Cold-loving microbes, plants, and animals—fundamental and applied aspects

Microorganisms, plants, and animals have successfully colonized cold environments, which represent the majority of the biosphere on Earth. They have evolved special mechanisms to overcome the life-endangering influence of low temperature and to survive freezing. Cold adaptation includes a complex range of structural and functional adaptations at the level of all cellular constituents, such as membranes, proteins, metabolic activity, and mechanisms to avoid the destructive effect of intracellular ice formation. These strategies offer multiple biotechnological applications of cold-adapted organisms and/or their products in various fields. In this review, we describe the mechanisms of microorganisms, plants, and animals to cope with the cold and the resulting biotechnological perspectives.     

H_2O_2诱导拟南芥NIT2基因甲基化特征与转录水平改变

用外源H2O2处理拟南芥植株,亚硫酸氢盐修饰后测序法分析胁迫生理中NIT2基因启动子区甲基化特征变化,RT-PCR检测该基因的转录水平.结果显示:用100#mol·L-1的H2O2处理3 h后,NIT2启动子区胞嘧啶总甲基化水平与对照差异不大,但对照组CHG(H为C、A或T)和CG位点甲基化水平分别为35.0%和93.3%,H2O2处理组CHG和CG位点甲基化水平分别为50.0%和96.9%;H2O2处理组CHH位点则表现为甲基化水平升高、降低或去甲基化;H2O2胁迫组拟南芥地上组织中NIT2基因转录水平提高.研究结果表明:NIT2基因的转录应答和DNA甲基化修饰参与了植株的逆境生理过程;氧化胁迫与DNA甲基化改变、基因转录上调同时发生,说明胁迫诱发的活性氧增高可能参与胞嘧啶甲基化修饰和基因转录的调节.     

可渗透反应复合电极法对铬(Ⅵ)污染土壤的电动修复

将Fe0、沸石等活性材料附着在电极上构成可渗透反应复合电极,以Cr(Ⅵ)污染土壤为处理对象,对电动修复过程中可渗透反应复合电极法对土壤pH的控制、Cr的去除效果以及形态变化进行了研究.结果表明,添加可渗透反应材料的复合电极法比单一电极法无论在土壤pH控制还是Cr的去除方面都有明显的改善和提高,其中以在阳极同时添加Fe0和沸石效果最为显著.在施加2 V.cm-1的直流电压,运行5 d后,相比在阳极单纯添加沸石或Fe0可渗透反应层,添加"Fe0+沸石"反应层能在最大程度上减小阳极土壤pH值的波动,可将土壤pH值控制在5.5～8.5范围内,土壤中任意位置Cr(Ⅵ)的去除率可提高到97%以上,土壤中残留的Cr(Ⅲ)更少,可渗透反应层对Cr的截留量可分别提高8倍和1.8倍,并将98%的Cr(Ⅵ)转化为低毒的Cr(Ⅲ).研究结果为开发具有实用意义的可渗透反应复合电极修复技术提供了理论依据.     

麻疯树酰基载体蛋白的基因克隆、表达分析及原核表达

从麻疯树胚乳cDNA文库中筛选分离了一个编码酰基载体蛋白的cDNA序列,全长为806 bp,其开放读码框(ORF)长度为393 bp.编码130个氨基酸,该序列在GenBanl澄录号为EF179617,命名为JcACP.该基因编码的蛋白质相对分子质量(M)约为14.4×103,等电点为5.2,具有酰基载体蛋白的典型特征--含有4'-磷酸泛酰巯基乙胺辅基的结合位点.RT-PCR试验结果表明,该基因在麻疯树的叶、茎和种子中表达,以种子中的表达量最高,在根中不表达,种子萌发后其表达量随萌发进程递增,在96 h时表达量达到最高.结果表明,JcAcP在种子中的高度表达可能与种子萌发时的代谢活动有关.同时,将其在大肠杆菌中成功进行了原核表达.     

