类黄酮类物质在植物抵御各种生物与非生物环境胁迫过程中起关键作用。贵州省地处亚热带季风气候区,降水充沛但分配不均,春季易发干旱,严重影响水稻(Oryza sativa)播种及幼苗生长发育。本研究从水稻叶片中克隆得到黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase, OsF3H)基因(GenBank No. XM_015776658),该基因CDS全长为1 041 bp,编码346个氨基酸,预测蛋白分子量为38.74 kD。系统进化分析显示,在进化上OsF3H与其他物种的黄烷酮3-羟化酶聚为一支,表明其为黄烷酮3-羟化酶家族的一员,同时与小麦(Triticum aestivum) F3H的亲缘关系最近。顺式作用元件预测分析显示,该基因启动子区域不仅含有响应植物激素信号、光调控及生长发育的功能元件,还鉴定出响应干旱、盐胁迫等逆境胁迫的顺式作用元件。进一步干旱处理表达分析表明,OsF3H可被干旱诱导表达,表明其可能在水稻响应干旱胁迫中发挥作用。为验证该基因响应干旱的功能,在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中异源表达OsF3H并进行干旱胁迫处理。结果显示,转基因植株与野生型相比根长、绿化率、鲜重和干重都显著增加,表明OsF3H的过表达显著增强了拟南芥的耐旱性。上述研究结果为进一步解析OsF3H在水稻中的生理功能及应对干旱胁迫的机制提供了重要的数据支撑,对后续研究具有推动作用。

低温糖化是马铃薯(Solanum tuberosum)在低温贮藏时块茎中的淀粉加速转化为还原糖的过程,是马铃薯应对低温胁迫的一种生理应答,但会严重影响马铃薯油炸加工产品的品质。为了降低马铃薯块茎低温贮藏导致的块茎还原糖积累,提高马铃薯油炸加工产品的品质,本研究利用CRISPR/Cas9技术敲低马铃薯液泡转化酶(vacuolar invertase, StVInv)基因的表达,创制了StVInv基因突变体。qPCR和生理生化指标检测结果表明,马铃薯块茎在4 ℃贮藏21 d后,突变体块茎的StVInv基因表达量极显著低于野生型(P<0.0001),液泡转化酶活性比野生型降低了33.68%~60.4%,还原糖含量比野生型降低了55.30%~56.75%,油炸薯片颜色与野生型相比得到明显改善。本研究为利用生物技术改良马铃薯油炸加工性状提供了技术支撑。

西柏三烯醇(cembratriene-ol)是一种可生物降解绿色农药成分,在可持续农业中具有重要应用价值,但其化学合成低效且植物提取困难,生物合成机制及关键中间代谢物尚不明确。本研究采用多基因整合表达策略,将菠萝泛菌(Pantoea ananatis)的香叶基香叶基焦磷酸合成酶(geranylgeranyl diphosphate synthase, crtE)和烟草(Nicotiana tabacum)的西柏三烯醇合成酶(cembratriene-ol synthase, cbts)在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行异源表达,同时整合异戊烯醇利用途径(isopentenol utilization pathway, IUP),引入酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的胆碱激酶基因(choline kinase, chk)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)的异戊烯基磷酸激酶基因(isopentenyl phosphate kinase, ipk)及大肠杆菌的异戊烯焦磷酸异构酶基因(isopentenyl diphosphate isomerase, idi)以强化异戊烯焦磷酸酯(isopentenyl pyrophosphate, IPP)和二甲基丙烯焦磷酸酯(dimethylallyl pyrophosphate, DMAPP)的供给。SDS-PAGE分析表明,5个目标基因在大肠杆菌中均获得表达,目的蛋白条带分子量大小与预期一致。气相色谱质谱联用(GC-MS)分析显示,成功构建了从异戊烯醇到西柏三烯醇的大肠杆菌异源合成途径,目标产物产量达19.7 mg/L,并首次鉴定出香叶基香叶基焦磷酸(geranylgeranyl pyrophosphate, GGPP)合成西柏三烯醇的潜在中间体为西柏烯。本研究为解析西柏三烯醇生物合成机制、优化其微生物合成途径以推动绿色农药产业化应用提供了关键依据,也为农业特色次生代谢物的异源生物合成研究提供了基础资料。

