革菌,可能增加了银耳和金耳的食药用价值。本研究挖掘了银耳和金耳伴生菌的营养吸收和食药用活性相关基因,为银耳和金耳的人工栽培和品质改良提供一定分子遗传基础。

比较基因组揭示广西酸菜乳杆菌碳水化合物活性酶谱

微生物中的碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzymes,CAZymes)具有降解植物组织的作用,相对于真菌,目前对于乳杆菌的CAZymes研究还比较少。该研究从广西酸菜中筛选获得了3株产CAZymes的乳杆菌,并通过二代测序技术比较其编码基因。16S rRNA测序结果表明3株乳杆菌分别是Lactobacillus brevis DC4,Lactobacillus plantarum GLKK1和GLKK2;经液态发酵后,L.brevis DC4产果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶分别为(0.40±0.01)、(0.04±0.01)和(0.19±0.01)U/mL。乳杆菌DC4、GLKK1和GLKK2编码序列分别有2615、3355以及3270个,COG注释均集中在碳水化合物转运与代谢、转录、氨基酸转运与代谢等;CAZymes注释均集中在糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)、糖基转移酶(glycosyl transferases,GTs)和碳水化合物酯酶(carbohydrate esterases,CEs)。3株乳杆菌包含17种CAZymes共有基因,包括纤维素、半纤维素、果胶、淀粉水解酶和酯酶。此外,L.brevis DC4菌株有10种特有基因,包括GH8、GH30和GH51家族,而L.plantarum GLKK1和L.plantarum GLKK2包含7种特有基因,包括GH39、GH13、CE2和GH78家族。

1株产单宁酶嗜热真菌的鉴定、酶学性质分析及碳水化合物活性酶表达

对产单宁酶的1株嗜热真菌HBHF5进行鉴定,开展单宁酶酶学性质的分析及碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)的转录组学研究,探究嗜热真菌HBHF5在食品酶制剂开发中的潜力。经对菌株的菌落、孢子形态观察及ITS序列比对分析,最终鉴定嗜热真菌HBHF5为烟曲霉(Aspergillus fumigatus)。经分析,菌株HBHF5在固态发酵培养时不产单宁酶,而液态诱导培养时,菌株HBHF5胞内和胞外均检测到单宁酶活性,且以胞外酶为主(94%),酶活力最高达136 U/m L。单宁酶最适反应温度为60℃,在60℃处理30 min,能够维持酶原活力的90%以上。该酶最适反应pH值为6.0,在p H 5.0~9.0范围内,能够维持60%以上的酶活力。不同金属离子对酶活力的影响存在差异,Cu^(2+)、Fe^(3+)、Mn^(2+)和Zn^(2+)对该单宁酶活性抑制较强。经转录组学分析,该菌以麸皮为唯一碳源时,共有淀粉酶、纤维素酶和果胶酶等239个CAZymes基因表达,其中糖苷水解酶类最为丰富,约占CAZymes表达总数的70%。A.fumigatus HBHF5是1株优良产酶菌株,为具有食品酶制剂开发潜力的嗜热真菌。

粘绿木霉Gv29-8的碳水化合物活性酶类蛋白预测及遗传关系分析

利用CAT(CAZymes analysis toolkit)在线分析程序对Trichoderma virens Gv29-8中碳水化合物活性酶类蛋白(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)不同亚家族的分布情况进行分析,结果表明:粘绿木霉Gv29-8中含有185个CAZymes蛋白,分为主要类别和复合类别两种类型;其中,主要类别含有71个GH蛋白、54个CBM蛋白及12个AA蛋白、25个CE蛋白、3个PL蛋白、3个GT蛋白;复合类型含有17个蛋白。遗传关系分析表明,CAZymes分类应进一步细化到更小的类别。

