木质素生物合成翻译后修饰调控研究进展

蛋白质翻译后修饰(post-translational modifications,PTMs)在植物生长发育过程中具有十分重要的作用,它们通过调节蛋白质的结构、稳定性以及活性,从而影响植物的生长发育以及响应环境胁迫的能力。木质素生物合成途径及其上游转录调控机制目前已研究得较为清楚,但翻译后修饰研究较少。综述了木质素生物合成翻译后修饰调控的最新研究进展,重点介绍了磷酸化、泛素化、糖基化和S-亚硝基化4类重要的翻译后修饰对木质素合成关键酶和转录因子的调控机制,旨在深化对木质素生物合成调控机理的认知,并为深入理解植物木质素合成的精准时空调控机制提供参考和启发。

水产养殖环境中抗生素抗性基因的检测与消除技术研究进展

抗生素作为治疗和预防疾病在水产养殖过程中大量使用,导致了水体中抗生素抗性细菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。目前,抗生素抗性基因已经在水产养殖生态系统中广泛存在,并且随养殖废水排放至环境中,严重威胁生态环境和人类健康。因此,明确和实施水产养殖中抗生素抗性基因的检测和消除技术十分重要。本文通过综述抗生素抗性基因的检测手段如传统微生物培养和分子生物学(PCR、DNA杂交及微列阵技术和宏基因组技术)以及水体中抗生素抗性基因的常用消除手段,旨在为养殖水体中抗生素抗性基因的快速检测和去除提供理论基础。

生物育种科普基地建设的必要性及策略

本文探讨了生物育种科普基地建设的必要性及其面临的挑战。首先,强调了提升公众对生物育种认识的需求及其在生物多样性保护中的重要性。接着,分析了科普基地建设中存在的基础设施不足、展示内容缺乏吸引力以及公众参与度低等问题。针对这些问题,提出了优化基础设施、丰富展示内容以及提升公众参与度和科普效果的策略。最后,总结了研究的主要观点,并对生物育种科普基地的未来建设提出了建议。本文旨在推动生物育种科普教育的普及与发展,为生物多样性保护贡献力量。

生物育种中试基地的建设与管理

随着生物技术的飞速发展,基因编辑、转基因和合成生物学等技术在生物育种领域展现出了巨大潜力。中试基地作为连接实验室研究与生物育种安全评价的桥梁,在成果转化过程中发挥着重要作用。本研究论述了生物育种中试基地及其作用,探讨了中试基地如何通过科学的建设与管理,构筑起包括硬件设施、人才团队、管理制度、产学研合作和技术服务在内的综合体系,以此来推动生物育种科研成果从研发走向商业应用,实现高效、安全、合法的产业化应用。

玉米转录因子ZmEREB180调控根系生长发育及耐逆的功能研究

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫、调节激素信号转导和物质代谢等多种生物学过程中发挥着重要作用。目前AP2/ERF超家族基因在许多植物物种中的生物学功能已经得到验证,但对玉米(Zea mays L.)中AP2/ERF基因的结构和功能的研究报道较少。前期工作中我们发现,ZmEREB180(ethylene-responsive element binding)转录因子,在鉴定的玉米六叶期(V6)、十二叶期(V12)和抽雄期(VT)等关键发育时期,根系中的表达量均存在显著差异;通过组织表达分析发现该基因主要在玉米根系中表达,且在幼根中的表达量显著高于成熟根,推测该基因可能参与玉米根系生长发育调控。本研究克隆了ZmEREB180(Gene ID:100192457)基因,结合生物信息学分析、实时荧光定量PCR(RT-qPCR)、亚细胞定位和转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)株系的耐逆表型鉴定等生物学手段,初步分析了该基因的表达模式和生物学功能。该基因包含2个外显子,编码序列全长1023 bp,编码340个氨基酸,具有AP2/ERF家族所特有的保守结构域;该基因在玉米根系中表达量最高,且在高盐、干旱、高氮和低氮等胁迫处理条件下的玉米根部皆有不同程度的诱导表达,其中,低氮处理较高氮处理具有更高的表达量和更快的响应速率;在含0.10、0.15 mol L^(-1)NaCl以及0.15、0.20和0.30 mol L^(-1)甘露醇(mannitol)的1/2 MS固体培养基上,转ZmEREB180基因拟南芥的主根长度均显著长于野生型;土壤环境中,高盐和干旱胁迫条件下的转基因植株比野生型拟南芥具有更健康的生长状态、更高的绿叶率、更低的丙二醛含量和更高的过氧化物酶活性。转录因子ZmEREB180可能在调控玉米根系生长发育方面具有积极的促进作用,并且能增强玉米植株对高盐、干旱、渗透、低氮等逆境胁迫的耐受性。本研究为下一步鉴定转录因子ZmEREB180在玉米中的生物学功能和分子机制奠定了良好的基础。

