本期目录
生物技术进展
2019年 第9卷 第5期
发布日期：2019-09-25
进展评述
组学在花药发育研究中的应用进展Ⅰ:转录组学
张在宝,,赵海,胡梦辉,邓丽君,王琦,李九丽,袁红雨,
2019 Vol. 9 (5):
433-439.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0045
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花药发育在开花植物的有性生殖中起着十分重要的作用，花药和花粉的正常发育是直接决定种子产生和作物产量的关键因素之一。花药发育是一个被严格调控的生物学过程，许多关键基因在花药发育过程中发挥调控作用，这些基因的突变会导致雄性不育。已有的关于花药生物学的研究主要集中在单基因的功能研究上，而对花药发育过程中的转录变化、蛋白变化及代谢变化缺乏整体的认识。随着高通量测序技术的发展与分析方法的创新，多种组学技术已成功应用于花药发育的研究，如转录组学、蛋白质组学和代谢组学，这大大补充了花药发育的调控网络，使人们逐渐开始系统地探索并解析花药发育的一般规律，这无疑极大地促进了花药发育的立体研究。总结了转录组学在植物花药和花粉中的应用和研究进展，丰富了植物生殖发育过程中的信息，以期为育种工作提供大量的理论依据。
组学在花药发育研究中的应用进展Ⅱ：蛋白质组学和代谢组学
张在宝,,赵海,胡梦辉,邓丽君,王琦,李九丽,袁红雨,
2019 Vol. 9 (5):
440-448.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0081
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自人类基因组计划开展以来，在迅速发展的各种测序和鉴定技术的推动下，已经得到了许多物种的基因组、转录组、蛋白组和代谢组序列、表达、修饰或代谢信息。目前人们已经意识到，任何基因或蛋白都很难单独地行使某种功能，各基因或蛋白间的相互作用是它们调节或参与生命活动的基本方式。另外，花药发育是植物进行有性生殖最重要的两个过程之一，其中与花粉发育和释放有关的各种发育事件的顺利进行是有性生殖成功的关键。目前随着组学技术的兴起，各种组学技术也已经广泛地应用于花药发育方面的研究工作。其中，从中心法则上看，蛋白质和许多生物小分子是生命活动的直接承担者，因此利用蛋白质组学和代谢组学技术对植物花药进行大规模地深入研究将进一步扩展并深化人们对花药发育机制的理解和应用。总结了植物花药和花粉的蛋白质组学和代谢组学的研究进展，分别阐述了蛋白质组学在不同研究方向的应用价值和特点，为相关基础和应用研究提供了可借鉴的理论依据。
气孔运动中保卫细胞壁作用的研究进展
周影,郑林,魏建华,马艳,戴绍军,王宏芝
2019 Vol. 9 (5):
455-460.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0047
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保卫细胞通过调节气孔开关，控制植物水分蒸腾和CO2吸入，在植物生长发育中发挥重要作用。气孔正常开关与保卫细胞壁特性、组成密切相关。随着细胞壁相关分子遗传学、生物化学研究的深入，以及分析模型的引入，研究者对保卫细胞壁特性和组成在气孔运动中作用的研究逐渐深入。综述了保卫细胞壁不均一特性的最新研究进展，包括不均一特性在气孔开放运动中的重要作用、进化上的保守性和发育形成过程；同时分别论述了保卫细胞壁中纤维素、木葡聚糖、果胶、木质素和细胞壁松弛因子等组分在维持气孔保卫细胞功能中的作用，重点关注分子遗传学和生物化学领域的相关研究进展；并展望了保卫细胞壁影响气孔运动功能的分子机制研究的发展方向，以期为保卫细胞壁的遗传改良提供思路。
线粒体自噬的调控机制及其在相关疾病中的作用
林晶晶,杨宇丰
2019 Vol. 9 (5):
467-475.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0065
