玉米是我国重要的粮食作物和饲料作物,虫害和杂草防治是我国玉米生产面临的重大瓶颈问题。转基因抗虫耐除草剂玉米的应用能够减少农药使用量,在提高玉米产量、提升玉米收获品质方面具有重要作用。自1996年国外转基因抗虫耐除草剂玉米商业化应用以来,有效控制了玉米螟和草地贪夜蛾等鳞翅目害虫的为害,降低了除草成本,经济效益、社会效益和生态效益十分显著。对近10年来全球和我国转基因抗虫耐除草剂玉米的产业化发展现状进行了综述,分析了我国转基因抗虫耐除草剂玉米产业化面临的机遇与挑战,并为加快推进我国转基因玉米产业化应用提供了建议。
CRISPR/Cas系统是一种简单、低成本、高效、精准的基因编辑技术,该技术能够进行基因的定向改造,加速新品种培育进程,在种质资源创制中的应用潜力较高。概述了CRISPR/Cas系统的技术原理及其在作物抗除草剂育种中的应用,简要指出了目前CRISPR/Cas技术在抗除草剂种质创制及应用过程中存在的问题及发展方向,以期为今后利用CRISPR/Cas技术创制抗除草剂新种质提供理论依据。
小麦(Triticum aestivum L.)是世界上主要的农作物之一,在粮食安全供应中发挥重要作用。在过去的几十年,由于小麦基因组复杂和遗传转化困难,导致小麦的基础和应用研究落后于其他谷类作物。2014年小麦基因组编辑取得了显著进展,进而促进了小麦生物技术的发展。综述了CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的研究进展,简单介绍了CRISPR/Cas9基因编辑技术的发现、原理和优缺点,指出小麦基因编辑过程中农杆菌介导的遗传转化较粒子轰击法可降低转基因沉默频率,未来将成为基因编辑过程中主流的遗传转化方式;优化sgRNA的启动子、选择同源保守序列做为靶点可以提高基因编辑效率;新开发的碱基编辑器和prime editor需引入更多突变类型。展望了进一步提高小麦基因编辑效率和安全性的可行性,以期为未来小麦育种工作提供参考。
玉米是我国重要的粮食作物和饲料作物。目前转基因技术作为生物育种技术的代表,已成为国际上育种的前沿和核心技术。世界各国利用转基因技术相继研发了具有多种优良性状的转基因玉米,创造了巨大的经济效益;同时统一、有效的监管措施是转基因玉米研发、推广和商业化的重要基础。食用安全性评价是有效监管的前提。针对转基因玉米的商业化和控制玉米重要性状基因的研究进展进行了综述,并对转基因玉米的食用安全性评价进行归纳分析,以期为我国转基因玉米的研发、管理和推广提供理论参考。
油酸(C18∶1)是双低菜籽油的主要脂肪酸之一,合理的高油酸菜籽油脂肪酸组分更有利于人体健康,因此提高油酸含量是双低油菜品质育种的一个重要方向。当前我国高油酸油菜品种选育相关研究进展缓慢,高油酸菜籽油产业化进程急需提速。围绕高油酸油菜主要从四个方面开展论述:国内外利用理化方法成功创建的油菜高油酸种质资源及其高油酸性状遗传模式;油菜高油酸性状的控制基因及其突变位点;世界上高油酸品种的培育以及我国高油酸品种的发展趋势;当前高油酸品种的不足及今后高油酸油菜品种的改良途径。为油菜育种工作者较全面地展示了国际上高油酸油菜在遗传育种方面的研究成果,也为今后我国高油酸油菜的进一步发展提供了参考。
生物育种新技术(new breeding techniques,NBTs)是指基于分子生物学工具进行作物分子育种的一类新技术,可以短期内使作物产生新的有利性状,促进作物新品种的开发,如基因编辑技术、RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术、同源转基因技术等。这些新技术目前正在全球农业育种中广泛应用,并且已有部分作物新品种获准商业化生产。然而,针对生物育种新技术产生的作物新品种的安全性和安全管理政策,全球尚未达成统一共识,对其安全监管的思考也不尽相同,限制了这些作物新品种的研发和商业化应用进程。综述了现阶段全球主要发达国家对于生物育种新技术作物的安全性和监管方面实施的管理政策和法规,以期对我国生物育种新技术作物的安全性管理政策的制定提供一定的借鉴。
