甘蓝型油菜HD-ZIP基因家族的鉴定和表达分析

为揭示HD-ZIP蛋白家族成员在甘蓝型油菜全基因组中的分布及相关特征，通过生物信息学方法共鉴定出74个HD-ZIP转录因子，分别被定位到甘蓝型油菜的19条染色体和8条随机序列；这74个HD-ZIP蛋白都含有高度保守的HD-ZIP结构域；系统发育进化树将该家族成员聚为4大类；共线性分析发现大部分基因不仅在A和C染色体组间存在共线性，而且在各自染色体组内也存在串联重复事件；基因表达分析发现，大部分HD-ZIP家族基因在根和叶中均有表达，并且在根中表达的基因多于叶片，受到盐胁迫处理时，大部分基因表达量会增加。初步明确了甘蓝型油菜HD-ZIP家族成员结构特点和相关功能，为进一步研究甘蓝型油菜HD-ZIP蛋白家族基因的生物学功能奠定了基础，为油菜抗性育种工作提供科学依据。     

棉花幼苗对盐胁迫的生理响应与耐盐机理

为探究不同耐盐性棉花品种幼苗对盐胁迫的生理响应特征,以棉花耐盐品种中9806和盐敏感品种中S9612为材料,采用水培法,设置4个NaCl浓度梯度(0、100、150、200 mmol·L^-1)来模拟不同强度盐胁迫条件。结果表明:随着盐浓度的增加,各棉花品种的可溶性糖(SS)含量上升,抗氧化酶活性呈先上升后下降的趋势;盐处理下,耐盐品种可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)含量增加量高于盐敏感品种;S1处理(100 mmol·L^-1 NaCl)中盐敏感品种丙二醛积累量较低,但在S2和S3处理(150、200 mmol·L^-1 NaCl)中,耐盐品种丙二醛含量增幅(5.35%~6.83%)低于盐敏感品种(36.93%~77.34%),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性增加量较大;低盐浓度(S1处理)下,盐敏感品种地上部分能够保持较少的Na⁺,高盐浓度(S2和S3处理)下,耐盐品种根中Na⁺增加量小于盐敏感品种,茎中K⁺、K⁺/Na⁺较高。综上表明,耐盐品种棉花通过增强渗透调节,提高抗氧化酶活性缓解膜脂过氧化,维持较高K⁺/Na⁺,从而提高棉花幼苗的耐盐性。     

转Cry抗虫基因玉米对家蚕的安全性评价

家蚕可能通过取食漂移到桑叶上的玉米花粉从而受到转基因玉米中表达的Cry蛋白的影响。实验采用室内生物测试的方法评价了转cry1Ab和cry2Ab基因玉米GAB-3花粉对家蚕可能产生的影响,并采用在饲料中掺入蛋白的方式检测了转基因玉米中广泛使用的6种Cry杀虫蛋白对家蚕的毒性。当桑叶上GAB-3花粉密度为50粒·cm^-2时,对家蚕幼虫存活率无显著影响,达500粒·cm^-2时,家蚕14 d存活率为0;以10粒·cm^-2的GAB-3花粉饲喂家蚕幼虫7 d对其体重无显著不利影响,但延长饲喂时间或者当GAB-3花粉密度为50粒·cm^-2时,家蚕的体重显著低于对照组;转基因和非转基因玉米花粉处理14 d或更长时间的家蚕体重均低于无花粉处理组。与非转基因对照处理组相比,低于100粒·cm^-2的转基因玉米GAB-3花粉处理组家蚕的化蛹率、茧重、茧壳重和蛹重无显著差异,转基因玉米和非转基因玉米花粉处理均会延长家蚕幼虫的发育历期。GAB-3花粉对家蚕7 d的LC₅₀为261.18粒·cm^-2,随着处理时间延长,LC₅₀下降。测试的6种Bt杀虫蛋白对家蚕的毒性依次为Cry1C>Cry1Fa>Cry1B>Cry2A>Cry1Ab>Cry1Ac。目前,在中国接近商业化的转基因玉米中多采用的Bt杀虫蛋白为Cry1Ab和Cry2A,二者对家蚕的毒性较低,并且在实际生产中,家蚕接触到的转基因玉米花粉密度较低,因此转Cry抗虫基因玉米对家蚕的风险较低。     

