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植物SUS基因家族的系统进化及其在玉米中的干旱诱导表达分析

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干旱地区农业研究 2023年第3期41卷 71-79页

作者：吴越丁鹏钧陈君如王睿蕾张恺文刘梦真韩兆雪西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

利用生物信息学方法从50个物种内鉴定出283个蔗糖合酶(SUS)家族成员,对鉴定出的SUS家族成员进行系统发育分析、共线性分析、蛋白理化性质和亚细胞定位分析,以及干旱胁迫下玉米SUS基因在不同组织的表达模式分析,综合全面地分析了SUS基因... 详细信息

利用生物信息学方法从50个物种内鉴定出283个蔗糖合酶(SUS)家族成员,对鉴定出的SUS家族成员进行系统发育分析、共线性分析、蛋白理化性质和亚细胞定位分析,以及干旱胁迫下玉米SUS基因在不同组织的表达模式分析,综合全面地分析了SUS基因家族的进化规律。系统发育树分析表明:SUS家族可划分为SUSⅠ、SUSⅡ、SUSⅢ三个亚家族,SUSⅢ内部双子叶植物进化枝明显分为两个拓扑结构相似的进化枝;亚细胞定位结果显示SUS蛋白主要在细胞质和细胞核中发挥作用,且SUSⅢ成员的理化性质与SUSⅠ、Ⅱ之间差异明显;共线性结果表明:SUSⅠ、Ⅱ中的共线性基因分别聚成一个独立的亚群,SUSⅢ的共线性基因聚成两个亚群;RNA-seq数据表明:玉米SUS基因Zm00001d045042、Zm00001d029087、Zm00001d029091、Zm00001d014876在干旱胁迫下呈现差异表达,该表达模式分别与各亚家族的基因结构模式较为一致。综合上述研究,推测出植物SUS基因的进化轨迹,即在蕨类植物到种子植物进化过程中分化出SUSⅢ,在被子植物分化以前出现SUSⅠ和SUSⅡ,且SUSⅢ在双子叶植物中具有继续分化的趋势。

关键词：玉米干旱胁迫蔗糖合酶(SUS)基因家族基因表达

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小麦TaMAPK1基因的克隆及其功能研究

麦类作物学报 2023年第5期43卷 537-544页

作者：张潇予吴保为张思雨马猛刘香利赵惠贤西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)在植物生长发育与逆境应答过程中具有重要作用。为探究小麦MAPK基因在植物生长发育中的作用,利用生物信息学分析其编码蛋白的序列和结构,发现该基因编码的蛋白含有一个保守的催化丝氨酸/苏氨酸磷酸化的激酶结构... 详细信息

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)在植物生长发育与逆境应答过程中具有重要作用。为探究小麦MAPK基因在植物生长发育中的作用,利用生物信息学分析其编码蛋白的序列和结构,发现该基因编码的蛋白含有一个保守的催化丝氨酸/苏氨酸磷酸化的激酶结构域,属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。系统进化分析结果表明,小麦MAPK基因与拟南芥MAPK1为直系同源基因,故将其命名为TaMAPK1。进一步通过转基因方法创建了以野生型拟南芥Col-0为背景的TaMAPK1过表达株系(TaMAPK1-OE)和以拟南芥AtMAPK1基因功能缺失纯合突变体mapk1为遗传背景的TaMAPK1回补系(TaMAPK1-com),并对其进行表型观察和产量性状调查,结果发现,突变体mapk1的抽薹时间比Col-0提前2.8 d,TaMAPK1-com的抽薹时间与Col-0无显著变化;与Col-0相比,突变体mapk1的株高、总分枝数、种子大小、单株种子重量和单株生物量均显著提高,而TaMAPK1-com和TaMAPK1-OE株系的种子大小、单株和种子重量和单株生物量均显著减少。

关键词：小麦 TaMAPK1 抽薹时期种子大小单株种子重量

“大思政”格局下普通生物学实验“课程思政”建设的探索与实践

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大学 2023年第21期 85-88页

作者：生悦余春红马小英宋亚坤林飚刘东南方科技大学生命科学学院

在“大思政”背景下，课程思政改革是当前教育教学的重要理念和指导思想，生物学基础课程中如何巧妙地融合思政元素是教学研究的重点。本研究以南方科技大学《普通生物学实验》为例，探索在课程教学的不同环节融入思政元素，通过修改教... 详细信息

