植物乳杆菌的生理功能和组学研究进展

植物乳杆菌是乳酸杆菌的一种,在自然界中广泛存在,尤其是各类发酵食品中。植物乳杆菌是人体肠道微生物的一员,由其生产的发酵食品的发酵作用与其对人体的益生作用使得植物乳杆菌逐渐成为基因组学、蛋白质组学、转录组学和代谢组学研究的模式微生物,阐明微生物环境适应性及发挥有益功能等的分子机制。本文综述了近年来植物乳杆菌的生理功能和组学研究进展,以期为研究者提供借鉴。     

盐生植物盐碱胁迫应答转录组学分析

土壤盐碱化严重影响植物的生长和分布,植物盐碱胁迫应答分子机制的研究已经成为热点。整合分析了盐芥、星星草、獐茅、盐地碱蓬、紫羊茅、海蓬子、刚毛柽柳等7种盐生植物盐碱胁迫应答转录组学的研究结果,为全面理解盐生植物应答盐碱胁迫的代谢调控机制提供线索。     

高茶氨酸茶树新品系‘福黄1号’黄化变异机理

【目的】分析茶树黄化变异相关的代谢和转录机制,探究高茶氨酸茶树新品系‘福黄1号’的黄化变异和高茶氨酸形成机理。【方法】以茶树‘福安大白茶’及其黄化突变种质‘福黄1号’为试验材料,利用超微电镜、广泛靶向代谢组学、靶向代谢组学及转录组学联合分析,确定茶树黄化变异相关的色素、代谢物及转录组数据。【结果】超微结构显示,‘福黄1号’的叶绿体类囊体呈现丝状,基粒片层排列散乱不规则,片层间疏松,存在许多异常的囊泡。色素含量测定表明,叶绿素a和叶绿素b含量显著下降,叶绿素a/b比率下降,相关基因SGR表达显著下调,黄化叶片中光捕获叶绿素a/b蛋白（LHC）表达显著下调。类胡萝卜素总含量虽然差异不大,但各组分含量显著变化,玉米黄质为唯一显著增加的组分,其调控基因VDE表达显著上调,其余组分含量均下降。与‘福安大白茶’相比,‘福黄1号’中共鉴定到680个差异表达基因（DEGs）和57个显著变化的代谢物（SCMs）。KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢以及TCA循环等途径。此外,与碳和氮代谢相关的通路也被激活。通过靶向测定,共鉴定到19种游离氨基酸,新品系‘福黄1号’游离氨基酸含量显著高于‘福安大白茶’,达到97.13 mg∙g^-1,其中茶氨酸为66.90 mg∙g^-1,占氨基酸含量的68.89%,而精氨酸含量达到8.46 mg∙g^-1,是‘福安大白茶’的56.4倍。调控氨基酸合成的GOGAT和GLU的表达量上调1.17倍和3.17倍。【结论】‘福黄1号’的芽叶色泽主要受叶绿素、类胡萝卜素和类黄酮等色素代谢的影响,SGR和4种LHCs的共同作用也可能影响叶绿体的生物合成来调节叶片色泽。‘福黄1号’茶氨酸含量显著高于‘福安大白茶’的原因主要是泛素化相关的蛋白质水解酶表达上调蛋白降解能力加强,叶绿素和其他含氮分子生物合成的减少,以及黄化叶中碳骨架的缺乏,氨基和氮资源被更有效地储存,使得与氨基酸合成相关的氮代谢激活,茶氨酸合成前体物质之一的谷氨酸积累,这可能促使茶氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。     