玉米XYLPs基因家族表达模式及其蛋白结构分析

通过生物信息学的方法对玉米木质形成素类阿拉伯半乳糖蛋白(xylogen-like arabinogalactan proteins,XYLPs)基因家族的表达模式和蛋白结构进行了分析。ZmXYLPs基因家族成员在染色体上的分布具有一定的偏好性。基因复制事件不仅在基因家族成员数量的扩张和进化中发挥重要作用,同时还可能引起基因表达部位的扩张。根据ZmXYLPs蛋白结构特点,可将其分为两大类。其中仅ZmXYLP10/13/14蛋白存在N连接的糖修饰位点,其余ZmXYLPs蛋白均为O连接糖修饰位点。结果显示,玉米ZmXYLPs的生物学功能可能与其糖基侧链有关,并且其作用并不局限于维管组织发生过程,可能也参与生殖发育过程。     

蛋白酶解对鲣鱼肉乳化特性的改善

天然鱼蛋白乳化性不佳,难以满足实际生产需求,但鱼蛋白的酶解改性可改善其功能特性,并拓展应用范围。以鲣鱼白色肉为原料,以水解度和乳化性为主要指标,比较了不同蛋白酶(胰蛋白酶、风味蛋白酶、木瓜蛋白酶)和水解时间对酶解液制备和鱼蛋白乳化性的影响,优化了酶解工艺参数。将鱼蛋白进行冷冻干燥后,分析鱼蛋白酶解前后溶解性、乳化性和起泡性等功能特性的差异。结果表明,当胰蛋白酶添加量2 000 U·g^-1,酶解10 min时,鱼蛋白水解度(DH)达到8.2%,此时鱼蛋白乳化特性最佳。与酶解前样品相比,酶解后鱼蛋白的乳化活性和乳化稳定性显著提高,其溶解度、起泡性和起泡稳定性均有一定程度的改善。酶解制备的鲣鱼蛋白在广泛pH范围内具有更好的功能性质,在食品工业具有更高的应用价值。     

PEDV N蛋白的原核表达纯化及B细胞抗原表位预测分析

本研究旨在对猪流行性腹泻病毒(porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)N基因进行克隆构建、表达与其B细胞抗原表位性质的预测。将PEDV的N基因进行PCR扩增,克隆到原核表达载体pET-28a(+)中,经酶切验证获得阳性克隆,将阳性克隆在表达菌E. coli BL21(DE3)中表达。通过对表达条件及纯化条件的优化,获得高纯度表达蛋白。利用生物信息同源模型化软件Swiss-Pdb Viewer建立PEDV-N蛋白的3D结构,并根据生物信息学软件DNA-Star预测PEDV-N蛋白的二级结构、抗原性、亲水性和表面可及性分析,综合分析预测其B细胞抗原表位。经预测PEDV-N蛋白氨基酸序列中存在13个B细胞优势抗原表位区域。研究结果将进一步为PEDV-N蛋白体外表达产物的应用及研制基因工程疫苗提供理论基础。     

