能源甜菜BvHIPP24基因的特性及在酵母中的镉耐受功能分析

为了进一步研究重金属相关异戊二烯化植物蛋白在重金属逆境下的解毒机制,本研究克隆了能源甜菜BvHIPP24基因并分析了其在镉逆境下酵母中的功能。本研究以能源甜菜为实验材料,利用RTPCR的方法克隆获得能源甜菜BvHIPP24基因,并对BvHIPP24基因进行生物信息学分析;利用酵母表达载体构建pYES2-BvHIPP24重组质粒并转化到酵母InVSc1,在真核酵母细胞中进行BvHIPP24基因应答镉胁迫的研究。生物信息学分析显示BvHIPP24基因的CDS全长444 bp,编码147个氨基酸,氨基酸序列的分子量为16377.34 Da,理论等电点为9.39,为亲水蛋白,不含有跨膜区域,定位于叶绿体。保守结构域分析该基因具有一个HMA结构域。构建进化树分析表明,能源甜菜BvHIPP24蛋白与BvHIPP23蛋白质具有较近的亲缘关系。当施加0.5 mmol/L CdCl_(2)胁迫后,适量表达BvHIPP24的重组菌与对照菌株相比,其生长趋势明显优于后者,并发挥着相对更高的Cd耐受性。这说明,能源甜菜BvHIPP24基因在镉逆境胁迫下发挥着重要的解毒作用,并有可能直接或间接参与细胞重金属离子吸收、转运及代谢平衡等过程。

生活垃圾焚烧厂周边土壤硝化和反硝化功能基因分布特征及影响因子

以上海某垃圾焚烧厂为研究对象,采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和荧光定量PCR定量分析了其周边土壤中重金属(Cd、Pb、Cu、Ni、Cr、Zn和As)含量水平,及不同硝化和反硝化功能基因丰度(AOB-amoA、nxrB、narG、nirS、norB和nosZ),并通过空间插值法分析了目标重金属与硝化和反硝化功能基因的空间分布特征,同时通过相关性分析和冗余分析探讨了土壤重金属及其理化性质对硝化和反硝化功能基因丰度变化的作用影响。结果表明,研究区域土壤中Cd、Pb、Cu、Ni、Cr、Zn和As的含量分别为0.083~1.065、15.54~43.17、18.30~65.52、24.58~41.65、65.04~201.0、58.96~153.5和0.098~5.115 mg·kg^(-1),而土壤中AOB-amoA、nxrB、narG、nirS、norB和nosZ基因丰度分别为4.89×10~2~1.34×10~5 copies·g^(-1)、5.43×10~6~5.41×10~7 copies·g^(-1)、1.21×10~6~7.91×10~6 copies·g^(-1)、3.79×10~6~7.39×10~7 copies·g^(-1)、1.61×10~5~1.33×10~7 copies·g^(-1)和1.44×10~4~2.18×10~5 copies·g^(-1)。由空间插值分析结果可知,土壤中重金属主要来源于焚烧烟气排放沉降,硝化和反硝化功能基因的空间分布特征与土壤总氮及重金属均具有相似性。相关性分析和冗余分析结果显示,除Cd和Zn外,其余重金属含量对硝化和反硝化功能基因丰度影响不显著,表明垃圾焚烧厂周边土壤中重金属污染对氮循环过程影响较小。相比之下,土壤理化性质如总有机碳、总氮等对硝化和反硝化功能基因丰度影响更显著。该研究可为相关地区垃圾焚烧厂周边土壤重金属污染控制及微生物生态风险评价提供参考。

利用烟草的cDNA酵母表达文库筛选镉胁迫相关基因

为了鉴定烟草在重金属镉胁迫处理下的功能基因,构建烟草cDNA酵母表达文库,并利用镉敏感的突变株对文库进行初步筛选。首先将烟草幼苗进行重金属胁迫处理,然后取幼根提取总RNA并纯化mRNA,采用SMART技术反转录成双链cDNA,将cDNA与入门载体pDONR222的同源重组区连接,再转到酵母表达载体pDEST22上,构建了Gateway技术兼容的酵母cDNA表达文库。经检测,构建的cDNA酵母表达文库滴度为4.32×106 cfu/mL,库容量为0.86×107 cfu,平均插入片段长度大于1kb,文库质量较高。通过镉敏感酵母突变株Δycf1筛选烟草重金属镉胁迫相关基因,获得酵母单克隆70个。经分析可知,其涉及到谷胱甘肽转移酶、铜分子伴侣及甲硫蛋白等24个不同蛋白基因,初步鉴定为烟草应答重金属镉胁迫的候选基因。

可口革囊星虫研究进展

可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta)俗称海丁、沙虫,泥蒜,为星虫动物门、革囊星虫纲、革囊星虫目、革囊星虫科、革囊星虫属的中国特有种,广泛分布于福建、浙江、广东、广西等地[1],在福建已有三百多年的食用历史,以此为原料的闽南风味小吃“土笋冻”深受广大消费者青睐。可口革囊星虫除可食用外,还可入药,如《中华海洋本草》记载,可口革囊星虫味甘、咸,性寒;归脾、肾经;主治气血虚弱,阴虚潮热,产后乳汁不足。民间用作治疗虚火上炎及滋阴补肾之食疗药物,被誉为动物人参、海冬虫夏草[2]。可口革囊星虫栖息在潮湿泥质的洞穴中,可抵抗低温、高温、缺氧和重金属环境等不利条件,是具有重要经济价值的海洋生物资源[3]。国内外对可口革囊星虫的组织学、生理生态、繁殖和养殖技术、营养成分、生物活性、功能基因克隆分析等进行了研究。笔者综述已有的研究成果,探索今后的研究方向和重点,旨在对可口革囊星虫的研究及其资源保护、开发利用提供参考。