在“大思政”背景下，课程思政改革是当前教育教学的重要理念和指导思想，生物学基础课程中如何巧妙地融合思政元素是教学研究的重点。本研究以南方科技大学《普通生物学实验》为例，探索在课程教学的不同环节融入思政元素，通过修改教学大纲、梳理教学内容充分发掘思政元素，通过典型案例和实验操作深化课程思政改革，推进课程育人水平，将生物学知识的学习和学生个人能力培养、职业道德培养、社会主义核心价值观的培养等有机融合，提高专业自信、民族自信、文化自信，将个人理想融入社会发展，增强学生的社会责任感，实现“教学”与“育人”的双目标，为相关生物类实验课程的思政教学提供参考。

关键词：课程思政普通生物学实验教学实践课程育人

小麦NAC转录因子TaNAC14的原核表达和分离纯化

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生物工程学报 2024年

作者：陈志军张立坚池青吴保为敖兰吉亚赵惠贤西北农林科技大学生命科学学院西北农林科技大学农学院

植物NAC转录因子参与调控多种生物学过程，在植物生长发育和逆境适应性方面发挥重要作用。前期研究发现小麦（Triticum aestivum）NAC家族成员TaNAC14正向调控幼苗根生长发育并增强耐旱性。本研究对小麦TaNAC14蛋白的理化性质和结构进... 详细信息

植物NAC转录因子参与调控多种生物学过程，在植物生长发育和逆境适应性方面发挥重要作用。前期研究发现小麦（Triticum aestivum）NAC家族成员TaNAC14正向调控幼苗根生长发育并增强耐旱性。本研究对小麦TaNAC14蛋白的理化性质和结构进行了分析预测；对TaNAC14的亚细胞定位和转录激活活性进行了验证；构建了TaNAC14重组蛋白原核表达载体pET21a-HMT-TaNAC14，转化大肠杆菌（Escherichia coli）表达菌株BL21 CodonPlus (DE3)-RIPL，对TaNAC14重组蛋白的诱导表达条件（IPTG诱导浓度和诱导表达时间）进行了优化，对重组蛋白的可溶性进行了分析，并利用镍柱对重组蛋白进行了分离纯化。研究结果表明TaNAC14具有NAM家族保守的结构域，定位于细胞核，具有转录激活活性。重组蛋白HMT-TaNAC14在大肠杆菌中的最佳诱导表达条件为0.2 mmol/L的IPTG诱导4 h；该重组蛋白主要以可溶性形式存在；利用镍柱对其进行了分离纯化，获得了较高纯度的目的蛋白。本研究为后续进行TaNAC14调控靶基因的鉴定奠定了基础。

关键词：小麦 TaNAC14 载体构建原核表达分离纯化

嗜热菌ToPif1解旋酶与G四链体的互作活性位点预测及鉴定

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陕西师范大学学报（自然科学版） 2022年第5期50卷 99-107页

作者：张玲玲戴阳雪奚绪光西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

利用AlphaFold2人工智能程序在原子水平预测并验证嗜热菌Themus oshimai Pif1(ToPif1)解旋酶参与特殊核酸二级结构G四链体(G4)解旋的关键活性位点。采用变温圆二色光谱测试及解旋实验确定ToPif1解旋酶的嗜热特性;利用AlphaFold2程序预测... 详细信息

