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蛋白质寡聚化的活体检测技术及其研究进展

科学通报 2024年第8期69卷 1034-1046页

作者：罗鹏云李岩竣左新秀钱虹萍徐昌文林金星崔亚宁林木育种与生态修复国家工程研究中心林木遗传育种全国重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

蛋白质寡聚在许多生理过程中起着非常重要的作用,分析蛋白寡聚化有利于深层次解析蛋白质-蛋白质/配体相互作用、信号转导以及疾病发生相关机制等生物学过程.近年来,随着一些新兴技术的涌现,实时、动态、活体观测蛋白与蛋白相互作用的研... 详细信息

蛋白质寡聚在许多生理过程中起着非常重要的作用,分析蛋白寡聚化有利于深层次解析蛋白质-蛋白质/配体相互作用、信号转导以及疾病发生相关机制等生物学过程.近年来,随着一些新兴技术的涌现,实时、动态、活体观测蛋白与蛋白相互作用的研究已成为热点.通过提高时间分辨率和空间分辨率,可以更准确地观察和研究蛋白质的动态行为和相互作用.同时,新兴技术与算法的结合进一步扩展了对蛋白质在时间和空间尺度上的研究范围,使我们能更深入地探索蛋白质结构与功能之间的关系.本文首先简要介绍了寡聚蛋白质的分类和形成机制,随后从蛋白标记技术和活体检测技术两个方面综述了用于分析蛋白复合体寡聚化的几种主要技术以及其研究进展.最后,展望了蛋白质寡聚化研究的发展前景,希望为研究者在选择适合的分析技术时提供一些理论参考.

关键词：蛋白质寡聚化蛋白质-蛋白质相互作用蛋白质标记活体检测

利用异速生长模型和博弈论解析藏川杨主干动态生长的遗传调控机制

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北京林业大学学报 2024年第6期46卷 154-164页

作者：危学达王玉丁孟东吴双梁丹叶梅霞邬荣领生物科学与技术学院计算生物学中心林木育种国家工程实验室林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物学院北京100083

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高... 详细信息

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高度与直径性状的动态生长互作微分方程,利用系统作图构建藏川杨主干生长遗传解析的统计模型。进一步以藏川杨自然群体作为研究材料,调查其在温室内的生长动态数据,结合本群体的高通量分子标记数据,开展藏川杨的全基因组基因定位工作。【结果】藏川杨主干高度和直径的整体生长曲线符合Logistic生长曲线,拆分整体生长曲线发现,藏川杨主干的直径生长对高度生长具有抑制作用,而高度生长对直径生长具有促进作用。所有藏川杨高度和直径的个体拟合优度> 0.90,且2个性状拟合的残差均服从随机分布,说明使用广义Lotka-Volterra微分方程来拟合藏川杨高度和直径效果很好。基于功能作图方法共定位到78个显著位点,可注释到52个候选基因。以2号染色体上最显著的SNP为例,对藏川杨高度和直径进行遗传解析,发现该SNP的3种基因型(AA、AC、CC)具有相似的高度–直径相互作用模式。该SNP对整体生长、独立生长和依赖生长发挥了不同方式的遗传效应。对定位到的显著位点进行功能注释,可将这些位点所在的基因分为:与木质素/细胞壁合成相关基因、与生长发育相关基因、与抗病抗逆性相关基因、与光合作用相关基因这4类。【结论】结合异速生长模型和博弈理论的基因定位模型,可检测基因如何通过合作或竞争策略来调控藏川杨主干的大小,识别树干动态生长的过程和模式,相关模型也可为其他物种重要性状之间的深层次遗传解析提供借鉴。

关键词：藏川杨博弈论异速生长模型高度直径数量性状位点

山杏种子PsMATE40基因启动子的克隆及驱动表达分析

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生物技术通报 2024年

作者：王紫睿刘潇菡修宇林善枝北京林业大学生物科学与技术学院林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室