CLAVATA3/胚胎周围区域(ESR)相关(CLAVATA3/embryo surrounding region-related, CLE)基因是一类在植物中广泛存在的、编码信号小肽的基因,参与植物生长发育与逆境响应。本研究采用生物信息学方法从葡萄(Vitis vinifera)全基因组中鉴定CLE基因家族成员,并对其理化性质、系统进化关系、基因结构与保守基序特征、染色体定位和顺式作用元件分布进行了系统研究,同时结合转录组与qRT-PCR比较了其在不同器官与赤霉素(gibberellin, GA3)诱导后的表达水平。结果显示,在葡萄全基因组中共鉴定出15个CLE基因家族成员,不均匀地分布在8条染色体上,编码78~137个氨基酸,分为4个亚族,主要定位于叶绿体和细胞核中,均含有CLE保守基序。对VvCLE基因家族成员启动子区域进行分析,发现多个与生长发育、激素响应、光响应和逆境胁迫相关的顺式作用元件。VvCLE家族基因在葡萄不同器官均有表达且具有明显的组织特异性,VvCLE6在果肉中高表达,且受到GA3诱导,与转录组数据结果一致,推测其可能与果实发育有关。本研究为葡萄CLE基因家族功能解析与调控机制研究提供了重要参考和理论依据。

甜瓜(Cucumis melo)中的葫芦素B类化合物具有抗癌、抗炎等重要功效,其化学合成及提取成本较高,因此其生物合成途径关键基因的挖掘及功能解析备受瞩目。截止目前,甜瓜中催化葫芦素B生成葫芦素B-O-β-D-葡萄糖苷的关键基因尚未明确。本研究以西瓜(Citrullus lanatus)中催化葫芦素E糖基化的糖基转移酶(UDP-glycosyltransferase 74F2, UGT74F2)氨基酸序列为探针,在甜瓜基因组中找到与其相似度较高的UDP-糖基转移酶CmUGT6基因。以薄皮甜瓜'玉美人'为材料,克隆到了1 401 bp的CmUGT6基因片段,共编码467个氨基酸。通过生物信息学分析发现,CmUGT6包含糖基转移酶家族的特异性结构域,蛋白带有负电荷,存在46个磷酸化位点、3个N-糖基化位点及4个O-糖基化位点,不存在跨膜结构域,启动子区域存在如激素反应、光反应、厌氧诱导、代谢调节等多个顺式作用元件。CmUGT6基因在薄皮甜瓜的根部和果实中均有表达,且在根中表达量最高。对CmUGT6基因进行原核表达与纯化,获得了100 kD左右的融合蛋白条带。CmUGT6与葫芦素B的分子模拟对接显示,二者结合能为-8.9 kcal/mol。本研究为探讨CmUGT6基因的功能及甜瓜中葫芦素B糖基化修饰机制提供了参考。

