对甘薯茎线虫具有杀虫活性的苏云金芽胞杆菌筛选及特性鉴定

为筛选对甘薯茎线虫具有高毒力的苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)菌株,提取12株供试Bt菌株的晶体蛋白,溶解后加入到甘薯茎线虫悬浮液中,统计3 d和7 d后甘薯茎线虫的死亡率.经初筛和复筛后得到一株对甘薯茎线虫具有高毒力的Bt菌株YBT-008,其对甘薯茎线虫的LC50值为203.76μg/mL.研究了YBT-008的生物学特性,结果表明,YBT-008在LB培养基上培养约12 h后进入稳定期,并且伴随芽胞的形成产生卵圆形的伴胞晶体;SDS-PAGE分析表明YBT-008可产生多种待鉴定的晶体蛋白类型,质粒检测显示该菌株有5条质粒条带.YBT-008的获得为利用Bt防治甘薯茎线虫提供了新型菌株和基因资源.     

甘蔗蔗糖合成酶基因的克隆

促使蔗糖进入各种代谢途径的关键酶之一是蔗糖合成酶,它也是蔗糖代谢关键酶中极其重要的一种酶.以甘蔗基因组DNA为模板,用PCR技术分段扩增并克隆了甘蔗蔗糖合成酶(Sucrose synthase)基因片段,并进行序列测序,表明该基因全长约为7.5 kb,与Lingle S.E等报道的甘蔗蔗糖合成酶(SuSy2)基因序列相似性达到99.5%,推导的氨基酸序列同源性达到100%.该序列包含约1.9 kb的上游启动子调控区域, 16个外显子, 15个内含子, 3'不翻译区等,开放读码框(ORF)编码802个氨基酸,氨基酸序列中存在糖代谢关键酶家族保守的14-3-3蛋白磷酸化位点Ser/Thr,为进一步在转录水平上阐明蔗糖合成酶的表达调控机制奠定了基础.     

深海细菌Celeribacter indicus P73~T对菲的降解机制

来自深海环境的多环芳烃降解菌Celeribacter indicus P73~T能够高效降解菲,为揭示菲生物降解的分子机制,对其降解途径进行分析.通过GC-MS联用技术鉴定出菌株P73~T降解菲的2个重要的中间代谢产物,1-羟基-2-萘甲酸和1-萘酚.通过分析菌株P73~T全基因组,发现了菲降解基因簇(P73_0346-P73_0354),编码包括环羟基化双加氧酶、二氢二醇脱氢酶、环裂解双加氧酶、异构酶、水合醛缩酶等.通过验证环羟基化双加氧酶大亚基基因突变株ΔP73_0346::kan的菲降解能力,证实基因P73_0346编码了菲双加氧酶.依据代谢物检测、基因组分析和突变株功能验证结果,推测菌株P73~T降解菲经由菲C3,4-双加氧途径,更进一步地确定了参与此途径的菲双加氧酶等降解相关基因.本研究不仅揭示了菲降解的分子机制,也为菲污染的生物修复技术提供了理论依据.     

产电微生物基因组及代谢网络分析

产电微生物的生物信息学分析是微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)研究中的关键环节,各种生物信息学分析方法已经开始应用于产电微生物研究.本文综述了目前产电微生物基因组、功能基因组和代谢网络分析的重要方法,包括基因和基因表达信息分析、基因组和比较基因组分析、代谢网络建模和计算机模拟等,其中,产电微生物代谢网络的构建是联系上游基因组分析和下游基因工程改造的关键,是目前相关研究面临的挑战.生物信息学分析必将促进干实验与湿实验的紧密结合,促进发现电子转移相关功能基因,解析微生物产电机制,优化代谢网络,由此指导基因工程改造产电微生物,最终提高产电效率.     

