摘要：探究聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)对水稻产量、品质和养分吸收的影响,为高产优质、养分高效利用的水稻栽培技术提供理论依据和技术参考。于2022年和2023年在湖北省武穴市花桥镇开展田间试验,采用随机完全区组设计,包括黑籼稻(B)、冈特优8024(R)和黄华占(H)3个水稻品种,和不施加γ-PGA发酵液(P0)和施加25 kg hm^(-2)γ-PGA发酵液(P1)2种γ-PGA处理方式,分析了水稻干物质量、植株氮磷素积累量、产量、稻米外观品质、籽粒蛋白质含量和直链淀粉含量。结果表明,2022年施加γ-PGA对水稻产量影响显著,P1处理较P0水稻产量增加3.2%~10.8%;2023年施加γ-PGA对水稻产量无显著影响。施加γ-PGA的品种B和R的干物质量显著高于不施γ-PGA处理,BP1处理较BP0齐穗期干物质量显著增加7.5%~8.5%,成熟期干物质量显著增加5.9%~7.2%;RP1处理较RP0齐穗期干物质量显著增加8.5%~8.8%,成熟期干物质量显著增加3.3%~3.5%。施加γ-PGA对品种H的干物质量无显著影响。施加γ-PGA能显著提高水稻的氮素和磷素积累量,P1处理较P0齐穗期氮素积累量显著增加12.5%~19.0%,磷素积累量显著增加13.4%~20.3%;成熟期氮素积累量显著增加7.2%~16.5%,磷素积累量显著增加9.2%~29.0%。施用γ-PGA能显著提高稻米直链淀粉和蛋白质含量,降低胶稠度、垩白度,但对粒长、粒宽、碱消值无显著影响。因此,施用γ-PGA显著提高水稻植株干物质量和氮、磷素积累量,改善稻米品质。

摘要：硫代谢是微生物重要的生命代谢活动。微生物对外源硫酸盐的转运、同化、代谢调控以及重要含硫化合物的生物合成,不但与微生物生长代谢相关,而且影响微生物在胁迫环境下的抗逆性和鲁棒性。目前,大部分研究都聚焦在微生物硫酸盐同化过程和H_2S产生,对于微生物硫代谢与抗逆性相关的研究较少。本文总结了近年来微生物硫代谢过程中的硫酸盐转运、同化路径以及调控方式;并结合微生物在不同胁迫条件下的氧化应激反应,探讨了含硫化合物如硫化氢、谷胱甘肽和半胱氨酸等提高微生物抗逆性的机制。硫代谢与微生物抗逆性相关机制的解析不仅为理解微生物硫代谢与抗逆性提供理论基础,也为设计与构建抗逆性强的高产稳产工业菌株提供分子靶点。

摘要：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.

摘要：生物燃料替代化石燃料可解决当前全球正面临的能源危机和环境危机。通过筛选、改造微生物,利用可再生资源高效生产具有经济效益和社会效益的生物燃料已成为可持续生物制造的重大发展方向。基于系统生物学理解并设计细胞工厂生物燃料的合成途径与调控网络,利用合成生物学手段开发高产稳产微生物细胞工厂是实现生物燃料经济生产的重要手段。本文概述了当前生物燃料的主要种类及对应的代谢途径,并总结了当前主要生物燃料的生产情况。重点介绍从微生物物质代谢、能量代谢、生理代谢和信息代谢四个方面去认识、改造、开发微生物底盘细胞使其成为高产稳产的生物能源细胞工厂。此外,本文也对当前生物能源的生产瓶颈和挑战进行了总结,并从酶元件库的挖掘、合成途径的创建与优化、底盘细胞的理解和性能改善、发酵工艺的智能控制等方面提出了未来的发展方向和目标任务,强调了在未来的研究中,信息技术(IT)和生物技术(BT)交叉融合是能源细胞工厂构建的发展趋势,可为高效生物燃料细胞工厂的构建提供工具和资源,加速生物能源的产业化进程。

