抑制4CL基因表达获得低木质素含量的转基因毛白杨

利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法将反义4CL(4-coumarate:CoA ligase, 4-香豆酸辅酶A连接酶)基因转入三倍体毛白杨(Populus tomentosa). PCR及Southern检测证实外源基因已整合到转基因植株总基因组中. RT-PCR和Western检测表明反义4CL基因在转基因植物体内已表达. Klason木质素含量测定结果显示, 抑制内源4CL基因的表达可显著降低转基因株系的木质素含量, 比非转基因对照下降最高达41.73%. 但综纤维素含量测定结果表明, 转基因植株与对照没有明显区别, 推测4CL可能并非木质素与碳水化合物的代谢调节点. 转基因植株茎杆剥皮后呈现程度不等的红褐色, 而对照为白色, 其他生长发育特征与对照无明显差异. Wiesner反应结果表明, 木质素含量下降的株系呈红色, 而对照呈典型紫红色.     

抑制COMT与CCoAOMT调控植物木质素的生物合成

咖啡酸-3-O-甲基转移酶（COMT）与咖啡酰辅酶A-3-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因分别编码植物木质素生物合成中不同底物水平的甲基化酶,构建了它们的单价与双价反义表达载体,并用农杆茵介导转化烟草.PCR-Southern检测表明外源基因已整合到烟草基因组DNA中;Northern点杂交结果表明外源基因在烟草中以转录水平表达.对表达单个及两个甲基化酶反义基因的成熟转基因植株的木质素含量测定结果表明,反义抑制COMT与CCoAOMT的表达均使转基因植株的木质素含量下降,但单独抑制CCoAOMT表达引起的下降幅度明显大于COMT,并且两个基因同时被抑制时,降低幅度更大,说明它们具有协同效应.组织化学染色结果说明COMT被抑制引起紫丁香基（S）木质素显著减少.上述结果表明,抑制植物内源CCoAOMT表达是反向调控转基因植物木质素生物合成及改良造纸资源植物的有效途径.     

深度共熔溶剂预处理木质纤维素研究进展

深度共熔溶剂(deep eutectic solvent, DES)是两种或多种化合物的低熔点混合物,对不同类型的木质纤维素生物质均表现出良好的预处理性能.由于具有绿色环保、成本低廉、可设计性以及强生物相容性等优势, DES已广泛应用于食品、中药成分提取等诸多领域. DES预处理可以破坏木质纤维素原料中的氢键,断裂木质素-碳水化合物的复合体结构,促使木质素和半纤维素组分溶出或水解,从而增加纤维素的相对含量.该研究从DES预处理作用机理出发,分别对纤维素、木质素和半纤维素的不同作用过程进行了详细综述,综合分析了DES预处理技术的主要影响因素,系统综述了DES对木质类、秸秆类两类生物质预处理的研究进展,并指出应用趋势以及未来研究建议,为DES预处理木质纤维素生物质的研究与应用提供了思路和参考.     

人工改造的Cry1Ac和Cry1Ie基因在烟草中共表达对棉铃虫有更好的杀虫活性

利用叶盘转化法获得了携带Cry1Ac, Cry1Ie和同时携带这两个基因的3种类型转基因烟草. 利用ELISA法测定转基因烟草叶片中Bt蛋白含量, 在携带两种Bt基因的转基因烟草中, Cry1Ac和Cry1Ie蛋白分别占总蛋白的0.173%和0.131%. 在携带单个基因的烟草中, Cry1Ac和Cry1Ie蛋白的含量分别为0.182% 和0.124%. 分别用野生型棉铃虫(Helicoverpa armigera)和Cry1Ac抗性棉铃虫的初孵幼虫在这3种类型的转基因烟草叶片上进行虫试, 并以未转基因烟草为负对照. 实验结果表明, 携带Cry1Ie基因的转基因烟草对这两种棉铃虫都有杀虫活性, 而携带Cry1Ac基因的转基因烟草仅对野生型棉铃虫有抗性, 携带两种Bt基因的烟草比仅含其中一个基因的烟草对这两种棉铃虫均有更好的杀虫效果. 该结果表明, 这两种Bt基因在转基因烟草中能够协同作用, 提高了烟草对害虫的杀虫效果. 同时, 转入两个Bt杀虫基因有可能成为延缓农业害虫对转基因作物产生抗性的新途径.     