【目的】转运蛋白PsMATE40在山杏种子苦杏仁苷转运中起到重要作用。克隆PsMATE40基因特异启动子并分析其驱动基因表达活性，为PsMATE40基因及其启动子的应用奠定基础。【方法】依据前期克隆得到的PsMATE40基因，以山杏种子基因组DNA为... 详细信息

【目的】转运蛋白PsMATE40在山杏种子苦杏仁苷转运中起到重要作用。克隆PsMATE40基因特异启动子并分析其驱动基因表达活性，为PsMATE40基因及其启动子的应用奠定基础。【方法】依据前期克隆得到的PsMATE40基因，以山杏种子基因组DNA为模板，通过染色体步移克隆得到PsMATE40基因特异启动子全长序列(命名为ProPsMATE40)，预测分析其顺式调控元件，采用GUS组织化学染色分析检测启动子活性；利用无缝克隆方法分别构建组成型启动子CaMV35S和特异启动子ProPsMATE40驱动的PsMATE40基因的植物表达载体，开展农杆菌介导的烟草瞬时转化，利用RT-qPCR技术比较分析它们驱动PsMATE40基因的转录表达。【结果】山杏种子PsMATE40基因启动子全长序列为1 964 bp，含有2种启动子核心元件（CAAT-box和TATA-box）、多种激素信号（生长素、茉莉酸和水杨酸等）响应元件和胁迫（光、干旱和损伤等）响应元件以及种子发育调控元件等，自身特异启动子ProPsMATE40驱动的PsMATE40基因表达水平明显高于CaMV35S。【结论】山杏种子PsMATE4基因表达可能受植物激素以及生物与非生物胁迫等多种因素的复杂调控，而自身启动子可有效促进PsMATE40基因的转录表达。

关键词：山杏种子苦杏仁苷 PsMATE40基因特异启动子克隆顺式调控元件驱动表达分析

关于我国林木育种向智能分子设计育种发展的思考

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北京林业大学学报 2024年第3期46卷 1-7页

作者：康向阳林木遗传育种全国重点实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室城乡生态环境北京实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京 100083

“作物育种4.0”的提出,为我国林木遗传育种指明了向智能分子设计育种发展的前进方向。本文提出了理想品种的概念及其智能设计实现条件,简要综述了我国林木遗传育种研究历史以及存在的问题,并提出了推动我国林木智能分子设计育种的发展... 详细信息

“作物育种4.0”的提出,为我国林木遗传育种指明了向智能分子设计育种发展的前进方向。本文提出了理想品种的概念及其智能设计实现条件,简要综述了我国林木遗传育种研究历史以及存在的问题,并提出了推动我国林木智能分子设计育种的发展对策等。林木遗传育种应该瞄准国家林业重大需求,有组织地选择重要树种系统布局,在推动树种高世代遗传改良及其利用的同时,准备系谱关系清晰的育种资源群体,做到等位变异有迹可循;解析重要性状遗传变异规律及其调控网络,实现基因调控有据可查;建立高效的多组学大数据整合分析以及育种群体构建、亲本选配和后代选择等分子设计育种技术方法体系,保证智能育种有“法”可依等。逐步解决我国林木遗传育种中存在的问题,为实施林木智能设计育种创造理想条件。在每一育种世代品种向理想品种选育的推进过程中,尽可能将智能分子设计育种的最新理论和技术成果应用于育种实践,选育出高产、优质、高抗的当前世代理想品种,满足国家林业发展的现实需要。

关键词：林木育种理想品种常规育种智能分子设计育种育种发展对策

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关于理想森林及其经营的遗传学思考

北京林业大学学报 2024年第6期46卷 1-9页

作者：康向阳林木遗传育种全国重点实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室城乡生态环境北京实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

我国是当今全球森林资源增长最多的国家。如何在此基础上科学、生态、节俭地提高森林生态系统稳定性和林地生产力,充分发挥森林的多功能作用,是我国林业界今后相当长的时间内必须面对的问题。本文首先基于森林永续利用思想理论的回顾,... 详细信息