人体微生物碳水化合物活性酶的研究进展

人体定植着大量微生物,主要位于肠道、口腔、皮肤、阴道及鼻腔等位点。微生物复杂多样的代谢活动不仅辅助人体的消化功能,还参与了各系统的重要生理及病理活动。碳水化合物活性酶(CAZymes)是一系列具有降解、修饰及生成糖苷键功能的酶。微生物可产生众多CAZymes,协同人体细胞一起对数目庞大、种类繁多的复杂碳水化合物进行降解,便于进一步代谢利用并产生新的生物信号分子,是微生物参与人体生理及病理过程的重要渠道之一。本文对人类各微生物聚集位点,尤其是肠道和口腔的复杂多糖代谢机制以及微生物CAZymes相关代谢研究进展进行综述,对微生物CAZymes与人体健康和疾病关系的研究及前景进行总结。

枯草芽孢杆菌XF-1的碳水化合物活性酶类(CAZymes)蛋白预测与遗传关系分析

枯草芽孢杆菌XF-1对多种植物病原菌具有较好的抑制作用,是农业生产上非常重要的生防菌之一.碳水化合物活性酶类蛋白(CAZymes)作为植物病原真菌、细菌中重要的蛋白,在其生长和发育过程中发挥着重要作用.基于前期获得的枯草芽孢杆菌XF-1中104个分泌蛋白基本序列信息,利用CAT预测程序对该菌中的CAZymes蛋白进行预测分析,明确其含有CAZymes蛋白的数量是58个,上述蛋白可以分为主要类别和复合类别两大类,前者包括26个GHs、21个CBMs以及2个CEs、3个PLs、2个GTs;后者则包括4个复合蛋白类型GH/CBM.该研究有效地实现了枯草芽孢杆菌XF-1中CAZymes的预测,为进一步开展其功能研究打下坚实的理论基础.

高碳水化合物日粮对异育银鲫血浆皮质醇含量和HSP70基因mRNA表达的影响

为了探讨高碳水化合物饲料是否会引起异育银鲫(Carassius auratus gibelio)的应激反应,选用体质量为(35.60±1.11)g的异育银鲫168尾,随机分成2组,一组设为对照组(NS),投喂碳水化合物水平为35%的日粮;另一组设为高碳水化合物实验组(HS),投喂碳水化合物水平为50%的日粮,每组3个重复。在控温的循环水系统中饲养35 d和70 d后,测定异育银鲫血浆皮质醇激素含量及其肝、心脏、脾、肾中HSP70基因mRNA的表达量。结果显示,高碳水化合物实验组35 d时血浆皮质醇激素与对照组相比较显著升高(P<0.05),肝和心脏HSP70基因mRNA表达较对照组明显增强(P<0.05);70 d时血浆皮质醇激素含量升高,且70 d时高碳水化合物组肝、心脏、脾和肾HSP70基因mRNA表达与对照组相比全部增强。各组饲养70 d后,饥饿24 h后重新投喂的0 h、6 h、12 h、24 h、48 h,高碳水化合物实验组(HS)皮质醇含量在6 h、48 h显著高于对照组(P<0.05),在6 h、12 h、48 h肝HSP70基因mRNA表达与对照组相比均增强(P<0.05),说明异育银鲫对50%碳水化合物含量的饲料的耐受性比较差,鱼体产生了应激反应。结果说明,当异育银鲫血清皮质醇激素含量升高时,其肝中HSP70基因mRNA的表达量却降低,反之亦然。本研究旨在为水生动物营养应激及营养免疫的相关研究提供新的思路,为开辟鱼类应激的营养调节提供科学依据。

转Bt基因抗虫棉产量器官的碳水化合物代谢

研究了转Bt基因抗虫棉中棉所 3 0及其轮回亲本中棉所 1 6优势部位棉铃的碳水化合物代谢。比较了铃壳、纤维和种子之间的蔗糖、还原糖、酸性转化酶和ATP酶的差异 ,并结合这些部位的物质积累特点进行了分析 ;针对Bt棉棉铃的发育特征 ,着重探讨了Bt棉和常规棉的种子、纤维及铃壳的碳水化合物代谢特点 。