蝴蝶兰(Phalaenopsis spp.)具有较高的经济和观赏价值,其新品种培育普遍采用种间及种内杂交,导致遗传背景及倍性复杂。本研究采用表达序列标签-简单序列重复(expressed sequence tag-simple sequence repeat, EST-SSR)分子标记技术,对31份蝴蝶兰种质资源及'藏宝图'与'075'正反交F₁代进行遗传多样性分析、杂种鉴定、聚类分析和倍性预测,以期为蝴蝶兰种质资源利用与创新、分子标记辅助育种、倍性预测以及杂交F₁代的真实性鉴定提供科学依据。基于已报道的19对SSR标记结合M13通用引物进行毛细管荧光电泳,从中筛选出10对EST-SSR引物用于31份蝴蝶兰种质资源的遗传多样性、亲缘关系分析及倍性预测;筛选7对具有父本特征条带的EST-SSR引物用于50份杂交F₁代株系的真实性鉴定、聚类分析及倍性预测,并采用流式细胞术结合染色体计数法对50份杂交F₁代株系进行倍性鉴定。研究结果表明,10对引物共检测到233个等位基因位点,平均为23.3个,有效等位基因总数为137.65个,平均为13.76个,10对引物的多态性信息含量(polymorphism information content, PIC)值变化范围为0.32~0.91,仅引物Pap-3754具有中度多态性,其余9对引物均具有高度多态性;对31份蝴蝶兰种质资源的聚类分析结果表明,在遗传相似系数0.23处,31份蝴蝶兰种质资源被划分为3大类,其中第Ⅰ类和第Ⅱ类均为蝴蝶兰原生种,第Ⅲ类为蝴蝶兰园艺种;对杂交F₁代的真实性鉴定结果表明,50个杂交F₁代株系均为真杂种;对50份杂交F₁代株系的聚类分析结果表明,49个杂交F₁代株系与亲本'075'的亲缘关系较近,仅株系'L25'与父本亲缘关系较近。流式细胞术检测和染色体计数结果表明,蝴蝶兰杂交F₁代均为四倍体,与分子标记结果相对照,验证EST-SSR分子标记正确率高达98%。研究结果表明,EST-SSR分子标记可用于蝴蝶兰遗传多样性和亲缘关系分析、倍性预测以及杂种后代的早期鉴定等方面。本研究对探索蝴蝶兰遗传背景和提高新品种选育效率具有积极意义。

乳白石蒜(Lycoris albiflora)新品种'梦幻少女'花色独特,花色时序变化规律,观赏价值极高,是研究植物渐变花色机制的理想材料。为探究其花色形成的分子机制,前期研究筛选到与花色苷积累相关的乳白石蒜R2R3-MYB转录因子56基因(LaMYB56),本研究通过RT-PCR技术克隆获得LaMYB56基因,通过分子生物学技术研究LaMYB56对花色苷积累的调控功能。获得LaMYB56的cDNA序列长1 031 bp,ORF长723 bp;蛋白N端具有2个保守的SANT结构域,属于典型的R2R3-MYB转录因子,与拟南芥(Arabidopsis thaliana) S20亚族聚为一类;LaMYB56在开花第1天表达量最高,随着时间延长,表达量逐渐下降;LaMYB56在红花石蒜(L. radiata)花瓣中沉默后,总花色苷含量下降,LrF3'H、LrANS、LrGST等基因的表达量显著降低(P<0.05);在拟南芥中过表达后,显著提高AtUFGT、AtF3'H等结构基因的表达量(P<0.05),花色苷含量上升;双荧光素酶报告和酵母单杂交结果表明,LaMYB56能与LaGST7的启动子区结合调控LaGST7的表达影响花色苷的积累。研究结果表明LaMYB56转录因子参与乳白石蒜花色苷的积累。本研究为石蒜属及观赏植物花色的遗传改良和分子育种提供了理论基础。

植物根系分泌物是植物响应环境胁迫的关键化学信号与调控因子,其组分变化直接影响根际重金属的生物有效性和植物适应性。本研究通过液相色谱-质谱联用(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)非靶向代谢组学技术系统解析不同浓度(500, 1 000 mg/kg)土壤铅(Pb)胁迫下狗牙根(Cynodon dactylon)根系分泌的代谢物变化,揭示其对土壤Pb的耐性机制。结果表明,500 mg/kg Pb处理组中狗牙根的根长、株高和叶生物量均显著高于1 000 mg/kg Pb处理组(P<0.05)。土壤Pb胁迫使狗牙根叶和根中氮磷和叶绿素含量减少,抑制了植株对土壤中氮磷的吸收及光合作用。不同浓度土壤Pb胁迫改变了狗牙根根系分泌的代谢物组分,共鉴定出1 028种差异代谢物(VIP>1, P<0.05),根系分泌物DL-苹果酸(DL-malic acid)和γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)的相对含量在500 mg/kg土壤Pb处理组增加,但在1 000 mg/kg土壤Pb处理组减少。本研究通过分析狗牙根在土壤重金属Pb胁迫下的代谢响应,筛选出2条与GABA相关的关键代谢通路：GABA能突触(GABAergic synapse)途径和丁酸代谢(butanoate metabolism)途径。这些在金属胁迫下显著富集的代谢通路,有助于缓解Pb诱导的氧化损伤并改善由此引起的能量代谢失衡,且DL-苹果酸具有螯合重金属能力,可降低Pb的生物有效性。因此,狗牙根根系分泌物中有机酸(DL-苹果酸, 富马酸)和GABA共同介导形成“螯合-转运-抗氧化”的协同解毒网络来缓解土壤重金属Pb对植株的胁迫。本研究为植物根际代谢调控的土壤重金属Pb修复技术提供了理论依据。