我国是当今全球森林资源增长最多的国家。如何在此基础上科学、生态、节俭地提高森林生态系统稳定性和林地生产力,充分发挥森林的多功能作用,是我国林业界今后相当长的时间内必须面对的问题。本文首先基于森林永续利用思想理论的回顾,提出遗传学层面的理想森林概念,即拥有与分布区自然地理相适应的树种组成及群体遗传结构,优势树种持续保持丰富的群体遗传多样性,以及自然稀疏和自然更新能力,且生长等目标性状相关基因的正向等位变异高度聚合,可在更短时间内形成与立地环境相匹配的生态适应性和最高生产力的森林。通过不同森林类型的遗传特点分析,进一步提出基于遗传学和生态学原理,充分利用自然选择和竞争等生物间及其与环境间的互作机制等自然力,并采取一定的人工辅助措施促进森林群体遗传进展和稳定性,培育生产力高的健康森林的理想森林经营概念。认为遗传基础窄化的商品林适合采取法正林类模式集约经营,而遗传基础宽泛的商品林则适合采取理想森林经营。并针对我国森林遗传品质劣化的问题,提出从良种抓起,铸牢森林遗传基础,推动森林遗传进展,重塑森林遗传品质的理想森林经营基本路径。建议在今后的森林质量提升工作中,应以理想森林为目标,建立森林经营国家机制,重构国家公益林和商品林比重,严格森林分类管理和分类经营,加强森林基础科学研究,按种子区划育种、制种和用种,通过专业化的理想森林经营,实现国家森林越采越多、越采越好。

关键词：理想森林经营国家机制商品林遗传进展遗传品质自然稀疏自然更新

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KNOX2转录因子研究进展

植物生理学报 2024年第9期60卷 1367-1374页

作者：王聪侯思佳张倩倩陈静杜俊红梁丹邬荣领郭允倩北京林业大学生物科学与技术学院计算生物学中心林木育种国家工程实验室林木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083

KNOX (KNOTTED1-like homeobox)是植物中一类具有重要功能的转录因子,属于同源异形盒基因超家族中TALE (three amino-acid loop extension)的亚族。研究表明该家族成员广泛参与植物生长发育和形态建成。本文主要对KNOX2基因的结构、分... 详细信息

KNOX (KNOTTED1-like homeobox)是植物中一类具有重要功能的转录因子,属于同源异形盒基因超家族中TALE (three amino-acid loop extension)的亚族。研究表明该家族成员广泛参与植物生长发育和形态建成。本文主要对KNOX2基因的结构、分类、生物学功能及参与的分子互作机制进行综述性介绍,并对近年来的最新研究成果进行总结,以期为进一步探究KNOX2基因在植物生长发育过程中的相关机制及其他物种中的功能提供参考。

关键词： KNOX2 次生细胞壁珠被结瘤

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植物赤霉素氧化酶及其功能研究进展

生物技术通报 2024年第7期40卷 43-54页

作者：吴丁洁陈盈盈徐静刘源张航李瑞丽北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室林木育种与生态修复国家工程研究中心林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的植物激素,调节植物的发育及其对环境信号的反应。GA生物合成的最后部分离不开赤霉素氧化酶(gibberellin oxidase,GAox)的催化。赤霉素氧化酶是赤霉素生物合成和分解代谢过程的关键酶,在植物体内的赤... 详细信息

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的植物激素,调节植物的发育及其对环境信号的反应。GA生物合成的最后部分离不开赤霉素氧化酶(gibberellin oxidase,GAox)的催化。赤霉素氧化酶是赤霉素生物合成和分解代谢过程的关键酶,在植物体内的赤霉素生物合成和分解代谢途径中起到复杂的调节作用。GA20ox(gibberellin 20 oxidase)、GA3ox(gibberellin 3 oxidase)和GA2ox(gibberellin 2 oxidase)均属于赤霉素氧化酶基因家族,GA20ox和GA3ox是赤霉素生物合成过程中的限速酶,而GA2ox是赤霉素分解代谢的关键酶,三者共同参与GA生物合成途径的调节,从而保障植物在生长发育以及与环境相互作用过程中对GA的需求。赤霉素氧化酶参与调控植物生长发育的多个阶段,受到外界环境和内源因素的精密调控,目前已经在拟南芥、水稻、杨树等物种中克隆表达,其在不同物种之间的功能存在差异。本文主要围绕GA20ox、GA3ox和GA2ox三种酶进行介绍,对植物赤霉素氧化酶的特性、时空表达进行了阐述,并重点总结了赤霉素氧化酶的功能及其研究进展,以期为今后系统开展赤霉素氧化酶基因功能研究提供理论依据。