玉米ZmGRAS13基因的克隆及功能研究

GRAS家族是植物特有的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。探究玉米(Zea mays L.)GRAS家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmGRAS13基因(Zm00001eb401210),利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR(qPCR)等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及逆境胁迫下表达模式等进行分析。生物信息学分析结果显示,该基因编码序列全长为1638 bp,编码545个氨基酸;ZmGRAS13蛋白不具有跨膜结构,分子量为60.79 kD,理论等电点为5.86,具有GRAS家族所特有的保守结构域。对基因启动子上游2 kb序列进行分析,发现该序列含有与逆境胁迫、激素响应及光响应等相关的顺式作用元件。qPCR分析表明,ZmGRAS13基因在玉米不同组织中均有表达,且茎中的表达量最高;同时该基因在不同非生物胁迫处理条件下均有不同程度的诱导表达。玉米原生质体瞬时表达实验表明,ZmGRAS13蛋白定位于细胞核。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和水杨酸(salicylic acid,SA)的1/2 MS固体培养基上,转ZmGRAS13基因拟南芥株系的根长均显著长于野生型拟南芥;在土壤中,高盐和干旱处理下转基因拟南芥株系较野生型拟南芥生长状态更好,且绿叶率高于野生型。转ZmGRAS13基因拟南芥与野生型相比,抗逆生理指标MDA含量降低、叶绿素含量增加、POD和CAT活性增强,且差异均显著。由此推测,ZmGRAS13基因可能参与玉米生长发育调控和对逆境胁迫应答及激素信号转导途径。本研究为进一步解析ZmGRAS13在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

玉米N-乙酰转移酶ZmNAT1基因响应非生物胁迫的功能分析

GNAT(Gcn5-related N-acetyltransferase)家族蛋白在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。目前GNAT家族基因在多个物种中的生物学功能已有报道,但在玉米(Zea mays L.)中的功能验证研究却很少。探究玉米GNAT家族基因的功能,不仅能丰富我国的玉米育种基因资源,同时也可为玉米的新种质资源创制提供重要依据。本研究克隆了ZmNAT1基因(Gene ID:541936,GRMZM2G123159),通过生物信息学分析发现,该基因CDS全长为519 bp,编码172个氨基酸,具有GNAT家族特有的保守结构域。通过对ZmNAT1基因在玉米不同时期不同组织中的表达量和不同逆境胁迫下表达模式分析发现:ZmNAT1在成熟根中的表达量最高,在不同非生物逆境胁迫处理下,ZmNAT1基因均有不同程度的诱导表达。通过异源表达获得了3株独立的表达量较高的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)纯合株系,对其进行了不同逆境胁迫处理下表型鉴定实验,结果表明,转基因拟南芥相对于野生型拟南芥有更好的表型,在盐胁迫、渗透胁迫和干旱条件下的转基因株系的根显著长于野生型,且植株较野生型植株的绿叶率和叶绿素含量均升高、丙二醛含量降低,差异均达到显著水平。由此推测,ZmNAT1基因可能参与玉米对干旱、盐等非生物逆境胁迫的应答。本研究为进一步解析ZmNAT1在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

植物超分子纤维素合酶复合体的结构与组装研究进展

纤维素是构成植物细胞壁的主要成分,也是自然界最丰富的可再生资源。植物纤维素由β-1,4-葡聚糖链组成,其合成是由位于质膜上的纤维素合酶复合体(cellulose synthase complex, CSC)催化完成。文章从生物化学、遗传学和进化角度分析了植物CSC结构及组装方面的最新研究成果,包括纤维素合酶(cellulose synthase, CesA)亚基的蛋白结构特征和生物学功能、CesA组装成玫瑰花环CSC核心复合体的机制,以及CSC结构与纤维素特性的关系。进一步探讨了细胞骨架等辅助蛋白和蛋白翻译后修饰在超分子CSC组装与纤维素合成调控中的作用。最后,文章展望了利用单碱基编辑技术突变植物保守结构域(plant-conserved region, PCR)、N端结构域(N-terminal domain, NTD)或跨膜结构域(transmembrane domain, TM)等结构域的关键氨基酸位点,改变纤维素合酶复合体稳定性和功能,为培育生物量增加、抗逆性增强、适合特定工业应用的新型植物提供理论基础,为植物纤维素基因工程遗传改良提供了新策略。

