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集胞藻PCC 6803镉离子耐受机制研究及抗性菌株改造

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集胞藻PCC 6803镉离子耐受机制研究及抗性菌株改造

作者：徐乐天津大学

学位级别：硕士

近年来,光合蓝细菌作为“微生物细胞工厂”正受到越来越多的关注。蓝细菌广泛的存在于各种环境中,并且是地球上参与碳和氮循环的重要组成部分之一,同时蓝细菌也具有某些生物修复的作用,例如处理重金属污染(尤其是镉离子Cd2+)等。Cd2+是... 详细信息

近年来,光合蓝细菌作为“微生物细胞工厂”正受到越来越多的关注。蓝细菌广泛的存在于各种环境中,并且是地球上参与碳和氮循环的重要组成部分之一,同时蓝细菌也具有某些生物修复的作用,例如处理重金属污染(尤其是镉离子Cd2+)等。Cd2+是环境的重要污染物,对生物体有致命的毒性,因此研究蓝细菌对Cd2+的调控机制具有重要的意义。Sll0649是已经鉴定到的集胞藻PCC 6803中与Cd2+耐受性相关的应答调控蛋白。本研究中,为了鉴定应答调控蛋白Sll0649的下游调控位点,我们首先使用DNA-Affinity-Purified-chip(DAP-chip)的方法,鉴定与Sll0649直接结合的DNA位点。结合qPCR与电泳迁移率变动分析(EMSAs)的结果表明,slr0946的上游启动子区域得到了富集,说明与Sll0649蛋白具有相互作用。为进一步确定slr0946的功能,我们构建得到Δslr0946突变株,与野生株相比,Δslr0946对Cd2+胁迫更加敏感当Cd2+条件为5.0μM,同时,将slr0946基因互补到Δslr0946突变株后,在Cd2+浓度为5.7μM条件下检测,敏感性又随之消失,表明slr0946确实参与了集胞藻PCC 6803的Cd2+耐受性。为了提高蓝细菌集胞藻PCC 6803的Cd2+耐受性,我们在野生株中分别过表达了sll0649和slr0946基因,同时也将先前研究中发现的与Cd2+胁迫相关的两个基因sll1598和slr0798分别进行了过表达,结果表明在Cd2+浓度为5.7μM时,过表达slr0946,sll1598和slr0798都可以提高野生株的Cd2+耐受性。本研究鉴定了集胞藻中Sll0649蛋白调控的与Cd2+耐受性相关的基因slr0946,同时成功构建了Cd2+耐受性有所提高的三种菌株WT/pJA2-slr0946,WT/pJA2-slr0798和WT/pJA2-sll1598,为蓝细菌应用于Cd2+去除提供了更多的理论依据的同时,构建的工程菌株为进一步研究Cd2+耐受菌株奠定了良好的基础。

关键词：集胞藻镉离子胁迫过表达互补 Slr0946

应用蛋白组学和代谢组学技术解析集胞藻PCC 6803对镉离子和乙醇的耐受机制

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应用蛋白组学和代谢组学技术解析集胞藻PCC 6803对镉离子和乙醇的...

作者：朱烨天津大学

学位级别：硕士

光合蓝细菌可以适应极端的生长环境,同时也可以通过基因改造生产一些有价值的生物产品,如生物燃料,本研究分两个方向,一是分析光合蓝细菌在镉离子胁迫下的耐受调控网络,二是分析其对生物燃料乙醇的耐受调控网络。镉是环境的重要污染物,... 详细信息

光合蓝细菌可以适应极端的生长环境,同时也可以通过基因改造生产一些有价值的生物产品,如生物燃料,本研究分两个方向,一是分析光合蓝细菌在镉离子胁迫下的耐受调控网络,二是分析其对生物燃料乙醇的耐受调控网络。镉是环境的重要污染物,它对原核和真核生物均具有毒性,所以深入了解细胞对Cd的调控机制是非常重要的。目前仅报道了蓝细菌对抗Cd的代谢反应,而相关的调控机制仍然知之甚少。本研究中,我们发现集胞藻PCC 6803中与Cd耐受相关的双组份信号传导系统反应调控蛋白编码基因sll0649,并通过进一步表型分析发现突变株?sll0649对其它金属离子(Mn,Zn,Fe,Cu)也较为敏感。利用定量iTRAQ-LC-MS/MS蛋白质组学方法以及凝胶阻滞实验(EMSAs),我们发现Sll0649除了正调控和镉离子利用相关的基因(i.e.,slr0946)外,它还直接或间接地调控了转运其它金属离子相关基因的表达。此项研究从蛋白组水平上构建了反应调控蛋白Sll0649对Cd的耐受调控网络,并且为集胞藻金属抗性机制的研究提供了新思路。乙醇的低耐受性是制约利用蓝细菌系统生产生物乙醇的重要因素,我们先前的研究发现一些转录调控因子参与了集胞藻的乙醇耐受调控。本研究通过筛选乙醇胁迫下34株转录调节因子编码基因缺失株,发现三个突变株(i.e.,?sll1392,?sll1712,?slr1860)较野生株对乙醇更为敏感,所以这些基因可能参与了集胞藻乙醇的耐受调控。为了更深入了解其调控机制,我们采用GC-MS技术对野生株和三个突变株进行乙醇处理条件下代谢组学的分析,并利用主成分分析(PCA)和加权关联网络分析(WGCNA)对代谢组数据进行分析,有趣的是,这三个调控蛋白的调控途径之间存在着重叠的响应代谢物(i.e.,丝氨酸,蔗糖和棕榈酸甲酯),也就是说集胞藻中三个调控蛋白的乙醇耐受网络可能存在着重叠串扰现象。本研究的结果为研究集胞藻乙醇耐受调控网络提供了新见解,同时为构建集胞藻乙醇耐受工程菌奠定了理论基础。

