农业生物技术学报杂志

农业生物技术学报杂志2026年第3期

• 畜禽骨骼肌卫星细胞异质性及其增殖分化调控机制与应用研究进展

  姜喆奕, 文超良, 谷爽, 杨宁

  骨骼肌卫星细胞是定位在肌纤维质膜与基底膜之间的肌源性干细胞,作为肌肉组织再生的关键细胞群,在肌损伤修复过程中发挥核心作用。卫星细胞具有显著的异质性特征,表现为基因表达谱、空间分布及分化潜能等方面的多样性。在生理状态下,卫星细胞维持静止态;当骨骼肌受到损伤或外界刺激时,可迅速激活并进入增殖分化状态,进而启动肌肉修复程序。深入解析畜禽骨骼肌卫星细胞的功能特性及其调控机制,不仅能够阐明肌肉发育的遗传学基础,也为优质肉品生产、肌肉疾病防控等畜牧生产实践提供理论依据。本文系统综述了骨骼肌卫星细胞的生物学特性与功能,并详细介绍了包括体外共培养与组学技术在内的研究策略在畜禽卫星细胞研究中的应用进展,重点探讨了其异质性特征及增殖分化调控网络,并对畜禽领域相关研究进展进行了总结与展望,为深入理解畜禽肌肉生长与肉品质改良提供参考。

• 生物钟调控家畜骨骼肌卫星细胞增殖与成肌分化

  陈雨心, 万辉, 张春平, 俞旸, 任春环, 张子军, 王强军

  昼夜更替驱动哺乳动物进化出内源性生物钟,其通过转录-翻译负反馈环路节律性调控钟控基因的表达模式,以此使机体生理功能与环境周期同步。作为机体内最大的代谢与运动器官,骨骼肌生长发育直接决定家畜的产肉性能与肉品品质。近年研究表明,核心生物钟基因对骨骼肌卫星细胞的增殖与成肌分化过程起着关键调控作用。为此,本文重点综述了生物钟调控骨骼肌卫星细胞增殖与成肌分化的分子机制,并深入探讨了环境因子、采食周期、肠道微生物及运动等外部因素如何通过生物钟影响骨骼肌发育。最后,探讨了将生物钟调控机制转化为实际应用的生产策略。本文为提升家畜产肉效率和实现精准健康养殖提供了新思路。

• 基因组选择技术在家畜育种中的应用

  闫成琪, 赵源, 田慧彬, 张煜坤, 李晓龙, 张琪, 蒲萌茹, 高磊, 肖子越, 冯炼君, 李发弟, 王维民

  随着基因组学与数量遗传学的深度融合,基因组选择技术在家畜育种中的实践范围不断扩大。尤其进入21世纪以来,测序技术的不断迭代更新降低了全基因组分型成本,加速了基因组选择在更多家畜物种中的推广应用,并在提高选育群体的生产性能、增强群体疾病抗性和优化育种策略方面展现出巨大的潜力。本文系统综述基因组选择技术在家畜育种中的研究进展与应用。全文围绕：(1)技术原理与发展历程,阐明全基因组分子标记筛选、遗传效应评估的方法学框架;(2)技术所使用的方法及模型,涉及最佳线性无偏估计法、贝叶斯法等传统基因组估计育种值评估方法以及支持向量机、随机森林等机器学习新方法;(3)提高基因组选择准确性的方法,考虑跨品种,结合全基因组关联分析等新方法和手段,增加技术的可靠性和可用性;(4)应用现状分析,重点论述该技术在提高家畜的生产性能、抗病育种和优化育种策略方面的巨大潜力。本文构建了技术原理-应用实践-发展趋势的三维分析体系,为智慧农业背景下家畜育种技术的发展提供理论支撑。

• 基于染色质构象调控的CRISPR/Cas9基因编辑技术优化研究进展

  郭子荣, 邱爽, 陈利强, 苏广华, 朱怡静, 苏小虎

  以CRISPR/Cas9为主的基因编辑技术对生物学基础研究、疾病治疗、动植物生产性状提升等具有重大的帮助。然而,不同位点的编辑效率差异巨大。究其原因,染色质构象是影响因素之一。基于此,研究者在基于染色质构象调控的CRISPR/Cas9基因编辑技术优化方面进行了广泛研究。为促进该领域的发展,本文综述了染色质构象调控相关蛋白和小分子,及其在CRISPR/Cas9基因编辑优化中的具体应用现状和研究进展,以期为基因编辑效率提升研究提供一定理论和技术参考。