中山杉(Taxodium hybrid 'Zhongshanshan')依赖嫩枝扦插进行无性繁殖,阐明其不定根(adventitious root, AR)发育的分子机制并鉴定关键基因,对建立高效遗传转化体系及提升繁殖效率具有重要意义。为研究中山杉乙烯(ethylene, ET)信号转导通路中的核心转录因子乙烯不敏感蛋白3 (ethylene-insensitive 3, EIN3)在不定根发育过程中的功能,本研究克隆了ThEIN3基因(GenBank No. PX209540),并通过根瘤农杆菌(Agrobacterium tumefacien)介导的表达系统在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中过表达ThEIN3鉴定其功能。结果显示,ThEIN3基因全长2 073 bp,编码690个氨基酸,含有典型的EIN3超家族保守结构域,定位于细胞核;随着中山杉不定根的发育,ThEIN3的表达水平逐渐下调,在成龄插穗中的表达量显著高于复幼插穗(P<0.05);与野生型烟草(WT)相比,ThEIN3过表达烟草植株的不定根发育受到抑制;对不定根基部的激素含量测定发现,赤霉素(gibberellin A3, GA3)含量显著增加(P<0.05),吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)和反式玉米素核苷(trans-zeatin riboside, TZR)含量下降。进一步分子机制研究表明,ThEIN3可能通过协同相关激素代谢途径中的关键基因来抑制不定根的发生。本研究为中山杉不定根发育调控机制深入研究提供基础,并为中山杉分子育种提供基因储备和理论指导。

玻璃化冷冻是卵母细胞低温保存的常用方法,冷冻损伤和冷冻保护剂的毒性会造成卵母细胞结构受损和冷冻后发育能力差。液氦(liquid helium, LHe; -269 ℃)为冷源,可提高玻璃化冷冻速率,而高冷冻速率是保证卵母细胞玻璃化冷冻成功的关键因素。本研究利用激光光镊拉曼光谱(laser tweezer Raman spectroscopy, LTRS)技术无损诊断不同玻璃化温度(vitrification temperatures, VTs)和冷冻保护剂浓度(cryoprotective agent concentrations, CPAs)(17.5%乙二醇(ethylene glycol, EG)+17.5%二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO), 20% EG+20% DMSO)对玻璃化冷冻后牛(Bos taurus) MⅡ期卵母细胞代谢指纹图谱的影响,并通过体外发育能力试验探究拉曼光谱检测卵母细胞质量的可行性。收集体外成熟培养后的MⅡ期卵母细胞随机分为5组：新鲜组(Fresh)、2种CPAs的液氦玻璃化冷冻组(LHe-EDS35和LHe-EDS40)、2种CPAs的液氮(liquid nitrogen, LN; -196 ℃)玻璃化冷冻组(LN-EDS35和LN-EDS40)。将新鲜组和4组玻璃化冷冻-解冻后的MⅡ期卵母细胞体外培养4 h后,收集其代谢液并检测其拉曼光谱变化,随后各实验组再经体外受精后评估其胚胎发育能力。结果表明,玻璃化冷冻后卵母细胞代谢液拉曼光谱出现明显变化,LHe-EDS35和LHe-EDS40组在862 cm^-1 (酪氨酸)、1 631 cm^-1 (酰胺Ⅰ的β折叠)和1 451 cm^-1 (脂类)的特征峰强度含量显著低于LN-EDS35和LN-EDS40组(P<0.05),且LN-EDS35组玻璃化诱导卵母细胞蛋白质二级结构从α螺旋转变为β折叠形式。5组卵母细胞的体外发育试验表明,LHe-EDS35组卵母细胞体外受精后卵裂率、囊胚率均显著高于LN-EDS35、LN-EDS40和LHe-EDS40组(P<0.05)。综上表明,以液氦为冷源,在冷冻液添加17.5% EG和17.5% DMSO冷冻保护剂可在一定程度上降低玻璃化冷冻造成的损伤,显著提高玻璃化冷冻后MⅡ期卵母细胞的发育能力,有助于优化玻璃化冷冻体系。本研究为液氦高效玻璃化冷冻牛MⅡ期卵母细胞提供了理论依据。