烟草Hsc70-2的克隆及对马铃薯Y病毒侵染烟草的促进作用

【目的】马铃薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）是危害烟草、马铃薯、番茄、辣椒等主要农作物的重要病毒,给农业生产带来巨大损失。论文旨在克隆Hsc70-2蛋白在本氏烟（Nicotiana benthamiana）中的基因序列并分析其生物学信息,研究NbHsc70-2蛋白对PVY侵染烟草的影响,为进一步解析PVY的侵染机制提供理论依据。【方法】以本氏烟为材料,克隆NbHsc70-2蛋白的基因编码序列（coding sequence,CDS）,利用MEGA 6.0 进行多序列比对并构建系统进化树;利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析NbHsc70-2在本氏烟各组织中的表达水平;采用在线软件BaCeILo和SignalP 4.0对NbHsc70-2进行生物信息学分析;构建NbHsc70-2-RFP融合蛋白确定该蛋白的亚细胞定位;研究PVY处理对本氏烟叶片中NbHsc70-2的影响;利用激光共聚焦观察PVY-GFP处理对NbHsc70-2-RFP定位的影响;构建NbHsc70-2 VIGS沉默体系及瞬时表达载体,采用qRT-PCR比较NbHsc70-2在沉默/过表达后对PVY表达的影响。【结果】NbHsc70-2编码649个氨基酸,系统进化树分析表明,NbHsc70-2与普通烟NaHsc70-2序列相似性最高,亲缘关系最近,属于热激蛋白家族,C端具有热激蛋白家族的高度保守基序结构;qRT-PCR分析表明,NbHsc70-2在叶中表达量最高,在根和茎中的表达量较低;BaCeILo预测及激光共聚焦显微镜观察均显示NbHsc70-2定位在细胞质中,并且PVY-GFP侵染本氏烟后NbHsc70-2-RFP部分转移至细胞核,与PVY-GFP共定位在细胞质及细胞核中;将NbHsc70-2基因沉默载体pTRV::NbHsc70-2导入本氏烟中7 d后相比于对照组,沉默组出现心叶皱缩及矮化现象;接种PVY-GFP 7 d后通过手持紫外灯观察到沉默组中无明显绿色荧光出现,而对照组中PVY-GFP系统侵染使得非接种叶片呈现荧光现象,沉默组荧光点数约为对照组28%;接种PVY后,利用qRT-PCR检测沉默NbHsc70-2后1、3、5 d的PVY CP基因积累量,结果表明沉默NbHsc70-2后PVY CP基因积累量下降,其中3 d和5 d与对照相比差异显著,基因表达水平分别为对照的14%和0.004%;将NbHsc70-2过表达载体pEarleyGate100::GWC::NbHsc70-2与PVY同时导入本氏烟后,结果表明相比于对照组,过表达组48 h和72 h 其PVY CP基因积累量显著上升,基因表达水平分别为对照组的2.31、2.56倍。【结论】PVY侵染会引起NbHsc70-2表达量上升;NbHsc70-2是PVY侵染本氏烟重要的组成成分,沉默该基因显著抑制PVY的表达,过表达NbHsc70-2则显著提高PVY的表达,即NbHsc70-2的表达水平与PVY复制呈正相关,NbHsc70-2蛋白促进PVY对烟草的侵染。     

长江下游农区金花菜叶蛋白提取工艺优化及关键参数特征

为改进和优化金花菜(Medicago polymorpha)叶蛋白提取的工艺环节,并提高叶蛋白提取率及提取物纯度等参数指标,本研究选择长江下游农区广泛种植的金花菜为原料,通过设置较为合理科学的料液比、提取温度、加热时间、pH以及提取剂(酸)种类进行叶蛋白提取单因素试验。结果表明:各单因素试验最佳参数分别为料液比1∶3、提取温度70℃、加热时间15 min、pH 4、提取剂(酸)为盐酸。基于清洁安全生产角度,选择了单因素试验中提取指标同样较高的柠檬酸作为提取剂,设置了料液比、pH及提取温度的3因素3水平响应面试验,发现影响叶蛋白提取率的因素依次为pH、提取温度、料液比。得到最佳提取工艺:料液比1∶3、pH 4.1、提取温度72℃,相应的叶蛋白提取率为49.63%,提取物纯度为56.87%。本研究优化的技术工艺及相关参数指标可为农区豆科草类植物多元化利用及叶蛋白工业化生产提供一定的技术支撑和相关借鉴。     

