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水稻蒸煮品质相关QTL定位及候选基因分析

生物工程学报 2024年第1期40卷 122-136页

作者：乐巧娜黄梓雯戴若惠李三峰李梦佳方媛王跃星饶玉春浙江师范大学生命科学学院浙江金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室浙江杭州310006

挖掘与稻米蒸煮品质相关的数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL),分析候选基因,并通过遗传育种手段改良稻米蒸煮品质相关性状,可有效提升稻米的口感。以籼稻华占(Huazhan,HZ)、粳稻热研2号(Nekken2)及由其构建的120个重组自交... 详细信息

挖掘与稻米蒸煮品质相关的数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL),分析候选基因,并通过遗传育种手段改良稻米蒸煮品质相关性状,可有效提升稻米的口感。以籼稻华占(Huazhan,HZ)、粳稻热研2号(Nekken2)及由其构建的120个重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体为实验材料,测定成熟期稻米的糊化温度(gelatinization temperature,GT)、胶稠度(gel consistency,GC)和直链淀粉含量(amylose content,AC)。结合高密度分子遗传图谱进行QTL定位,共检测到26个与稻米蒸煮品质相关的QTLs(糊化温度相关位点1个、胶稠度相关位点13个、直链淀粉含量相关位点12个),其中最高奇数的可能性(likelihood of odd,LOD)值达30.24。通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析定位区间内候选基因的表达量,发现6个基因在双亲间的表达量差异显著,推测LOC_Os04g20270和LOC_Os11g40100的高表达可能会极大地提高稻米的胶稠度,而LOC_Os01g04920和LOC_Os02g17500的高表达以及LOC_Os03g02650和LOC_Os05g25840的低表达有助于降低直链淀粉含量。这些结果为培育优质水稻新品种奠定了分子基础,并为揭示稻米蒸煮品质的分子调控机制提供了重要的遗传资源。

关键词：水稻蒸煮品质数量性状基因座(QTL)分析候选基因

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水稻籽粒VB6含量的调控位点挖掘及分析

生物工程学报 2024年

作者：唐璐瑶连锦瑾赵蓓蓓沈芷琦朱哲楠叶语涵张芷宁路梅王跃星饶玉春浙江师范大学生命科学学院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室

维生素B6(vitamin B6， VB6)作为参与动植物多项生命活动的重要组成成分，能够反映水稻等粮食经济作物的营养品质。目前关于控制水稻籽粒VB6含量的相关基因的挖掘较少且不深入。本研究以‘华占(HZ)’和‘热研2号(Nekken2)’为亲本所构... 详细信息

维生素B6(vitamin B6， VB6)作为参与动植物多项生命活动的重要组成成分，能够反映水稻等粮食经济作物的营养品质。目前关于控制水稻籽粒VB6含量的相关基因的挖掘较少且不深入。本研究以‘华占(HZ)’和‘热研2号(Nekken2)’为亲本所构建的重组自交系为材料，在数量性状基因座(quantitative trait loci， QTL)定位的基础上进行候选基因初步筛选，共获得10个候选基因，其中LOC＿Os01g52450、LOC＿Os01g52500、LOC＿Os05g09500、LOC＿Os05g09440、LOC＿Os05g20570和LOC＿Os05g36270基因的表达量在双亲间差异显著。结合基因表达量和亲本VB6表型数据，推测LOC＿Os05g09500是影响水稻籽粒VB6含量的关键基因，其高表达显著影响水稻籽粒VB6含量。本研究填补了水稻籽粒VB6性状QTL定位研究的空白，为进一步阐明水稻VB6合成的分子遗传机理、克隆相关基因提供了一定理论帮助，在鉴定、筛选和培育高VB6含量的水稻新品种方面具有重大意义。

关键词：水稻维生素B6 QTL定位营养品质

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病毒性传染病的重组蛋白疫苗研究进展

武汉大学学报(理学版) 2024年

作者：钟一帆袁为锋徐可武汉大学生命科学学院/病毒学国家重点实验室武汉大学泰康生命医学中心武汉大学疫苗研究院

重组蛋白疫苗由基因工程表达获得，其免疫原可设计性强、成分单一可控、生物安全性较高、规模化放大的技术成熟，是近年来新型疫苗采用的主要类型。在免疫原设计方面，重组蛋白疫苗的免疫原偶联、工程化设计和免疫原重构等技术可以拓展... 详细信息

