摘要：依赖解旋酶恒温扩增(helicase-dependent amplification,HDA)是一种新型的恒温DNA体外扩增方法,具有反应原理简单,反应温度恒定等优点,被广泛地应用于核酸分子检测。但是依赖解旋酶恒温扩增仍面临着双链DNA解旋反应效率不高导致的扩增效率不够高、灵敏度低的问题。为了进一步提高依赖解旋酶恒温扩增技术中双链DNA模板的解旋效率,在本研究中,5'端带有不同长度不同序列的寡聚核苷酸引物,被用于依赖解旋酶恒温扩增反应,以研究DNA片段的末端序列对依赖解旋酶的双链DNA解旋反应,乃至整个扩增反应效率的影响。结果表明,只有5'端带有poly(A)序列的核酸引物明显促进了扩增反应效率,其中6个A的长度的5'端组成的引物对恒温扩增的促进作用最好,扩增产物比不带任何特定序列的原引物提高了约5.3倍。相比之下,带有poly(AC)或者poly(C)序列的引物,在一定程度上阻碍依赖解旋酶恒温扩增反应效率。因此,本研究证明了特定设计的末端序列,可以提高依赖解旋酶恒温扩增反应效率。

摘要：酿酒酵母是一种重要的食品安全的工业微生物宿主。如何精确地控制代谢路径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。通过在Delta位点整合红发夫酵母来源的β-胡萝卜素合成基因(crt E、crt I、crt YB),构建β-胡萝卜素生产菌库。从中挑选28株颜色较黄的菌株,通过96孔细胞培养板及摇瓶发酵,发现这些菌株β-胡萝卜素产量存在显著差异(产量从5.70mg/L到61.88mg/L动态分布)。然后以其中β-胡萝卜素产量最高的菌为出发菌(Sy BE_Sc118012),在敲除该菌株内源基因ypl062w的同时,在此位点过表达t HMG1和BTS1-ERG20融合蛋白以增加前体供应,最终使β-胡萝卜素的产量提高1.65倍,达到162.1mg/L,是目前已知的摇瓶水平最高发酵产量。因此,通过Delta位点整合和增加前体供应结合的策略来强化酿酒酵母中的异源表达具有重要的指导意义。

摘要：对香豆酸(p-coumaric acid)作为苯丙素类物质、芪类物质及黄酮类物质的重要前体化合物,在生物医药、化妆品及食品工业中均有广泛的应用价值。以酿酒酵母作为底盘菌株,利用合成生物学原理构建一株高产对香豆酸的人工酵母细胞。通过对比不同拷贝数的酪氨酸解氨酶(tyrosine ammonia lyase)合成的对香豆酸产量,发现随着基因拷贝数的增加对香豆酸的产量也相应提高;同时对酪氨酸的负反馈调控相关的蛋白质进行氨基酸定点突变得到Aro4pK229L和Aro7pG141S,利用delta位点将突变后的基因整合至酵母基因组,并挑取24株构建成功的酵母细胞进行发酵验证,发现菌株最高产量与最低产量相差28.87mg/L;为了进一步增加对香豆酸的代谢通量,对生成芳香醇类物质的旁路基因ARO10和PDC5进行敲除,发现同时敲除两个基因的菌株对香豆酸的产量最高,是敲除前产量的2.05倍(从42.71mg/L到87.56mg/L)。此外,通过设计前体酪氨酸的梯度添加实验,发现当添加1mmol/L的酪氨酸时,对香豆酸产量达到峰值(174.57±0.30)mg/L,相较于未添加时提高了将近1倍。通过运用合成生物学原理在酿酒酵母中实现了对香豆酸的高产,为后续的芪类化合物和黄酮类化合物生物合成奠定了基础。

摘要：SLiCE(seamless ligation cloning extract)是一种利用细胞裂解物体外无痕组装DNA的方法。针对细胞裂解物来源、λ重组系统的表达及组装片段摩尔比例等方面对现有SLiCE方法进行优化。首先,排除了酿酒酵母和枯草芽孢杆菌的细胞裂解物在现阶段用于体外组装的可能性。同时,在大肠杆菌DH10B中导入L-阿拉伯糖诱导表达的λ重组系统,验证所构建的大肠杆菌的细胞裂解物可在体外拼接DNA片段,并将该种来源细胞裂解物用于后续组装。其次,设计并构建根据转化子颜色筛选阳性克隆的方法,并以该方法计算不同摩尔比例片段组装时的正确率。最后,使用优化过的SLiCE方法,成功组装可在酿酒酵母体内表达的黑色素合成模块。

摘要：合成生物学旨在应用工程学的研究思路及手段去设计或改造生物系统,是一个综合了科学与工程的拥有发展潜力的新兴学科,在生物医药、农业、能源、环保等方面发挥着巨大作用。DNA组装技术是合成生物学中的关键技术,也是合成生物学快速发展的限制性技术。综述了众多DNA组装技术的发展及其在合成生物学研究中的意义和应用。