林业废弃物的食用菌基质化利用研究进展

我国林业资源丰富,森林维护和林木加工过程中产生了大量的林业废弃物。食用菌强大的碳水化合物降解酶系可将林业废弃物中的营养转化为对人体健康有益的菌物蛋白、活性多糖、膳食纤维等。林业废弃物的食用菌基质化利用不仅可以消耗大量林业废弃物,同时还可以解决食用菌栽培原料短缺的问题。本文从林业废弃物资源化利用现状及其食用菌基质化利用等方面,论述了林业废弃物作为食用菌栽培基质的可行性和存在的问题,并探讨了从宏观政策引导、基础应用研究加强以及基质化生产链条建立等角度推进林业和菌业结合的发展潜力,以期为林业废弃物生产食用菌提供参考。

不同谷子品种富硒能力及外源硒协同增效作用的研究

为了实现缺硒带谷子高效富硒生产的目标,研究京郊谷子在缺硒土壤(褐土,硒含量0.266 mg/kg)吸收土壤硒的能力和喷施外源硒及增效制剂对硒的吸收效率。以“京谷2号”“京谷3号”“京谷4号”谷子为试验材料,设置4个硒水平(0、11.25、15.00、22.50 g/hm^(2))和2个增效剂(18.75 L/hm^(2)腐植酸和0.19 L/hm^(2)有机硅),采用田间随机区组试验,研究施用外源硒(Na_(2)SeO_(3))条件下,谷子品种与富硒的交互作用和增效制剂对富硒能力的提升。通过测定谷子籽粒硒含量、籽粒硒利用效率和强化指数,比较不同增效剂与硒协同作用对谷子富硒能力提升效率的影响,为生产中优化高附加值富硒农产品生产提供参考。结果表明:CK处理中,“京谷2号”籽粒硒含量、籽粒硒生物富集指数最高,筛选“京谷2号”为土壤硒富集能力强品种,Se处理中,“京谷4号”籽粒硒含量、硒利用效率、强化指数均最高,筛选“京谷4号”为外源硒富集能力强品种;腐植酸和有机硅增效剂与硒协同作用比较,喷施腐植酸增效剂显著提高谷子籽粒硒含量、硒利用效率和强化指数,其提高谷子富硒效率效果明显;喷施腐植酸增效剂条件下,“京谷4号”籽粒硒含量比Se2处理增加30.37%,“京谷2号”“京谷3号”籽粒硒含量比Se3处理增加41.50%、16.81%。缺硒土壤生产富硒谷子,品种选择“京谷4号”,选择腐植酸增效剂及15.00 g/hm^(2)Na_(2)SeO_(3),其中“京谷2号”“京谷3号”,喷施腐植酸增效剂可减少1/3亚硒酸钠用量,达到增加籽粒硒含量的目的。

谷子生长调节因子互作因子基因家族生物信息学分析

【目的】生长调节因子互作因子(GRF-interacting factor,GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育和逆境胁迫中起重要作用。通过系统分析谷子GIF基因家族的组成、各成员的结构以及进化关系,为GIF基因调节机制研究提供参考。【方法】利用谷子基因组数据库,采用生物信息学的方法,鉴定谷子GIF基因家族的基因结构、染色体定位,编码蛋白相似性、二级结构、跨膜区和磷酸化位点预测,通过序列比对进行进化和分类分析。【结果】谷子含有3个GIF基因,均含有4个外显子,分布于第3、8和9号染色体上。编码SiGIF1蛋白和SiGIF2蛋白相似性最高,为72.04%,SiGIF1蛋白和SiGIF3蛋白相似性最低,为37.08%。二级结构分析显示,谷子GIF蛋白无规则卷曲占比最高(41.56%~56.60%),其次为α-螺旋(34.43%~35.50%),再次为β-转角(5.19%~11.69%),β-折叠最低(3.23%~11.26%)。TMHMM跨膜区进行分析显示,谷子GIF蛋白均不含有跨膜区。MEME保守基序分析显示,谷子GIF蛋白均含有保守的SSXT(PF05030)结构域。磷酸化位点预测分析表明谷子GIF蛋白均含有潜在磷酸化位点。【结论】谷子GIF基因家族的基因结构、磷酸化位点预测等生物信息学分析结果将为揭示谷子GIF基因家族在谷子生长发育过程中的功能提供重要的线索。