盐碱湖硫循环及嗜盐嗜碱硫功能菌研究进展

硫循环是地球化学元素循环之一,微生物在其中发挥关键的驱动作用.深入认识微生物驱动的硫循环过程,将有助于探究生物地球化学循环机制.盐碱湖因具有完整的硫循环途径、丰富的硫功能菌种类,已成为研究硫地球化学循环的理想环境.总结近年来有关盐碱湖硫元素循环过程及嗜盐嗜碱性硫功能菌的研究进展.包括基于多种组学的盐碱湖微生物多样性分析以及嗜盐嗜碱性硫功能菌的应用,重点分析已经分离或完成测序的嗜盐嗜碱性硫氧化菌(11个属24个种)和硫还原菌(15个属25个种)的生理生化特点及系统发育关系,并且总结硫代谢基因的分布规律,明确盐碱湖中微生物硫代谢主要途径,其中细胞色素C硫化氢脱氢酶和Sox氧化酶系组成盐碱湖中硫氧化的最主要途径.初步形成了盐碱湖硫循环过程概貌、较完整的嗜盐嗜碱硫功能菌谱系及硫代谢途径,这将对认识地球硫元素循环,尤其是盐碱湖硫循环具有重要意义.建议将来加强开展有关异养硫氧化菌代谢过程、硫碳氮代谢之间关系及相互作用、影响硫循环过程的关键环境因子及调控手段等研究,进一步推进嗜盐嗜碱性硫功能菌的应用.(图7表4参83)     

木质纤维素沼气体系中共培养菌群形成及适应性变化研究进展

木质纤维素沼气化是生物能源领域最具潜力的技术之一,需要各功能菌群的协同作用和调控.本文综述了水解菌群、丙酸和丁酸互营氧化菌群以及乙酸产甲烷中各类菌群的协同效能.在水解阶段,厌氧真菌与嗜氢甲烷菌、纤维素降解菌和耗氢菌形成互利菌群后,代谢途径发生改变,实现了NAD+的再生,提高了水解效率;水解菌与非水解菌通过功能互补、抑制解除方式发挥作用.丙酸和丁酸互营氧化菌群形成后,适应性变化主要体现在种间距离缩短,电子转移加快及相关基因表达水平提高等方面.高温、高乙酸及高氨氮条件下,乙酸互营氧化产甲烷途径增强,使代谢途径更加灵活.未来菌群研究可从群体感应信号和基因水平转移两方面展开:借助调控因子,结合基因和蛋白质组学等手段深入研究群体感应信号在功能菌群形成中的作用;在菌群的适应性机理方面,通过组学分析来揭示基因水平转移在菌群适应性变化及系统进化中的意义,以便为重塑菌群结构和功能改造提供理论支持.     

基于宏基因组技术获得的对厌氧氨氧化菌代谢的新理解

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)是化能自养菌,由于其生理代谢的奇异性、细胞结构的特殊性以及对氮素循环的重要性,已成为环境工程、微生物以及海洋生物学等领域的研究热点.然而,AAOB未能实现纯培养的现状已成为AAOB代谢途径研究的巨大障碍.近年来兴起的宏基因组技术(Metagenomics)为AAOB代谢途径的研究提供了新手段.采用宏基因组技术,可直接研究微生物群体中某特定微生物基因组的结构与功能,摆脱了传统微生物学研究对纯培养的依赖,使未培养微生物的认识和开发成为可能.本文首先简述获取AAOB宏基因组信息的过程,然后通过比较由传统代谢研究方法和宏基因组技术获得的AAOB代谢途径的研究成果,论述基于宏基因组技术获得的对AAOB代谢的新理解,得出以下结果和结论:1)AAOB的碳素固定途径为乙酰辅酶A途径,碳素固定的还原力来自NADH或者QH2;2)AAOB氮素转化的重要中间产物是NO,而非NH2OH,并提出了以NO为核心的AAOB代谢的改进模型;3)AAOB的ATP合成途径为氧化磷酸化,推测的电子传递途径为N2H4—QH2—细胞色素bc1复合体;细胞色素bc1复合体再将电子用于NO2-还原和N2H4合成.AAOB的宏基因组技术使AAOB代谢途径的研究更具方向性.随着分子生物学理论和技术的不断发展,宏基因组学的升级技术(如宏转录组学、宏蛋白质组学)将为AAOB代谢途径的研究提供新的方法与平台.图3表1参51     