重组蛋白疫苗由基因工程表达获得，其免疫原可设计性强、成分单一可控、生物安全性较高、规模化放大的技术成熟，是近年来新型疫苗采用的主要类型。在免疫原设计方面，重组蛋白疫苗的免疫原偶联、工程化设计和免疫原重构等技术可以拓展疫苗的广谱性和长效性；在表达纯化方面，多种表达纯化工艺能够满足不同重组蛋白疫苗对免疫原修饰、产品产量和质量的要求；在规模化生产方面，多种细胞反应器、细胞工厂等生产工艺提高了重组蛋白免疫原的产量。本文综述了重组蛋白疫苗的类型，总结了重组蛋白疫苗在免疫原设计、蛋白表达纯化工艺等方面的进展，以及在免疫原性、保护性和安全性方面的优势，展望了重组蛋白疫苗进一步优化的策略和前景，可望为重组蛋白疫苗的未来应用提供理论参考。

关键词：病毒性传染病疫苗重组蛋白疫苗免疫原设计疫苗生产技术

多元介孔MOFs:通过调节表面亲水/疏水性实现酶固定化的多功能平台

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 386-398页

作者：冯玉晓马庆庆王子辰张群力赵利雪崔建东杜英杰贾士儒天津科技大学生物工程学院食品营养与安全国家重点实验室工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457 湖北大学生命科学学院生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062 天津益倍生物科技集团有限公司天津300457 浙江大学生命科学学院生物质化工教育部重点实验室浙江杭州310050

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展... 详细信息

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展了固定化酶技术.固定化酶不仅保留了原有的催化活性,而且在稳定性方面有了显著提升,从而极大地提高了酶的利用效率.随着固定化酶材料和酶工程领域的不断发展,固定化酶技术为酶的应用开辟了更广阔的前景.沸石-咪唑骨架材料-8(ZIF-8)作为一种金属-有机骨架(MOFs)材料,因其独特的结构特性而被广泛用作酶固定化载体.然而,ZIF-8的微孔结构和固有的疏水性,以及前体物2-甲基咪唑(2-MeIm)的质子化现象,常常影响固定化酶的活性.为克服这些限制,本文采用多元配体竞争和孔隙工程相结合的策略,设计并制备了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔MOFs(mMOFs),并用作酶固定化载体.在mMOFs的制备过程中,采用亲水性和配位能力更强的3-甲基-1H-1,2,4-三唑(3-MTZ)和5-甲基四唑(5-MTA)配体,以部分替代传统的2-MeIm配体.随后,这些多元配体(包括2-MeIm,3-MTZ和5-MTA)与七水硫酸锌结合,在甲醇溶液中通过自凝聚作用形成透明的胶体溶液,进而完全溶解在水中.在此过程中,七水硫酸锌发挥了软模板的作用,引导介孔的形成,从而成功制备出新型多元介孔mMOFs.接着,利用这些mMOFs作为酶固定化的载体,固定了辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx),并详细研究了其催化性能.结果表明,与传统的ZIF-8载体相比,以mMOFs为载体的固定化酶展现出了更高的酶活性和稳定性.催化性能提升主要归因于mMOFs的亲水性和介孔结构改善了酶和底物间的传质,同时2-MeIm的质子化效应减弱也为酶提供了优良的微环境,稳定了酶的构象.综上,本文采用多元配体竞争与孔隙工程相结合的策略,成功构建了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔mMOFs,并用于酶固定化,所得固定化酶表现出较好的催化性能.通过深入的研究,揭示了该固定化酶表现出良好催化性能的作用机制,为可控设计制备性能优越的、以MOFs为载体的固定化酶提供了新思路,并为进一步拓宽MOFs材料的应用范围提供了参考.

关键词：介孔金属-有机骨架竞争性配体软模板固定化酶

融合大肠杆菌素DNA结合域的Taq DNA聚合酶的性质表征

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生物工程学报 2024年第3期40卷 812-820页

作者：王亚平平啸寅赵艺刘阳吴林马立新湖北大学生命科学学院省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062

Taq DNA聚合酶发现自水生热栖菌(Thermus aquaticus),是一种同时具有逆转录酶活性以及DNA聚合酶活性的工具酶。Colicin E(简称CE)蛋白质是一类以维生素受体BtuB为跨膜受体的大肠杆菌素,其中CE2、CE7、CE8和CE9是非特异性的DNase型大肠... 详细信息