抑制COM与CCoAOMT调控植物木质素的生物合成

咖啡酸－3－O－甲基转移酶（COMT）与咖啡酰辅酶A－3－O－甲基转移酶（CCoAOMT）基因分别编码植物木质素生物合成中不同底物水平的甲基化酶，构建了它们的单价与双价反义表达载体，并用农杆菌介导转化烟草。PCR－Southern检测表明外源基因已整合到烟草基因组DNA中；Northern点杂交结果表明外源基因在烟草中以转录水平表达。对表达单个及两个甲基化反义基因的成熟转基因植株的木质素含量测定结果表明，反义抑制COMT与CCoAOMT的表达均使转基因植株的木质素含量下降，但单独抑制CCoAOMT表达引起的下降幅度明显大于COMT，并且两个基因同时被抑制时，降低幅度更大，说明它们具有协同效应，组织化学染色结果表明COMT被抑制引起紫丁香基（S）木质素显著减少。上述结果表明，抑制植物内源CCoAOMT表达是反向调控转基因植物木质素生物合成及改良造纸资源植物的有效途径。     

转OsNHX1基因耐盐84K杨的培育

采用农杆菌介导的方法将水稻Na+/H+反向转运器基因OsNHX1导入84K杨, 获得3株抗性转化植株, PCR, Southern 和Northern检测结果表明, OsNHX1基因已经整合到84K杨基因组中, 并可以稳定表达. 耐盐实验表明, 3个株系的转基因植株能在200 mmol/L NaCl条件下正常生长. 对盐胁迫处理的转基因植株进行Na+含量和渗透势测定, 发现转基因植株叶片中的Na+明显高于对照植株, 其渗透势明显低于对照植株. 分子检测和耐盐性实验表明OsNHX1基因的转化获得成功, 并获得84K杨耐盐转基因 植株.     

转生长激素基因促进鲤鱼胸腺的发育

采用显微注射方法, 获得转“全鱼”生长激素(GH)基因鲤鱼(转基因鱼), 并对其胸腺发育进行观察. 1龄F1转基因鱼胸腺显著增大、重量增加. 单侧胸腺最大重量达295 mg, 最小为190 mg, 平均为218.6 mg; 而对照鱼胸腺最大重量仅为81 mg, 最小只有20 mg, 平均为42.5 mg. 转基因鱼与对照鱼胸腺绝对重量之比为5.14︰1, 胸腺重量指数之比为2.97︰1. 显微观察表明, 转基因鱼胸腺高度发达, 外区明显增厚, 胸腺细胞高度密集; 而对照鱼胸腺出现退化, 外区较薄, 淋巴细胞分布较为稀疏, 可见明显的脂肪细胞团. 电子显微镜进一步观察显示, 转基因鱼增生的细胞主要为小淋巴细胞, 未发现结构上的异型性变化. 上述观察证明, 转“全鱼”GH基因明显促进鲤鱼胸腺继续发育、胸腺细胞增生和有效延缓、防止胸腺退化. 实验结果为进一步研究转GH基因鱼的免疫生物学效应奠定了基础.     

快速生长导致转“全鱼”生长激素基因鲤鱼临界游泳速度的降低

进化生物学研究表明, 快速生长赋予生物的优势与劣势之间存在权衡. 硬骨鱼类的生长率与游泳能力之间也存在这种权衡. 本研究提出假说认为, 快速生长将导致转基因鱼游泳能力减弱. 比较F3代转“全鱼”生长激素基因黄河鲤与其对照鱼的生长和临界游泳速度, 表明转基因鱼的平均体重是对照鱼的1.4~1.9倍, 平均特定生长率比对照鱼高出6%~10%, 而其绝对临界游泳速度和相对临界游泳速度的平均值分别比对照鱼低 22%和 24%. 本研究暗示, 具有快速生长效应的转基因黄河鲤表现出低劣的游泳能力, 这也证实了生长率和游泳能力之间存在权衡, 即同一物种的个体生长率越高, 临界游泳速度则越低.     