石油烃降解酶及其基因的结构、功能和表达调控

研究烃降解酶及其基因是进行石油微生物分子检测和工程菌构建的重要基础.本文对目前烃降解酶及其基因的结构、功能和调控机制的最新研究进展进行了总结.催化烷烃好氧降解的起始酶有几类加氧酶,膜整合甲烷单加氧酶、萘-1,2-双加氧酶和异丙苯双加氧酶的晶体结构已经被解析.烷基或芳基琥珀酸合酶催化烃厌氧代谢的主要起始反应,而Azoarcus sp.乙苯厌氧代谢起始反应由乙苯脱氢酶催化.在细菌中,烃代谢相关基因主要通过形成操纵子进行表达调控,基因转录受烃或类似物诱导,并受细胞全局调控.一些微生物由于存在多种烃代谢途径而可能具有复杂的基因调控机制.此外,生态学研究表明,环境中烃降解基因的诱导动态与实验室内纯培养分析不同.在分析石油降解工程菌构建有待解决问题的基础上,提出了烃代谢综合调控和环境中相关酶及基因诱导研究的重要性,并对未来烃降解酶及其基因在有毒物降解理论研究和生物修复上的应用进行了展望.     

贫瘠营养条件下转cry1Ab/c基因水稻的生态适合度

以抗虫转cry1 Ab/c基因水稻华恢1号(Bt水稻)及其非转基因亲本明恢63(CK水稻)为研究材料,在模拟贫瘠营养条件下(不施肥、无靶标虫压)初步评估了转cry1Ab/c抗虫基因水稻的生态适合度效应.结果表明:贫瘠条件下Bt水稻cry1 Ab/c基因的基本表达规律与大田条件下相似,但是Bt蛋白表达量更低.与亲本明恢63相比,Bt水稻在主要生长发育期的株高、叶绿素含量、叶形和根系等指标方面呈现出显著的生态适合度利益,Bt水稻实粒数、谷粒数、实粒重和千粒重这些重要繁殖指标也较亲本水稻显示出明显的生态适合度正效应,表明其种群在自然界中的生存能力和延续能力可能超越CK水稻,从而产生环境风险.     

产甘油假丝酵母补料发酵中的甘油合成衰减

为揭示产甘油假丝酵母Candida glycerinogenes补料发酵后甘油合成衰减机理,以指导甘油合成及菌株改造,对补料发酵后甘油的生成情况、葡萄糖的消耗情况、细胞内的代谢流量变化以及代谢途径关键酶活力变化进行了研究.结果表明,补料发酵后葡萄糖的代谢流量分布发生变化,流向HMP途径和甘油合成途径的流量分别降低48%和33%,更多的碳流通过EMP途径形成副产物;胞浆3-磷酸甘油脱氢酶(ctGPD)和6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)的活力下降,而丙酮酸激酶(PYK)活力上升.补料发酵后甘油合成关键酶ctGPD酶活力低下,流向甘油合成途径的碳流减小,还原力供给受影响,这些因素共同作用引起了补料发酵后甘油合成的衰减.     

SO2长期吸入对大鼠肺组织基因表达谱的影响

采用Affymetrix的基因芯片(RAE230A)技术,研究了SO2长期动态吸入(14mg/m3,1h/d,共30d)后大鼠肺组织基因表达谱的改变.结果表明,与对照组(CK)相比,SO2长期吸入后大鼠肺组织表达上调的基因有173个,其中包括79个已知基因和94个新基因,而表达下调的基因有85个,其中包括46个已知基因和39个新基因.表明:(1)长期吸入SO2的大鼠肺基因表达谱与其CK相比,表达有差异的基因涉及到脂肪酸代谢、免疫、炎症、氧化应激、原癌基因、肿瘤抑制基因和细胞外基质等,表明低剂量长期吸入SO2在体内的机理非常复杂;(2)SO2高剂量短期吸入与低剂量长期吸入后,大鼠肺组织基因表达谱的改变很不一致,表明二者在体内的作用机理不同;(3)SO2可引起多种基因的表达发生改变,这意味着多种基因的表达是易变的、不稳定的,在肺组织中可能存在着SO2诱发的表达不稳定型基因组.表1参19     