利用AlphaFold2人工智能程序在原子水平预测并验证嗜热菌Themus oshimai Pif1(ToPif1)解旋酶参与特殊核酸二级结构G四链体(G4)解旋的关键活性位点。采用变温圆二色光谱测试及解旋实验确定ToPif1解旋酶的嗜热特性;利用AlphaFold2程序预测ToPif1与G4 DNA的互作氨基酸位点,并应用分子生物学工具将预测互作位点分别突变为丙氨酸;通过原核表达系统获得ToPif1的单点突变体蛋白,突变体蛋白经ATP水解实验验证后发现其基本活性不受损;通过荧光各向异性实验和荧光共振能量转移偶联快速停留技术对比ToPif1野生型和突变体对不同构型G4 DNA的结合活性及解旋活性差异,确认影响ToPif1结合和解旋G4的关键氨基酸位点。结果表明:ToPif1解旋酶在高温下仍可保持蛋白构象及解旋活力;预测结果显示ToPif1上存在8个与G4互作的潜在位点,且这些位点的单点突变均不会破坏ToPif1的ATP水解活力;在ToPif1结合G4^(CEB)和G4^(Tel)中发挥关键作用的氨基酸位点是R355,而显著影响ToPif1解旋G4活力的位点是R135和R355。研究结果明确了具有嗜热特性的ToPif1发挥结合、解旋G4 DNA活性的关键氨基酸位点,为理解嗜热菌Pif1解旋酶识别与解旋G4 DNA的机理提供了参考。

关键词：解旋酶活性位点 AlphaFold2结构预测 G四链体 Pif1家族

扫描电镜中半导体制冷冷台使用条件优化及在高含水量样品中的应用

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食品与机械 2023年第12期39卷 18-22页

作者：陈惜燕魏兰兰康靖全段慧范宁娟西北农林科技大学生命科学学院陕西咸阳712100

目的:有效解决高含水量样品电子显微结构观察的难点。方法:通过常规扫描电子显微镜搭配半导体制冷冷台的新仪器组合模式,对一系列高含水量样品进行显微结构观察。结果:高含水量样品在以导电胶带为基质,电压5 kV,电子束斑值为50/60,冷台... 详细信息

目的:有效解决高含水量样品电子显微结构观察的难点。方法:通过常规扫描电子显微镜搭配半导体制冷冷台的新仪器组合模式,对一系列高含水量样品进行显微结构观察。结果:高含水量样品在以导电胶带为基质,电压5 kV,电子束斑值为50/60,冷台温度为4℃的条件下,无需对样品进行固定和脱水处理,可以在扫描电子显微镜下直接成像观察其显微结构,样品微观结构没有皱缩、拉伸、扭曲等变形现象,能够更真实地反映样品的原貌。结论:常规扫描电子显微镜搭配半导体制冷冷台的仪器自由组合模式是解决高含水量样品显微结构观察的有效手段。

关键词：扫描电镜冷冻扫描电镜环境扫描电镜半导体制冷冷台束斑高含水生物样品

铜绿假单胞菌环二鸟苷酸代谢及其调控生物膜形成研究进展

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中国病原生物学杂志 2022年第12期17卷 1468-1474页

作者：赵文瑾尚道涵谢来工沈锡辉张磊西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是临床中常见的一种条件致病菌,其感染人体后可形成致密的生物膜。生物膜使铜绿假单胞菌具有较强的抗逆性,包括抵御宿主吞噬细胞的吞噬,抵抗宿主的免疫功能,产生耐药性等。铜绿假单胞菌生物膜的形... 详细信息

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是临床中常见的一种条件致病菌,其感染人体后可形成致密的生物膜。生物膜使铜绿假单胞菌具有较强的抗逆性,包括抵御宿主吞噬细胞的吞噬,抵抗宿主的免疫功能,产生耐药性等。铜绿假单胞菌生物膜的形成主要受第二信使分子环二鸟苷酸(c-di-GMP)的调控。铜绿假单胞菌通过控制c-di-GMP的代谢来改变胞内c-di-GMP的浓度,进而实现其在浮游状态与生物膜状态之间的转变。铜绿假单胞菌胞内c-di-GMP结合受体和效应器的多样性是c-di-GMP多层次调控铜绿假单胞菌生物膜形成机制的关键。本文综述了铜绿假单胞菌PAO1菌株中c-di-GMP的代谢及其调控生物膜形成机制的研究进展,为解决铜绿假单胞菌引起的感染问题提供参考。

关键词：铜绿假单胞菌生物膜环二鸟苷酸综述

AI-2通过调节c-di-GMP代谢酶DosC影响类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性

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微生物学报 2022年第7期62卷 2808-2823页