基于全基因组测序的禾谷炭疽菌中碳水化合物酶类蛋白预测

禾谷炭疽菌侵染玉米、小麦等农作物引起的炭疽病,给各国农业生产造成了巨大经济损失.基于前期研究结果,以630个分泌蛋白为基础序列,利用CAT预测程序,对上述蛋白进行碳水化合物酶类蛋白(CAZymes)的找寻,明确该菌中CAZymes含有267个,分为主要类别和复合类别两大类,前者包括89个GHs、53个CBMs以及41个AAs、28个CEs、11个PLs、2个GTs;后者则包括30个GHs/CBMs、10个AAs/CBMs、1个CEs/CBMs等.该研究为深入开展该病菌侵染植物的作用机制提供重要的理论基础.

碳水化合物对动物脂肪代谢相关基因表达的调控

日粮营养水平对动物代谢调控影响机制方面的研究已经逐步深入到分子水平,日粮营养对动物代谢相关基因表达调控的研究,将有助于揭示动物生长规律和营养代谢规律。文章就碳水化合物对动物脂肪代谢相关的FAS、HSL和ob基因表达调控进行了综述,为今后营养水平改变动物生产性能和产品品质的分子机理提供理论指导。

全基因组预测希金斯炭疽菌中碳水化合物酶类蛋白

希金斯炭疽菌侵染菜心等十字花科植物引起的炭疽病,给各国农业生产造成了巨大的经济损失。基于前期研究结果,以658个分泌蛋白为基础序列,利用CAZymes Analysis Toolkit预测程序,分析上述蛋白中的碳水化合物酶类(CAZymes)蛋白,明确该菌中含有238个CAZymes,分为主要类别和复合类别2类,前者包括75个糖苷水解酶(GHs)、48个碳水化合物绑定结构(CBMs)、33个辅助酶类家族(AAs)、30个碳水化合物酯酶(CEs)、23个多糖裂解酶(PLs)、4个糖基转移酶(GTs),后者则包括17个GHs/CBMs、4个AAs/CBMs、4个CEs/CBMs等。研究结果可为深入开展该病菌侵染植物作用机制的研究提供一定的理论基础。

石蒜鳞茎膨大过程中碳水化合物代谢相关基因的差异表达研究

为探讨石蒜[Lycoris radiata(L’Her.) Herb.]鳞茎膨大过程中碳水化合物积累的变化规律,本研究依据前期已构建的材料,分析了石蒜鳞茎膨大过程中碳水化合物含量、相关酶活性以及碳水化合物代谢相关基因的表达变化。结果表明,随着石蒜鳞茎的膨大,蔗糖含量不断升高,蔗糖代谢酶SUS以及淀粉合成酶AGPase、SSS和GBSS的活性不断增强,从而加快淀粉的合成,这一过程可能受到编码蔗糖代谢及淀粉合成相关酶基因的正向调控,如SUS1、SUS2、SUS4、UGPA、AGPS2、AGPL2、SS2、SS3、GBSS1、SBE1、SBE2、SBE3等。另外,本研究还发现分别在AMY3和BAMY7、BAMY8、BAMY9基因的调控作用下,石蒜鳞茎膨大过程中α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性也增强,从而加速淀粉的分解,提高鳞茎中可溶性糖含量,并可能在糖转运相关基因的作用下加快向鳞茎发育部位的转运,为鳞茎的后续膨大过程提供能量。本研究初步揭示了石蒜鳞茎膨大过程中碳水化合物代谢活动的变化规律,并挖掘到一些可能在此过程中发挥重要作用的调控基因,为后续利用分子生物学等手段加速石蒜鳞茎的膨大提供了理论依据。