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线粒体自噬（mitophagy）是指特异清除受损或多余线粒体的过程，是一种重要的线粒体质量控制机制。线粒体自噬功能障碍或线粒体自噬过度激活都会破坏线粒体稳态，影响机体健康甚至导致死亡。主要讨论了在酵母和哺乳动物细胞中发现的正向调控线粒体自噬的机制：在酵母中，线粒体自噬是由自噬相关蛋白32（autophagy-related protein 32，Atg32）介导的；而哺乳动物体内线粒体自噬的调控途径主要有3种：PTEN诱导激酶1（PTEN-induced kinase 1，PINK1）/E3泛素连接酶Parkin途径、类NIP3蛋白X（NIP3-like protein X，Nix）途径、携带FUN14结构域蛋白1（FUN14 domain-containing protein 1，UNDC1）途径，此外，还有几种新发现的线粒体自噬受体也能够介导线粒体的特异清除。并对目前研究较少的线粒体自噬的负调控机制进行了综述。最后探讨了线粒体自噬功能异常与人类疾病（如帕金森症）的关联。通过深入剖析线粒体自噬发生的分子机制，以期为进一步研究与线粒体自噬功能异常相关的疾病的治疗提供理论基础。
钙离子在镉诱导的肾毒性中的作用机理
任真,赵金凤,张瑶,谢益敏,周阳,顾杰,施海峰
2019 Vol. 9 (5):
476-482.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0040
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镉是一种有毒重金属，在我国污染形势日趋严峻。镉被人体摄入后大部分富集于肾脏。在肾脏中，镉主要累积于肾小管。由于镉在人体中的半衰期长，镉的长期累积会造成肾脏功能缺失或紊乱，甚至增加肾癌的发生几率。镉诱导的肾毒性主要是通过调节肾细胞钙离子转运相关蛋白引发钙离子稳态失衡，最终导致细胞凋亡。近年来，恢复镉诱导的钙离子稳态失衡的方法和药物正在不断探索中。钙离子在镉引起肾毒性中的作用机理的深入研究亟待进行。就钙离子在镉诱导的肾毒性中的作用机理进行了概述,为探讨重金属镉的毒性作用与解毒机制提供了新的方向。
研究论文
脱落酸拮抗赤霉素抑制水稻地上部生长的研究
戚义东,秦华,高雅迪,王芳芳,黄荣峰,权瑞党
2019 Vol. 9 (5):
483-489.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0042
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脱落酸（abscisic acid，ABA）和赤霉素（gibberellin或gibberellic acid，GA）都是重要的植物激素，对于水稻生长具有重要的调控作用。有研究报道，水稻中OsPK1基因(编码细胞质丙酮酸激酶)的下调可导致ABA/GA比值的变化，从而影响水稻的株高。但是，ABA和GA协同调控地上部生长的分子机制目前尚不明确。为了揭示ABA和GA在调控幼苗地上部生长中的关系，以水稻野生型Hwayoung(HY)和IR29为研究材料，使用植物激素ABA、GA3和GA合成抑制剂多效唑（paclobutrazol，PAC）处理，以地上部的长度和鲜重为指标衡量水稻幼苗的生长发育情况，结果表明，在赤霉素处理条件下，ABA对水稻地上部生长的抑制作用被解除。随后，进一步采用实时荧光定量PCR（real-time fluorescence-based quantitative PCR，qPCR）检测ABA处理后野生型日本晴中关键的赤霉素合成基因（OsCPS1、OsKS1、OsKO2、OsKAO、OsGA20ox2和OsSHB）的表达水平，结果表明，ABA能够抑制OsCPS1、OsKO2和OsSHB的表达。研究揭示了ABA通过信号传导影响赤霉素生物合成相关基因的表达，进而抑制幼苗地上部的生长。
雷蒙德棉第Ⅲ类过氧化物酶全基因组鉴定和表达分析
高正银,孙文杰,宋晓云,胡轼,左开井
2019 Vol. 9 (5):
490-501.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0043
