L-EDIT软件在“半导体器件”教学中的应用

本文针对"半导体器件"的课程特点,探讨了如何应用L-EDIT软件改进教学方式和教学手段。将L-EDIT软件引入教学,更有利于学生对半导体器件的物理原理、器件结构及制造过程这三方面知识的综合理解和整体把握。教学实践表明,在该课程中引入L-EDIT可以收到良好的教学效果。

L-Edit V8.30应用剖析

L Edit是一个用来制造集成电路掩膜的版图设计工具。L Edit中的层与掩膜生产过程是相关联的 ,不同的层能被方便地显示为不同的颜色和样式。L Edit以文件、单元、简单的掩膜的形式描述版图设计。

陆地棉4-香豆酸辅酶A连接酶基因Gh4CL30的功能分析

【目的】研究4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)家族基因Gh4CL30的生物学功能,为棉花株型育种提供理论依据和基因种质资源。【方法】利用病毒诱导的基因沉默技术和基因编辑技术获得Gh4CL30沉默和编辑植株,测定该基因抑制及敲除植株的黄酮和木质素含量,调查棉花田间表型性状、种子大小和纤维品质。【结果】Gh4CL30基因沉默和敲除植株中木质素合成相关基因表达量显著下降,4-香豆酸辅酶A连接酶含量显著减少,茎秆中木质素含量显著降低,其株高、种子大小和纤维长度显著降低。【结论】Gh4CL30通过调控棉花木质素生物合成功能影响其生长发育。

TaEMF2调控小麦抽穗期的功能分析

适宜的抽穗期(开花时间)是作物获得高产和稳产的重要育种目标,EMF2是参与成花调控过程中的重要基因之一,但该基因在小麦中的功能仍不清楚。本研究从普通小麦中克隆了水稻OsEMF2b的直系同源基因TaEMF2,TaEMF2-2D是一个细胞核和细胞质定位蛋白。敲除TaEMF2会推迟小麦的抽穗期,过表达TaEMF2-2D会使小麦抽穗期提前。利用RT-qPCR检测小麦开花相关基因在TaEMF2转基因株系中的表达,结果表明,VRN1和VRN3在敲除转基因株系中的表达水平显著下调,在过表达株系中这2个基因的表达量则显著上调,表明TaEMF2可能通过调控VRN1和VRN3的表达来影响小麦的抽穗期。

基于CRISPR/Cas9的基因编辑及其在甘蓝型油菜中的应用

油菜是世界第二大油料作物,同时也是我国最主要的食用植物油来源。长期以来,油菜育种工作者尝试通过传统育种策略培育良种。然而,甘蓝型油菜是种间杂交后双二倍进化而来的异源四倍体物种,其基因组中存在较多基因冗余现象。因此,通过人工杂交选择、随机诱变等传统遗传方法改良性状效率非常低。近年来,CRISPR/Cas9技术以其高效、简便的独特优势,已广泛应用于多倍体油菜的基因功能研究和定向遗传改良。为了能够快速高效地对甘蓝型油菜进行种质资源创新和遗传改良,将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于甘蓝型油菜恰逢其时。本文综述了目前CRISPR/Cas9系统应用于油菜基因功能研究和遗传改良的研究进展,涉及油菜产量、含油量和脂肪酸组成、生物和非生物胁迫耐受性等重要农艺性状,并探讨了油菜基因编辑存在的局限性以及未来发展的方向。

多基因同步调控结合高通量筛选构建高产L-苯丙氨酸的谷氨酸棒杆菌工程菌株

L-苯丙氨酸(L-Phe)是重要的食品及医药中间体,但由于其生物合成途径较长且调控机制复杂,仅依靠质粒或者周期漫长的基因组逐轮改造,难以实现各个模块之间的通量平衡,在一定程度上限制了其产量的进一步提升。本研究将L-Phe生物合成途径中的7个携带组成型启动子PF11及核糖体结合位点(ribosome binding site,RBS)为GGGGGGGG的关键基因ppsA、tktA、aroF^(fbr)、aroE、aroL、pheA^(fbr)和tyrB,整合到谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)的基因组中;利用课题组前期研发的基于CRISPR/Cas系统和胞苷脱氨酶的无模板基因表达调控技术(base editor-targeted and template-free expression regulation,BETTER),对每个关键基因的RBS进行同步编辑,生成富含G/A的RBS突变文库;利用前期开发的荧光蛋白型L-Phe生物传感器结合液滴微流控系统(droplet microfluidics)对RBS突变文库进行高通量筛选。最终,从大约7万个RBS突变文库中筛选到4株L-Phe产量提升不同程度的突变菌株,其72 h摇瓶发酵产量分别为2.06、1.30、4.42和7.44 mmol/L,相比对照菌株C.g-2(0.6 mmol/L)分别提高了2.43、1.17、6.37、11.40倍。利用碱基编辑器同时调节多基因的表达水平并筛选组合文库,可以为L-Phe工程育种提供一种可行策略。