丹参多糖抑制氟苯尼考致肉鸡肝脏损伤的分子机制研究

本试验旨在探究丹参多糖缓解氟苯尼考致肉鸡肝脏损伤的转录组学靶点与通路。将30只1日龄肉鸡随机平均分成3组：空白对照组（LA组）饲喂自来水、氟苯尼考造模组（LB组）给予含0.15 g/L氟苯尼考的自来水、丹参多糖治疗组（LC组）给予含0.15 g/L氟苯尼考和5 g/L丹参多糖的自来水。从1日龄开始,连续给药5 d。于第6天各组分别随机取3只鸡,处死,无菌摘取其肝脏组织。肝脏组织经过RNA抽提、纯化和建库后,采用IlluminaHiSeq测序平台,对这些文库进行双末端测序。然后对原始下机数据进行过滤,将过滤后得到的高质量序列比对到该物种的参考基因组上。根据比对结果,计算每个基因的表达量。分别构建3组肉鸡肝脏的数字化基因表达谱（DGE）文库,比较DGE文库的差异表达基因,寻找基因表达差异最显著的关键基因,并进行GO功能注释、KEGG通路分析。结果显示：LA vs LB、LA vs LC及LB vs LC比较组分别筛选出1 989（上调基因495个,下调基因1 494个）、1 278（上调基因344个,下调基因934个）、380个（上调基因165个,下调基因215个）表达差异显著的基因。LA vs LB、LA vs LC及LB vs LC比较组差异表达基因的GO功能注释主要归类为生物过程和细胞组成两个分支。KEGG通路分析结果表明,LA vs LB的差异表达的基因主要富集到药物代谢-细胞色素P450,细胞外基质（ECM）受体相互作用、细胞因子与细胞因子受体的相互作用、细胞色素P450对异生物的代谢,谷胱甘肽代谢,过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等通路。LB vs LC差异表达的基因主要富集到药物代谢-细胞色素P450和甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢及PPAR信号通路等。丹参多糖可通过调节与细胞色素P450代谢通路有关的细胞色素P450 3A4酶（CYP3A4）、细胞色素P450 2C23b酶（CYP2C23b）、谷胱甘肽S-转移酶（GSTA3）、类谷胱甘肽S-转移酶α2（GSTAL2）等mRNA的表达以及与PPAR信号通路有关的脂肪酸结合蛋白1（FABP1）和长链脂肪酸辅酶A连接酶（ACSBG2）等mRNA的表达,从而抑制氟苯尼考产生的有害代谢产物,促进肝脏脂质的正常代谢,进而缓解氟苯尼考引起的肝脏损伤。     

铜胁迫下小麦幼根转录组学及蛋白质组学研究

为探讨外源铜胁迫对小麦幼根的影响,采用水培方法,测定0~60 mg/L不同质量浓度铜处理下小麦幼苗生长发育、转录组表达和蛋白质组表达的差异,探索其抵御重金属毒害的分子机制。结果表明:高质量浓度的铜影响小麦生长,随胁迫时间的延长,小麦幼苗萎蔫发黄,幼根生长受抑。小麦幼根转录组测序检测,共得到2 283个差异表达基因(DEGs),其中826个DEGs表达上调,1 457个DEGs表达下调;将DEGs进行KEGG pathway注释,被注释到31个代谢途径中。双向电泳试验检测,小麦幼根中有2 049个蛋白质点,30 mg/L铜处理96 h后,与对照(0 mg/L处理)相比,约130个蛋白质点表达出现显著差异,其中56个丰度增加,74个丰度降低;质谱鉴定部分差异表达蛋白,抗性蛋白如谷胱甘肽转移酶、27K蛋白等在胁迫下表达上升,而生理代谢相关蛋白表达降低。     

Exogenous Antioxidants Improve the Accumulation of Saturated and Polyunsaturated Fatty Acids in Schizochytrium sp. PKU#Mn4

