实验教学用植物活体荧光影像系统的研制

通过植物培养及拍摄系统的开发,研制低成本的植物活体荧光影像系统。该系统采用双层箱体结构设计,分为恒温光照培养系统和荧光记录系统两部分,可以为植物生长发育提供所需的生命支撑功能,还能实时获取植物生长发育过程中的关键图像,包括监控转基因植物发育过程中荧光信号的时空模式。利用该系统成功地对EGFP转基因烟草和拟南芥进行培养和实时观察。低廉的成本极大地扩展了该系统在实验教学中的运用,也为生命活动的观察和检测研究奠定基础。

远红光受体伴侣蛋白FHY1在介导基因表达和植物生长发育过程中的独特作用

光不仅为植物的生长发育提供了能量来源,并且作为信号分子影响植物的多个生长过程.植物中的一类光受体光敏色素可以感受阳光中的红光和远红光,进而调控种子萌发、幼苗去黄化、植物避荫反应和开花等重要发育过程.植物对红光的选择性吸收和对远红光的选择性透过使得位于遮荫下的植物处于一个远红光富集的光环境中.这种光环境在密集种植的农业生产中十分常见.因此,充分理解植物对远红光的响应将有助于促使农作物的关键发育过程的正常进行,从而对保障农作物的产量起到积极作用.北京大学-耶鲁大学植物分子遗传学及农业生物技术联合研究中心邓兴旺研究组多年来充分利用中美两国的技术资源,对拟南芥中唯一响应远红光的光受体光敏色素phyA （phytochrome A）及其伴侣蛋白FHY1 （far-red elongated hypocotyl 1）深入地进行了功能研究,并在研究phyA信号通路方面取得了突破性进展.

脂氢过氧化物裂解酶基因对生菜遗传转化的研究

枸橘(Ponarus trifoliata)是一类含植物气味成分较高的植物。从枸橘中分离气味物质合成的关键基因—脂氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase,HPL)基因,并构建35S启动子驱动下的表达载体,通过农杆菌介导的方法将其导入生菜中,经PCR和Southern杂交检测。结果显示:有数十个阳性植株,且经RT-PCR和Northern杂交鉴定HPL基因可在生菜中正常转录。

本科生植物学综合实验课程改革实践

以北京大学生命科学学院“植物学综合实验”课程改革为例,探索教学与科研课题相结合,教师把最新的科研技术转化为教学内容,通过学习实验技术获得课题数据,激发学生的学习兴趣和主动性。改革后的“植物学综合实验”课程不再单独设置验证性实验内容,鼓励学生将科研课题带入课堂,通过课堂教授三个主要的实验技术:石蜡切片实验技术、免疫定位实验技术和原位杂交实验技术的同时,引导协助学生获得科研数据,通过实验有助于让学生了解科学研究的全过程,提高学生的科学素养和实践能力。

慕课与虚拟仿真技术共同助力“植物学综合实验”科研型教学改革

本文对北京大学植物学综合实验课程的教学改革进行分析,为本科生构建了一种依托于慕课和虚拟仿真实验资源的线上线下混合式科研型植物学实验教学新模式。线上学习阶段学生可提前学习植物学基础实验技术的原理及操作要点,线下学习阶段学生可根据兴趣方向定制实验设计方案,将实验内容与真实科研课题相结合。线上、线下、科研型教学的有机融合,使实验教学效果有效提升。教师指导、协助学生将实验计划以课题申报书形式完成,将实验报告以论文形式完成,进一步培养了学生的科研素养和实践能力。

植物光信号转导研究领域近十年重要研究进展

光是影响植物生长和发育的一种环境信号,在植物的整个生命周期中发挥关键的调控功能。光信号转导的研究已有一百多年的历史,一直都是植物生物学研究领域的一个热点。本文从光敏色素、隐花素、紫外B受体等3种信号转导途径、光信号转导的共性调控机制、光信号与内源激素信号和其他环境信号的互作、以及作物光形态建成等方面,对植物光信号转导研究领域近十年来的重要进展进行了概述。