食用菌菌渣理化性质及利用途径研究进展

为了促进食用菌菌渣的高效利用,在介绍食用菌菌渣理化性质的基础上,从食用菌栽培再利用及用作饲料、肥料、生态环境的修复材料等方面综述了食用菌菌渣利用途径的研究进展,指出菌渣利用中存在的理化性质研究薄弱、研究应用缺乏协作、应用性研究不足等问题,并提出发展建议,如加深基础研究;加强学科间的融合和行业间的合作;加强菌渣利用的应用研究等。综合来看,食用菌菌渣的高效应用前景广阔。

玉米转录因子ZmbHLH91对非生物逆境胁迫的应答

bHLH(basichelix-loop-helix)是植物中一个重要的转录因子家族,在调控植物生长发育、逆境胁迫及信号转导过程中发挥着重要作用。目前,动物中大部分bHLH转录因子功能已明确,但是在植物中,尤其是玉米中的研究报道较少。在前期工作中,我们对玉米生长发育过程中的4个关键时期进行了根系表型鉴定和转录组测序分析,发现转录因子ZmbHLH91在六叶期(V6)、十二叶期(V12)和抽雄期(VT)的相邻时期间的表达均差异显著,且ZmbHLH91在V6,V12和VT这些根系生长发育活跃期的表达量较高,推测该基因可能调控玉米根系的生长发育。为探究ZmbHLH91基因在根系生长和抵抗逆境胁迫方面的作用,本研究克隆了ZmbHLH91(AC:NC_AQL05369)基因,该基因全长2112bp,具有bHLH转录因子家族特有的保守结构域。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析表明,ZmbHLH91在玉米根中的表达量最高,其在三叶期幼根中的表达量高于抽雄期成熟根。在高盐、渗透、低温以及脱水胁迫处理下,玉米幼苗中ZmbHLH91的表达均上调。在无胁迫处理的1/2 MS培养基上,ZmbHLH91异源表达拟南芥与野生型拟南芥的根长无明显差别,而在梯度浓度NaCl和甘露醇处理的培养基上,ZmbHLH91异源表达拟南芥的根均长于野生型,且差异显著;在土壤中进行干旱和高盐处理后,转基因拟南芥比野生型拟南芥表现出更好的生长状态、更高的过氧化物酶(POD)活性和更高的绿叶率。推测ZmbHLH91基因可能参与响应高盐、干旱以及渗透胁迫等逆境条件。ZmbHLH91基因在茉莉酸(jasmonic acid,JA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)等激素处理下均上调表达,推测ZmbHLH91基因可能参与响应JA和ABA激素信号。在梯度浓度JA处理的培养基上,转基因拟南芥的根长均长于野生型,且差异显著。酵母双杂交实验表明ZmbHLH91与ZmMYC2相互作用,ZmMYC2是JA信号通路中重要的蛋白,由此推测ZmbHLH91蛋白可能参与JA信号通路。综上所述,ZmbHLH91可能参与高盐、干旱和渗透胁迫应答及JA信号转导途径。本研究为进一步解析ZmbHLH91在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

植物转录因子AP2/ERF家族蛋白结构和功能的研究进展

AP2/ERF(APETALA2/ethylene responsive factor)转录因子家族均含有1-2个由60个左右的氨基酸所构成的AP2/ERF结构域。按照AP2/ERF结构域的个数以及是否含有其他结构域,将其分为AP2(APETALA2)、乙烯响应因子(ERF)、脱水响应元件结合蛋白(DREB)、RAV和Soloist五个亚家族。该家族在植物生长发育以及响应生物胁迫和非生物胁迫等方面起重要作用。概括了AP2/ERF转录因子的结构功能特点,以及近年来AP2/ERF家族蛋白参与植物生长发育以及对逆境响应等方面的进展,为该类转录因子今后的研究提供帮助。