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第Ⅲ类过氧化物酶（Class Ⅲ Peroxidases，Prxs）是植物特有的过氧化物酶家族，存在于植物细胞外空间或液泡中，参与了植物抗逆和生长发育等多个过程。为了分析过氧化物酶基因在棉花纤维发育过程中的功能，利用蛋白保守结构域分析方法，对雷蒙德棉（D组）第Ⅲ类过氧化物酶家族基因进行了全基因组鉴定，确定了90个第Ⅲ类过氧化物酶基因。进一步根据聚类分析、基因结构分析和蛋白亚细胞定位分析结果将雷蒙德棉第Ⅲ类过氧化物酶划分成8个亚类。最后，结合转录组数据和qRT-PCR对基因的表达模式进行了分析，获得了在棉花纤维不同发育阶段高水平表达的候选基因GrPrx11和GrPrx3、GrPrx21和GrPrx77。这些特异性高表达基因的鉴定为深入研究过氧化物酶基因在纤维发育中的功能奠定了一定的基础。
羊λ3干扰素在家蚕杆状病毒表达系统中的表达及其抗病毒活性检测
王先翔,赵泽,王朋,刘兴健,胡小元,张志芳,李轶女,房岭丽,叶爱华
2019 Vol. 9 (5):
502-508.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0036
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λ干扰素作为一种多效性细胞因子属于Ⅲ型干扰素，研究表明其能够对Ⅰ型和Ⅱ型干扰素逃逸的病毒起作用。为了利用家蚕杆状病毒表达系统高效表达出具有高抗病毒活性的羊λ3干扰素（OvIFN-λ3），首先将OvIFN-λ3基因优化后合成，将其克隆至转移载体pVL1393中，得到重组质粒pVL1393-OvIFNλ3，再将重组质粒与失活拯救型家蚕杆状病毒穿梭载体reBmBac DNA共转染家蚕卵巢传代细胞Bm-N，得到含OvIFN-λ3基因的重组杆状病毒。随后利用重组杆状病毒感染五龄起蚕，待其发病后收集蚕血淋巴。采用微量细胞病变抑制法在羊肾细胞上进行重组表达绿色荧光蛋白的水疱型口炎病毒（recombinant vesicular stomatitis virus expressing green fluorescent protein，VSV-GFP）的攻毒实验，测定OvIFN-λ3抗病毒活性可达（6.5±0.27）×105 U/mL；利用空斑筛选法筛选重组病毒，感染家蚕后，测定其效价最高可达（3.1±0.42）×106 U/mL，表达量明显提高。家蚕杆状病毒表达系统为羊λ3干扰素产品的大量生产应用提供了新方法。
喀喇昆仑-帕米尔地区牦牛mtDNA Cytb遗传多样性及系统发育分析
李静,王莉,道敏,胡平,肖逸,韩建林,王玉涛
2019 Vol. 9 (5):
509-517.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0060
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牦牛是喀喇昆仑-帕米尔地区重要的畜种资源，而关于该区域牦牛遗传多样性和系统进化的研究鲜有报道。对喀喇昆仑-帕米尔地区牦牛mtDNA Cytb基因进行遗传多样性分析，结果表明：mtDNA Cytb基因全长为1 140 bp，其中T、C、A和 G碱基的平均含量分别为26.2%、29.0%、31.7%、13.1%，其中A+T碱基含量（57.9%）大于C+G碱基的含量（42.1%），存在碱基的偏倚性；共检测出10个多态位点，5个单倍型，变异类型仅有转换；检测的平均单倍型多样性0.599±0.00123，平均核苷酸差异性3.363，平均核苷酸多样性0.002 59。基于国内牦牛群体构建系统发育树表明：喀喇昆仑-帕米尔地区牦牛与野牦牛亲缘关系较近，与巴州牦牛亲缘关系较远；利用GenBank已提交的牦牛和牛亚科代表物种序列，选用最大似然法构建系统发育树，结果表明牦牛与美洲野牛亲缘关系较近，与普通牛亲缘关系较远。
巴斯德毕赤酵母鼠李糖代谢基因LRA3功能及其启动子顺式作用元件的研究
梁明丽,刘波,张伟
2019 Vol. 9 (5):
518-526.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0031