油菜是食用油、优质饲料蛋白的重要来源,杂种优势利用是油菜培育优势性状最重要的手段,且提高亲本的选育效率对优质品种的培育具有积极的推动作用。现有油菜育种技术存在效率低、周期长、盲目性大、应用范围有限等诸多问题,不适于油菜产业快速发展的需求。双单倍体诱导育种技术是近年来新兴的一种快速选育油菜新品种的技术方法。该技术以操作简便、应用范围广、效率高等优势被广泛应用于油菜新品种的选育过程中。从油菜双单倍体诱导技术创新研究的发现、作用表现、诱导机制、作用价值等方面系统地综述了油菜双单倍体诱导技术的研究进展,展望了油菜双单倍体诱导技术的应用前景,以期为未来油菜双单倍体诱导技术以及其他作物诱导系的研究和利用提供参考。
CRISPR技术作为一种新型的基因编辑技术,被广泛应用于微生物、动物和植物领域。对CRISPR/Cas系统的起源、分类特点等进行了阐述,重点梳理了CRISPR/Cas系统分类的发展历程,并根据最新分类方法,介绍了不同类型的CRISPR/Cas系统的作用机制、内部不同蛋白的作用特点及应用与发展,以期探寻更多的CRISPR/Cas系统,扩大该系统的应用领域。
斑马鱼是生物学中十分重要的模式生物,可作为基因功能分析、人类疾病病理学研究和新药研发的有利工具。它具有易于控制操作、与人类进化关系相近的优势,目前已经开发了多种斑马鱼模型用于研究人类相关疾病。聚集的有规则间隔的短回文重复序列及其关联蛋白(the clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins,CRISPR/Cas)技术的出现,大大降低了斑马鱼基因编辑的复杂性。主要描述了CRISPR/Cas系统的基本原理、技术革新,总结了CRISPR/Cas系统在斑马鱼基因敲除或敲入、活细胞成像、转录调控、多重靶向、建立疾病模型中的重要作用,以期为探究CRISPR/Cas系统在斑马鱼基因组学研究中的应用提供一定思路。
DNA甲基化(DNA methylation)及去甲基化属于常见的表观遗传修饰,可介导多种生理和病理过程。DNA甲基化及去甲基化修饰参与基因的表达调控,且二者的动态平衡可以维持遗传表达稳定性。DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)主要包括DNMT1、DNMT3A、DNMT3B、DNMT3L,DNA去甲基化酶(DNA demethylase)主要指10-11易位蛋白(ten-eleven-translocation protein,TET)家族,包括TET1、TET2、TET3,是调节DNA甲基化和去甲基化的重要酶类。TET酶是目前发现的调节DNA去甲基化(DNA demethylation)过程中最重要的酶。综述了TET酶在DNA去甲基化修饰中的作用机制,探讨了DNA去甲基化酶在生长发育和疾病中的关键作用,以期为今后表观遗传学的相关研究提供新思路。
社会等级可以确定动物种群内的资源分配,减少群体间不必要的斗争,对动物的生存和繁殖都起着重要的作用。研究社会等级对提升虾蟹类动物的养殖产量有着重要的理论意义和应用价值,然而目前尚未见深入报道。综述了虾蟹类动物社会等级的类型,影响其社会等级形成的内部和外部因素,社会等级影响虾蟹类动物发生的行为变化以及信息素在动物社会行为中的作用机制。同时,对未来虾蟹类动物社会等级的研究进行了展望,旨在为深入探究水产养殖中虾蟹类动物生物学特点提供参考。