在拟南芥中OsRAA1异位表达促进开花及下胚轴伸长

OsRAA1 (Oryza sativa root architecture associated 1)是拟南芥AtFPF1在水稻中的同源基因, 参与水稻根发育的调控. 将OsRAA1在拟南芥中异源超表达, 发现转基因拟南芥的开花时间提前, 同时发现在光照条件下转基因拟南芥的下胚轴长度增加. 进一步分析表明, 在蓝光、远红光和黑暗条件下转OsRAA1拟南芥下胚轴长度和野生型没有明显区别, 但在红光条件下, 转基因拟南芥的下胚轴长度是野生型的两倍. 转AtFPF1拟南芥也表现出类似的表型, 说明OsRAA1/AtFPF1蛋白不但可以调控拟南芥开花时间, 而且参与红光对下胚轴的光抑制过程, 它们在进化过程中保留了这两方面的功能.     

封面说明

正植物细胞壁储藏了绝大部分光合作用产物,是地球上最丰富、但尚未完全开发利用的可再生生物质资源.植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素、果胶质和木质素组成,是纤维及其制品、化工和生物能源的原料.认识植物细胞壁合成及其调控,通过生物技术培育可高效转化利用的细胞壁生物质,对充分利用植物细胞壁这一丰富的可再生资源,建立环境     

新型木刀比钢刀更锋利

近日,科学家研制出一种木刀,它比不锈钢餐刀的强度还高三倍.如果用这种木材制成木钉,其强度也等于或超过钢钉. 木材的主要成分之一是纤维素,其比强度(强度和密度之比)超过陶瓷、金属和合金等大多数工程材料.木材中纤维素的含量为40％～50％,其他成分包括半纤维素和木质素等,但它们的含量均较低.这些材料的杂合导致纤维素的强度降...     

关于蔗渣粘液丝浆的反应能力问题

作者等曾用预水解碱法制得化学成分、白度和粘度等性质都符合粘液丝浆要求的漂白蔗渣浆(α-纤维素含量—93.99%,糠醛产生量—2.37%,木质素—0.21%,油脂—0.25%,灰份—0.16%,白度—88%,粘度—142毫泊)。本文进一步从反应能力探讨这种蔗渣     

转蚕丝心蛋白基因改良了棉花纤维品质

利用农杆菌介导法将蚕丝心蛋白基因(fibroin)导入陆地棉品系WC, 共获得了9块愈伤组织系的30株再生植株. PCR检测、卡那霉素抗性筛选和GUS组织化学分析均为阳性的有17株. 经连续4代的卡那霉素抗性筛选和PCR检测, 在T₃代获得了6个转化事件的转基因纯系. Southern blot和Northern blot结果表明, fibroin已整合到6个纯合株系基因组, 且能稳定遗传和表达. 扫描电子显微镜和纤维品质检测结果显示, 所有转基因纯合株系棉纤维的转曲数和纤维伸长率比对照明显增加, 部分株系比强度提高, 说明蚕丝心蛋白基因在棉纤维中特异表达影响了棉纤维的结构和品质, 可以获得纤维品质改良的株系, 有望在生产上得到应用.     