植物生长素整体原位定位技术

针对现有植物激素测定方法比较繁琐,缺少胞内激素浓度测量方法的问题,建立拟南芥侧根和花发育过程中生长素IAA分布整体原位检测方法。利用抗体对抗原的特异性反应,通过与酶和荧光分子等连接的二抗结合,利用光学显微镜和电子显微镜对组织或器官内的生长素进行检测,实现植物生长素的整体原位定位。该方法不仅适用于生长素IAA,也适用于脱落酸ABA等激素快速和可靠的组织或器官定位。整个检测流程通常在3~4天内完成,是一种高度敏感、特异且简单的激素原位定位方法,适用于各种植物幼嫩的器官和组织。

水稻整体原位杂交实验技术方法的改进

以检测水稻SUPERWOMAN1(SPW1)/OsMADS16基因的表达模式为例,通过对杂交探针的制备、材料的固定及解离通透、显色等方面进行优化,获得背景值低、特异性高的SPW1/OsMADS16基因特异性表达结果。建立一套针对水稻的整体原位杂交技术,方法简单,费用低廉,可在离心管中多种材料同时进行。主要实验步骤包括探针制备、材料固定和解离、杂交反应、杂交后处理和检测显色等。提出的方法可为高通量检测水稻基因表达的时空模式及其功能分析提供技术条件。

植物PEAT复合体介导组蛋白H2A去泛素化

组蛋白翻译后修饰是重要的表观遗传调控方式,包括组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等,在真核生物的基因组DNA复制、损伤修复、基因转录等生物学过程中发挥着重要的作用.组蛋白H2A单泛素化修饰(H2Aub)在动植物中高度保守,通常与基因的转录抑制相关[1,2].组蛋白泛素化是可逆的,维持生物体内组蛋白泛素化的正常水平对正常生长发育至关重要.以往的研究表明,动植物中具有保守RING结构域的E3连接酶形成PRC1复合体,负责催化H2A的单泛素修饰[1,3].组蛋白H2A去泛素化需要去泛素蛋白酶催化,对调控染色质上的H2A泛素修饰水平具有重要作用.以往的研究已经在动物中弄清了H2A去泛素化的分子机制,然而对植物中组蛋白H2A去泛素化的分子机制知之甚少.

乙烯信号转导通路研究

作为5大类植物激素之一的乙烯一直是科学家关注和研究的焦点。虽然结构简单,但是气态激素乙烯在植物的生长发育以及胁迫反应中具有重要的作用。通过近20年的研究,科学家已经描绘出一条近似线性的乙烯信号转导通路。在模式植物拟南芥中,这条通路的最上游是由一个多基因家族编码的乙烯的5个受体ETR1,ETR2,ERS1,ERS2和EIN4。与之相结合并共同定位于内质网上的是一个类似Raf的蛋白激酶CTR1。在没有乙烯存在的条件下,受体和CTR1的结合能够协同抑制下游乙烯信号。在这两类负调控因子的下游是乙烯信号的正调控因子EIN2。如果EIN2基因突变,即使有高浓度乙烯存在,植物黄化苗也将表现出完全的乙烯不敏感表型,显示出EIN2在乙烯信号通路中的核心地位。在EIN2的下游是乙烯信号的转录因子家族EIN3以及EILs,它们在响应乙烯信号之后会起始乙烯相关基因的表达。研究还发现,乙烯的转录因子受泛素化降解途径调控,负责识别及结合EIN3等转录因子的F-box蛋白是EBF1和EBF2。EIN5是一种5’→3’外切核酸酶,它能够通过促进EBF1和EBF2的mRNA的降解来拮抗这两个F-box蛋白对EIN3的负反馈调控。最近,有研究表明EIN2同样是一个半衰期很短并经由泛素化降解途径调控的蛋白,而执行调控EIN2任务的是另外两个F-box蛋白ETP1和ETP2。虽然人们对于乙烯信号转导通路的认识取得了巨大进步,但是该信号通路的精细调节机制以及乙烯信号与其他植物激素信号之间的交叉反应还需进行更为深入的研究。