玉米转录因子ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211(GeneID:103647485)基因,利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析;对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示:该基因只包含1个外显子,cDNA全长为792bp,编码263个氨基酸;ZmEREB211蛋白分子量为27.9kD,理论等电点为6.01,具有AP2家族所特有的保守结构域;ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高,且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量;同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)的1/2MS培养基上,转ZmEREB211基因拟南芥株系的根长显著长于野生型。在干旱和高盐处理下,盆栽转基因拟南芥株系较野生型株系表现出更强的耐受性,且苗期的绿叶数显著多于野生型,过氧化物酶(POD)活性和叶绿素含量均显著高于野生型。研究表明ZmEREB211可能参与调控玉米根系生长发育,对高盐、干旱、渗透等逆境胁迫及JA激素处理均能起到正向的调控作用。本研究为进一步解析ZmEREB211在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

噬菌体编码的抗生素抗性基因研究进展

噬菌体作为地球上丰度最高的生物体,对于全球生态系统的微生物群落组成与动态,生物地球化学循环和细菌进化等都具有重要作用,但噬菌体对抗生素抗性的贡献还所知甚少.通过宏基因组测序和定量PCR等技术,发现了海洋,河流,土壤,动物肠道等环境的噬菌体基因组中存在多种耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs).因此,噬菌体及其介导的转导作用可能对ARGs的富集扩散发挥着重要作用.本文综述了不同环境介质的噬菌体基因组中ARGs的分布特征以及噬菌体介导的ARGs水平转移的研究进展,同时展望了为阐明噬菌体对抗生素抗性贡献需要解决的科学问题.本文将为了解噬菌体在ARGs传播扩散中的作用以及扩展对可移动抗性组的认知奠定基础.

我国大豆种业科技创新发展现状及对策建议

我国是大豆消费和进口大国,推动大豆产业振兴、强化大豆种业科技创新对于保障我国粮饲安全意义重大。结合2016年以来我国大豆种植面积、产量、进口量等数据及相关研究进展,深入分析我国大豆产业所面临的刚性需求量大且长期依靠进口、平均单产水平低且种植面积受限、大豆进口面临潜在风险且不易疏解等形势挑战,简述了“十三五”期间我国大豆种业科技创新发展成效,系统分析了我国大豆种业科技创新面临的种质资源研究水平不高、原始科技创新能力不足、商业化育种体系不完善、知识产权保护体系滞后等问题,并据此提出我国大豆种业科技创新发展的对策建议,以期为推动我国大豆种业科技自立自强提供重要参考。

连环湖大银鱼稳产水域中的浮游植物群落特征及水质状况

于2018年6月—2019年4月对连环湖大银鱼稳产水域阿木塔和牙门气湖区浮游植物群落特征及水质状况进行了调查研究。结果显示,浮游植物8门120种,密度和生物量的平均值分别为372.83×10^(4) ind·L^(-1)和2.8043 mg·L^(-1)。大银鱼生长(明水期)和繁殖孵化时期(冰封期)浮游植物群落特征不同,综合分析呈现以绿藻为优势的群落特征。综合3个多样性指数的结果表明,在明水期,浮游植物的多样性较高;在冰封期,其分布更为均匀。根据3个多样性指数和评价标准,显示大银鱼高产稳产水域水质在寡污型至α-中污型之间。

浅析我国农业科研基地发展的现状问题和建议

农业科研基地有助于推动农业科技创新,是农业科研试验和成果展示的主要场所,在提升我国农业科研水平中发挥了重要作用。本文分析了发展我国农业科研基地的重要性及现状,提出基地在发展过程中存在的共性不足,并就管理机制、人才培养、经费保障、设施规划等问题提出建议,以期为农业科研基地的长期稳定发展提供参考。

加强转基因植物中试基地建设的重要性及发展策略

转基因植物中试基地为转基因生物安全评价的中间试验阶段提供了有力支撑,满足了各类作物规模化试验的要求。随着转基因生物育种产业化步伐加快,国内获批的转基因植物中试基地数量逐渐增加,但所建基地在规范性和标准化方面还存在不足,需要持续改进。本文分析了转基因植物中试基地的特点、作用及重要性,探讨了中试基地今后的发展趋势,并针对基地建设的制度体系、技术水平、风险评估等方面提出相应的策略建议,为建设规范、标准的转基因中试基地提供参考,以便更好的助力我国转基因等生物育种产业的健康发展。