Taq DNA聚合酶发现自水生热栖菌(Thermus aquaticus),是一种同时具有逆转录酶活性以及DNA聚合酶活性的工具酶。Colicin E(简称CE)蛋白质是一类以维生素受体BtuB为跨膜受体的大肠杆菌素,其中CE2、CE7、CE8和CE9是非特异性的DNase型大肠杆菌素。Taq DNA聚合酶由5′→3′核酸外切酶结构域、3′→5′核酸外切酶结构域以及聚合酶结构域组成。缺失5′→3′核酸外切酶结构域的Taq DNA聚合酶(ΔTaq)具有更高的产量,但是其进行性很低,无法扩增长片段。为了提高ΔTaq的进行性,本研究融合dCE和ΔTaq,发现dCE-ΔTaq的进行性相比于Taq DNA聚合酶和dCE-Taq显著提升,并且其逆转录酶活性也比ΔTaq更高。dCE8-ΔTaq的提升最明显,不仅能够1 min内扩增8 kb的DNA片段,并且产量高于其他突变体。综上所述,本研究通过将ΔTaq DNA聚合酶和dCE进行融合,提升了Taq DNA聚合酶的PCR效率和逆转录活性,为改造Taq DNA聚合酶提供了新的方法,有望开发出性质更好的Taq DNA聚合酶。

关键词： Taq DNA聚合酶 CE PCR效率逆转录活性

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合成生物学在新冠病毒广谱疫苗研发中的应用

合成生物学 2024年第2期5卷 369-384页

作者：袁为锋赵永亮吴芷萱徐可武汉大学病毒学国家重点实验室泰康生命医学中心生命科学学院湖北武汉430072

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)自2019年底引发疫情至今,已经变异出Alpha、Beta、Delta和Omicron等不同谱系。传统疫苗的抗原序列来源于某一自然分离株的原始序列,疫苗迭代速度跟不上病毒变异的速度,导致突破性感染的发生,研发跨谱系的广谱... 详细信息

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)自2019年底引发疫情至今,已经变异出Alpha、Beta、Delta和Omicron等不同谱系。传统疫苗的抗原序列来源于某一自然分离株的原始序列,疫苗迭代速度跟不上病毒变异的速度,导致突破性感染的发生,研发跨谱系的广谱疫苗是预防这类高变异呼吸道病毒的迫切需求。随着合成生物技术的发展,抗原的多价偶联、核心抗原模块的提取、抗原内部保守表位的工程化设计、抗原表位展示技术、计算指导的抗原重构等抗原“再设计”方案得以实现,提高了抗原的免疫原性和广谱性。合成生物学还体现在疫苗产品的生产工艺环节,基因工程表达的疫苗抗原以纳米颗粒、病毒载体、核酸、亚单位的形式,借助细菌、酵母、植物、昆虫或哺乳动物细胞等表达平台进行规模化生产。本文综述了近年来合成生物技术在广谱疫苗(尤其是广谱新冠病毒疫苗)多种设计策略中的应用情况,总结了合成生物技术如何通过反向疫苗学的设计展示全新的共性抗原表位和交叉抗原位点,达到“以不变应万变”的广谱保护效果。本文还讨论了多种广谱疫苗设计策略的应用场景及面临的挑战。基于合成生物技术的马赛克设计策略、保守表位工程化设计策略、计算共识序列策略和新型佐剂策略,结合不同的疫苗技术路线,可提高疫苗的免疫原性、广谱保护性和安全性。这为高变异病毒的疫苗研发提供了合成生物学的新思路。

关键词：合成生物学反向疫苗学新冠广谱疫苗

水稻OsCNGC10基因抗倒伏性以及抗旱性功能研究

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作物学报 2024年第5期50卷 1351-1360页

作者：朱忠林文月周棋巫燕飞杜雪竹盛锋湖北大学生命科学学院/省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062 湖北洪山实验室湖北武汉430062

环核苷酸门控离子通道是一种配体门控的阳离子通道,存在于动物和植物体内,是真核生物信号级联反应的重要组成部分。本研究利用水稻环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channel,OsCNGC10)基因,构建了超表达载体pU1301-CNGC10-... 详细信息