对乙酰氨基酚(acetaminophen, APAP)过量使用可促使肝脏氧化应激造成肝损伤。连翘酯苷A(forsythiaside A, FA)作为中药连翘(Forsythia suspensa)的苯乙醇苷类活性成分可能具有保肝作用。为探究FA对APAP诱导的氧化应激的影响,将C57BL/6小鼠(Mus musculus)与小鼠来源肝细胞系(alpha mouse liver 12, AML-12)各随机分为4组,分别为空白组(normal control, NC)、APAP肝损伤组(APAP)、FA对照组(FA)和FA治疗组(APAP+FA),检测各组小鼠血清及细胞上清液中谷丙转氨酶(alanine aminotransferase, ALT)和谷草转氨酶(aspartate aminotransferase, AST)活性,筛选FA治疗APAP肝损伤的浓度。检测小鼠肝组织中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、谷胱甘肽(glutathione, GSH)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)和过氧化氢(hydrogen peroxide, H₂O₂)水平,并观察小鼠肝组织病理变化,探究FA对小鼠APAP肝损伤的治疗效果。构建孕烷X受体(pregnane X receptor, PXR)过表达质粒,以C57BL/6小鼠与AML-12细胞为模型,各分为5组,分别为正常组(NC)、APAP肝损伤组(APAP)、APAP+PXR过表达组(APAP+PXR(OE))、FA治疗组(APAP+FA)和FA治疗+PXR(OE)组(APAP+FA+PXR(OE)),观察FA对过量APAP引起的SOD活性与GSH、MDA、H₂O₂、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素1β (interleukin-1β, IL-1β)和白介素6 (interleukin-6, IL-6)含量、PXR蛋白水平变化、基因水平变化以及小鼠肝脏病理变化,并设计回复试验验证其可能机制。结果显示,FA可显著降低APAP模型小鼠的ALT、AST活性和MDA、H₂O₂含量、提高SOD活性和GSH含量(P<0.05),改善肝组织病理情况,并通过抑制PXR显著降低MDA、H₂O₂含量和TNF-α、IL-1β、IL-6的水平、提高SOD活性和GSH含量(P<0.05),综上所述,FA通过抑制PXR改善氧化应激水平,从而发挥抗APAP肝损伤的作用。本研究为药物性肝损伤的治疗提供了新的思路,并为FA通过抑制PXR的保肝作用提供了理论依据。

