立德树人,润物无声——课程思政在《细胞工程》教学中的探索与实践

专业课程思政建设是当前高等教育改革的重要方向之一,构建课程思政教学体系是实现高校立德树人的重大创新举措。作为生物类主干课程,细胞工程是我校最早进行课程思政教学改革的专业课程之一。细胞工程是一门理工交叉学科,具有科学探索和社会责任的双重特点。因此,我们应该以培养学生的科学精神和社会责任感为目标,通过教学内容和方式的改革,促进学生的全面发展。该团队利用课堂主渠道,充分挖掘其教学内容中蕴含的思政元素,与专业知识技能传授进行有机融合,在教学实践过程中取得了良好的效果。本文重点从五个方面详述了细胞工程课程思政的触点结合策略:教书育人与言传身教相结合、专业内容与思政元素相结合、前辈故事与爱国主义相结合、历史回顾与前沿展望相结合、思政方式与专业特点相结合,努力实现立德树人,润物无声。通过将思政元素有机融入细胞工程专业课程,在传授专业知识的同时,引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观,可以促进学生的思想品质和社会责任感的培养,使他们成为具有科学精神、伦理意识和社会担当的细胞工程人才。以上策略也为其他同行或其他课程的思政建设提供一定的参考和借鉴。

H2S作为植物个体间交流的气体信号分子

植物遭受到昆虫取食、创伤及非生物胁迫时,会向环境中释放多种挥发性物质,直接或间接地帮助受胁迫植株抵抗伤害。同时,这些挥发性物质向附近的健康植株传递信息,以应对可能到来的侵害。硫化氢(H2S)作为细胞内气体信号分子提高植物对多种胁迫的抗性已有报道,本论文对H2S是否作为植物个体间传递信息的信号分子进行了研究。结果表明:40%PEG8000处理可以使谷子、白菜、番茄和拟南芥Col-0植株所在环境空气中H2S含量升高;谷子和拟南芥Col-0植株经PEG8000处理后,可以使邻近的非胁迫植株叶片的H2S含量升高和H2S响应基因表达变化,并诱导非胁迫植株气孔关闭;而拟南芥内源H2S产生酶基因LCD和DES1双基因突变体lcd/des1经PEG8000处理,不能引起空气中和邻近植物的H2S含量升高,不能诱导邻近植株气孔关闭。本论文表明,H2S可以作为植物个体间的信息传递分子;即受胁迫植物通过向周围环境中释放H2S,向邻近植株提供胁迫预警信息,可能对种群的生存有重要意义。

H_(2)S信号参与SDH调控能量和活性氧代谢过程的作用机制

作为新兴的气体信号分子,硫化氢(hydrogen sulfide,H_(2)S)能够调节植物生长发育,广泛参与植物抵御生物及非生物胁迫的过程。琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase,SDH)结合于线粒体内膜,既是参与三羧酸循环的关键酶,也是氧化磷酸化过程的重要电子载体,在植物响应各类胁迫中发挥着重要作用。鉴于H_(2)S与SDH参与调控的生理过程有很大相关性,本文以模式植物拟南芥为实验材料,对H_(2)S与SDH之间的关系进行了探索。结果表明,在AtSDH1-1-OE中,H_(2)S的关键生成酶编码基因LCD和DES 1大量表达,且H_(2)S产率和含量较WT显著升高。SDH抑制剂TTFA处理导致活性氧(ROS)大量产生,幼苗根的伸长受到极显著抑制,根发育生长基因RHD2、TRH和SCN 1表达下调,而同时进行生理浓度的NaHS(H_(2)S供体)熏蒸,能够清除过量ROS,幼苗生长有所恢复。但在AtSDH1-1-OE中,施加HT(H_(2)S清除剂)后的结果与TTFA单独处理WT类似,ROS大量产生,幼苗根长变短。H_(2)S特异性荧光探针和非损伤微测技术NMT检测结果也显示,TTFA和HT诱导保卫细胞中H_(2)O_(2)增加,H_(2)S则可以促使其排出。此外,H_(2)S影响ATP合成相关基因表达,促使ATP大量产生,相应地,在AtSDH1-1-OE中施加HT处理,ATP含量显著降低。综上所述,SDH诱导植物H_(2)S的内源产生,进而参与SDH调控植物体内能量代谢和ROS的产生过程,最终影响植株根的伸长。