定量蛋白质组学技术在阿尔茨海默症临床标志物遴选中的研究进展

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种以行为功能紊乱、神经元逐渐丢失为主要特征的退行性疾病,它对人类的生活质量和生命造成了极大威胁.随着临床标志物(clinical biomarker)概念的提出和定量蛋白质组学的研究进展,对于促进AD病诊断、监测疾病进程以及评估现有治疗手段等方面提出了新的思路,但临床标志物的遴选存在许多技术难点.定量蛋白质组学利用其能够快速分析和准确鉴定疾病中功能蛋白的特点,大大提高了遴选临床标志物的效率.本文综述了定量蛋白质组学技术在遴选AD中临床标志物的应用进展.

基于质谱的蛋白质组学技术在神经退行性疾病生物标志物研究中的应用

蛋白质组学是在整体水平上研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及变化规律的科学.与传统的生物学研究相比,蛋白质组学具有快速、灵敏、高通量的优点.神经退行性疾病是一类由神经系统内特定神经细胞的进程性病变或丢失而导致神经功能障碍的疾病,严重危害人类健康.近年来,基于质谱的蛋白质组学技术在神经退行性疾病的研究中得到了广泛应用.本文简要介绍了蛋白质组学在样品分离、多肽定量、质谱检测及生物标志物临床验证等方面的技术发展,并结合实例综述了基于质谱的蛋白质组学在神经退行性疾病生物标志物发现与验证中的研究进展.

浅谈2020年诺贝尔化学奖:通向未来的基因编辑

2020年诺贝尔化学奖授予了Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier这两位女科学家,以表彰她们在CRISPR技术发明上所做出的重要贡献。CRISPR系统通过向导RNA和核酸酶Cas蛋白在基因组上特定位点进行序列编辑,有着高效、精准和可设计等特点,已经被广泛应用于基础生物学研究、基因治疗和动植物育种等诸多领域,并引起了现代生物学领域的巨大技术变革。本文从基因编辑与CRISPR技术的发现和发展入手,对该技术和它相关的科学故事进行简要总结和评论。

RNA碱基编辑及其在疾病治疗中的研究进展

基于CRISPR的碱基编辑器是生物学研究的强大工具,并为遗传病的治疗带来新的希望.然而,DNA碱基编辑器的潜在脱靶效应却带来了治疗上的风险.相比之下,RNA水平的碱基编辑具有相对灵活、可逆且风险较低的特点,并在纠正疾病相关点突变方面取得了重大进展,对生物学基础研究和治疗学的发展产生了深远的影响.本文总结了新兴的基于A-to-I、C-to-U、假尿嘧啶修饰等的RNA碱基编辑器,全面概述了其设计、效率和在疾病治疗中的应用.最后,本文深入讨论了RNA碱基编辑在疾病治疗上的局限性和可能的发展方向,以期对RNA基因编辑实践提供理论参考.

bHLH转录因子调控植物活性成分生物合成的研究进展

转录因子是在转录水平上调控基因表达的关键因素之一,在植物生长发育、活性成分合成和环境变化响应中起着重要作用。本文对植物中bHLH转录因子的结构和分类进行了概述,并详细阐述了bHLH转录因子调控植物中类黄酮、生物碱、萜类等活性成分生物合成的研究进展,探索利用bHLH转录因子提高药用植物有效物质的生物学基础。文章强调模式植物的参考作用,突出现代基因组学、转录组学、代谢组学和生物信息学等多学科理论的交叉与融合对bHLH转录因子发掘和准确功能鉴定的促进作用。加速研究bHLH转录因子调控活性成分生物合成机制,对促进中药材育种和品种改良技术的发展,缓解国内外中草药资源枯竭的境况具有重要意义。

植物免疫研究与抗病虫绿色防控:进展、机遇与挑战

植物免疫学是研究植物与病原生物互作的学科.同动物一样,植物也具有强大的先天免疫系统,其本质是通过对病毒、细菌、真菌、卵菌、线虫、昆虫、寄生植物等病原生物的识别激活防卫反应,拒阻病原生物的侵害;而病原生物则能够逃避或抑制宿主植物的识别和防卫反应,在植物上引起病虫害.20年来,我国植物免疫研究取得巨大进步,与国际同行相比,在多个研究方向实现了并跑,在少数方向实现了领跑,为农作物病虫害绿色防控提供了理论支撑和新的技术手段.