核酸检测试剂盒在微生物快速检测领域飞速发展,使检测过程具有操作简单、成本低、便于现场检测的优势,食源性致病菌核酸检测试剂盒在制备过程中需要通过计量溯源以确保其定性及定量的测量能力。核酸标准物质(nucleic acid reference materials,NARMs)应用于临床卫生、食品、仪器检定/校准以及核酸检测等多个领域,通过片段化分割遗传物质,最大程度地保障生物安全性,满足质量评价和计量溯源的需求,能够对核酸检测试剂盒进行有效质控,为核酸检测试剂盒的量值评价提供精准的“标尺”。综述了我国NARMs的研制方法,重点阐述了目前食源性致病菌的研究现状以及在国家标准物质资源共享平台的应用情况,分析了面临的技术挑战以及未来核酸计量工作发展的可能性,以期为核酸检测行业的早期诊断和防控提供参考。
食品安全是关系国计民生的重大战略问题。农药残留(简称农残)是造成食品质量与安全问题的重要因素。食品中农药残留不仅发生率高,而且超标严重,涉及范围广,长期接触或食用含有农药残留的食品会危害人体健康。传统的农残分析技术已经很难满足多样化食品安全检测的实际需求,现代新型生物技术因特异性强、灵敏度高、简单快速等优势,在食品的农残检测中得到广泛应用和持续发展。分析了食品中农药残留及检测技术现状,综述了酶联免疫吸附测定法、荧光免疫法和生物条形码免疫法等分析技术,及电化学、光学、压电传感器等生物传感技术在食品农残检测中的应用进展,讨论了各种技术的优势和局限,以期为相关研究提供参考,从而进一步提高我国食品农残的检测效率,保障食品安全,促进我国食品行业的可持续发展。
早期抗体药物是鼠源单克隆抗体,存在免疫原性强、半衰期短等问题。历经数十年的发展,抗体药物从最初的鼠源单抗,逐步发展为人鼠嵌合抗体、人源化抗体及全人源化抗体。通过片段重组、位点修饰、药物偶联等方法,科研人员研发了包括抗体融合蛋白、抗体偶联药物、双特异性抗体、小分子抗体片段等形式多样的抗体药物。抗体药物在恶性肿瘤、自身免疫病、感染性疾病的治疗上发挥重要作用。通过对抗体药物人源化历程,不同类型的抗体结构和特点,以及抗体药物在新型冠状病毒肺炎治疗中的应用进行综述,并对抗体药物的发展前景进行展望,以期为我国抗体药物的研发提供参考。
由食源性致病菌引发的疾病对人类健康构成巨大威胁。虽然一些致病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌等在诊断和预防方面已经取得了重大进展,但开发快速、高效、低成本的检测方法仍然是一项挑战。功能核酸(functional nucleic acids,FNAs)是一类功能超出核酸常规遗传作用的核酸,主要包括天然的核酶(RNAzymes)、核糖开关(riboswitches)以及体外通过指数富集配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)筛选的适配体(aptamers)、核酶(RNAzymes)和脱氧核酶(DNAzymes)。适配体和脱氧核酶因具有较高的稳定性、特异性和可设计性,使其成为病原微生物识别的理想工具,近年来在生物传感和医学诊断领域备受关注。综述了功能核酸的筛选原理和流程、适配体及具有RNA裂解活性的脱氧核酶(RNA cleavage deoxyribozymes,RCDs)在致病菌检测中的应用进展和面临的挑战,并对其未来的发展前景进行了展望。
肉类掺假现象严重威胁公共卫生安全。快速、准确、可靠的动物源性成分检测技术是有效监管与检测肉类掺假的关键。总结了常见的掺假形式,并对物理技术、光谱技术、免疫学技术、DNA分析等检测方法进行了全面的总结归纳和比较分析,尤其是对当前热门的DNA分析方法,详细阐述了常规PCR、实时荧光定量PCR、数字PCR和等温扩增PCR这4种主要分子检测技术的优缺点和应用情况,旨在为未来动物源性检测技术的发展指明方向。