辣椒红色素和辣椒碱体内抗氧化活性及降血脂功能

目的:初步探究辣椒红色素和辣椒碱富集组分对高血脂症小鼠的抗氧化和降血脂作用。方法:在饲喂高脂饲料的同时,采用不同剂量的辣椒红色素和辣椒碱灌胃小鼠28 d后,研究不同剂量的辣椒红色素和辣椒碱组分对高血脂症小鼠肝脏组织的抗氧化作用,测定肝组织匀浆中谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活力及丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量;研究辣椒红色素和辣椒碱组分对高血脂症小鼠的降血脂作用,测定小鼠血清中总胆固醇(total cholesterol,TC)、甘油三酯(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)含量。结果:与高脂模型组相比,辣椒红色素和辣椒碱各剂量组小鼠体质量显著降低(P<0.01或P<0.05)。辣椒红色素和辣椒碱各剂量组小鼠的GSH-Px、SOD和CAT活力显著高于高脂模型组(P<0.01或P<0.05),MDA含量显著高于高脂模型组(P<0.01或P<0.05)。辣椒红色素和辣椒碱各剂量组小鼠血清TG、TC、LDL-C含量与高脂模型组相比显著降低(P<0.05或P<0.01),辣椒红色素和辣椒碱各剂量组小鼠HDL-C含量显著高于高脂模型组(P<0.01或P<0.05)。结论:辣椒红色素和辣椒碱具有一定的体内抗氧化和降血脂作用。

硫化氢信号能够通过生物钟调控拟南芥对冷胁迫的响应

硫化氢(hydrogen sulfide, H_2S)是继一氧化氮(nitric oxide, NO)与一氧化碳(carbon oxide, CO)之后的第3种气体信号分子,在动植物中均发挥着重要的生理功能。生物钟是生物体的内在计时器,对动植物适应环境和生长发育至关重要。鉴于H_2S与生物钟调控的生理过程有较大的相关性,本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,对二者之间的关系进行了探索。结果发现,外源NaHS(H_2S供体)处理能够上调生物钟相关基因CCA1(circadian clock associated 1)和PRR9(pseudo-response regulator 9)的表达,而且在H_2S生成关键酶编码基因缺失的双突变体lcd/des1中,CCA1与PRR9的峰值表达时间明显滞后。CBFs(c-repeat binding factors)是受CCA1调控的冷胁迫响应基因,其表达也受H_2S的调控。lcd/des1中CBF1和CBF3的峰值表达时间延迟,同时在lcd/des1中CBF1、CBF2和CBF3都下调表达。lcd/des1幼苗对冷胁迫表现出更高的敏感性。本文也对拟南芥内源H_2S生成关键酶L-半胱氨酸脱硫基酶(L-cysteine desulfhydrase, LCD)与脱硫基酶1(desulfhydrase 1, DES1)编码基因的转录水平节律性进行了初步的探索。LCD的表达在1 d内未见明显的变化,而DES1的表达有明显的节律性,在早上8:00达到峰值。综上所述,H_2S能够通过调节CCA1与PRR9基因的表达调控生物钟,进而影响下游靶标CBFs基因的表达以增加拟南芥对冷胁迫的耐受性。

H2S信号通过调节RuBisCo增强植物抗旱性

气体信号分子硫化氢(H2S)同时参与"诱导气孔关闭"和"增强光合作用"两个看似矛盾的生理过程。为了探究这一现象可能的机制,该文以模式植物拟南芥野生型(WT)与内源H2S生成酶缺失突变体(lcd/des1)为实验材料,研究干旱胁迫下H2S信号对植物非气孔因素的影响。结果表明,lcd/des1经外源生理浓度H2S熏蒸后,气孔导度(Gs)下降,胞间二氧化碳浓度(Ci)显著降低,净光合速率(Pn)显著升高;干旱胁迫下的lcd/des1与WT相比,Gs增加,Pn显著降低。特别地,干旱条件下对lcd/des1外源施加H2S,显著上调光合作用关键酶RuBisCo编码基因的表达量与酶活性。综上所述,H2S可通过调节非气孔因素RuBisCo酶的转录表达及其羧化活性,以增加叶片Pn,使干旱胁迫下的植株在气孔关闭时仍维持较高效率的光合作用。