褐牙鲆白化相关基因zfp123的组织表达谱与蛋白结构分析

C2H2锌指是真核细胞中最常见的DNA结合模体.对通过mRNA差异显示技术和克隆测序.在褐牙鲆中获得的一条白化相关锌指蛋白基因zfp123,进行了电子表达谱与实验验证表达谱的比较分析及该蛋白序列的一、二级和三级结构分析.电子表达谱分析分别对与ZFP123有较高同源性的斑马鱼、家鼠和猪的zfnd5a(zfp123)摹因各个组织表达情况进行了比较分析;一、二级结构分析发现其具有多个保守的基序和结构域;同源建模显示其具有一个"C-X(2-4)-CX11-C-X2-C"结构的锌指样三级结构.ZFP可以介导靶基因的转录调控,抑制或激活特定基因的表达;对DNA进行修饰,如人造限制性内切酶、重组酶、抗病毒感染等.锌指蛋白应用前景广阔.研究价值显著,是未来基因治疗的革命性的工具.     

诺氟沙星对海月水母螅状体Hsp70基因、GTP结合蛋白基因和氧化应激蛋白基因表达的影响

诺氟沙星(norfloxacin,NFLX)广泛应用于水产养殖中的鱼类细菌性疾病治疗。为探讨诺氟沙星对海洋生物的毒性作用,选择海月水母螅状体为受试生物,考察了不同浓度诺氟沙星和不同暴露时间对GTP结合蛋白(GTP binding protein)、氧化应激蛋白(oxidative stress protein)和热休克70 k Da蛋白(heat shock 70 k Da protein,Hsp70)表达量的影响。结果表明,NFLX对海月水母螅状体的48 h的半致死浓度(48 h-LC_(50))是415.1 mg·L~(-1),NFLX对海月水母螅状体的毒性属于低毒。随着NFLX浓度的升高和培养时间的延长,Hsp70基因在第7天浓度300 mg·L~(-1)时表达量受到显著性诱导(P0.05),较对照组升高9.1倍;GTP结合蛋白基因和氧化应激蛋白基因的表达量都呈现先急剧升高后降低的趋势。2个基因均在第1天受到显著性诱导(P0.05),分别在NFLX浓度100 mg·L~(-1)和300 mg·L~(-1)时表达量达到最大值,较对照组升高10.15倍和50.5倍。Hsp70基因、GTP结合蛋白基因和氧化应激蛋白基因在实验期间都对NFLX表现出较好的响应。     

基因芯片筛选氯化汞对大鼠脑神经毒性差异表达基因

为了筛选汞神经毒性差异表达基因和探讨汞神经毒性分子机制,采用基因芯片技术,研究了大鼠皮下注射0.5mg/kg的HgCl₂ 1h后脑中基因表达的变化.结果表明,基因表达谱中差异表达基因共有742条,上调基因562条,下调基因180条.生物信息学分析表明,差异表达基因中有免疫应答及解毒作用相关基因、遗传信息传递与表达相关基因、细胞信号传导基因、神经传导基因、细胞增殖与分化基因、细胞调亡等多种基因.分析结果提示这些基因的差异表达可能与汞神经毒性有关.利用基因芯片技术筛选相关基因,为深入阐明汞神经毒性的作用机制提供了新思路.     

Effects of an Oil Spill on Soil Physico-Chemical Properties of a Spill Site in a Typic Udipsamment of the Niger Delta Basin of Nigeria

Physico-chemical analysis of soil samples at an oil spill site in a Typic Udipsamment of the Niger Delta Basin of Nigeria showed that the total hydrocarbon content of top soil layers ranged from 18.6 to 23.6 ppm in the heavy impact zone and the oil had penetrated to a depth op 8.4 m. The concentration of hydrocarbons in the medium impact zone ranged from 10.04 to 10.38 ppm while hydrocarbons were not detected in 85% of samples from the unimpacted reference zone. Heavy metal concentration measurements in the soil revealed a significant build-up (P < 0.05) of lead, copper and zinc in the heavy impact zone. Other quality parameters including electrical conductity, exchangeable cations, total nitrogen and available phosphorus in impacted soils were relatively low, while the total organic carbon was high compared with the reference site. Textural class of soil from the different depths showed a predominantly brown sand at the topsoil, loamy sand and grey coarse sand at medium depths, and grey coarse sand and greyish sandy clay at greater depths.     

香蕉MaPFK基因家族鉴定、MaPFK3克隆和表达

为研究香蕉中MaPFK基因的功能和生物学特性,采用生物信息学分析法对香蕉A基因组的MaPFK基因家族成员进行鉴定、蛋白特性分析、分子进化树分析、FPKM值分析,同时以'天宝蕉'为材料,通过RT-PCR技术克隆MaPFK3基因,进行生物信息学分析;采用qRT-PCR技术进行低温胁迫下的表达分析.结果表明,MaPFK家族包...