关键词：赤霉素氧化酶基因功能生长发育非生物胁迫时空表达

组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA处理对杨树茎生长发育的影响

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生物技术通报 2024年

作者：寇焙森程萌萌郭雪琴葛彬刘迪陆海李慧林木遗传育种全国重点实验室(北京) 树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院

【目的】探究组蛋白乙酰化修饰在杨树茎生长发育中的分子机制。【方法】利用组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A(trichostatin A, TSA)对84K杨树（Populus alba×P. glandulosa）进行不同时间处理，采用Western blot检测杨树茎中组蛋白... 详细信息

【目的】探究组蛋白乙酰化修饰在杨树茎生长发育中的分子机制。【方法】利用组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A(trichostatin A, TSA)对84K杨树（Populus alba×P. glandulosa）进行不同时间处理，采用Western blot检测杨树茎中组蛋白乙酰化水平变化情况，然后用RNA-Seq技术对其茎中基因表达谱进行转录组分析，最后利用石蜡切片和扫描电镜观察木质部的表型变化。【结果】Western Blot结果表明2μmol/L TSA处理2 h能明显提高茎中组蛋白H3的乙酰化水平，随着TSA处理时间延长，组蛋白H3的乙酰化水平进一步升高。转录组结果显示，TSA处理2 h、12 h共得到5 625个差异基因表达，其中2 h上调基因2 158个，下调基因1 556个；12 h上调基因905个、下调基因1 006个。GO功能分析发现，差异上调基因主要富集在细胞壁组分，DNA结合转录因子活性；差异下调基因主要富集在光合作用、响应非生物刺激等词条；KEGG通路分析发现差异上调基因显著富集到木质素合成等通路。表型分析结果显示，相较于未处理组，TSA处理导致植株高度下降9.03%，但是茎直径和木质部厚度未见显著性差异。【结论】组蛋白H3乙酰化水平上升通过促进转录活性或细胞壁相关基因的表达来参与杨树茎的发育，从而影响植株的高度。

关键词：转录组组蛋白乙酰化 TSA 细胞壁 84K杨树

14-3-3蛋白及其在植物中的功能研究进展

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生物技术通报 2024年第4期40卷 12-22页

作者：陈盈盈吴丁洁刘源张航刘艳娇王晶宇李瑞丽北京林业大学生物科学与技术学院林木育种与生态修复国家工程研究中心林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083

14-3-3蛋白是由不同基因编码的高度同源的酸性蛋白质家族,在真核生物中广泛存在,且在结构上相对保守。14-3-3蛋白主要是通过识别靶蛋白上的磷酸化位点与靶蛋白发生相互作用,导致靶蛋白的稳定性、亚细胞定位或与其他蛋白之间的相互作用... 详细信息

14-3-3蛋白是由不同基因编码的高度同源的酸性蛋白质家族,在真核生物中广泛存在,且在结构上相对保守。14-3-3蛋白主要是通过识别靶蛋白上的磷酸化位点与靶蛋白发生相互作用,导致靶蛋白的稳定性、亚细胞定位或与其他蛋白之间的相互作用发生显著变化,进而调控靶蛋白的功能。不同物种中含有多种亚型的14-3-3蛋白,这些不同的亚型蛋白通过与其他蛋白的相互作用来影响植物的生长发育等过程。本文概述了14-3-3蛋白在植物中的种类、亚细胞定位以及在组织中的表达情况,重点总结了14-3-3蛋白在植物激素信号转导、生长发育及胁迫响应中的功能,以期为今后系统开展14-3-3蛋白的研究提供理论依据。

关键词： 14-3-3蛋白激素信号转导生长发育胁迫响应