利用胞嘧啶碱基编辑技术创制耐草甘膦水稻

草甘膦是目前使用最广泛的广谱灭生性除草剂,培育耐草甘膦基因编辑水稻将有助于改善稻田杂草化学防控效果、减少用药量和简化防控措施。本研究利用胞嘧啶碱基编辑技术对水稻内源草甘膦靶标蛋白基因OsEPSPS的第177位脯氨酸密码子进行碱基定向替换,通过农杆菌介导的遗传转化获得了靶碱基C定向替换为T的OsEPSPS(P177L)编辑材料,在其自交后代中分离鉴定获得了无外源转基因成分的纯合编辑水稻材料OsEPSPS(P177L)。载药平板试验和喷雾塔喷施试验结果表明OsEPSPS(P177L)纯合编辑水稻材料对草甘膦具有明显的抗性,可耐受四倍的草甘膦田间推荐剂量浓度。进一步调查发现P177L突变并不会对株高和发芽率等经济性状造成干扰。本研究获得的耐草甘膦水稻碱基编辑新种质OsEPSPS(P177L)为水稻的草甘膦抗性改良和稻田的杂草防治开辟了一条新的途径。

基于CRISPR/CasX介导的水稻基因组编辑技术的建立

Cas蛋白作为核酸酶发挥其切割活性需要识别特定的PAM序列,如SpCas9识别NGG PAM位点,LbCas12a识别TTTV PAM。已挖掘到新的能够识别TTCN PAM序列的蛋白—CasX蛋白,扩展了基因组编辑技术的编辑范围。本研究利用CasX的两个衍生型蛋白PlmCasX和DpbCasX,建立基于CRISPR/CasX介导的水稻基因编辑系统。通过PEG介导的水稻原生质体瞬时表达分析其编辑活性发现,PlmCasX和DpbCasX两个蛋白能够对水稻内源基因OsCPK16实现有效编辑。后通过水稻稳定遗传转化进一步验证,在TTCA PAM识别位点,DpbCasX蛋白对水稻内源基因OsCPK21的编辑效率为17.5%,PlmCasX蛋白对水稻内源基因OsCPK21的编辑效率为66.07%;在TTCG PAM识别位点,PlmCasX蛋白对OsCPK4的编辑效率为23.21%,而DpbCasX蛋白不能实现有效的基因编辑。并且基于MIDAS方法对PlmCasX蛋白的优化并不能提高其编辑活性。本研究证明了CRISPR/CasX系统在水稻中具有编辑活性,且其能识别TTCR PAM这一特性,扩大了基因编辑技术在水稻中的应用范围。

复合式微型能量采集器结构设计及关键技术

提出一种压电效应和电磁效应相结合的微型能量采集器,基础结构为压电换能器(PZT)基八悬臂梁、长有Au线圈质量块、铷铁硼(Nd Fe B)永磁体。利用有限元分析软件ANSYS对微结构建立模型,通过结构力学特性分析,得到所设计结构的一阶谐振频率为214.7 Hz,为后期测试提供指导意义。制定微机电系统(MEMS)加工工艺流程,利用L-Edit软件设计并绘制所需掩模版。利用溶胶—凝胶(sol-gel)技术制备厚度为3 529 nm的PZT压电厚膜,实现了其与基底Pt/Ti/Si O2/Si/Si O2的良好异质集成,完成微型能量采集器制造过程中关键一步。经介电性能测试,PZT厚膜具有双蝴蝶状的极化反转峰,体现出较高的介电性能和耐压强度。400 k V/cm驱动条件下,测得PZT厚膜的电滞回线,其剩余极化强度Pr为37.7μC/cm2,矫顽场强为41.2 k V/cm,表现出良好的铁电性能。

电子束光刻技术与图形数据处理技术

介绍了微纳米加工领域的关键工艺技术——电子束光刻技术与图形数据处理技术,包括:电子束直写技术、电子束邻近效应校正技术、光学曝光系统与电子束曝光系统之间的匹配与混合光刻技术、电子束曝光工艺技术、微光刻图形数据处理与数据转换技术以及电子束邻近效应校正图形数据处理技术。重点推荐应用于电子束光刻的几种常用抗蚀剂的主要工艺条件与参考值,同时推荐了可以在集成电路版图编辑软件L-Edit中方便调用的应用于绘制含有任意角度单元图形和任意函数曲线的复杂图形编辑模块。