Species of Schizochytrium are well known for their remarkable ability to produce lipids intracellularly. However, during their lipid accumulation, reactive oxygen species (ROS) are generated inevitably as byproducts, which if in excess results in lipid peroxidation. To alleviate such ROS-induced damage, seven different natural antioxidants (ascorbic acid, α-tocopherol, tea extract, melatonin, mannitol, sesamol, and butylated hydroxytoluene) were evaluated for their effects on the lipid accumulation in Schizochytrium sp. PKU#Mn4 using a fractional factorial design. Among the tested antioxidants, mannitol showed the best increment (44.98%) in total fatty acids concentration. However, the interaction effects of mannitol (1 g/L) and ascorbic acid (1 g/L) resulted in 2.26 ± 0.27 g/L and 1.45 ± 0.04 g/L of saturated and polyunsaturated fatty acids (SFA and PUFA), respectively, in batch fermentation. These concentrations were further increased to 7.68 ± 0.37 g/L (SFA) and 5.86 ± 0.03 g/L (PUFA) through fed-batch fermentation. Notably, the interaction effects yielded 103.7% and 49.6% increment in SFA and PUFA concentrations in batch fermentation. The possible mechanisms underlining those increments were an increased maximum growth rate of strain PKU#Mn4, alleviated ROS level, and the differential expression of lipid biosynthetic genes andupregulated catalase gene. This study provides an applicable strategy for improving the accumulation of SFA and PUFA in thraustochytrids by exogenous antioxidants and the underlying mechanisms.     

Multi-omics-driven development of alternative crops for natural rubber production

Natural rubber (NR) is an irreplaceable biopolymer of economic and strategic importance owing to its unique physical and chemical properties.  The Pará rubber tree (Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg.) is currently the exclusive commercial source of NR, and it is primarily grown in plantations restricted to the tropical and subtropical areas of Southeast Asia.  However, current Pará rubber production barely meets the sharply increasing global industrial demand for rubber.  Petroleum-based synthetic rubber (SR) has been used to supplement the shortage of NR but its industrial performance is not comparable to that of NR.  Thus, there is an urgent need to develop new productive rubber crops with broader environmental adaptability.  This review summarizes the current research progress on alternative rubber-producing plants, including horticultural plants (Taraxacum kok-saghyz Rodin and Lactuca L. species), woody plants (Parthenium argentatum A. Gray and Eucommia ulmoides Oliv.), and other plant species with potential for NR production.  With an emphasis on the molecular basis of NR biosynthesis revealed by a multi-omics approach, we highlight new integrative strategies and biotechnologies for exploring the mechanism of NR biosynthesis with a broader scope, which may accelerate the breeding and improvement of new rubber crops.      

奶牛乳脂代谢关键miRNAs的筛选及鉴定

旨在探究影响中国荷斯坦奶牛乳脂代谢过程的关键miRNAs及靶mRNAs。本研究选择泌乳中后期(150～220 d)的第一胎次且乳脂率具有极端差异的8头宁夏荷斯坦奶牛，根据乳脂率的差异分为两组：高乳脂组和低乳脂组，每组4个重复。采集8头奶牛的奶样分离乳腺上皮细胞，进行转录组测序和生物信息学分析，筛选出差异表达miRNA-mRNA并与乳脂率进行相关性分析。通过实时荧光定量PCR验证miRNAs和mRNAs表达。结果表明，8个small RNA (sRNA)文库测序获得11 976 914~16 235 680的clean reads，占总raw reads的比例均在97%以上，Q30达到91%以上，sRNA片段长度主要分布在21~24 nt。在高乳脂组和低乳脂组间共鉴定了34个差异表达miRNAs (16个上调，18个下调)。GO和KEGG富集分析表明，差异表达miRNAs的靶基因在细胞内信号转导、单一生物体过程、激酶结合和磷酸转移酶活性等功能条目显著富集，并且显著富集到TNF信号传导途径、MAPK信号传导途径、Ras信号传导途径、Rap1信号通路和催产素信号传导途径等乳脂代谢相关通路。通过miRNA-mRNA综合分析，共获得16个miRNA-靶基因对，其中miR-1343-3p和MTM1与乳脂率显著负相关，miR-370、miR-2285cb和SRRM2与乳脂率显著正相关。RT-qPCR验证差异表达miRNA和mRNA与转录组测序表达趋势一致。这些结果从miRNA和mRNA水平探究了宁夏地区荷斯坦奶牛乳脂代谢的功能机制，鉴定出miR-370-MTM1、miR-1343-3p-DIS3L2、miR-2285cb-XLOC-122799和miR-2387-SRRM2互作对可能是调控奶牛乳脂代谢的关键因子。