作者：谢晓荣尚道涵沈锡辉张磊西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2(AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)水... 详细信息

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2(AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)水平调控类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性的内在机制,为类志贺邻单胞菌感染的防治提供新思路。【方法】首先利用同源重组方法构建luxS基因敲除菌株(ΔluxS),通过软琼脂平板法和结晶紫染色法分别检测其与野生型泳动能力和生物膜形成水平的差异;之后通过序列比对找到AI-2的潜在受体蛋白DosC(SAMEA2665130_2180),利用哈维氏弧菌生物发光实验及等温滴定量热实验(ITC)研究DosC的配体结合结构域(ligand-binding domain,LBD)与AI-2的结合能力;通过体外酶活实验、胞内c-di-GMP定量分析研究AI-2对DosC受体活性的影响;最后参照前述方法构建受体DosC编码基因敲除菌株(ΔdosC)并检测其与野生型相比泳动能力和生物膜形成水平的变化。【结果】AI-2与DosC-LBD显示出高亲和作用力;通过高效液相色谱分析发现AI-2会增强受体蛋白DosC的磷酸二酯酶活性,促进c-di-GMP的降解。与野生型相比,ΔluxS和ΔdosC菌株胞内c-di-GMP水平显著升高,泳动与生物膜形成能力均显著降低。【结论】受体蛋白DosC通过响应群体感应信号分子AI-2,增强自身磷酸二酯酶活性,促进c-di-GMP的降解,影响胞内c-di-GMP的含量,进而调控细菌的生物膜形成和泳动能力等表型。

关键词：类志贺邻单胞菌 LuxS/AI-2 受体 c-di-GMP 生物膜泳动

猪毛菜属3种不同光合型物种的生长适应特征比较

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草业学报 2019年第10期28卷 78-90页

作者：周文菲刘芙蓉姚甄业龚春梅西北农林科技大学生命科学学院

干旱是促进C 4光合途径进化的外部动力之一,探究干旱胁迫导致植物光合型向C 4发生适应性演化对荒漠化植被的保护和恢复意义重大。猪毛菜属是藜科包含不同光合型物种的属,是研究干旱驱动C 4进化的理想材料。当前支持植物C 4光合进化的解... 详细信息

干旱是促进C 4光合途径进化的外部动力之一,探究干旱胁迫导致植物光合型向C 4发生适应性演化对荒漠化植被的保护和恢复意义重大。猪毛菜属是藜科包含不同光合型物种的属,是研究干旱驱动C 4进化的理想材料。当前支持植物C 4光合进化的解剖结构证据充分且深入,而关注C 4光合进化进程中生长适应特征的研究不多。为此,基于猪毛菜属内各个种的系统进化关系,以蒿叶猪毛菜(C 3型)、松叶猪毛菜(C 3-C 4型)和东方猪毛菜(C 4型)为试验材料,研究其在各自生境下的叶片形态解剖结构和种子形态特征、抗旱生理和生态化学计量特征,分析猪毛菜属不同光合型植物在干旱胁迫下的生长适应差异。结果表明:C 3型猪毛菜是原始祖先,C 3-C 4型猪毛菜与C 4型猪毛菜由C 3型猪毛菜进化而来;与C 3型蒿叶猪毛菜相比,C 3-C 4中间型松叶猪毛菜以及C 4型东方猪毛菜叶从外部形态和解剖结构上逐渐形成适应干旱的结构特征,且种子的传播策略也因种子大小不同而发生变化;C 4型猪毛菜因高光合能力使其具备通过可溶性糖来调节渗透能力的物质基础,从而提高抗旱能力;C 3-C 4型猪毛菜是通过提高氮和磷的利用效率来增加固碳量,C 4型猪毛菜是通过氮和磷含量的增多来增加固碳量。相较于C 3蒿叶猪毛菜,C 3-C 4松叶猪毛菜和C 4东方猪毛菜更能适应贫瘠的环境。以上试验结果可为完善C 4光合进化理论提供生理生态适应性证据。

关键词：猪毛菜属干旱 C 4进化生理特征生态化学计量特征