植物基因选择性剪接:断舍离合,达权知变

选择性剪接是基因转录后的mRNA通过不同的剪接方式产生多样性成熟转录本的过程,是真核生物细胞中一种重要的转录后调控方式。植物基因也常通过这种断舍离合的方式产生一专多能的转录本,达到调节多种生命活动的目的。相较于动物,植物中该领域的研究起步较晚,但近年来也取得了长足的进步。该文综述了植物基因选择性剪接的生物学意义、剪接方式和机制、研究方法以及在生长发育与环境胁迫适应性调节中的作用,并展望了未来的研究方向。

拟南芥表皮模式因子EPFs的表达纯化与功能鉴定

气孔密度是影响农作物产量的重要形态学指标。文中以拟南芥气孔发育相关的表皮模式因子(EPFs)为研究对象,构建原核表达载体并进行蛋白表达和纯化,并与新型气体信号分子硫化氢(H2S)建立联系。首先克隆基因AtEPF1、AtEPF2和AtEPFL9,构建pET28a表达载体;然后对重组质粒pET28a-AtEPF1、pET28a-AtEPF2和pET28a-AtEPFL9进行酶切检测和测序,结果显示重组载体构建成功;分别转入大肠杆菌BL21(DE3)进行异丙基β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达。优化后的表达条件:IPTG诱导浓度分别为0.5、0.3、0.05mmol/L;最适诱导温度分别为28℃、28℃和16℃;最适诱导时间分别为16 h、16 h和20 h;经Ni琼脂糖凝胶柱纯化获得融合蛋白,大小分别为18 kDa、19 kDa和14.5 kDa左右。将纯化到的AtEPF2和AtEPFL9蛋白分别处理拟南芥幼苗,与对照相比,其H2S产率均有不同程度的变化,且差异显著。即表皮模式因子AtEPFs影响植物内源H2S信号的产生。为后续深入研究H2S和EPFs对植物气孔发育影响的作用机制奠定基础,对增加作物产量、增强植物抗逆性有重要意义。

BCAT4、CYP79F1和ESM1过表达提高西兰花细胞萝卜硫素含量

萝卜硫素(sulforaphane,SFN)是目前防癌抗癌效果最好的植物天然产物之一。十字花科芸薹属植物西兰花是生产SFN的重要材料。然而普通西兰花中SFN产量仍无法满足巨大的市场需求。之前单一基因改造提高植物SFN含量的策略效果并不理想。该研究从西兰花中克隆了SFN合成相关的支链氨基酸转移酶4编码基因BCAT4、细胞色素P450氧化酶编码基因CYP79F1和环硫修饰酶编码基因ESM1。分别以单基因导入和三基因串联导入的方式,通过农杆菌法转化西兰花愈伤组织,对所获得的转化细胞系中SFN的含量进行比较,以期获得SFN含量更高的细胞系,为通过细胞系大量培养获取SFN奠定基础。实验结果表明,目的基因BCAT4、CYP79F1、ESM1和B-C-E(BCAT4NSCYP79F1N-SESM1)都成功整合于宿主细胞基因组。BCAT4和B-C-E基因过表达细胞系中SFN含量为139.7和171.4μg/g,分别是野生型细胞系SFN含量的1.79倍和2.19倍,差异极显著(**P<0.01);B-C-E基因过表达细胞系SFN含量是BCAT4基因过表达细胞系的1.23倍,差异显著(*P<0.05)。而CYP79F1和ESM1过表达细胞系未检测到高于对照的SFN含量。综上所述,单基因BCAT4的过表达对SFN含量的影响大于CYP79F1与ESM1。多基因串联共表达对SFN含量的影响效果好于单个基因的过表达。