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基于结构信息的MHET降解酶挖掘及温和温度下的酶级联塑料降解

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生物工程学报 2024年第3期40卷 773-785页

作者：刘欣悦耿文超孙瑨原陈泽华崔颖璐吴边中国科学技术大学生命科学与医学部安徽合肥230027 中国科学院微生物研究所、微生物资源前期开发国家重点实验室、中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室北京100101 南开大学化学学院天津300071 中国科学院天津工业生物技术研究所、中国科学院系统微生物工程重点实验室天津300308

聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)的不规范使用和处置造成了严重的生态污染。酶法降解是一种环境友好的解决PET污染的方法。对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET]是PET降解过程中的... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)的不规范使用和处置造成了严重的生态污染。酶法降解是一种环境友好的解决PET污染的方法。对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET]是PET降解过程中的具有竞争性抑制效果的中间产物,可由MHET降解酶催化水解。本研究采用生物信息学方法,结合序列和结构信息,发现了一种MHET水解酶,BurkMHETase。酶学性质研究表明该酶的最适pH和最适温度分别为7.5和40℃,在pH 7.5−10.0、30−45℃条件下相对稳定;以MHET为底物测定动力学参数kcat为(24.2±0.5)s^(-1),Km为(1.8±0.2)μmol/L,具有与目前最高效的IsMHETase相似的kcat值和更高的底物亲和力。BurkMHETase与PET降解酶IsPETase联用能够改善PET薄膜的降解效果。结构分析和突变实验表明,BurkMHETase可能已经进化出特定的结构特征来催化MHET的水解。对于MHET降解酶,在495位为芳香族氨基酸以及活性部位或远端氨基酸间的协同相互作用对于MHET水解活性似乎是必需的。因此,BurkMHETase有潜力应用于PET双酶降解系统,而所使用的生物信息学方法可以用来高效挖掘新的MHET降解酶。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料生物降解酶挖掘丝氨酸水解酶

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植物RNA沉默抗病机制与应用研究进展

遗传 2024年第4期46卷 266-278页

作者：田文谌婷刘清艳张博森郭惠珊赵建华中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室中国科学院大学中国科学院生物互作卓越创新中心

RNA沉默是真核生物基因表达调控的保守机制，在植物生长发育以及响应生物和非生物胁迫过程中发挥着非常重要的作用。跨界RNA沉默与种间RNA沉默为开发基于RNA沉默的作物病害防控体系提供了理论基础。本文概括了植物RNA沉默保守途径，归纳... 详细信息

RNA沉默是真核生物基因表达调控的保守机制，在植物生长发育以及响应生物和非生物胁迫过程中发挥着非常重要的作用。跨界RNA沉默与种间RNA沉默为开发基于RNA沉默的作物病害防控体系提供了理论基础。本文概括了植物RNA沉默保守途径，归纳了RNA沉默在植物-病原互作研究中的代表性研究，阐述了基于RNA沉默开发的宿主诱导基因沉默、喷施诱导基因沉默和微生物诱导基因沉默技术的原理，以及应用研究现状，以期为开发基于RNA沉默的新型作物病害防控技术提供参考。

关键词： RNA沉默跨界RNA沉默种间RNA沉默宿主诱导的基因沉默喷施诱导的基因沉默微生物诱导的基因沉默

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高通量技术在萜类合成酶筛选中的应用

微生物学报 2024年第2期64卷 408-431页

作者：李贝邓子新徐敏侯安伟中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 合成生物学海河实验室天津300308 江西省科学院微生物研究所江西南昌330096

萜类化合物种类繁多,生物活性多样,在食品、药品与化妆品等行业中具有广泛的应用。萜类化合物多来源于植物,然而随着合成生物学的快速发展,相较于传统的天然植物提取与化学合成方法,利用工程微生物进行萜类化合物异源合成的方法显得更... 详细信息

萜类化合物种类繁多,生物活性多样,在食品、药品与化妆品等行业中具有广泛的应用。萜类化合物多来源于植物,然而随着合成生物学的快速发展,相较于传统的天然植物提取与化学合成方法,利用工程微生物进行萜类化合物异源合成的方法显得更为经济与环保。萜类合成酶的催化活性及合成产物的结构特性是萜类化合物异源合成的关键。通过蛋白定向进化与理性设计可以有针对性地优化萜类合成酶的催化性能及产物专一性,但该方案需要一个特异的筛选方法来实现蛋白突变体库的高通量筛选。近年来,一系列高通量筛选方法的建立使得萜类合成酶的筛选变得更加灵敏与高效。本文对近期建立的萜类合成酶高通量筛选方法进行了综述,简要概述了各种筛选方法的基本原理与优缺点,并对高通量筛选技术在萜类合成酶改造中的应用做出了展望。