• 乳腺炎调控相关基因及基因修饰模型研究进展

  邱爽, 郭子荣, 陈利强, 朱怡静, 白慧, 张立果, 苏小虎

  乳腺炎是影响乳畜生产性能的重要威胁之一,而传统的抗生素治疗策略会导致耐药性、药物残留等问题。为开发新的防治策略,本文对乳腺炎调控基因相关研究进行了梳理,包括炎症通路基因(Toll受体4 (Toll-like receptor 4, TLR4), 核转录因子κB (nuclear factor-kappa B, NF-κB))、趋化因子基因(白细胞介素-8 (interleukin-8, IL-8), 肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α))、抗菌基因(溶菌酶(lysozyme, LYZ), β防御素4 (β-defensin-4, DEFB4), 乳铁蛋白(lactoferrin, LF))以及凋亡自噬基因(B淋巴细胞瘤-2 (B cell lymphoma-2, Bcl2), Bcl-2相关X蛋白(Bcl2-associated X protein, BAX), 自噬相关基因5(autophagy-related gene 5, ATG5), 微小RNA (miR)-223 (miR-223))等。同时综述了乳腺炎调控相关基因修饰模型的研究进展,包括小鼠(Mus musculus)、奶山羊(Capra hircus)和奶牛(Bos taurus)。本综述可为新型抗乳腺炎乳畜育种新材料的创制提供技术参考,同时可为乳腺炎靶向防治策略的开发提供理论指导。

• MSTN基因调控动物肠道微生物组的研究进展及靶向益生菌应用前景

  高丽, 王利利, 温彤

  肌肉生长抑制素(myostatin, MSTN)广泛存在于高等动物中,是参与肌肉发育和脂肪代谢调控的关键因子;其功能缺失性突变或表达下调在多种动物模型中均可稳定诱导出显著的“双肌”表型。近年来研究表明,在MSTN基因突变动物中,其肠道菌群的结构与功能发生了特异性重塑,并以此为核心媒介,显著调控宿主的能量代谢与肌肉-脂肪平衡。作为宿主的“第二套基因组”,肠道微生物已被证实能深刻影响宿主新陈代谢与生理机能。本文以MSTN这一重要代谢调控因子为切入点,通过系统性综述MSTN基因突变动物肠道菌群的变化、非基因编辑动物模型中MSTN活性与肠道菌群的关联性、MSTN活性抑制介导肠道菌群重塑影响机体代谢的机制以及靶向MSTN通路的益生菌挖掘潜能与挑战等内容的研究进展,以期通过这一视角展示宿主遗传性状与肠道微生物群落之间的互作关系,并为未来高效开发和利用这些具有重大经济价值(尤其在肉用动物育种和产量提升方面)的基因编辑动物资源,特别是其蕴含的独特且可调控的微生物组资源,提供科学参考和研究方向。

• 山羊SURF4表达特征分析及其对肌内前体脂肪细胞分化的影响

  何承丹, 曲比伍且, 邢佳妮, 王友利, 李艳艳, 林亚秋

  SURF4 (surfeit locus protein 4)基因属于surfeit基因家族,作为一类高度保守的货运受体,可通过介导蛋白质等物质的转运参与脂质的合成和代谢。本研究旨在克隆山羊(Capra hircus) SURF4的基因序列,并研究其组织表达特征,同时探究过表达SURF4基因在山羊肌内脂肪细胞中的作用。以1周岁的简州大耳公羊为研究对象,采用RT-PCR克隆山羊SURF4基因CDS序列,并利用在线软件对克隆获得的序列进行生物信息学特征分析;使用qPCR构建山羊SURF4组织表达谱;构建山羊SURF4基因过表达载体(pEGFP-N1-SURF4),并从形态学(油红O染色)和分子生物学水平确定过表达山羊SURF4对肌内脂肪细胞分化的影响。结果显示,克隆获得的山羊SURF4 (GenBank No PX926922)基因序列1 089 bp,CDS区域为810 bp,编码269个氨基酸;SURF4基因在山羊心脏、肝脏、脾脏和肺脏等组织普遍表达,在肝脏组织中呈现特异性高表达,差异达到极显著水平(P<0.01);与对照组相比,山羊SURF4基因的过表达有效促进了肌内脂肪细胞中脂质的蓄积,同时通过激活脂肪生成通路：CCAAT/增强子结合蛋白α (CCAAT/enhancer-binding protein alpha, C/EBPα)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)的mRNA表达量极显著升高(P<0.01),固醇调节元件结合蛋白1 (sterol regulatory element-binding protein 1, SREBP1)转录水平显著增加(P<0.05),脂质合成关键标志物脂肪细胞脂肪酸结合蛋白(adipocyte fatty acid-binding protein 4, FABP4)与脂肪酸合酶(fatty acid synthase, FASN)的表达量也呈现极显著上调(P<0.01)。综上,山羊SURF4基因的过表达对山羊肌内脂肪细胞的分化有显著促进作用。本研究为阐明SURF4基因调控山羊肌内脂肪沉积的生物学作用及其分子机制提供了理论依据。