摘要：基因组合成相关技术的进步推动人工基因组合成能力不断取得突破,合成基因组学成为了近年来的研究热点,逐步完成了病毒、原核生物基因组的全合成,真核生物基因组设计合成也取得了阶段性突破。在基因组合成的研究过程中,基因组设计的原则不断拓展,基因组设计的尺度由病毒及噬菌体基因组成功复写发展到蕈状支原体JCVI-syn3.0基因组大幅度简化,在真核生物酿酒酵母基因组合成中探索多种基因组设计原则。本文主要综述了人工基因组设计的相关进展,主要内容包括:(1)人工基因组密码子的改变:外源基因密码子的优化,密码子丰度转变原则的探究,大肠杆菌中密码子的删除;(2)人工标签的添加及应用:利用同义密码子替换在合成型基因组中添加标签以区分合成型与野生型基因组;(3)人工位点的添加:酿酒酵母合成型染色体重组系统的开发,优化及应用;(4)基因组简化方面的研究;(5)对基因组理性设计、基因组简化规律挖掘等进行了展望。

摘要：合成生物学作为一个新兴的交叉学科领域,随着DNA合成技术的进步和合成生物学理念的深入,多个研究方向取得了长足发展。本文主要对基因回路、基因组设计合成、细胞工厂和人工多细胞体系的进展进行了综述。可设计构建的人工基因线路的复杂度逐步提升,人工控制更加精细;组装技术取得快速进展的同时,人工基因组的设计深度也在不断拓展,设计合成的人工基因组由支原体拓展向大肠杆菌,甚至真核生物酿酒酵母,推动了生物进化演化的研究;细胞工厂的设计构建在逐步挑战代谢途径更长、复杂程度更高的化合物的合成,模块化和正交化策略对复杂细胞工厂构建的支撑作用日益明显,鲁棒性和适配性成为细胞工厂构建需要考虑的重要问题;人工多细胞体系的设计构建已经从设计构建两菌体系向多菌体系扩展,通过多种原则进行设计,实现更加复杂的预期功能。本文也对合成生物学与其他学科交叉融合产生的一些新研究方向进行了简介。

摘要：包括产电菌群和噬电菌群的人工电活性微生物菌群(synthetic electroactive microbial consortia)通过菌种间的物质能量级联反应介导化学能与(光)电能间的相互转化,其可利用底物来源广泛、双向电子传递速率快、环境稳定性强,在清洁电能开发、废水处理、环境修复、生物固碳固氮以及生物燃料、无机纳米材料、高聚物等高值化学品合成等多个领域具有广泛的应用前景。针对人工电活性微生物菌群设计、构建与应用,本文总结电活性微生物菌群界面电子传递和种间电子传递机制,概括基于“劳力分工”原理设计构建人工电活性微生物菌群物质能量级联反应基本架构,总结菌群关系与菌群生态位优化等人工电活性微生物菌群工程化策略,分类列举人工电活性微生物菌群在利用廉价生物质产电、生物光伏固碳产电,光驱噬电生物菌群固氮等相关应用。最后对人工电活性微生物菌群未来研究方向进行了展望。

摘要：构建重组真核表达载体pc DNA3.1(+)-PF447-70-RGD,并检测靶向性重组血小板因子四(PF4)在真核细胞内的表达水平,探讨其体外抗血管生成活性。设计构建了靶向性重组PF4真核表达载体pc DNA3.1(+)-PF447-70-RGD,用脂质体法将其转染至中华仓鼠卵巢细胞系(CHO),用G418筛选稳系,采用RT-PCR和Western blot检测表达产物,MTT法测定CHO稳转体系培养上清对脐静脉内皮细胞(HUVEC)增殖的影响。成功构建出重组真核表达载体pc DNA3.1(+)-PF447-70-RGD,并获得稳转CHO细胞系,从基因水平和蛋白水平均可检测到目的基因的表达。MTT法显示,CHO稳系培养上清对HUVEC生长抑制率是50.8%,与对照组比,血管内皮细胞的增殖能力显著减小。靶向性重组PF4具有较强的体外抑制血管生成活性,该重组肽能够抑制HUVEC增殖。

摘要：合成基因组学通过设计与合成大片段DNA序列,开展基因组尺度的工程化改造或从头合成,从而揭示基因型和表型的关联,并构建预定功能的生物。正如在大肠杆菌、酿酒酵母等低等模式生物中合成基因组学的实践,对哺乳动物基因组的大片段DNA设计再造也必然会加深对更为复杂的动物基因组的理解并加强对基因组的功能重塑。面对生命健康领域存在的重大挑战,设计合成哺乳动物大片段DNA为其提供了新的思路和解决方案,特别是在染色体疾病模型构建、人源化免疫系统等方面展示出独特的应用潜力。然而,目前大片段DNA在哺乳动物细胞中的设计和操纵仍是一个巨大的挑战,面临着高等哺乳动物基因组注释不完善、复杂序列组装困难、穿梭载体通用性差、大片段DNA转移低效等问题。本文围绕设计-组装-转移的技术路线,评述哺乳动物合成基因组学领域的重要研究进展,详细介绍重要的技术突破,并展望哺乳动物合成基因组学在医药健康领域的应用。