关键词：高通量筛选萜类合成酶定向进化萜类化合物

基于转录调控蛋白的生物传感器的智能设计构建

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生物工程学报 2024年

作者：梁朝宁向腊唐双焱中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室

基于转录调控蛋白的生物传感器已在代谢工程、合成生物学、代谢物监测等领域发挥重要作用。该工具具有高度模块化、正交性、易于构建及操作等优良特性，但在实际应用中，天然调控蛋白对目标化合物的响应仍然存在响应程度较低、特异性不... 详细信息

基于转录调控蛋白的生物传感器已在代谢工程、合成生物学、代谢物监测等领域发挥重要作用。该工具具有高度模块化、正交性、易于构建及操作等优良特性，但在实际应用中，天然调控蛋白对目标化合物的响应仍然存在响应程度较低、特异性不符合需求等缺陷。本文综述了近年来在计算机模拟和人工智能技术辅助下，采用蛋白质工程手段，智能设计、改造转录调控蛋白以提升其工作性能所取得的研究进展。主要包括利用蛋白质结构预测、配体结合模拟等优化改造策略快速获取目标突变体，或借助对突变体数据分析并经机器学习等构建数学模型，预测转录调控蛋白突变响应效果等。相较于传统方式，计算机模拟和人工智能辅助技术可实现对生物元件更精准快捷地设计构建，势必将推动新型生物传感器的创制研发，满足实际应用的需求。

关键词：转录调控蛋白生物传感器计算模拟蛋白质工程机器学习

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丙酸的合成生物制造

生物工程学报 2024年第8期40卷 2678-2694页

作者：郑棚闫更轩王丽敏张云志陶勇于波中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程研究室北京100101 黑龙江省科学院微生物研究所黑龙江哈尔滨150010

丙酸是一种重要的C3平台化合物,在食品、药品和化工等领域应用广泛。以石油等化工产品为原料通过化学途径合成,环境污染严重且不可持续。近些年,利用微生物转化可再生资源生产丙酸受到了广泛关注。本文聚焦丙酸生物制造技术,首先综述了... 详细信息

丙酸是一种重要的C3平台化合物,在食品、药品和化工等领域应用广泛。以石油等化工产品为原料通过化学途径合成,环境污染严重且不可持续。近些年,利用微生物转化可再生资源生产丙酸受到了广泛关注。本文聚焦丙酸生物制造技术,首先综述了传统丙酸杆菌代谢工程改造和在大肠杆菌及酿酒酵母等异源宿主中重构丙酸合成途径的研究;其次重点讨论了基于合成生物学技术,通过对恶臭假单胞菌KT2440的途径设计和改造,实现其利用L-苏氨酸或生物基1,2-丙二醇为原料的高效生物催化合成高纯度丙酸的最新进展。

关键词：丙酸代谢工程 L-苏氨酸生物制造

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黄鳝减数分裂雌核发育及子代遗传纯合度分析

水生生物学报 2024年第5期48卷 820-828页

作者：徐闻宋焱龙蒋银军罗红瑞郭元奇陶彬彬陈戟胡炜中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室湖北洪山实验室武汉430072 中国科学院大学北京100049

为了培育性状优良、遗传稳定的黄鳝(Monopterus albus)群体,研究探索了人工诱导黄鳝减数分裂雌核发育方法。针对养殖性状优良的深黄大斑鳝进行种质纯合,创制出3个深黄大斑鳝雌核发育群体。流式细胞术和染色体计数分析表明雌核发育黄鳝... 详细信息

为了培育性状优良、遗传稳定的黄鳝(Monopterus albus)群体,研究探索了人工诱导黄鳝减数分裂雌核发育方法。针对养殖性状优良的深黄大斑鳝进行种质纯合,创制出3个深黄大斑鳝雌核发育群体。流式细胞术和染色体计数分析表明雌核发育黄鳝的细胞DNA含量、染色体数目均与野生型相同。性腺组织学切片观察表明雌核发育黄鳝卵巢发育正常。微卫星多样性分析表明雌核发育黄鳝群体的有效等位基因(Ne)、平均香农指数(I)、平均多态信息指数(PIC)、平均观测杂合度(Ho)及平均期望杂合度(He)等参数均极显著低于野生群体,雌核发育群体的遗传纯合度显著提高。雌核发育群体之间的遗传距离增大,遗传相似系数变小。深黄大斑鳝雌核发育群体为培育性状优良的黄鳝养殖品种提供了育种材料。

关键词：雌核发育微卫星遗传纯合度品种选育黄鳝

基于RNA-seq数据分析长牡蛎(Crassostrea gigas)天然免疫的可变剪接事件

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海洋与湖沼 2024年第1期55卷 182-192页

作者：李若晖张琳琳中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049

大部分无脊椎动物缺乏基于经典抗体和记忆细胞的适应性免疫,因而天然免疫在无脊椎动物免疫防御中发挥不可或缺的作用。可变剪接正是产生天然免疫多样性和特异性的重要途径。牡蛎(Crassostrea)是全球范围内的大宗养殖贝类和我国产量最高... 详细信息