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巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris）由于具有遗传操作简单、重组蛋白高效分泌、高密度发酵和翻译后修饰等优点,常被用作表达宿主。其中基于甲醇诱导型强启动子PAOX1的毕赤酵母表达系统是目前应用最广泛的表达系统，但该系统需使用易燃易爆有毒的甲醇作为诱导剂，极大地限制了其在食品酶和医药重组蛋白生产领域的应用，因而，开发无毒物质诱导的表达系统具有重要意义。前期研究预测了毕赤酵母鼠李糖代谢途径相关基因LRA1~LRA4，其中LRA3启动子PLRA3可实现重组蛋白在毕赤酵母中的高效表达，但其在调控重组蛋白表达效果以及转录严谨性方面仍需进一步改进。基于此，通过敲除和回补实验证实了LRA3参与毕赤酵母鼠李糖代谢途径，并采用方便易行的环化RNA反转录PCR（circularized RNA reverse transcription polymerase chain reaction，CRRT-PCR）确定了PLRA3的转录起始位点，预测了与转录密切相关的元件。研究结果为后期启动子的理性改造提供了理论依据。
磷酸化对UCHL3体外去泛素化酶活性的影响
丁珊,任禹静,姜凌,梅子青
2019 Vol. 9 (5):
527-535.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0029
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泛素羧基末端水解酶L3（ubiquitin C-terminal hydrolase-L3，UCHL3）是真核细胞泛素羧基末端水解酶家族（ubiquitin C-terminal hydrolases，UCHs）的重要成员，参与了DNA损伤修复等过程。近期研究表明，UCHL3不仅在体外条件下可以切割C端用香豆素修饰的泛素分子（C-terminal conjugate of ubiquitin with 7-amino-4-methylcoumarin，Ub-AMC），当UCHL3上第75位的丝氨酸（Ser75）发生磷酸化后，其在细胞内切割多聚泛素链的活性也明显增强，但这种磷酸化调控尚缺乏体外证据支持。基于此，利用点突变及多种层析技术制备了野生型UCHL3（UCHL3WT）和模拟磷酸化的UCHL3蛋白（UCHL3S75E），在体外生化水平上研究了磷酸化对UCHL3的泛素链切割活性的影响。体外泛素切割实验显示，与UCHL3WT相比，UCHL3S75E切割Ub-AMC的活性提高了70%，但仍不能展现生理水平上的二泛素（di-ubiquitin，diub）切割活性，暗示UCHL3切割泛素链的机制更为复杂。同时，系统发育树与序列对比分析显示，发生磷酸化的Ser75仅存在于UCHL3中，在其他UCH家族成员中并不保守，表明基于Ser75的磷酸化调控是UCHL3所特有的。此外，UCHL3在众多真核生物中高度保守，暗示着该蛋白的磷酸化调控机制在进化上的保守性。研究结果拓展了对UCHL3磷酸化修饰调控的认识，为深入研究其生理角色奠定了基础。
十二指肠溃疡中幽门螺杆菌定植与菌群结构的关系
陈霞,夏晨梅,戴再友,李倩倩,金玲肖,林佩丽,张忠臣,钟海兵,颜海帆,王国平,戴丽,钟玉芬,吴忠标4
2019 Vol. 9 (5):
536-542.
DOI:10.19586/j.2095-2341.2019.0017
摘要 (
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通过研究幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，Hp）阳性和阴性十二指肠溃疡患者胃黏膜菌群结构，探讨 Hp 感染及十二指肠溃疡的发生对十二指肠黏膜菌群结构的影响。选取 Hp 感染阳性和 Hp 阴性的十二指肠溃疡患者的十二指肠黏膜各 5 例，采用 16S rRNA 基因扩增子测序方法检测十二指肠黏膜中 Hp的定植比例，并进行菌群结构分析。十二指肠溃疡患者 Hp感染阳性粘膜中菌群物种数目明显多于 Hp阴性粘膜（P<0.05），但菌群多样性的差异不具有统计学意义。十二指肠溃疡黏膜中除 Hp为优势菌群外，还有普雷沃氏菌属（Prevotella）和奈瑟菌属（Neisseria）。纤毛菌属（Leptotrichia）的含量在两组间存在明显差异（P<0.05）。结果表明，Hp 感染十二指肠黏膜后没有成为唯一的优势菌，反而增加了十二指肠黏膜内的菌群物种数目，对菌群结构有一定的影响，但对菌群多样性的影响不大；纤毛菌属（Leptotrichia）等可能与溃疡的发生有关。
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