环核苷酸门控离子通道是一种配体门控的阳离子通道,存在于动物和植物体内,是真核生物信号级联反应的重要组成部分。本研究利用水稻环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channel,OsCNGC10)基因,构建了超表达载体pU1301-CNGC10-Flag和双靶点敲除载体pRGEB32-CRISPR/cas9-cngc10,通过农杆菌介导的遗传转化法获得敲除和过表达材料,并从T2代中分离到纯合植株oscngc10-2及OE-CNGC10-6。转基因植株茎秆特性以及抗倒伏性分析表明,突变体oscngc10-2茎秆强度和抗倒伏性增强;茎秆细胞壁组织切片以及组织成分分析则表明突变体oscngc10-2植株抗倒伏性增强是由于茎秆细胞壁茎壁厚度、薄壁组织细胞丰度以及木质素含量增加所致;过表达OsCNGC10降低了茎秆壁厚、茎秆木质素含量以及茎秆细胞壁细胞丰度,敲除OsCNGC10增加了茎秆木质素含量且增加了茎秆细胞壁薄壁细胞丰度,初步证明OsCNGC10与水稻茎秆细胞壁成分合成相关,负调控水稻抗倒伏性;T2代田间试验结果表明,与野生型相比,突变体oscngc10-2植株的株高、有效穗、穗长、穗粒数、结实率、千粒重和单株产量等农艺性状显著提升;苗期干旱胁迫实验结果表明,在干旱胁迫下,OsCNGC10基因缺陷型植株体内丙二醛(MDA)含量积累速度加快,且无法形成足够的游离脯氨酸,而过表达OsCNGC10植株在遭受干旱胁迫时,体内游离脯氨酸(Pro)含量大量升高,且MDA积累速度相对变慢,初步说明OsCNGC10正向调控水稻苗期抗旱性。本研究结果表明水稻OsCNGC10可能在水稻抗倒伏及抗旱方面有潜在功能,为培育抗倒伏且高产的水稻新品种提供了理论基础和新的种质资源。

关键词：水稻 OsCNGC10 抗倒伏抗旱细胞壁

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微生物法合成γ-氨基丁酸的研究进展

华中农业大学学报 2024年第4期43卷 94-101页

作者：王世依赵毅雯贾田丽陈守文湖北大学生命科学学院/省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室武汉430062

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一种四碳非蛋白质氨基酸,在食品、农业、医药、化工等领域具有广阔的应用前景。微生物法生产GABA因其温和、可持续发展等优势越来越受到人们的关注。因此,为了得到环保、便捷且效率更高的GABA... 详细信息

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一种四碳非蛋白质氨基酸,在食品、农业、医药、化工等领域具有广阔的应用前景。微生物法生产GABA因其温和、可持续发展等优势越来越受到人们的关注。因此,为了得到环保、便捷且效率更高的GABA生产方式,以满足食品、制药和畜牧领域对添加剂的严格要求,本文系统介绍了GABA的生产方法、生物体中的合成途径及微生物法生产GABA的研究进展,总结了目前全细胞催化法和微生物从头合成GABA的生产水平。研究者们致力于筛选和优化具有高催化效率和稳定性的酶并通过对微生物的代谢途径进行精细调控,以提高GABA的合成效率,未来的研究需要进一步优化酶和菌株的性能,降低生产成本,并探索更大规模的工业化生产途径。

关键词： γ-氨基丁酸合成途径微生物法合成谷氨酸脱羧酶

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人博卡病毒1型感染性克隆的构建及鉴定

生物工程学报 2024年第2期40卷 485-495页

作者：杨暄苏丽芳王悦王媛董衍明湖北大学生命科学学院生物催化与酶工程省部共建国家重点实验室湖北武汉430062 湖北文理学院基础医学院湖北襄阳441053

人博卡病毒1(human bocaparvovirus 1,HBoV1)为感染人并引起疾病的两种细小病毒之一。其感染2-5岁婴幼儿,能引起轻度或重度急性呼吸道疾病,严重时可危及生命。HBoV1基因组末端含末端反向重复序列(repeat the sequence in reverse, ITR)... 详细信息

人博卡病毒1(human bocaparvovirus 1,HBoV1)为感染人并引起疾病的两种细小病毒之一。其感染2-5岁婴幼儿,能引起轻度或重度急性呼吸道疾病,严重时可危及生命。HBoV1基因组末端含末端反向重复序列(repeat the sequence in reverse, ITR),为病毒基因组复制所必需,但是难以进行PCR扩增合成。本研究通过分步合成末端ITR及分子克隆方法成功构建HBoV1的全长感染性克隆pSKHBoV1。经转染HEK293细胞后,分别从重要非结构蛋白的表达、病毒RNA转录后修饰与加工、病毒基因组复制水平以及子代病毒粒子基因组鉴定等方面,证实构建的感染性克隆在转染HEK293细胞后能够进入正常的复制周期并具有拯救出病毒粒子的潜力,这为后续研究HBoV1的复制增殖、病毒与宿主互作关系以及病毒疫苗的研发奠定了基础。

关键词：人博卡病毒感染性克隆人工合成病毒复制