为揭示斑马鱼组蛋白去乙酰化酶11(histone deacetylase 11,HDAC11)在斑马鱼脂代谢中的作用,利用CRISPR/Cas9技术成功构建斑马鱼hdac11-/- 模型,将受精5 d后(5 days post fertilization,5 dpf)的WT与hdac11-/- 斑马鱼分别以正常饮食和高脂饮食2种方式饲喂至90 dpf,检测斑马鱼体重和体长,观察肝脏组织学切片并检测肝脏甘油三酯含量和脂代谢相关基因表达水平。结果显示,与WT相比,hdac11-/- 斑马鱼体重、体长无显著性差异;幼鱼时期正常饮食下hdac11-/- 斑马鱼全鱼甘油三酯含量显著降低(P<0.001);成鱼时期正常饮食和高脂饮食下hdac11-/- 斑马鱼肝脏脂滴变小且肝脏甘油三酯含量均显著降低(P<0.05);肝脏中pnpla2、lipeb基因表达水平均显著升高,gpam基因表达水平均显著下降。结果表明,hdac11通过改变甘油三酯合成与分解的基因表达水平进而影响脂代谢调控,这为鱼类脂代谢过程中的表观调控机制提供了新的研究方向。
塑化剂作为一种加工助剂,可增加聚合物的可塑性,目前已被广泛应用于化工、医药、日用品和食品包装等各领域。邻苯二甲酸酯是最常用的一种塑化剂,其可在生产、流通等过程中迁移到食品内部,对人体造成不可逆伤害。总结了食品中邻苯二甲酸酯类塑化剂检测的前处理方法及传统检测方法的原理、优缺点及适用性,并按照输出信号种类不同分类,综述了几种邻苯二甲酸酯快速检测方法的原理、特点和应用,总结和比较了几种快速检测方法的优缺点,并对其发展方向进行展望,以期为塑化剂检测方法的研究和开发新型快速的检测方法提供参考思路。
为了更好地保护和开发我国新疆的牦牛遗传资源,对新疆克孜勒苏柯尔克孜地区帕米尔牦牛的遗传多样性及群体遗传结构进行了分析。对3个帕米尔牦牛类群的线粒体COⅠ基因序列进行测定,分析其多态性,构建系统进化树。研究结果显示,帕米尔牦牛COⅠ基因序列全长为1 048 bp,共检测到13个变异位点,其中单态突变位点9个,简约信息位点4个。在帕米尔牦牛类群中共检测出10种单倍型,平均单倍型多样性(haplotype diversity,Hd)、平均核苷酸多样性(nucleotide diversity,Pi)分别为0.762和0.001 64。3个类群间平均遗传距离为0.004 30,且苏木塔什牦牛与布伦口牦牛的遗传距离最小(0.003 72)。结果表明,帕米尔牦牛具有丰富的遗传多样性,但各类群之间遗传分化不明显,且经人工或自然选择后群体发生了扩张和基因交流的情况。研究结果为新疆帕米尔牦牛的遗传改良及新疆优良畜禽遗传资源的保护和开发提供了科学依据。
近年来,羊肉及其肉制品的掺假等食品安全事件层出不穷,为了完善市场执法检查法律依据,利用数字PCR定值羊HELZ基因,研制了羊基因组DNA标准物质。由于标准物质可以用于衡量检测方法的准确性,因此可以判定食品及相关制品中羊肉的掺假情况。利用数字PCR对研制的标准物质进行均匀性和稳定性评估,结果表明该批标准物质均匀性良好,在4 ℃、25 ℃可以稳定保存14 d,在-20 ℃可以稳定保存6个月。来自全国9个不同实验室羊源性基因组DNA标准物质(高浓度)和羊源性基因组DNA标准物质(低浓度)的联合定值结果显示,标准值及其扩展不确定度分别为(5.44±0.45)×103 copies·μL-1和(5.68±0.54)×102 copies·μL-1。该羊源性基因组DNA标准物质为动物源性标准物质的市场应用提供了技术基础,完善了羊源性基因组DNA标准物质的制备、定量检测、质量控制和量值溯源技术平台。