分泌改善的重链促进基于蛋白内含子的双载体共转全长FVⅢ基因

在甲型血友病基因治疗中, 其疗效受FVⅢ的低分泌性和较大的FVⅢ基因难以为腺相关病毒(AAV)载体运载等因素的不利影响. 研究表明, 重链的分泌低下是导致FVⅢ分泌低效性的主要原因. 我们最近的研究表明, 应用蛋白质剪接技术的双载体转B区缺失型FVⅢ(BDD-FVⅢ)基因, 通过表达后重链和轻链的共价连接, 轻链可顺式促进剪接BDD-FVⅢ的分泌, 但重链分泌的低下影响分泌的水平. 本文将具有促进FVⅢ分泌作用的L303E/F309S点突变引入FVⅢ的重链, 通过蛋白质剪接的双载体共转断裂全长FVⅢ基因, 观察了重链和剪接全长FVⅢ的分泌和生物活性的变化. 构建了一对融合Ssp DnaB蛋白内含子(intein)的突变重链和轻链真核表达载体, 瞬时共转染培养的COS-7细胞, Western blotting结果表明转基因细胞有明显的剪接FVⅢ蛋白表达; 突变重链单独转基因后的分泌量为(39±11) ng/mL, 明显高于野生型重链的分泌量; 与轻链共转基因的重链分泌量增加到(123±13) ng/mL, 培养上清中分泌的剪接FVⅢ量和活性分别为(86±14) ng/mL和(0.61±0.08) IU/mL, 明显高于断裂的野生型FVⅢ共转基因. 另外, 转突变重链和轻链基因细胞的合并培养上清中亦检测到剪接的FVⅢ蛋白和生物活性, 且高于转野生型重链和轻链基因细胞的合并培养上清. 结果表明, 重链分泌性的改善可提高运用蛋白质剪接技术的双载体转断裂的全长FVⅢ基因的功效, 为动物体内进一步运用双AAV载体转全长FVⅢ基因提供了实验依据.     

几种天然高分子泡沫体的组成、结构与力学性能

向日葵髓芯、高梁秆芯和玉米秆芯是一类具有良好力学性能的低密度天然泡沫体. 基于仿生目的, 利用化学分析方法、光学显微镜和扫描电子显微镜对三种天然泡沫的化学组分、胞体形态结构与泡沫力学性能的关系进行研究. 化学组分分析显示, 三种天然泡沫体的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素, 它们的含量之和约为干基总量的75%. 它们对泡沫性能的影响程度取决于一种与主成分含量有关的比值R, 并随R值的减小, 泡沫的回弹性下降, 而抗压强度和抗弯硬度则提高. 通过对三种泡沫芯切面泡孔结构的比较观察, 得出向日葵髓芯由一种近似十四面体形状的胞体构成. 而高粱秆芯和玉米秆芯则由一种近似六棱柱和一定数量的圆管状胞体构成, 这两种胞体形状对高粱秆芯和玉米秆芯的轴向力学性能有明显的增强作用.     

转mtlD/gutD 双价基因水稻的耐盐性

Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交和酶活性检测试验表明,通过农杆菌介导法已经把细菌１－磷酸甘露醇脱氢酶（ｍｔｌＤ）基因和６－磷酸山梨醇脱氢酶（ｇｕｔＤ）基因同时整合进水稻基因组并且在转基因水稻中得到表达．气相色谱分析证明转基因水稻合成并积累了甘露醇和山梨醇．与未转基因对照相比,转基因植株耐盐性明显提高．     

液泡定位的β-葡萄糖苷酶增强拟南芥的耐旱性

植物激素脱落酸(abscisic acid, ABA)在植物生长发育及适应多种胁迫环境过程中发挥重要作用, 植物在应对这些不断变化的生理需求及环境条件时细胞内ABA 水平也发生相应的变化. 迄今为止, 人们还未完全了解植物体内ABA 水平的精细调控机制. 本文中, 我们的研究表明拟南芥中β-葡萄糖苷酶家族成员之一BGLU10 参与了植物的耐旱性反应. T-DNA 插入纯合突变体bglu10 表现出干旱敏感的表型, 包括快速的水分丧失, 叶片表面温度较野生型低,ABA 含量、β-葡萄糖苷酶活性及ABA 和干旱响应基因的表达量均低于野生型. 与bglu10 突变体相比, BGLU10 的超表达转基因植物比野生型耐旱性更强, 表现为较低的失水速率, 较野生型更高的ABA 含量、β-葡萄糖苷酶活性及ABA 和干旱响应基因的表达水平. 拟南芥叶肉细胞原生质体瞬时表达结果证明BGLU10 蛋白定位于液泡中. 另外, BGLU10 基因在植物多种组织中均有表达, 且受多种非生物胁迫诱导表达, 这些结果暗示了BGLU10 可能在多种胁迫条件下水解ABA-葡萄糖苷(ABA-GE)释放自由ABA, 参与植物对这些胁迫的应答反应.     