关键词：集胞藻PCC 6803 镉离子胁迫乙醇胁迫蛋白质组学代谢组学

Cd^(2+)胁迫对银芽柳PSⅡ叶绿素荧光光响应曲线的影响

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生态学报 2011年第20期31卷 6134-6142页

作者：钱永强周晓星韩蕾孙振元巨关升中国林业科学研究院林业研究所/林木遗传育种国家重点实验室/国家林业局林木培育重点实验室北京100091

以盆栽银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,研究了Cd2+胁迫下叶片叶绿素荧光参数的变化及其光响应曲线。结果表明,初始荧光Fo与最大荧光Fm随着Cd2+浓度的增大而呈现先升后降的趋势,Fo与Fm在200 mg/LCd2+处理4周时达到... 详细信息

以盆栽银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,研究了Cd2+胁迫下叶片叶绿素荧光参数的变化及其光响应曲线。结果表明,初始荧光Fo与最大荧光Fm随着Cd2+浓度的增大而呈现先升后降的趋势,Fo与Fm在200 mg/LCd2+处理4周时达到最高值,400 mg/LCd2+处理则显著下降;PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)与PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)显著受Cd2+胁迫抑制,但随Cd2+浓度的增加呈先降后升的变化趋势。Cd2+胁迫下各叶绿素荧光参数的光响应结果表明,PSⅡ实际光量子效率Y(Ⅱ)、荧光淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势,而同光强下高浓度Cd2+使Y(Ⅱ)与(qP)显著降低;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额Y(NPQ)、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光强增加呈上升趋势,同光强下高浓度Cd2+处理显著提高Y(NPQ)、qN与ETR。Cd2+胁迫下,PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额Y(NO)稳定在较低水平,同光强下Y(NO)随Cd2+浓度增加略有提高。说明,银芽柳通过调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,对Cd2+胁迫表现出较强的耐性,高浓度Cd2+胁迫导致PSⅡ反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制。

关键词：银芽柳叶绿素荧光镉离子胁迫快速光响应曲线

拟南芥受Cd^(2+)诱导表达基因的筛选及其在Cd^(2+)胁迫下的功能(英文)

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中国生物工程杂志 2010年第5期30卷 49-56页

作者：曾卫军王水平李小方徐萍王瑞刚华东师范大学生命科学学院上海200062 新疆师范大学生命科学与化学学院乌鲁木齐830054 中国科学院上海生命科学信息中心上海200031 内蒙古农业大学生命科学学院呼和浩特010018

镉是一种毒性很大的重金属。土壤溶液中即使存在极低浓度Cd2+也能对植物造成伤害。早在植物做出结构和代谢的调整以适应逆境之前,由于Cd2+的刺激,植物的基因表达已经发生了变化。采用一种新的基于引物退火控制技术的差异显示方法来筛选... 详细信息

镉是一种毒性很大的重金属。土壤溶液中即使存在极低浓度Cd2+也能对植物造成伤害。早在植物做出结构和代谢的调整以适应逆境之前,由于Cd2+的刺激,植物的基因表达已经发生了变化。采用一种新的基于引物退火控制技术的差异显示方法来筛选受镉离子诱导表达的基因。获得的19条差异条带代表着18个基因。经过RT-PCR方法验证,其中6个基因确实是受Cd2+诱导表达,包括LEA(胚胎发育晚期丰富蛋白),AtGSTF2(谷胱甘肽-S-转移酶2),AtGSTF6(谷胱甘肽-S-转移酶6),HSP70(热激蛋白70),sHSP17.6B-CI(17.6kDa类型I小分子热激蛋白)和sHSP17.6-CII(17.6kDa类型II小分子热激蛋白)。实验结果有助于研究植物对镉离子胁迫的解毒机制。其中的三个热激蛋白基因的启动子也能考虑用于植物修复。