MDCK (Madin-Darby Canine Kidney)细胞作为流感疫苗生产的重要细胞基质,其潜在的成瘤性仍是制约疫苗安全性的关键因素。双皮质素样激酶1 (double cortin-like kinase 1, DCLK1)作为肿瘤干细胞标志物,在多种恶性肿瘤中高表达并参与肿瘤恶性进展,但其在MDCK细胞成瘤性中的作用尚不明确。本课题组通过蛋白组学在高成瘤性和非成瘤性MDCK细胞中筛选出差异表达蛋白DCLK1,本研究通过慢病毒载体介导的基因转染技术,建立了DCLK1稳定敲低和过表达的MDCK细胞系。通过CCK-8、划痕、Transwell迁移实验、克隆形成实验评估了DCLK1对MDCK细胞多项生物学特性的影响。结果表明,DCLK1敲低对MDCK细胞形态和增殖能力无显著影响,但可显著降低细胞的迁移、侵袭和低密度增殖能力,DCLK1过表达则增强这些能力。进一步研究发现,DCLK1敲低下调肿瘤相关因子尿斑蛋白3A (uroplakin 3A, UPK3A)表达,上调肝配蛋白B型受体2 (ephrin type-B receptor 2, EphB2)和共济失调蛋白1 (ataxin-1, ATXN1)表达,而DCLK1过表达对这几种因子的表达无显著影响。此外,构建不同成瘤性MDCK细胞BALB/c裸鼠(Mus musculus)模型,对肝脏组织进行染色分析,发现血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)与血管细胞粘附分子(vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1)的表达与MDCK细胞成瘤性未呈现明确相关性,提示其成瘤性可能不依赖这2种因子的调控。结果显示,DCLK1可能通过调控下游靶基因的表达参与MDCK细胞致瘤过程。本研究为深入理解MDCK细胞成瘤性机制提供了重要线索,也为后续降低MDCK细胞成瘤性的研究提供了潜在的靶基因,对提高MDCK细胞疫苗安全性具有重要意义。

布卢姆综合征突变蛋白(Bloom syndrome mutated, BLM)作为人类重组Q (recombination Q, RecQ)解旋酶家族的重要一员,在DNA复制、修复、重组、转录、端粒维持等细胞代谢过程中发挥作用。对BLM解旋酶的结构研究发现,其除了RecQ解旋酶家族所包含的解旋酶结构域(helicase domain, HD)、RecQ解旋酶C端结构域(RecQ C-terminal domain, RecQ-Ct)和解旋酶与RNase D羧基端结构域(helicase and RNase D C-terminal domain, HRDC) 3个典型保守区域外,在羧基端(C端)还发现了核定位信号(nuclear localization signal, NLS),但在氨基端(N端)的研究较少,本课题组对BLM N端结构分析发现,在619~843 bp处有许多苏氨酸磷酸化位点,推测其在BLM解旋酶的翻译后修饰(post-translational modifications, PTMs)中发挥了重要作用,但哪些细胞蛋白参与了这一生理过程目前并不完全清楚。为筛选与BLM解旋酶N端301~650肽段(BLM_301~650)具有相互作用的细胞蛋白,并鉴定其与BLM解旋酶N端的相互作用,本研究采用免疫沉淀-高效液相色谱串联质谱(IP-HPLC-MS/MS)技术筛选前列腺癌细胞系3 (prostate cancer 3, PC3)中与BLM_301~650具有相互作用的细胞蛋白,通过注释、可视化与整合发现数据库(database for annotation, visualization and integrated discovery, DAVID)和基因/蛋白质相互作用检索工具(search tool for the retrieval of interacting genes/proteins, STRING)对筛选得到的互作蛋白进行生物信息学分析,利用免疫荧光验证BLM_301~650与互作蛋白的亚细胞共定位,通过Pull-down实验证实互作蛋白间的互作关系。IP-HPLC-MS/MS结果显示,筛选到172个与BLM_301~650特异性结合的互作蛋白,KEGG分析显示这些互作蛋白主要富集于核糖体通路;蛋白互作网络分析发现,核糖体蛋白S27a (ribosomal protein S27a, RPS27A)被鉴定为BLM_301~650的关键互作因子;免疫荧光和Pull-down实验证实BLM_301~650与RPS27A在细胞核中共定位,且两者之间为直接靶向关系。综上,RPS27A与BLM解旋酶N端的直接相互作用,为核糖体功能与DNA修复通路的交叉调控提供了新的分子桥梁,对阐释基因组稳定性维持、肿瘤发生及DNA损伤应答机制具有重要的科学价值。