《半导体器件》课程教学的改革探索

针对《半导体器件》的课程特点,文章探讨了如何通过使用L-EDIT软件来改进该课程的教学方式和教学手段。在教学过程中应用L-EDIT软件更有利于学生对半导体器件的物理原理、器件结构及制造过程这三方面知识的综合理解和整体把握。教学实践表明,在《半导体器件》课程教学中引入L-EDIT可以收到良好的教学效果。

声表面波射频识别标签的设计与研究

传统的射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)标签基于集成电路(Integrated Circuit,IC)芯片进行编号识别,在金属物体、液体、强电磁干扰的环境及高温环境中难以实现信息读取,明显暴露出它的缺点。基于声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)的射频识别技术则应运而生,两者在市场和技术上是竞争也是相互补充。SAW射频识别系统的标签由压电基片、叉指换能器(IDT)、反射栅和天线构成。分析了SAW射频识别标签的整体结构,利用L-edit软件设计绘制SAW射频识别标签的叉指换能器和反射栅,根据不同反射栅编码方法,仿真出各类响应曲线图。最后分析比较不同编码之间的优缺点,选择SPUDT共线式结构。SAW射频识别无源标签是集现代电子学、声学、微电子工艺技术和雷达信号处理等技术的新成就,具有能适应恶劣环境、无线无源、识别距离远、批量生产成本低等优点。

茶树咖啡碱合成酶CRISPR/Cas9基因组编辑载体的构建

CRISPR/Cas9技术是一门新兴的基因组定点编辑技术,具有操作简单、高效的优点,可轻松实现对目标基因的敲除、替换和定点突变等操作。该技术刚诞生,就受到了全球生命科学领域研究者的关注,不到3年的时间就已经成功应用于多种动、植物当中。然而CRISPR/Cas9技术在茶树中的应用面临载体构建问题,本文以茶树咖啡碱合成酶为例,联合采用常规PCR、Overlapping PCR和Golden Gate Cloning技术,构建了包含茶树咖啡碱合成酶双靶点的CRISPR/Cas9基因编辑载体,为CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术在茶树中的应用奠定了坚实基础。

水稻红莲型不育系雄性配子发育过程中线粒体功能基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑普遍存在于高等植物线粒体中,是线粒体产生功能蛋白所必不可少的过程。以红莲(HL)型水稻细胞质雄性不育系粤泰A、保持系粤泰B及杂种红莲优6四分体时期的花药、单核花粉和二核花粉为材料,研究了线粒体功能基因———atp6、coxⅡ及嵌合基因orfH79转录本的编辑位点。结果表明,atp6转录本的编辑能力明显受到恢复基因的影响。atp6转录本在不育系中不被编辑或部分编辑,而在引入了恢复基因的杂种一代中,其编辑能力均大幅提高。coxⅡ转录本在3个材料中编辑状态没有差别,而嵌合基因orfH79在各个材料中均不被编辑。由此推测,红莲型水稻细胞质雄性不育与atp6转录本编辑能力的基本丧失紧密相关。

利用基因组编辑技术定点突变IPA1基因创制水稻新株型材料

【目的】水稻株型改良是提高水稻产量的一个有效途径。水稻理想株型基因IPA1是一个调控水稻株型的关键基因,利用基因组编辑技术(TALENs技术)定点突变水稻IPA1基因,了解IPA1基因不同序列变异的株型效应,为进一步利用IPA1基因创制实用型水稻新株型材料奠定基础。【方法】利用TALENs技术定点突变优良恢复系明恢86的IPA1基因,通过测序鉴定突变体,种植于标准小区,调查分析其株型相关性状。【结果】利用TALENs技术获得了8种不同序列突变的水稻ipa1突变体,并通过转基因植株自交结合PCR分析筛选到去除了TALENs表达框,获得4种不含外源转基因成分的纯合突变体材料(IPA1基因表达区分别缺失2、4、16、23 bp)。表型分析发现,IPA1基因突变能够显著改变水稻的株高、有效穗数、穗长及穗粒数等性状。与野生型比较,缺失移码突变体株高降低7.9%~11.4%,有效穗数增加46.9%~68.4%,穗长短24.2%~29.3%,穗粒数减少31%~34%,结实率和千粒重差异不明显。【结论】利用TALENs技术定点突变水稻IPA1基因能够明显改变水稻株高、有效穗数、穗长及穗粒数等主要性状,产生水稻新株型。