Proteomics analysis of zebrafish brain following chronically exposed to bisphenol A

Bisphenol A, a plastic monomer and plasticizer, is a well-known endocrine disrupter, widely present in the aquatic environment, but little is known regarding its neurotoxicity in fish. Herein, we investigated its effects on male zebrafish brain. Zebrafish were exposed to 10 µg/L BPA for 45 days. An isobaric tags for relative and absolute quantitation approach coupled with nano high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry analysis was employed to detect and identify differentially expressed proteins. A total of 46 proteins was identified and categorized into functional classes that mostly included metabolism and transport, cytoplasm and organelle, ion and nucleotide binding, indicating that bisphenol A toxicity in fish brain is complex. The biological pathways of starch and sucrose metabolism, calcium signaling, and aminoacyl-tRNA biosynthesis were also induced. Proteomic analyses add new perspectives to bisphenol A neurotoxicity in aquatic organisms.     

Identification of two alkane hydroxylases involved in long-chain n-alkane degradation by Dietzia sp. DQ12-45-1b北大核心CSCD

The aim of this study was to identify genes involved in long-chain alkane degradation in Dietzia sp. DQ12-45-1b. Functional genes were annotated by genome analysis. Induction of alkane hydroxylase genes by C28 n-alkane was analyzed by using quantitative real-time PCR in wild-type Dietzia sp. DQ12-45-1b and its alkW1 gene knockout mutant strain M 5-5. From the genome of Dietzia sp. DQ12-45-1b, two homologues, G1 and G2 genes were annotated, which showed 50% amino acid sequence similarity with AlmA from Acinetobacter sp. DSM17874, and 48% amino acid sequence similarity with LadA from Geobacillus thermodenitrificans NG80-2, respectively. In addition, G1 showed 71% amino acid sequence similarity with G1a, and G2 showed 34% and 87% amino acid sequence similarities with G2a and G2ß, respectively, which were annotated from Dietzia sp. E1 genome. In addition, the alkW1 gene knockout strain M 5-5 could grow with C28 n-alkane as the sole carbon source, indicating the presence of potential long-chain alkane hydroxylase gene(s) other than alkW1 in Diezia sp. DQ12-45-1b. Accordingly, induction of G1 and G2 genes was observed when Dietzia ap. DQ12-45-1b and alkW1 knockout mutant strain M 5-5 grew with C28 n-alkane as sole carbon source. The results indicated that G1 and G2 genes are mostly responsible for the degradation of long-chain alkanes in Dietzia sp. DQ12-45-1b, which has unique multiple alkane hydroxylase systems.     

性别和暴露时间对全氟辛烷磺酸（PFOS）暴露后斑马鱼基因表达的影响

全氟辛烷磺酸（PFOS）是全氟和聚氟烷基物质（PFASs）人造类别中的一员,是全世界在水体、人类、哺乳动物和鱼类中最常检测到的PFAS之一。斑马鱼（Danio rerio）是一种小型淡水鱼类,被认为是研究化合物毒性的合适的脊椎动物模型。先前的研究表明,雄性和雌性斑马鱼中脂肪酸结合蛋白（fabps）的组织特异性生物蓄积和表达的改变可能是由于PFAS和脂肪酸转运体之间的相互作用。此外,有报道显示人类和动物暴露于PFAS后导致神经系统的影响。因此,本研究旨在探讨PFOS暴露是否影响斑马鱼肝脏、肠道、心脏和卵巢脂肪酸代谢相关基因（fabp1a、fabp2和fabp10a）,以及大脑和肌肉中涉及神经系统的基因（ChAT、ngf、bdnf、AChE和hdac6）的表达。结果表明,与脂肪酸代谢和神经功能相关的基因表达随暴露浓度和性别的变化而变化。此外,我们的发现强调了这些基因的表达随暴露时间的不同而不同。我们的研究结果将PFOS作用的知识基础扩展到其他组织,而不是仅限于研究较为透彻的肝脏。这项调查结果为今后研究PFOS作为环境中最丰富的PFAS之一的潜在风险提供了依据。     