纤维二糖脱氢酶对锰过氧化物酶降解木素的促进作用

发现在白腐菌锰过氧化物酶酶解硫酸盐浆酶分离木素（CEL）时加入纤维二糖脱氢酶（CDH）能使木素降解溶出物质明显增加,CDH能促进锰过氧化物酶（Mnp）的降解作用,使CEL中甲氧基、羟基、酚羟基和总羟基含量减少,^1HNMR分析表明锰过氧化物酶处理加入CDH能使CEL中质子数进一步减少,实验结果证实CDH具有促进Mnp对木素降解的作用,从而表明CDH不仅能促进纤维素降解,而且也是木素生物降解体系中的重要组成部分之一。     

东北地区人工扰动植被表土孢粉与植被和气候的关系

东北地区53个农田和荒地表土样品孢粉分析表明:孢粉组合具有一定相似性,如乔木花粉含量通常高于30%,以松属、栎属、桦木科和杨属为主;草本花粉含量通常高于50%,禾本科、藜科、蒿属、菊科等是最常见草本花粉类型,与研究区地带性植被类型一致.但不同区域,特别是不同地貌单元的农田孢粉组合存在一定差异:山区农田乔木花粉类型丰富,含量最高,平均为41.7%,人工禾本科花粉含量较低,仅为11.2%;高平原丘陵区农田草本花粉数量较山区增加,主要为人工禾本科,含量高达53.6%;平原区农田孢粉组成与丘陵区相近,但人工禾本科含量略有下降,平均为41.6%,孢粉总浓度较高平原丘陵区明显偏高,环纹藻数量也最多.不同土地利用类型孢粉组合存在一定差别,禾本科、藜科等主要花粉类型含量差别明显,农田人工禾本科花粉一般高于40%,荒地普遍小于10%;藜科花粉在农田中含量仅为2.5%,荒地中平均可达25.0%;农田孢粉浓度(平均3909粒/g)与荒地孢粉浓度(平均15074粒/g)差距较大.孢粉组合与气候因子的分析表明,东北地区农田孢粉组合与最热月温度和年平均温度显著负相关,与降水也有一定的相关性,表明人工扰动或人工植被仍可以较好地反映区域气候变化信息.与其他区域对比表明:不同区域孢粉浓度均可以较好地反映人类活动强度及土地利用类型状况,不同区域农田人工禾本科含量也存在一定差异,东北地区明显高于中国北方其他地区,应为人类耕作习惯和气候等因素共同作用的结果.     

一个水稻铁转运基因(OsFRDL1)参与缺氧诱导根系铁膜形成的调节过程

根表铁膜是水稻重要的养分库和抵抗环境胁迫的天然屏障.然而根表铁膜形成的分子机制并不清楚.本文以日本晴野生型对照及Osfrdl1突变体为材料,研究了OsFRDL1基因在水稻根表铁膜形成中的作用.结果发现,低磷(0.02 mmol L-1)是水稻根表铁膜形成的重要条件.当处理溶液pH为5.0~6.0,FeSO4浓度为30~50μmol L-1时,根表铁膜含量最大.与通气处理相比,缺氧处理降低水稻根表铁膜含量;且缺氧处理时,Osfrdl1突变体根表铁膜含量低于野生型.实时定量PCR结果表明,缺氧处理显著增加OsFRDL1基因在根系表达,且根系基部的表达强度高于根尖.OsFRDL1::GUS染色结果表明,OsFRDL1::GUS报告基因主要在根系表皮细胞和维管束细胞表达;缺氧处理增加了报告基因在上述位置的表达.缺氧处理时,野生型比Osfrdl突变体根系具有较高的过氧化物酶活性.上述结果表明,缺氧处理诱导OsFRDL1基因的高量表达,使野生型与突变体相比,过氧化物酶活性维持较高的水平,从而使其铁膜生成量高于突变体.