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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

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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

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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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

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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

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日本落叶松LkF3H2基因克隆及调控类黄酮代谢功能研究

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生物技术通报 2024年第2期40卷 245-252页

作者：李灿蒋湘宁盖颖林木遗传育种全国重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 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

【目的】日本落叶松黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase 2,LkF3H2)基因在类黄酮生物合成过程中发挥着重要的调控功能。探究LkF3H2基因在日本落叶松中发挥的具体功能和植物类黄酮生物代谢过程。【方法】根据实验室前期转录组数据克... 详细信息

【目的】日本落叶松黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase 2,LkF3H2)基因在类黄酮生物合成过程中发挥着重要的调控功能。探究LkF3H2基因在日本落叶松中发挥的具体功能和植物类黄酮生物代谢过程。【方法】根据实验室前期转录组数据克隆日本落叶松LkF3H2基因并进行生物信息学分析及组织表达分析。随后将该基因转化烟草进行转基因烟草组织表达分析及类黄酮含量测定,以探究基因表达量与类黄酮含量之间的关系。【结果】LkF3H2基因cDNA序列长度为1074 bp,其蛋白编码358个氨基酸,分子式C_(1785)H_(2807)N_(481)O_(541)S_(18),分子量为40.24 kD,该蛋白是不稳定的亲水性蛋白且不含信号肽;同时系统进化分析得出日本落叶松LkF3H2与火炬松、辐射松、白云杉和欧洲云杉F3H亲缘关系较近并且该蛋白含有保守结构域2OG-Fe(Ⅱ)oxygenase superfamily,属于2-酮戊二酸依赖性双加氧家族。另外组织表达分析显示LkF3H2基因在一月龄日本落叶松幼苗叶中表达量最高,在一年生日本落叶松幼苗茎中表达量最高,并且在转基因烟草叶中也显示了最高的表达量。值得一提的是,转基因烟草叶中的类黄酮含量也是最高的,其次为茎和根,转基因烟草中类黄酮含量与LkF3H2基因表达量呈正相关关系。【结论】日本落叶松LkF3H2基因属于2-酮戊二酸依赖性双加氧家族并且在类黄酮生物合成过程中发挥着重要功能。

关键词：黄烷酮3-羟化酶基因转基因烟草组织表达类黄酮

青黑杨杂种全同胞二倍体与三倍体长枝叶性状变异研究

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北京林业大学学报 2024年第1期46卷 27-34页

作者：马鸿文任宇昕龙羿辛王楠冯祥元俞天泉华晓琴王君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北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 武威市林业综合服务中心甘肃武威733200

【目的】探明青黑杨杂种全同胞二倍体与三倍体植株的扦插苗长枝叶叶片和气孔性状的遗传变异规律,解析基因型效应和倍性效应对长枝叶性状的影响。【方法】以‘哲引3号杨’×‘北京杨’杂种全同胞二倍体和三倍体扦插苗为材料,对其长枝叶... 详细信息

【目的】探明青黑杨杂种全同胞二倍体与三倍体植株的扦插苗长枝叶叶片和气孔性状的遗传变异规律,解析基因型效应和倍性效应对长枝叶性状的影响。【方法】以‘哲引3号杨’×‘北京杨’杂种全同胞二倍体和三倍体扦插苗为材料,对其长枝叶叶片和气孔性状的变异情况进行分析。【结果】长枝叶叶片长度、叶片宽度、叶片长宽比、叶面积、叶柄长度、叶绿素含量、气孔长度、气孔宽度、气孔密度等性状在不同基因型间存在极显著差异,各性状的变异系数范围为8.54%~36.20%,重复力介于0.645~0.916之间,表明叶片及气孔性状受到较强的遗传控制。三倍体群体叶片的叶绿素含量极显著高于二倍体,气孔长度、气孔宽度极显著大于二倍体,气孔密度极显著小于二倍体,而不同倍性群体间其他叶片各性状间未发现显著性差异。尽管如此,并非所有的三倍体基因型均显示出更优的性状表现。相关性分析显示,叶片长度与叶片宽度、叶面积和叶柄长度间相互均呈极显著正相关;叶绿素含量、气孔长度和气孔宽度间相互呈极显著正相关,均与气孔密度呈极显著负相关。进一步分析发现,叶片长度、叶片宽度、叶面积、叶柄长度等叶片性状主要受基因型效应影响,其基因型方差贡献率在59.5%~76.8%之间,叶绿素含量和气孔长度、气孔宽度、气孔密度等性状主要受倍性效应所影响,其倍性效应方差贡献率在46.0%~78.0%之间。【结论】青黑杨杂种全同胞二倍体及三倍体5月龄扦插苗长枝叶叶片和气孔性状受到不同程度的基因型效应和倍性效应的共同影响,基因型间存在丰富的性状变异,三倍体也并非株株皆优,杨树异源三倍体育种需秉持“大群体,强选择”理念。

关键词：杨树异源三倍体叶片性状气孔性状倍性效应基因型效应

‘京枣39’离体多倍体诱导及其增殖、生根培养体系优化

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北京林业大学学报 2024年第6期46卷 118-126页

作者：赵汗青王强庞晓明薄文浩李颖岳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北京林业大学生物科学与技术学院北京林业大学北京100083 内蒙古自治区林业和草原种苗总站内蒙古呼和浩特010051

【目的】研究秋水仙素溶液质量浓度、处理时间和预培养时间对‘京枣39’离体多倍体诱导的影响,优化枣树良种‘京枣39’的增殖和生根培养基,建立‘京枣39’的离体多倍体诱导体系,获得多倍体植株。【方法】采用完全随机区组试验设计,探索... 详细信息

【目的】研究秋水仙素溶液质量浓度、处理时间和预培养时间对‘京枣39’离体多倍体诱导的影响,优化枣树良种‘京枣39’的增殖和生根培养基,建立‘京枣39’的离体多倍体诱导体系,获得多倍体植株。【方法】采用完全随机区组试验设计,探索不同秋水仙素溶液质量浓度和处理时间组合对‘京枣39’不定芽再生的影响,不同预培养时间对‘京枣39’离体多倍体诱导的影响,不同生长调节剂组合对‘京枣39’增殖培养的影响,不同基本培养基和生长调节剂组合对‘京枣39’组培苗生根培养的影响。【结果】(1)当秋水仙素溶液质量浓度为80 mg/L、处理48 h时‘京枣39’刻伤叶片存活率为(50.00±7.07)%,分化系数为(2.06±0.17)。(2)最佳预培养时间为6 d,并施以80 mg/L秋水仙素浓度处理48 h,获得了纯合四倍体‘京枣39’。(3)最佳增殖培养基为MS+0.8 mg/L 6-BA+0.4 mg/L IBA+30 g/L麦芽糖,pH=5.8,平均增殖系数为(4.22±0.22)。(4)最佳生根培养基为改良1/2MS+0.8 mg/L IBA+30 g/L麦芽糖,pH=5.8,平均根长为(5.22±0.19) cm;平均生根数为(3.20±0.22)。【结论】初步建立了‘京枣39’的离体多倍体诱导体系,获得了‘京枣39’的多倍体植株,并优化了其增殖培养及生根培养方法。本研究为优良枣树品种‘京枣39’的种质创新提供了切实可行的技术方法,为多倍体诱导在枣树以及其他果树中的应用奠定了试验基础。

关键词： ‘京枣39’ 多倍体诱导秋水仙素增殖培养生根培养体系优化