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肠芯片在宿主-微生物互作中的研究进展

生物工程学报 2024年第9期40卷 2916-2933页

作者：李向阳史鹏程张乐王慧尤晓颜赵国屏河南科技大学食品与生物工程学院河南洛阳471023 中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 中国科学院上海植物生理生态研究所上海200032 中国科学院上海营养与健康研究所上海200031 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055

人体肠道是一个复杂的生态系统,富含多样的微生物群落,这些微生物群落在营养吸收、药物代谢和机体免疫等方面发挥着关键作用。随着微流控技术和器官芯片技术的不断发展,肠芯片已经成为模拟宿主-微生物互作的有力工具。这些微型化的生物... 详细信息

人体肠道是一个复杂的生态系统,富含多样的微生物群落,这些微生物群落在营养吸收、药物代谢和机体免疫等方面发挥着关键作用。随着微流控技术和器官芯片技术的不断发展,肠芯片已经成为模拟宿主-微生物互作的有力工具。这些微型化的生物系统能够在体外模拟人体肠道的复杂生理环境,为研究肠道微生物与宿主之间的相互作用提供了一个独特的平台。本文首先介绍了人体肠道的生理特点,总结了微流控器官芯片集成多细胞组分、生物流体、氧气梯度、机械力学等微环境因素在体外重塑肠道微生理系统的优势,阐述了衡量体外肠芯片构建成功与否的关键性能指标,并综述了芯片上的肠-微生物互作模型在肠道微生态研究、疾病模拟和药物评价方面的研究进展,最后讨论了其局限性和未来的发展趋势,以期为应用肠芯片深入研究肠道微生物与宿主的相互作用提供参考。

关键词：肠道微流控肠芯片宿主-微生物互作病理生理学

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合成生物学赋能:从学科发展到产业转化

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 851-861页

作者：熊燕马雪晴陈大明刘晓赵国屏中国科学院上海营养与健康研究所上海生命科学信息中心上海200031 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海营养与健康研究所生物医学大数据中心上海200031 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不... 详细信息

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不仅颠覆了从整体到局部的“格物致知—还原论”的传统研究策略,还开启了理解生命本质的“建物致知”新文化。同时,合成生物学将生物技术由“模拟自然过程”和“遗传工程改造”上升至“定量理性设计”和“标准化构建测试”的高度,推动生物工程和代谢工程朝着对标生命过程的高效率、普适性的工程化“重编程”,甚至是“从头构建”的新高度,以实现“建物致用”的目标。文章梳理了合成生物学近年来在生命科学基础研究中“建物致知”方面的重要进展,列举了其在化工、医药、食品、环境等应用领域中“建物致用”的具体案例,展现了合成生物学对人类社会全面发展正在发挥的重大影响,强调了为确保合成生物学的健康、快速发展,构建会聚生态系统与治理体系的重要性。

关键词：合成生物学赋能会聚创新生态系统

一种天然共生细菌通过酸化伊蚊肠道抑制蚊媒病毒感染传播

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科学通报 2024年第21期69卷 3070-3072页

作者：高涵胡文倩王四宝新基石科学实验室中国科学院昆虫发育与进化生物学重点实验室中国科学院分子植物科学卓越创新中心中国科学院植物生理生态研究所上海200032

登革热、寨卡热、基孔肯雅热、西尼罗热和黄热病等蚊媒病毒传染病,每年导致全球数亿人感染,对全球公共卫生构成了严峻威胁^([1]).登革热和寨卡热是两种最具代表性的蚊媒病毒传染病,登革热是传播最广的虫媒病毒,在全球100多个国家感染流... 详细信息

登革热、寨卡热、基孔肯雅热、西尼罗热和黄热病等蚊媒病毒传染病,每年导致全球数亿人感染,对全球公共卫生构成了严峻威胁^([1]).登革热和寨卡热是两种最具代表性的蚊媒病毒传染病,登革热是传播最广的虫媒病毒,在全球100多个国家感染流行,每年引发约4亿人感染^([2]).据世界卫生组织(WHO)统计显示,在过去20年中,登革热的全球发病率显著上升,已经成为全球严重的公共卫生负担.2000~2019年,世界卫生组织记录了全球报告病例的10倍激增.自2023年初以来,全球范围内登革热病例激增,已蔓延到以前未受登革热影响的地区.