关键词：引物退火控制镉离子胁迫胚胎发育晚期丰富蛋白热激蛋白谷胱甘肽-S-转移酶

巨藻中谷胱甘肽S转移酶基因对细长聚球藻PCC7942耐镉性的影响

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渔业科学进展 2023年第2期44卷 127-136页

作者：顾梓鹏任玉东程芬张晓雯徐东叶乃好梁成伟青岛科技大学海洋科学与生物工程学院山东青岛266042 海南省海洋与渔业科学院、海南省热带海水养殖技术重点实验室海南海口571126 中国水产科学研究院黄海水产研究所山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室山东青岛266071

谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferase, GST)是一个较大的基因家族,在生物体生长发育和对环境变化响应中发挥重要的调控作用。本研究从巨藻(Macrocystis pyrifera)配子体中克隆了6个完整的GST基因(mpgst1、mpgst2、mpgst3、mpgst4... 详细信息

谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferase, GST)是一个较大的基因家族,在生物体生长发育和对环境变化响应中发挥重要的调控作用。本研究从巨藻(Macrocystis pyrifera)配子体中克隆了6个完整的GST基因(mpgst1、mpgst2、mpgst3、mpgst4、mpgst5和mpgst6)。随后将6个巨藻GST基因分别转化至细长聚球藻(SynechococcuselongatusPCC7942)中,提取细长聚球藻转化株基因组DNA作为模板进行PCR验证及测定转化株GST酶活进行基因功能验证,结果显示,6个mpgst基因都分别成功整合到细长聚球藻的基因组中,但只有含mpgst1、mpgst4和mpgst6基因的细长聚球藻转化株(MG1、MG4和MG6)具有耐镉性。在镉离子胁迫下,细长聚球藻转化株MG1、MG4和MG6的生长、光合色素含量和叶绿素荧光参数Fv/Fm值均显著高于野生株(P胁迫功能奠定了基础。

关键词：谷胱甘肽S转移酶基因转基因镉离子胁迫巨藻细长聚球藻PCC7942

3种柳树叶片PSⅡ叶绿素荧光参数对Cd^2＋胁迫的光响应

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北京林业大学学报 2011年第6期33卷 8-14页

作者：钱永强周晓星韩蕾孙振元巨关升中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室国家林业局林木培育重点实验室100091

以盆栽垂柳、苏柳‘J172’及银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,测定了Cd2+胁迫下柳树叶片叶绿素荧光淬灭特性及各荧光参数的光响应曲线。结果表明,Cd2+胁迫下柳树叶片初始荧光(F0)与最大荧光(Fm)均显著增大,200mg/LC... 详细信息

以盆栽垂柳、苏柳‘J172’及银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,测定了Cd2+胁迫下柳树叶片叶绿素荧光淬灭特性及各荧光参数的光响应曲线。结果表明,Cd2+胁迫下柳树叶片初始荧光(F0)与最大荧光(Fm)均显著增大,200mg/LCd2+处理2周时,F0与Fm均达到峰值。并分析了200mg/LCd2+胁迫下各柳树叶片叶绿素荧光参数的光响应,结果显示:PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光量子效率(PSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势;同光强作用下,受Cd2+胁迫的3种柳树叶片PSⅡ与qP均显著降低,但柳树种间存在显著差异;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额YNPQ、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光化光强度增加呈上升趋势;同光强作用下,Cd2+胁迫使YNPQ、qN与ETR显著提高;Cd2+胁迫下,柳树叶片PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额YNO随光强的增加无明显变化,均稳定在较低水平,但显著高于对照。推断柳树通过增加非光化学淬灭形式耗散过剩能量或提高光化学转化与光能利用效率,调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,表现出对Cd2+胁迫的耐性。

关键词：柳树叶绿素荧光镉离子胁迫快速光响应曲线

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内生真菌对多年生黑麦草耐重金属胁迫的影响

内生真菌对多年生黑麦草耐重金属胁迫的影响

作者：王国斌兰州大学

学位级别：硕士

多年生黑麦草(Lolium perenne)是常见的禾本科牧草和草坪草,在全世界广泛种植。目前已报道内生真菌对多年生黑麦草的抗旱性、抗虫、抗病性等方面都有积极的影响。为明确本团队筛选的多年生黑麦草新品系是否耐重金属胁迫和内生真菌对其... 详细信息