不忘初心 砥砺前行——写在《中国生物化学与分子生物学报》创刊35周年之际

创刊于1985年的《中国生物化学与分子生物学报》(最初刊名为《生物化学杂志》)是中国生物化学与分子生物学会继1980年创办第一份刊物《生命的化学》之后的又一份学术刊物。我于2000年始任该刊的常务编委,2004年始任副主编至今,曾先后与张迺蘅教授、贾弘褆教授和周春燕教授三位主编共事,算来已与刊物一起走过了20年!这20年间,我也通过在国内、国际学术组织任职的过程对一个学术组织出版一份学术刊物的重要性和艰巨性有了更加真切的体会。比如,我自2017年担任亚洲及大洋洲生物化学家与分子生物学家联盟(FAOBMB)主席,该学术组织发展至今一直未能创办一份自己的学术刊物,这令人遗憾,同时也可见创办一份学术刊物是多么的艰难。2018年担任国际生物化学与分子生物学联合会(IUBMB)执委兼任出版委员会和命名委员会主席,IUBMB拥有几份自己的学术刊物,但是让学术刊物可持续发展并在相关领域占有一席之地需付出巨大努力。另外,我自2008年到2018年担任《中国科学:生命科学》(该刊同时出版英文和中文两个内容各自独立的版本)常务副主编这10年间,我也深刻体会到,在大家都重视发表英文论文的当今,出版高水平中文学术刊物的确是步履艰难但却任重道远。

植物转录后水平基因沉默：调控基因表达的一把双刃剑

植物转录后水平基因沉默保护植物基因组免于外来基因的入侵,同时调控了一组特定的发育相关的内源基因的表达.本文综述了植物如何防控不利的转录后水平基因沉默发生的一些最新进展.作为转录后水平基因沉默决定性的一步,大多数内源基因表达产生的缺陷转录本进入细胞质双向降解过程,而不进入小干扰RNA(siRNA)介导的转录后水平基因沉默,只有少数发育相关的内源siRNA产生基因是例外.本文同时也讨论了植物中谨慎权衡的转录后水平基因沉默阈值模型,即植物能充分利用转录后水平基因沉默,同时又避免伤害自身.

RNA修饰与人类疾病研究进展

转录后修饰广泛存在于各种RNA分子中.这种化学修饰可通过调控RNA剪接、翻译、运输、定位、稳定性等多种方式发挥生物学功能.近年来,高通量测序技术及化学生物学检测等技术的快速发展使多种RNA修饰(如m^(6)A,m^(5)C,m^(1)A)的准确鉴定和定位问题取得突破.RNA修饰与编辑作为一类新的表观转录生物标志物,在肿瘤、神经系统疾病、免疫性疾病等多种疾病的诊断和治疗中受到广泛关注.本文主要综述了RNA修饰与编辑的生物学功能以及参与蛋白调控的分子机制,并重点回顾了其在疾病诊疗中的应用进展.

华北京津冀地区兽类新纪录——香鼬

香鼬(Mustela altaica Pallas,1811)属食肉目(Carnivora)鼬科(Mustelidae)鼬属(Mustela),是分布于东亚和中亚的一种小型食肉动物,主要以小型啮齿动物为食,其典型栖息地为海拔1 500~4 000 m的森林、森林草原、高山草甸及灌丛或多岩石的山地等环境(高耀亭等,1987;Smith和解焱,2009)。亚洲有分布纪录的国家包括不丹、塔吉克斯坦、印度、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、蒙古、尼泊尔、巴基斯坦、俄罗斯以及中国(Abramov,2016)。