关键词：基孔肯雅热感染传播蚊媒病毒全球公共卫生登革热虫媒病毒共生细菌报告病例

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猕猴桃果实淀粉代谢研究进展

果树学报 2024年第2期41卷 325-337页

作者：冉欣雨黄文俊钟彩虹中国科学院武汉植物园武汉430074 中国科学院大学北京100049

猕猴桃为国际重要水果种类,已成为我国精准扶贫、乡村振兴的“金果果”。淀粉作为植物光合作用固定碳形成的主要碳水化合物,在植物的整个生长发育过程中具有重要作用。猕猴桃果实属于淀粉积累型水果,在临近商业采收时淀粉积累达到峰值,... 详细信息

猕猴桃为国际重要水果种类,已成为我国精准扶贫、乡村振兴的“金果果”。淀粉作为植物光合作用固定碳形成的主要碳水化合物,在植物的整个生长发育过程中具有重要作用。猕猴桃果实属于淀粉积累型水果,在临近商业采收时淀粉积累达到峰值,然后随着果实软化成熟淀粉降解为糖,果实甜度增高,风味品质形成。同时,猕猴桃属于呼吸跃变型果实,具有生理后熟属性,采后易软化,不耐贮藏。淀粉作为细胞内容物对维持细胞膨压,支持果实硬度起着重要作用。随着猕猴桃基因组的测序完成,猕猴桃果实淀粉代谢分子研究取得新的进展,尤其是淀粉降解方面,但是目前对猕猴桃果实淀粉代谢进展的整理与归纳还鲜有报道。因此,从猕猴桃果实淀粉的理化性质、植物淀粉代谢途径以及猕猴桃果实淀粉代谢分子机制三个方面展开,并结合淀粉与猕猴桃果实风味品质、成熟软化的关系,对猕猴桃果实淀粉研究现状与进展进行综述,为以后创制优质高淀粉耐贮藏猕猴桃新材料或选育新品种,以及建立即食供应的快速后熟技术体系提供理论支撑。

关键词：猕猴桃淀粉合成淀粉降解果实品质成熟软化分子机制

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极小种群广西火桐幼苗对干旱复水的生理响应

西南林业大学学报(自然科学) 2024年第4期44卷 8-16页

作者：陆奇丰骆文华中国科学院广西植物研究所

以广西火桐幼苗为材料，采用盆栽称重控水法，探究其在干旱复水条件下生长、光合气体交换和生理生化响应特征。结果表明：干旱胁迫下，广西火桐幼苗株高、基径和> 5 cm侧根数均显著降低，且复水后无法恢复至对照水平；幼苗叶绿素含量在... 详细信息

以广西火桐幼苗为材料，采用盆栽称重控水法，探究其在干旱复水条件下生长、光合气体交换和生理生化响应特征。结果表明：干旱胁迫下，广西火桐幼苗株高、基径和> 5 cm侧根数均显著降低，且复水后无法恢复至对照水平；幼苗叶绿素含量在干旱-复水下呈现先下降后上升趋势；干旱胁迫显著降低幼苗光合作用能力和叶片相对含水量，但复水后基本能恢复至对照水平；干旱胁迫下，叶片相对电导率和MDA含量显著上升，复水后两者有所下降，且叶片相对电导率与对照相比无显著差异，而MDA含量仍显著高于对照水平；干旱胁迫下，叶片游离脯氨酸含量显著上升，复水后其含量有所下降，可溶性蛋白含量在干旱胁迫下与对照无显著差异，复水后，其含量呈现先下降后上升趋势，可溶性糖含量在干旱胁迫下呈现先上升后下降趋势，而复水后与对照无显著差异；干旱胁迫下SOD和POD呈现下降趋势，而复水后SOD和POD呈现上升趋势；CAT在干旱-复水处理下呈现增加趋势，但显著低于对照水平。因此，干旱胁迫下广西火桐幼苗的生长受到明显的抑制，复水后虽然能够通过调节自身的保护酶系统活性和渗透调节物质含量来减轻干旱带来的损伤，以维持植物体内的生理代谢功能，但其生长指标难以恢复到对照水平，因而表现出较弱的耐旱能力。

关键词：广西火桐干旱胁迫复水生理响应幼苗

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盐碱土壤植物修复机制研究进展

生态学杂志 2024年第5期43卷 1453-1462页

作者：周杰王志春杨帆中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130102 中国科学院大学北京100049

盐碱土在世界范围内广泛分布,却难以开发为农业用地,造成土地资源的浪费。过去几十年以来,人们致力于探索盐碱土的改良方法并初见成效。但在这些改良方法中,存在不同程度的环境、投入和成本等制约因素。随着人们对生态环境问题的深入关... 详细信息