紫稻(Oryza sativa L.)线粒体ATP合成酶atp6基因转录本RNA编辑

紫稻(Oryza sativa L.)细胞质雄性不育系紫稻A是本实验室构建的新型细胞质雄性不育系。本研究使用PCR、RT-PCR、DNA测序等技术,得到了紫稻细胞质雄性不育水稻不育系(樱香A)及其保持系(樱香B)线粒体atp6基因转录本cDNA序列。通过与基因组序列比对发现:樱香Aatp6cDNA序列中,没有发生RNA编辑;而樱香Batp6 cDNA序列中有16个编辑位点,在樱香B cDNA序列16个编辑位点位于15个密码子中,所编码的氨基酸均发生改变:在1003位点由C替换为T,导致原来编码谷氨酰胺密码子(CAA)成为终止密码子(TAA),保证atp6 mRNA编码一个正常的ATP6多肽;而由于没有发生RNA编辑,樱香A mRNA就不能翻译成正常的多肽。研究表明,RNA编辑在合成正常的ATP6多肽的过程中具有至关重要的作用,同时也说明RNA编辑可能与细胞质雄性不育相关。

声画同步幻灯制作实践

在自动播放幻灯中,报奖幻灯对时间的要求是最严格的。它的特点是声画同步,必须在规定的时间里把要汇报的内容呈述完,并且在异地、异机播放时不会出现延时、卡壳、咬字等现象。该文结合报奖幻灯的制作特点,介绍声画同步的细节和技巧,以供初次制作此类幻灯的同行借鉴,从而少走弯路。

BnaTT2基因缺失黄籽甘蓝型油菜材料的创制

【目的】创制可以稳定遗传的黄籽甘蓝型油菜种质,为黄籽油菜材料的创制与利用奠定理论与实践基础。【方法】以甘蓝型油菜BnaTT2基因为研究对象,以甘蓝型油菜K407为受体材料,构建相应单靶点的CRISPR/Cas9基因编辑载体,利用农杆菌介导法将载体转化入油菜植株,测定获得的黄籽油菜基因编辑材料TT2-Mutant的籽粒色度和千粒质量,并用红外分析仪测定其脂肪酸组分相对含量和含油量。【结果】对甘蓝型油菜T_(1)代转基因株系靶位点的序列检测和突变类型分析结果表明,BnaTT2基因靶位点被成功编辑,编辑类型为单碱基的插入或缺失。获得的T_(2)代BnaTT2基因缺失油菜材料籽粒千粒质量(4.74 g)相比对照材料K407(3.62 g)增大;种子颜色变黄,黄色度等级为4.8;籽粒中的含油量极显著升高6.10%,亚油酸和亚麻酸相对含量分别极显著提升3.13%和4.99%,芥酸相对含量则极显著降低1.53%。【结论】BnaTT2基因敲除后可导致相应功能缺失,从而改变油菜籽的种皮颜色,并对其脂肪酸组成产生影响。

利用CRISPR/Cas9技术创制高油酸甘蓝型油菜新种质

在低硫苷低芥酸的双低甘蓝型油菜基础上,培育稳定的高油酸油菜是当前重要的育种目标之一,本研究通过利用CRISPR/Cas9基因编辑对湖南农业大学选育的品种湘油15号(XY15)进行品种改良。BnaFAD2和BnaFAE1是油酸合成不饱和脂肪酸和超长链脂肪酸的两个关键基因。利用CRISPR/Cas9基因编辑系统与高效油菜转化技术相结合,对甘蓝型油菜XY15的BnaFAD2.A05、BnaFAD2.C05、BnaFAE1.A08和BnaFAE1.C03同时进行基因编辑,获得了7株T0代转基因植株,通过靶基因克隆测序,发现均未发生基因编辑。然而,在T1代植株中发现并检测到了基因编辑的发生,BnaFAD2.A05、BnaFAD2.C05、BnaFAE1.A08和BnaFAE1.C03的总基因编辑效率分别为38.89%、27.78%、22.22%、30.56%。在T2代植株中,筛选到了5株4个靶基因均发生了突变,且无外源基因的突变体材料Cas9-1-12-4、Cas9-1-12-5、Cas9-2-7-11、Cas9-5-5-3、Cas9-6-6-1,它们的相对油酸含量为68.69%、80.16%、75.82%、75.97%、74.37%,相比于野生型XY15(相对油酸含量为62.04%)均有显著提高。

基因编辑技术及其在桑树育种中的应用前景展望

综述了3种基因编辑技术的作用机制及CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物育种中的应用。根据桑树(Morus alba L.)育种工作的现状,对CRISPR/Cas9基因编辑技术在桑树功能基因组学和遗传改良中的应用前景进行了展望,以期为桑树多元化种质创新提供借鉴和新思路。