作为典型的滩涂经济贝类,泥蚶(Tegillarca granosa)易选择性富集重金属镉(Cd)。钠钙交换体(sodium calcium exchangers, NCXs)是细胞膜上至关重要的离子转运蛋白。为探究泥蚶钠钙交换体1(TgNCX1)在其选择性富集镉过程中的作用机制,本研究对泥蚶进行0.089 μmol/L Cd & Cu联合胁迫120 h,通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法检测镉在其体内的累积特征,再结合生物信息学方法分析TgNCX1基因的序列特征,最后利用qPCR和Western blot技术开展该基因的表达特征研究。结果显示,TgNCX1 (GenBank No. PQ255942.1) cDNA全长3 001 bp,含2 409 bp开放阅读框,编码802个氨基酸。序列分析表明,TgNCX1属于Ca²⁺/阳离子转运蛋白(calcium/cation antiporter, CaCA)超家族成员,为含9个跨膜结构域及3个Ca²⁺结合位点的亲水性膜蛋白。其结构特征表明该蛋白具备结合并转运Ca²⁺的功能。组织特异性表达分析结果显示,TgNCX1在泥蚶鳃组织中表达量最高,提示鳃可能是Cd²⁺进入泥蚶体内的关键通道。时间表达模式分析结果显示,Cd & Cu联合胁迫后,泥蚶鳃TgNCX1基因及其编码蛋白的表达呈先上升再下降模式。在胁迫初期,TgNCX1基因及其编码蛋白表达量显著上升,并于24 h升至峰值,这与泥蚶体内镉富集模式一致,推测Cd²⁺可能通过竞争性结合TgNCX1的Ca²⁺结合域,触发其反向转运模式,从而借助Na⁺的电化学梯度驱动Cd²⁺内流,介导泥蚶短期内选择性富集镉。Cd ＆ Cu胁迫24 h后,TgNCX1基因及其编码蛋白的表达显著下降,而泥蚶体内镉含量持续显著升高,推测TgNCX1可能并不参与泥蚶长期镉选择性富集过程,该过程可能转而依赖于其他转运蛋白或离子通道蛋白。本研究进一步揭示了泥蚶选择性富集镉的内在调节机理,为泥蚶低镉新品种的分子设计育种提供理论依据。

土壤微生物是生物地球化学循环的关键驱动者,研究其范式演进对生态学理论深化和农业可持续发展具有重要意义。为系统揭示土壤微生物领域的研究演进脉络与前沿动态,本研究以WOS (Web of Science)核心合集和中国知网(China National Knowledge Infrastructure, CNKI)为数据源,构建1999~2024年2.8万篇中英文文献数据集。采用VOSviewer和CiteSpace进行多元计量与知识图谱挖掘,通过关键词共现聚类、突现词检测及时间序列演化分析。结果表明：(1)全球土壤微生物领域知识呈显著增长态势,英文文献年均增幅为6.85%,中文文献自2020年起增速加快;(2)研究热点聚类为五大知识模块—养分循环、污染修复、群落特征、环境动态和气候调控;(3)关键词突现分析揭示范式演进三阶段：多样性描述(1999~2010)→宏基因组解码(2011~2018)→互作网络与多功能性机制(2019~2024)。未来需重点关注多尺度微生物组动态监测、全球变化背景下的功能冗余机制及人工智能驱动的互作网络建模。本研究提出的“热点-趋势-前沿”解析框架,为优化土壤微生物学研究布局、指导生态恢复工程实践提供了理论依据和方法支撑。

随着工业化和农业活动的不断加强,土壤镉(Cd)污染问题日益突出,严重威胁农作物安全生产及生态环境健康。微生物修复因其环境友好和成本较低而受到广泛关注。人工菌群(synthetic microbial communities, SynComs)是由多个具有明确功能的微生物菌株按照一定原则人工组合而成的可控微生物体系,能够通过群落协同作用实现复杂生态功能,在植物—微生物互作研究及环境治理领域展现出重要应用潜力。本文系统综述了人工菌群的构建原则与设计方法,总结了人工菌群的主要构建策略与优化途径,并概述了人工菌群在植物—微生物互作及环境调控中的研究进展。在此基础上,重点梳理了人工菌群增强植物耐镉性的主要作用途径及其在农业和环境领域中的应用潜力。综述旨在为深入理解人工菌群调控植物耐受重金属胁迫的生态与分子机制提供理论参考,并为人工菌群在重金属污染土壤治理及可持续农业中的应用提供新的研究思路与技术基础。