盐碱土在世界范围内广泛分布,却难以开发为农业用地,造成土地资源的浪费。过去几十年以来,人们致力于探索盐碱土的改良方法并初见成效。但在这些改良方法中,存在不同程度的环境、投入和成本等制约因素。随着人们对生态环境问题的深入关注,利用植物修复盐碱土的相关研究日益增多。植物修复是一种兼具生态效益和经济效益的盐碱土改良方法。虽然大多数植物在盐碱胁迫下生长发育受到影响,但一些植物在长期进化过程中形成了对盐碱环境的适应机制,能够通过生理、形态和分子的变化改善土壤的理化性质,进而达到修复盐碱土的效果。本文从植物地上部收获带走盐分、根系生长改善土壤物理性质、植物残体改善土壤理化性质、根系分泌物增加H+、根呼吸以及微生物协同植物修复共六个方面对盐碱土植物修复机制进行了综述。在系统总结现有研究进展的基础上,指出未来研究应对植物修复过程中如何在节省时间成本的基础上发挥其修复功效进行更为深入的研究,旨在最大程度发挥植物的修复作用,为盐碱地治理提供科学支撑。

关键词：盐碱土植物修复根区CO_(2) 根系分泌物根际微生物

模拟增温对植物叶片δ^(13)C值的影响:全球Meta分析

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生态学报 2024年第12期44卷 5412-5421页

作者：张莉莉叶志成廖凯华朱青赖晓明郭长强中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室南京210008 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院南京地理与湖泊研究所鄱阳湖湖泊湿地综合研究站九江332899

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系... 详细信息

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ^(13)C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ^(13)C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ^(13)C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ^(13)C值显著升高0.6%(P植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_(d)),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_(n)降低并且叶片δ^(13)C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ^(13)C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ^(13)C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ^(13)C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。

关键词：模拟增温叶片δ^(13)C Meta分析气孔导度呼吸速率植物水分利用效率

优化NPQ的动态调控是提高植物光合效率的分子基础

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生命科学 2024年

作者：阮美霞朱新广翁羽翔中国科学院物理研究所中国科学院分子植物科学卓越创新中心

随着全球人口的不断增加，对粮食和生物质能源的需求越来越高，增加单位土地的生物量和粮食产量成为解决粮食和能源问题的必然途径。非光化学淬灭(Non-photochemical quenching， NPQ)是植物应对高辐照强度的一种光保护状态。NPQ状态和... 详细信息

随着全球人口的不断增加，对粮食和生物质能源的需求越来越高，增加单位土地的生物量和粮食产量成为解决粮食和能源问题的必然途径。非光化学淬灭(Non-photochemical quenching， NPQ)是植物应对高辐照强度的一种光保护状态。NPQ状态和捕光状态之间的切换与光辐照强度涨落的动态匹配是提高光合效率的一种新途径，因此NPQ发生的分子机制的研究对于设计转基因植物调控NPQ过程提高农作物产量具有重要指导意义。研究表明，NPQ主要发生在主捕光天线LHCII (Light-harvesting complex II) 上，其切换速率主要受蛋白质PsbS (Photosystem II Subunit S)以及叶黄素循环的调控。本文将讨论温度、酸度诱导下捕光天线蛋白在高效捕光和NPQ状态间可逆切换的蛋白质构象调节机制，为提高光合效率和农业产出提供理论基础和新思路。

关键词：非光化学淬灭捕光天线蛋白叶黄素循环蛋白质变构调节机制

高等植物捕光天线蛋白的NPQ调控机制及其优化

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生命科学 2024年第9期 1149-1159页

作者：阮美霞朱新广翁羽翔中国科学院物理研究所中国科学院分子植物科学卓越创新中心

非光化学猝灭(non-photochemical quenching, NPQ)是植物应对强光和过量光的一种光保护状态。NPQ状态和捕光状态之间的切换与光辐照强度涨落的动态匹配是提高光合效率的一种新途径，阐明NPQ发生的分子机制对于通过基因工程优化NPQ过程... 详细信息

非光化学猝灭(non-photochemical quenching, NPQ)是植物应对强光和过量光的一种光保护状态。NPQ状态和捕光状态之间的切换与光辐照强度涨落的动态匹配是提高光合效率的一种新途径，阐明NPQ发生的分子机制对于通过基因工程优化NPQ过程从而提高农作物产量具有重要意义。NPQ主要发生在主要捕光天线蛋白LHCII (major light-harvesting complex II)上，它们在捕光状态与NPQ状态间的切换速率主要受PsbS蛋白(photosystem II subunit S)以及叶黄素循环的调控。本文简要介绍LHCII在温度、酸度诱导下在捕光状态和NPQ状态间可逆切换的变构调控机制，以及叶黄素循环和PsbS的调控作用，以期为提高光合效率和农业产出提供理论基础和新思路。

关键词：非光化学猝灭捕光天线蛋白叶黄素循环蛋白质变构调节