人溶菌酶密码子优化及其在牛乳腺细胞中高效表达

【目的】分析牛乳腺中7种主要乳蛋白基因密码子使用偏好性,筛选高频密码子和低频密码子,依据其对人溶菌酶基因进行密码子局部优化和全局优化,通过牛乳腺上皮细胞等多种细胞对优化效果进行分析评价,为提高重组人溶菌酶表达量,开发新型、高效、安全的重组人溶菌酶提供理论依据。【方法】利用CodonW和EMBOSS等软件对7种主要牛乳蛋白和人溶菌酶基因密码子偏好进行生物信息学分析,筛选牛乳蛋白基因高频、低频密码子并根据牛乳蛋白基因密码子使用偏好对人溶菌酶基因翻译起始区前22位密码子（LYZop22）和全局密码子(LYZop)分别进行优化。构建人溶菌酶-荧光素酶融合表达载体（pGL3-LYZcw/op22/op）和人溶菌酶过表达载体（pcDNA-LYZcw/op22/op）,将上述载体分别转染牛乳腺上皮细胞(BMEC)、牛成纤维细胞（BFFC）和C127小鼠乳腺上皮细胞等3种细胞,通过荧光素酶、实时荧光定量PCR及Western-blot等方法检测密码子优化对溶菌酶表达的影响。【结果】牛乳蛋白基因密码子偏好以GC结尾,GC3s平均含量为0.537±0.062,而人溶菌酶GC3s含量为0.407,偏好以AT结尾;聚类结果表明,牛乳中酪蛋白与乳清蛋白类基因在密码子使用偏好性上也存在一定差异。依据筛选获得的牛主要乳蛋白基因5个高频密码子（RSCU>1.5）和7个低频密码子（RSCU<0.5）对人溶菌酶基因密码子进行优化并转染多种细胞进行表达效果分析。荧光素酶分析发现,相比野生型溶菌酶密码子（LYZcw）,翻译起始区密码子优化类型LYZop22分别在BMEC、BFFC细胞中提高1.48倍（P<0.01）和1.30倍（P>0.05）;而全局密码子优化类型LYZop分别在BMEC、BFFC中提高2.2倍（P<0.01）和2.44倍（P<0.01）,说明密码子优化能明显提高人溶菌酶在多种细胞中表达量。实时荧光定量PCR结果表明,LYZop22相比LYZcw在BMEC和BFFC细胞中分别提高了2.08倍（P<0.05）和1.5倍（P>0.05）,而LYZop则分别提高了22倍（P<0.01）和17.8倍（P<0.01）,mRNA表达水平与密码子优化后的mRNA二级结构稳定性呈正相关。Western-blot结果也进一步表明,密码子优化后的LYZop22和LYZop能明显提高重组人溶菌酶在牛乳腺上皮细胞中的表达量。上述结果表明,根据牛乳腺中主要乳蛋白基因密码子使用偏好进行密码子优化,能显著提高人溶菌酶在牛乳腺上皮细胞及成纤维细胞中的表达量,且溶菌酶基因全局密码子优化效果优于翻译起始区密码子优化效果。【结论】通过生物信息学分析获得了牛乳蛋白基因使密码子使用偏好及高低频密码子;依据牛乳蛋白密码子使用偏好性对人溶菌酶密码子优化能显著提高重组人溶菌酶mRNA水平和蛋白水平的表达量,为今后利用生物反应器高效生产重组人溶菌酶奠定基础。     

与鸭C4结合蛋白互作的鸭疫里默菌外膜蛋白的筛选及鉴定

旨在筛选并鉴定与鸭C4结合蛋白（C4b-binding protein，C4BP）互作的鸭疫里默氏菌（Riemerella anatipestifer，R.anatipestifer）外膜蛋白。本研究将保存的R.anatipestifer复苏培养，提取外膜蛋白，以鸭C4BPα作为诱饵蛋白进行His pull-down及LC-MS/MS蛋白质谱鉴定，筛选与鸭C4BP可能发生互作的候选外膜蛋白；将各候选蛋白进行克隆、原核表达，免疫小鼠制备多克隆抗体，利用Far-western blot验证与鸭C4BP发生相互作用的R.anatipestifer外膜蛋白；针对候选蛋白及C4BPα各功能结构域进行克隆及原核表达，利用Far-western blot鉴定候选蛋白及与C4BP的相互作用位点；利用ELISA对补体因子C3b、C4b及C4BP在R.anatipestifer表面沉积情况进行测定，验证候选蛋白的功能。结果显示，经His pull-down及LC-MS/MS蛋白质谱分析，共筛选出3个与鸭C4BP发生相互作用的R.anatipestifer外膜蛋白，即ECE-1、SODs和Omp62；成功获得3个外膜蛋白多克隆抗体，ELISA检测3种多克隆抗体效价均超过1∶6 400，Western blot检测3种多克隆抗体可以与重组蛋白发生特异性反应；Far-western blot结果显示，仅ECE-1能够与C4BP发生相互作用，并且只有ECE-1全长能与鸭C4BP相互作用，而鸭C4BP与ECE-1的相互作用区域位于C4BPα的SCR 2和SCR 3；当健康鸭血清稀释度为3.125%时，ECE-1抗体能够显著促进补体因子C3b、C4b在R.anatipestifer表面的沉积作用（P<0.05），当健康鸭血清稀释度为6.25%时，ECE-1抗体能够显著抑制C4BP在R.anatipestifer表面的沉积作用（P<0.05）。本研究成功筛选并鉴定出1个与C4BP互作的R.anatipestifer外膜蛋白ECE-1，为进一步阐明R.anatipestifer免疫逃逸机制奠定了基础。