多年生黑麦草(Lolium perenne)是常见的禾本科牧草和草坪草,在全世界广泛种植。目前已报道内生真菌对多年生黑麦草的抗旱性、抗虫、抗病性等方面都有积极的影响。为明确本团队筛选的多年生黑麦草新品系是否耐重金属胁迫和内生真菌对其生长的影响,本研究比较了不同浓度镉离子(Cd)(0mg/L、50mg/L、100mg/L及200mg/L)和锌离子(Zn)(0mg/L、500mg/L、750mg/L及1000mg/L)处理下,感染内生真菌(endophyte infected,E+)和未感染内生真菌(endophyte free,E-)的多年生黑麦草的株高、分蘖、生物量等生长情况和叶绿素、丙二醛等生理的变化,所获主要结论如下:1、在不同浓度镉离子胁迫下,随着镉离子浓度的升高,多年生黑麦草E+植株的分蘖数、地上部分鲜重、地上部分含水量呈先上升后下降的趋势;而株高、地上部分干重、根鲜重、根干重、根体积呈下降趋势,E+植株根含水量变化不显著。E-植株分蘖数、地上部分含水量变化趋势与E+植株一致呈先上升后下降的趋势,而株高、地上部分鲜重、地上部分干重、根鲜重、根干重、跟含水量及根体积呈下降趋势。说明高浓度镉离子胁迫抑制了多年生黑麦草的生长,而低浓度抑制作用不明显。在不同浓度镉离子胁迫下,内生真菌对宿主的作用不尽相同。在50mg/L镉离子胁迫下,E+植株的地上部分鲜重、根鲜重和根干重显著高于E-植株(P镉离子胁迫下,E+植株的地上部分鲜重、根鲜重、根干重、分蘖数和地上部分含水量均显著高于E-植株(P镉离子处理下,E+植株的的地上部分鲜重、根鲜重、分蘖数和地上部分含水量均显著高于E-植株(P胁迫条件下内生真菌对宿主的生长有不同程度的促进作用。2、在不同浓度锌离子胁迫下,随着锌离子浓度的升高,多年生黑麦草E+植株的分蘖数、株高、地上部分鲜重、地上部分干重、地上部分含水量、根鲜重均呈先上升后下降的趋势,而根干重呈下降趋势,根含水量呈先下降后上升趋势,根体积变化不显著;E-植株随着锌离子浓度的升高地上部分鲜重、地上部分干重、地上部分含水量与E+植株一致呈先上升后下降的趋势,而株高、根鲜重、根干重、根含水量、根体积均呈下降趋势,分蘖变化不显著,说明锌离子胁迫也能抑制多年生黑麦草的生长,而低浓度抑制作用不明显。在不同浓度锌离子胁迫下,内生真菌对宿主的作用也不尽相同。在500mg/L锌离子胁迫下,E+植株的分蘖数、地上部分鲜重和干重、根鲜重和干重、根体积及地上部分含水量显著高于E-植株(P离子胁迫下,E+植株的株高、分蘖数、地上部分鲜重和干重、根鲜重和干重以及根体积显著高于E-植株(P离子胁迫下,E+植株的株高、地上部分鲜重、根鲜重和根体积显著高于E-植株(P离子胁迫条件下内生真菌对宿主的生长也有不同程度的促进作用。3、在不同浓度镉离子胁迫下,随着镉离子浓度的升高,多年生黑麦草E+植株得丙二醛含量呈先下降后上升趋势,E-种群丙二醛含量呈下降趋势。而E+和E-植株的叶绿素含量、脯氨酸含量均呈先上升后下降的趋势,根系活力均呈下降趋势,说明宿主对外界逆境胁迫有生理生化响应。而内生真菌能影响宿主的生化响应,且胁迫浓度不同,其响应不太一致。在50mg/L镉离子处理下,E+种群与E-种群各项生化差异无显著差异;在100mg/L镉离子处理下,E+种群叶绿素和脯氨酸含量及根系活力显著大于E-种群(P镉离子处理下,E+种群叶绿素含量和根系活力显著大于E-种群(P镉离子胁迫条件下内生真菌调控宿主的生理响应以提高其抗逆性。4、在不同浓度锌离子胁迫下,随着锌离子浓度的升高,多年生黑麦草E+和E-植株的丙二醛、叶绿素含量及根系活力随着锌离子浓度的增加均呈先上升后下降的趋势,E+种群脯氨酸呈下降趋势,而E-种群脯氨酸含量先下降后上升。说明宿主对外界逆境胁迫有生理生化相应。而内生真菌能影响宿主的生化响应,且胁迫浓度不同,其响应不太一致。在500mg/L锌离子处理下,E+种群丙二醛含量显著高于E-种群(P离子处理下,E+种群叶绿素含量显著高于E-种群(P离子处理下,E+种群脯氨酸含量、叶绿素含量及根系活力均显著高于E-种群(P离子胁迫条件下内生真菌调控宿主的生理响应以提高其抗逆性。以上植物在不同浓度镉离子和锌离子情况下

关键词：内生真菌多年生黑麦草镉离子胁迫锌离子胁迫生长生理