摘要：传统的Kemp消除反应可以通过氢氧化钾和三烷基胺等碱性物质,催化底物苯并异恶唑开环生成产物2-氰基苯酚.三十年来,Kemp消除反应一直被用作模式反应来设计或定向进化新型生物酶催化剂,从而揭示未知的酶催化机制的复杂性,增强对酶催化机制的理解.目前科研人员使用不同的蛋白作为骨架设计能够高效催化Kemp消除反应的人工酶.例如Hilvert及Mayo等基于人工酶HG3.17,设计获得了Kemp消除酶,可以催化5-硝基苯并异恶唑生成产物2-氰基-4-硝基苯酚.通过17轮定向进化获得的最终突变体展现出与天然酶相近的催化活性(k_(cat)/Km=230000 L mol^(-1)s^(-1);k_(cat)=700 s^(-1)).该研究不仅表明蛋白质工程可以进化出高效的生物酶,量子力学/分子力学(QM/MM)分析还揭示了突变体催化活性提高的分子机制.与酸碱催化的Kemp消除反应不同,最近Korendovych等报道以肌红蛋白作为骨架基于氧化还原机制的Kemp消除反应,通过开发一种独特的基于核磁共振(NMR)的蛋白质定向进化技术,快速鉴定出热点氨基酸位点并获得了高催化活性的人工酶突变体,其同样达到了天然酶的催化活性.此前我们研究(***.,2017,8,14876)发现,与传统的酸碱催化机制完全不同,细胞色素P450-BM3能够通过氧化还原的机制催化Kemp消除反应.本文继续以P450-BM3为蛋白骨架,对其进一步改进以提高催化活性.以P450-BM3突变体F87G(kcat=3.0s^(-1))为模板,借助双密码子(酪氨酸和赖氨酸,Y-K)饱和突变策略,对其活性中心的六个关键氨基酸位点进行组合突变,经过筛选获得了活性大幅度提高的三突变体F87G/L75Y/T438K(k_(cat)=27.4s^(-1)).为进一步解析其催化活性提高的分子机制,首先对该突变体与底物复合物的晶体结构进行了解析,结果发现底物在突变体活性口袋的构象与野生型P450-BM3完全不同,底物的硝基指向了Heme辅基.对其进行了QM/MM计算研究,发现Heme-Fe(II)首先将电子转移到底物并与硝基配位,随后,有效促进了底物N-O键还原裂解,并使生成的中间产物Heme-Fe(III)-NO_(2)和苯氧基阴离子更稳定,最后,通过键的旋转和质子转移生成产物2-氰基-4-硝基苯酚.由此可见,同一P450酶的不同突变体能够以两种不同的底物结合模式以及氧化还原机制来催化Kemp消除反应.综上,本文获得了P450酶催化Kemp消除反应构效关系和催化机制新的认识,为进一步改造该酶提高其催化活性提供借鉴.

摘要：聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)塑料是由对苯二甲酸(Terephthalic acid,TPA)和乙二醇(Ethyleneglycol,EG)通过酯键聚合而成的高分子聚合物,具有性质稳定、不易分解等特点,目前已成为广泛使用的一种聚酯,然而大量产生的PET废弃物同时也造成严重的环境污染。2016年,一种有效降解PET的PET水解酶在大阪伊德氏杆菌201-F6中被鉴定发现(命名为IsPETase),且多个IsPETase结构已被解析。为了设计获得PET降解效率更高的IsPETase,针对底物结合位点Ⅱc区的天冬氨酸233(N233)残基进行了多种突变测试,酶活性检测实验表明,用丙氨酸替代N233可以提高IsPETase的性能,尤其是结合R280A突变后,IsPETase活性增加更为显著。此外,解析了IsPETase N233A突变体的X射线晶体结构。IsPETase N233A突变体与IsPETase野生型整体结构相似,但丙氨酸取代N233后增加了底物识别位点Ⅱ末端的空间结构,推测因此增加了IsPETase的活性。这些结果为进一步基于结构改造PET水解酶提供了新的线索。

摘要：天冬酰胺内切酶(AEPs)可催化短肽形成结构异常稳定的环肽,其具有药物设计框架的应用前景.将来源于白花蛇舌草(Oldenlandia affinis)中AEP(OaAEP1 b)环化酶(cyclase)基因采用融合标签表达的策略在大肠杆菌菌株BL21中进行诱导表达,并比较了不同的融合标签麦芽糖结合蛋白(MBP),N-utilization substance A(NusA),小泛素修饰蛋白(SUMO),绿色荧光蛋白(GFP)以及泛素(ubiquitin)对AEP环化酶表达量的影响.结果表明,MBP标签对AEP的表达促进作用最强,达到(3.6±0.05)mg/L,是目前文献报道的2倍.体外酶切实验证实该环化酶可对融合表达的底物蛋白MBP-Kalata B1-6 His-GST进行有效切割,但连接反应过程有待验证.本研究对AEP环化酶进行肽工程研究与应用奠定了较好的基础,并提供了一套高效的研究工具.

摘要：该文基于某省部共建的大学本科生物信息学的实验教学建设与改革实践,从实验教学内容设计、实验教学平台搭建、教学模式改革等方面进行了研究与探索,并就一些难点问题提出思考和解决方案,以期为相关类似专业课程的实验教学平台建设提供参考。

摘要：基于研究生课程教学区别于本科教学的新高度、新要求和新期待,依托分子细胞生物学良好的理论教学基础,充分把握课程发展趋势,引导学生扩展知识外延并洞悉学科前沿,探索出将模块化教学设计与微课应用相结合的研究生课堂教学新模式。在分子细胞生物学的教学实践探索中,发现该模式对激发研究生学习兴趣、增进对知识的理解、培养学生的创新思维等方面均具有积极的作用。

摘要：为探究利用CRISPR/Cas13a系统获得抗马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)马铃薯的可行性,通过设计靶向PVX中TGBp1基因的小向导RNA(small guide RNA,sgRNA),构建CRISPR/Cas13a基因编辑载体,以马铃薯栽培种Désirée为受体材料进行稳定遗传转化,并通过机械摩擦接种法鉴定转基因植株对PVX的抗性。结果显示,成功构建了靶向PVX的PVX-Cas13a载体,并获得了表达Cas13a的转基因马铃薯植株,对其中3个高表达Cas13a的株系进行PVX抗性鉴定,发现在接种PVX 10~20 d后,转基因植株系统叶上无明显发病症状,且PVX积累量均显著低于未接种PVX对照。表明靶向PVX的CRISPR/Cas13a系统能够有效抑制该病毒的积累,这为马铃薯抗PVX育种提供了一条有效策略。