一株耐镉细菌Exiguobacterium acetylicum TC13的分离鉴定及全基因组分析

【背景】一些具有金属抗性的微生物被发现能降低土壤中金属的有效性,减少金属在植物中的转运和积累,同时具有促进植物生长的作用,表现出较低的成本效益和环境生态友好性,在农业、工业和环境领域具有广阔的应用前景。【目的】分离筛选并获得耐Cd(Ⅱ)优质菌株,并对其进行生物学鉴定,分析菌株形貌及耐镉的生物学特性,进一步从基因组层面剖析菌株的分子遗传特征,初步探究其潜在功能及耐重金属Cd(Ⅱ)相关基因,并探究Cd(Ⅱ)胁迫下菌株对小麦籽粒萌发特性的影响。【方法】收集四川省德阳市磷矿、煤矿产区10余份土样,利用筛选培养基分离获得耐Cd(Ⅱ)菌株,采用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)观察其形貌特征;测定培养液OD600验证菌株耐Cd(Ⅱ)特性。基于Illumina NovaSeq和Oxford Nanopore ONT测序平台,采用全基因组测序技术进行菌株鉴定及全基因组功能分析。利用生物信息学软件对原始数据组装、功能注释,挖掘耐Cd(Ⅱ)适应机制相关基因。观察不同处理下的发芽生根率及芽根长势,研究Cd(Ⅱ)胁迫下菌株对小麦籽粒的萌发特性。【结果】分离获得一株优质耐Cd(Ⅱ)菌株,经16S rRNA基因测序和全基因测序鉴定为Exiguobacterium acetylicum,命名为TC13。菌株TC13全基因组序列组装得到1个染色体和1个环状质粒,大小分别为3192165 bp和167401 bp;G+C含量分别为46.62%和44.63%;分别包含3231个和154个DNA编码序列,染色体同时包含54个ncRNA。功能基因数据库比对结果发现菌种中多个基因涉及重金属转运、外排及应激响应等生物学过程,这可能与其耐Cd(Ⅱ)特性有关。菌株对镉胁迫下小麦籽粒萌发率及长势特性具有显著提升作用。【结论】本研究通过全基因组测序探究了E.acetylicum TC13的基因结构,丰富了同属种菌株遗传学信息,解析了Cd(Ⅱ)耐受的相关基因,证实了菌株TC13对Cd(Ⅱ)胁迫下小麦籽粒生长的促进作用,这表明菌株TC13在土壤修复及促生中具有潜在的应用前景。

土壤微生物响应重金属胁迫的生态特征研究进展

重金属进入土壤后可能会造成土壤质量退化,引起土壤微生物等生态特征的变化。本文从重金属种类与浓度对土壤中微生物呼吸速率、生物量、生物量碳、多样性、群落结构以及功能基因等方面的影响进行了归纳分析,并对重金属污染土壤中微生物分子生态学的研究方向进行了展望,为研究重金属污染对土壤微生物特性的影响提供参考。

菌根真菌重金属耐性机制研究进展

菌根真菌在自然界中广泛存在,能与大多数陆地植物形成共生体,菌根共生体系对于植物适应各种逆境胁迫具有重要意义.在重金属污染土壤中通常也能发现菌根真菌,某些菌根真菌对重金属表现出较强的耐受性,在污染土壤修复方面显示出应用潜力.本文从生境选择、生理适应、功能基因表达调控等层面综述了菌根真菌重金属耐性机制方面的最新研究进展,并对今后的研究方向进行了展望,旨在推进相关机制研究及菌根技术在重金属污染土壤修复中的应用.

茶树‘黄金芽’CsHIPP26.1基因克隆与光响应表达分析

本研究以茶树(Camellia sinensis)‘黄金芽’芽下第二叶为材料,克隆了前期蛋白组学分析获得的一个响应光强变化且在‘黄金芽’中高表达的重金属相关异戊二烯化植物蛋白(HIPP)基因,将其命名为CsHIPP26.1, GenBank登记号:MK654903。该基因c DNA全长为465 bp,编码154个氨基酸,蛋白分子质量为17.01 kDa;理论等电点为9.13,无跨膜结构域;共有16个磷酸化位点,位于丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸三个氨基酸残基上;二级结构中含α螺旋28.6%、310螺旋3.9%、β折叠32.5%、β转角6.5%,此外还含无序化区域28.6%,且主要分布于N端和C端;亚细胞定位于核中。以不同遮荫度‘黄金芽’新梢为材料进行实时荧光定量PCR (qRT-PCR)实验,结果显示CsHIPP26.1表达响应光照强度变化,且随光照强度增大表达量增加;将CsHIPP26.1转化苹果(Malus pumila)‘王林’愈伤组织,能助其在强光下正常生长。