基于碳水化合物的阳离子聚合物载体在基因释放中的应用

在基因治疗中,基因释放载体是不可缺少的重要组成部分。近几年来聚合物基因释放载体的研究主要旨在开发低毒或无毒的阳离子聚合物用于安全有效的基因释放。作为一类天然化合物,基于碳水化合物的阳离子聚合物载体由于其良好的生物相容性和低毒性被广泛地研究并应用于基因释放。本文阐述了聚合物基因释放的机理,并对近几年来一些典型的含碳水化合物的阳离子聚合物基因释放载体作一综述。

茶足柄瘤蚜茧蜂碳水化合物代谢相关的滞育关联基因差异表达分析

为明确糖代谢相关途径在茶足柄瘤蚜茧蜂Lysiphlebus testaceipes蛹滞育过程中的作用,揭示滞育调控的分子机制,本试验利用转录组测序技术,对滞育组与非滞育组的茶足柄瘤蚜茧蜂蛹进行转录组测序,并结合生物信息学方法对糖代谢相关途径中的差异表达基因进行了筛选与分析。GO注释到的与碳水化合物代谢条目相关的差异基因共1050个,KEGG注释到的与碳水化合物代谢相关的差异表达基因共149个,糖酵解/糖异生、淀粉与蔗糖代谢及柠檬酸循环三条途径的差异表达基因分别为18个、10个和18个。这些在滞育过程中与碳水化合物代谢相关的差异基因呈现不同程度的上调或下调表达,发现PFK,PGK,ALDO,GAPDH,PGAM,PEPCK,GYS,TreS,TreH,MDH,IDH等基因与茶足柄瘤蚜茧蜂滞育密切相关,共同影响茶足柄瘤蚜茧蜂的滞育。碳水化合物代谢相关途径可能对茶足柄瘤蚜茧蜂的滞育起着非常重要的作用,糖类物质的合成与分解为昆虫在滞育过程中提供能量。

碳水化合物反应元件结合蛋白条件性基因敲除小鼠模型的建立及鉴定

目的建立转录因子碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP)的条件性基因敲除小鼠模型,为研究ChREBP的体内生物学功能提供技术手段。方法和结果利用Cre/loxP基因打靶策略,通过构建基因打靶载体和基于胚胎干细胞(ES细胞)的基因同源重组,在ChREBP基因第8外显子的两侧分别引入loxP位点;将打靶成功的ES细胞显微注射至小鼠囊胚,然后植入假孕雌鼠子宫获得嵌合鼠,进一步获得可种系传代的ChREBP?ox/+小鼠;将ChREBP?ox/+小鼠与Alb-Cre小鼠交配,获得ChREBP的肝脏特异性基因敲除小鼠。结论建立了ChREBP条件性基因敲除小鼠模型,为揭示不同组织中ChREBP的生理功能和病理学意义提供了重要手段。

直播水稻茎鞘非结构碳水化合物积累与转运的遗传剖析

为了揭示水稻(Oryza sativa)茎鞘非结构碳水化合物(nonstructural carbohydrate,NSC)积累与转运的遗传基础,在大田直播条件下,利用来源于Lemont/特青的重组自交系群体,对5个相关性状进行了QTL定位。始穗期和成熟期共检测到3个茎鞘NSC含量QTL,分别位于第1、9和12染色体上,贡献率分别为13%、7%和7%,增效等位基因均来自特青。检测到的2个NSC转运率QTL均位于第12染色体上,贡献率分别为8%和14%。检测到的结实率和千粒重QTL分别为3个和4个,3个结实率QTL的贡献率分别为9%、24%和6%,4个千粒重QTL的贡献率分别为14%、11%、12%和13%。进一步的分析表明,来自Lemont的等位基因降低成熟期茎鞘NSC含量的同时却能提高NSC转运率、结实率和千粒重,而来自特青的等位基因对NSC转运率和结实率均有增效作用,这为性状间表型相关提供了重要的遗传解释。