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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

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

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

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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植物赤霉素氧化酶及其功能研究进展

生物技术通报 2024年

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

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... 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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光谱成像技术及其在植物中的应用研究进展

电子显微学报 2024年第3期43卷 390-404页

作者：李若凡葛颜锐陈盈盈吴丁洁崔亚宁李瑞丽北京林业大学生物科学与技术学院1.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

光谱成像技术能够同时获取样品的空间与化学信息,是研究复杂生物样品的有力工具。近年来,由于具备非入侵、无损测量等优势,光谱成像技术在食品与农产品检测、生物医学与环境监测等方面引起了越来越多的关注。同时,随着成像技术的发展,... 详细信息

光谱成像技术能够同时获取样品的空间与化学信息,是研究复杂生物样品的有力工具。近年来,由于具备非入侵、无损测量等优势,光谱成像技术在食品与农产品检测、生物医学与环境监测等方面引起了越来越多的关注。同时,随着成像技术的发展,光谱成像技术在成像速度、波段数量、光谱分辨率、空间分辨率等方面的性能都得到了极大的提升,空间分辨率甚至可以打破衍射极限达到超分辨级别。本综述总结了拉曼光谱、红外光谱和近红外光谱等几种主要光谱成像技术的基本原理与性能,重点介绍了这类技术在植物细胞壁与木材研究、细胞结构与成分可视化、生物与非生物胁迫检测以及种子的无损测量等领域中的应用进展,并对这一类技术的发展潜力进行了探讨与总结,为今后光谱成像技术在植物研究领域的进一步发展与应用提供理论参考。

关键词：成像拉曼光谱红外光谱近红外光谱细胞壁细胞结构

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发酵型枸杞酒关键香气物质分析

食品科学 2024年第5期45卷 126-136页

作者：刘雅冉李俊龙谷佩珊李若彤朱保庆张柏林北京林业大学生物科学与技术学院食品科学系林业食品加工与安全北京市重点实验室北京100083 北京电子科技职业学院生物工程学院北京100176

利用液液萃取-溶剂辅助蒸发-气相色谱-质谱嗅闻法结合气相色谱-四极杆质谱和气相色谱静电场轨道阱质谱解析枸杞酒中的挥发性香气组分,并结合香气重构和感官定量描述性分析鉴定枸杞酒中的关键呈香组分。结果表明,枸杞酒关键呈香组分主要... 详细信息

利用液液萃取-溶剂辅助蒸发-气相色谱-质谱嗅闻法结合气相色谱-四极杆质谱和气相色谱静电场轨道阱质谱解析枸杞酒中的挥发性香气组分,并结合香气重构和感官定量描述性分析鉴定枸杞酒中的关键呈香组分。结果表明,枸杞酒关键呈香组分主要由乙酯类化合物、其他酯类、C_(13)-降异戊二烯类、挥发性酚类、醇类和其他类化合物组成。其中,乙酯类化合物包括肉桂酸乙酯、乙酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯,其他酯类包括乙酸异戊酯、乳酸异戊酯,C_(13)-降异戊二烯类包括β-大马士酮和β-紫罗兰酮,挥发性酚类包括4-乙基愈创木酚、丁香酚、2,4-二叔丁基苯酚,醇类包括1-辛烯-3-醇、苯甲醇、苯乙醇和异戊醇,其他类包括萘、甲硫基丙醇、辛酸和2-乙酰吡咯。本研究的开展明晰了枸杞酒的关键呈香组分和感官特性,有助于丰富改善枸杞酒香气的基础理论,为枸杞酒产品增香提质提供依据。

关键词：枸杞酒香气物质气相色谱-静电场轨道阱质谱气相色谱-质谱嗅闻香气重构

锦叶栾光合特性变化与光合电子传递关键基因KpPetC的克隆及特性分析

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中国细胞生物学学报 2024年第5期46卷 913-927页

作者：鲁海琳吴茹茜安新民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中心林木分子设计育种高精尖创新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生物科学与技术学院北京林业大学北京100083

细胞色素b6f复合体是植物光合电子传递中潜在的限速因子,增强该复合物的活性,将有助于提高植物光合作用的效率,因此开展光合电子传递关键基因的研究具有重要的科学意义。该研究以锦叶栾叶色变异现象为切入点,以栾树及其突变体锦叶栾为材... 详细信息

细胞色素b6f复合体是植物光合电子传递中潜在的限速因子,增强该复合物的活性,将有助于提高植物光合作用的效率,因此开展光合电子传递关键基因的研究具有重要的科学意义。该研究以锦叶栾叶色变异现象为切入点,以栾树及其突变体锦叶栾为材料,利用Li-COR6800光合分析仪测量栾树和锦叶栾生长期内的光合生理指标;结合转录组数据克隆光合关键基因PetC并对其进行生物信息学分析;采用实时定量PCR分析KpPetC基因在不同组织、不同发育时期叶片中的表达模式及与净光合速率之间的相关性;通过P2A串联KpPetC和eGFP构建KpPetC超表达载体,并在84K杨中进行异源遗传转化。结果显示,锦叶栾净光合速率和蒸腾速率普遍低于栾树,胞间CO_(2)浓度显著高于栾树,非气孔限制是其光合速率减弱的主导因素;7月强光高温的天气可能导致锦叶栾光合系统元件受损,产生更严重的光抑制,从而使锦叶栾对强光的耐受性减弱;KpPetC在根、茎、叶、花芽和种子中呈组成型表达,但在叶片中高丰度表达,且与其他组织间存在显著差异;7、8、9月栾树叶片中KpPetC基因的表达量均显著高于锦叶栾,净光合速率与KpPetC基因表达量之间存在正相关关系,推测锦叶栾KpPetC基因表达的下调可能是光合速率下降的主要原因之一。总之,与栾树相比,锦叶栾光合作用能力明显减弱,这可能是KpPetC基因的表达受到抑制,使得光合通路元件受损,最终影响光合电子传递速率。该研究为今后深入研究PetC基因的功能奠定了基础,对于光合电子传递机制的研究具有重要的科学意义。

关键词：锦叶栾光合作用非气孔限制 PetC 基因克隆表达分析遗传转化

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