大部分无脊椎动物缺乏基于经典抗体和记忆细胞的适应性免疫,因而天然免疫在无脊椎动物免疫防御中发挥不可或缺的作用。可变剪接正是产生天然免疫多样性和特异性的重要途径。牡蛎(Crassostrea)是全球范围内的大宗养殖贝类和我国产量最高的海水养殖贝类,理解其天然免疫系统的多样性和特异性对牡蛎病害防治和养殖业健康可持续发展至关重要。通过对不同病原诱导以及诱导后不同时间的转录组进行生物信息分析,系统地研究了长牡蛎天然免疫应激反应的可变剪接事件。发现在弧菌诱导下可变剪接事件的总数显著增加,表明弧菌的感染会诱导长牡蛎可变剪接事件的产生。对病原诱导后可变剪接体的组成类型及表达量显著变化的基因的功能富集分析,表明免疫系统相关功能被显著富集,病原感染不同阶段以及不同病原感染后可变剪接体的组成类型和表达量均不一致,表明长牡蛎免疫系统可通过可变剪接产生免疫响应的特异性和多样性。研究结果为长牡蛎等无脊椎动物天然免疫多样性和特异性提供了典型实例,也为长牡蛎病害防御提供了理论支撑。

关键词：长牡蛎可变剪接病原体诱导天然免疫

物种分布模型在海洋大型底栖动物分布预测中的应用

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应用生态学报 2024年第9期35卷 2392-2400页

作者：丛佳仪李新正徐勇中国科学院海洋研究所海洋生物分类与系统演化实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生物与生物技术功能实验室山东青岛266237

物种分布模型是一种基于环境条件和物种分布数据预测物种在不同环境中的分布范围和适宜生境的模型工具,主要包括关联模型、机理模型和机理-关联混合模型。在海洋领域,物种分布模型已被广泛应用于预测鱼类、哺乳类和藻类等海洋生物的分布... 详细信息

物种分布模型是一种基于环境条件和物种分布数据预测物种在不同环境中的分布范围和适宜生境的模型工具,主要包括关联模型、机理模型和机理-关联混合模型。在海洋领域,物种分布模型已被广泛应用于预测鱼类、哺乳类和藻类等海洋生物的分布,但在大型底栖动物中的应用还比较匮乏。大型底栖动物作为海洋生态系统的重要组成部分,研究其分布规律对生态保护和资源管理具有重要意义。本文对物种分布模型的常用方法进行了总结,介绍了不同模型在预测海洋大型底栖动物分布中的研究案例,重点介绍了关联模型和机理模型在分析气候变化对海洋大型底栖动物分布影响中的应用,阐述了物种分布模型面临的挑战以及发展前景。随着遥感技术和建模方法的不断进步,物种分布模型将在海洋生态学研究中发挥更加重要的作用,为应对气候变化和保护海洋生物多样性提供科学依据。

关键词：物种分布模型大型底栖动物气候变化关联模型机理模型

抑制Wnt/β-catenin信号通路对始初小头虫再生的影响

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上海海洋大学学报 2024年第3期33卷 552-561页

作者：李倩张琳琳中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室山东青岛266071 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 海洋生物与生物技术实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049

Wnt/β-catenin信号通路在涡虫等多种生物的再生中发挥重要作用,本研究以环节动物始初小头虫(Capitella teleta)为研究对象,初步探究Wnt/β-catenin信号通路对小头虫再生的影响。将截断损伤后的样本持续浸泡于30μmol/L浓度外源性Wnt/β... 详细信息

Wnt/β-catenin信号通路在涡虫等多种生物的再生中发挥重要作用,本研究以环节动物始初小头虫(Capitella teleta)为研究对象,初步探究Wnt/β-catenin信号通路对小头虫再生的影响。将截断损伤后的样本持续浸泡于30μmol/L浓度外源性Wnt/β-catenin信号通路小分子化合物抑制剂XAV-939中,发现小头虫的再生受到了抑制,与对照组相比再生速度明显减慢,且不能形成正常的再生芽基组织,通过神经和肌肉标记发现Wnt信号通路被抑制后,小头虫再生过程中的神经和肌肉生长也受到了影响。后续通过EdU(5-Ethynyl-2’-deoxyuridine)标记发现抑制剂处理组样本的增殖细胞数量显著少于正常组样本,表明Wnt/β-catenin信号通路被抑制后会影响小头虫再生过程中的增殖细胞产生,从而调控小头虫的再生过程。在几种典型物种中Wnt通路调控再生的比较研究表明Wnt信号通路在刺胞动物和冠轮动物全身再生中的功能相对保守。

关键词： Wnt/β-catenin信号通路环节动物小头虫 Wnt通路抑制剂再生增殖细胞