Computer modeling of genome complexity variation trends in prokaryotic communities under varying habitat conditions

There are two types of organisms’ grouping in nature: mono-species populations and multi-species communities. Here at during the process of evolution the adaptability of a trait is to be tested both at population and ecocenotic levels. Size of a genome is one of the major adaptive traits, which widely varies in eukaryotic species. By contrast, prokaryotes with their small genomes are considered to have genome reduction evolutionary trend. Domination of this trend is mostly founded on population-level models. In this paper we in silico study interactions of ecocenotic and population levels. The trend of genome and metabolism reduction in prokaryotic communities was shown to be major only in comfortable environmental conditions. In subcomfortable conditions, genome and metabolism reduction leads to community simplification (in extreme case to community death). Pessimum conditions promote metabolism integration of a community and induce reciprocal genes acquiring.     

胚胎期和哺乳早期全氟辛烷磺酸盐(PFOS)暴露对大鼠肝脏脂肪酸代谢影响的microRNA组学研究

研究低剂量全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)对大鼠幼仔肝脏中microRNA的表达及脂肪酸代谢的影响,并且从microRNA分子角度探讨PFOS对肝脏相关功能影响的分子毒性机制及预测其他一些潜在的毒性效应。PFOS染毒剂量为3.2mg·kg-1,对照组给予同等体积的含2%的聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯乳化剂(Tween 20),利用高通量miRNA芯片技术观察了胚胎期和哺乳早期经PFOS染毒后出生第1和7天(PND1和PND7)大鼠肝脏组织miRNA的表达情况。结果显示,PFOS能够引起仔鼠肝脏microRNA表达量的变化,PND1和PND7时显著变化的microRNA个数分别为46和9个。miR-125a-3p、miR-23a*、miR-25及miR-494同时在PND1和PND7显著性表达,PND1呈现下调性变化,PND7呈现上调性变化。通过生物信息学和统计学分析发现:PFOS具有大鼠肝脏早期发育毒性,而且胚胎期的毒性效应强于哺乳早期;大鼠幼仔肝脏早期发育中,PFOS对其糖脂代谢及细胞凋亡过程具有毒性效应;胚胎期和哺乳早期,在低剂量PFOS暴露下,β和ω氧化代谢是肝脏脂肪酸代谢的主要方式;脂酰COA合成酶、脂酰COA脱氢酶及烯酰COA水合酶等脂肪酸代谢过程的关键酶,是PFOS暴露下microRNA潜在的靶分子。研究表明,PFOS具有多种肝脏早期发育毒性,低剂量PFOS暴露下,microRNA能够调节肝脏脂肪酸代谢相关靶基因的表达,进而调控脂肪酸代谢过程。     

大豆栽培种和野生种豆类胰岛素的基因分析

以栽培大豆和野生大豆的基因组ＤＮＡ为材料,利用ＰＣＲ技术扩增并克隆了豆类胰岛素基因,分析了两者的ＤＮＡ序列．结果表明,测定的ＤＮＡ序列分别为８４１ｂｐ和９０３ｂｐ,有４个核苷酸差异;在信号肽编码区域内各存在一个内含子,大小分别为３６８和３７０个核苷酸;在ＯＲＦ范围内,与前人报导的ｃＤＮＡ序列分别有１个和２个位点的核苷酸差异,从而导致相应位点的氨基酸发生变化．Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交表明,栽培大豆和野生大豆的豆类胰岛素基因分别以单拷贝和多拷贝形式存在于基因组中