紫草素是一种从紫草(Lithospermum erythrorhizon)干燥根中分离出来的高脂溶性萘醌化合物,具备抗病原微生物、抗炎、抗热应激及促进伤口愈合等多种生物学功能。鉴于其独特的生物活性特征,该成分在缓解畜禽运输应激、促进动物创伤修复、开发饲料添加剂、推进饲料替抗以及食品保鲜等绿色无抗领域展现出显著应用潜力。本文全面梳理紫草素抗病原微生物的作用机制,并总结了其在缓解动物运输应激、创伤修复及饲料添加等生产环节中的应用潜力与研究成果,以期为紫草素在动物生产中的开发和应用提供参考。

法师类植物是景天科莲花掌属(Aeonium)的绿法师(Aeonium arboreum)及其一系列品种,是重要的室内观赏植物。该类植物因转化体系的缺乏限制了其分子层面的研究。本研究以法师类植物'万圣节' (A. arboreum 'Halloween')、'欧紫' (A. arboreum 'Velour European')和绿法师为材料,通过在非组培条件下筛选不同轮次叶片和不同发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)菌株,旨在建立莲花掌属法师类植物非组培毛状根转化体系。结果表明,使用中间轮叶片和发根农杆菌菌株ArQual可以获得最高的毛状根诱导率,'万圣节'、'欧紫'和绿法师的毛状根诱导率分别为93.33%、96.67%和83.33%。携带pBI121载体的ArQual侵染法师类植物中间轮叶片,产生的毛状根经GUS染色呈蓝色,'万圣节'、'欧紫'和绿法师的毛状根转化率分别为89.93%、82.22%和69.80%。采用'万圣节'花青素正调控转录因子基因AaMYB113对法师类毛状根转化体系进行验证,结果表明,与转化空载体相比,转化AaMYB113的'万圣节'毛状根明显变红,且毛状根中花青素含量和花青素合成结构基因表达水平均显著上升(P<0.05),证明了该体系的可行性。本研究建立了莲花掌属法师类植物非组培毛状根转化体系,可为后期开展该类植物基因功能研究及分子育种提供技术支持。

金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)是以金属离子为节点、有机物为配体的新型多孔晶体材料,具有高孔隙率、大比表面积及良好生物相容性等特点,在生物医学、气体存储、痕量元素检测与传感等领域应用广泛。通过特定金属离子与有机配体的设计组合,可产生良好光动力效应,故其在抗菌及抗肿瘤领域备受关注。本研究以硝酸银(AgNO₃)与均苯三甲酸(1,3,5-benzenetricarboxylic acid, BTC)为前驱体,采用溶剂热法合成银金属有机骨架Ag-BTC,并对其理化性质进行表征,通过电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance, EPR)、电感耦合等离子体发射光谱法(inductively coupled plasma-optical emission spectrometry, ICP-OES)等技术对Ag-BTC的光激发产活性氧特性与pH响应性进行探究。通过涂布平板法与扫描电镜考察其对伪中间葡萄球菌(Staphylococcus pseudintermedius)的体外抗菌活性。结果表明：经模拟日光照射10 min后,Ag-BTC可同时产生单线态氧(¹O₂)、羟自由基(·OH)等活性氧,在微酸环境中的分解效率较中性环境提升约2倍,具有良好的pH响应特性。对伪中间葡萄球菌的抑菌率达97.4%,可引起细菌细胞膜皱缩、穿孔并引发DNA渗漏,展现出显著的抗菌活性。本研究为Ag-BTC在兽医临床皮肤细菌感染治疗中的应用提供了理论依据。