• 湖羊GRB10基因组织表达、SNP扫描及其与血液生理指标关联分析

  张琪, 杨晓斌, 李晓龙, 闫成琪, 蒲萌茹, 孔得文, 王维民, 王新基, 李开栋, 李发弟, 田慧彬

  生长因子受体结合蛋白10 (growth factor receptor-bound protein 10, GRB10)作为调控生长发育和能量代谢的关键基因,在免疫调节中发挥重要作用。血液生理指标则是评估动物机体免疫状态的重要参考依据。在实际生产中,通过监测血液生理指标可及时了解动物机体的健康状况和免疫能力,而免疫性能的改变也会影响血液生理指标。本研究以1 086只系谱清晰、健康的湖羊(Ovis aries)为研究对象,对其血液生理指标间的相关性以及GRB10基因多态性对血液生理指标的影响进行分析。结果表明,同类血液生理指标之间存在较高正相关,血小板性状与红细胞性状和白细胞性状间的相关性较低,白细胞相关性状间存在较强负相关。血液生理指标在实验群体中的变异系数为6.50%~66.67%,变异性较高。对GRB10基因进行PCR扩增、Sanger测序和AQP基因分型,鉴定到位于第6内含子的突变位点GRB10 g.6478288 G>A,表现为中度多态。关联分析结果表明,GG基因型个体的平均红细胞血红蛋白浓度(mean corpuscular hemoglobin concentration, MCHC)、白细胞总数(white blood cell, WBC)、淋巴细胞计数(lymphocyte count, LYMPH1)、嗜酸性粒细胞计数(eosinophil, EO1)、网织红细胞血红蛋白(reticulocyte hemoglobin equivalent,RET_He)均显著高于AA基因型个体(P<0.05),而GG基因型个体红细胞压积(hematocrit, HCT)、平均红细胞体积(mean corpuscular volume, MCV)、红细胞血蛋白(red blood cell hemoglobin, RBC_He)均显著低于AA型个体(P<0.05)。综上,GRB10 g.6478288 G>A可作为绵羊血液生理指标的分子标记。本研究为提高绵羊免疫性能和养殖效益提供理论指导,为疾病预防和治疗提供科学依据。

• 小鼠Vti1b结合Ii及其对MHC相关分子的影响

  陈芳芳, 徐婉旖, 张俊, 周徐庆, 李帅, 刘雪兰, 李锦春

  恒定链(invariant chain, Ii)作为抗原加工递呈的重要免疫调节分子,在调控主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC)Ⅰ/Ⅱ类分子的组装运输、内吞体分选及抗原肽加载过程中发挥关键作用;Vti1b (vesicle transport through interaction with t-SNAREs 1B)作为内吞体膜融合的关键调控因子,通过介导内吞体-溶酶体融合及自噬体成熟参与抗原加工递呈通路,但是二者关系尚不清楚。本研究以小鼠(Mus musculus) Vti1b和Ii为研究对象,旨在明确二者的亚细胞定位和蛋白质间的相互关系;同时探究Vti1b基因在细胞内低表达和高表达状态下对Ii及其MHC相关分子表达水平的影响。首先对小鼠不同细胞类型及生长时期细胞中的Vti1b分子进行克隆,并进行氨基酸序列比对;随后将Vti1b以及Ii基因的P31、P41异构体分别克隆至真核表达载体,运用激光共聚焦技术,解析Vti1b与Ii在Raw264.7细胞中的共定位特性,同时借助免疫共沉淀(co-immunoprecipitation, Co-IP)、蛋白拉下实验(pull-down)和Western blot技术,探究二者在真核细胞内的蛋白质相互作用关系;最后,通过siRNA介导的基因沉默及Vti1b真核重组质粒转染过表达实验,采用qPCR技术,检测Raw264.7细胞中Vti1b的转录水平变化,以及该基因在低表达和过表达状态下Ii及MHC相关基因的转录水平。结果表明,Vti1b氨基酸序列在小鼠不同细胞及不同生长期仅有1~2个氨基酸的差异;Vti1b与Ii蛋白存在结合关系且在小鼠细胞Raw264.7内共定位于晚期内吞体;当Vti1b基因转录水平显著下调至正常对照组的42% (P<0.05)时,Ii、MHCⅠα和MHCⅡβ基因转录水平也随之显著降低,分别降至对照组的45% (P<0.01),48% (P<0.01)和47% (P<0.05)。Vti1b基因过表达至40.88倍,MHCⅡβ基因转录水平显著上调,达到对照组的154% (P<0.01),而Ii和MHCIα基因转录水平与对照组相比无显著差异。Vti1b转录水平与Ii及其MHC相关分子基因转录水平相关,尤其表现为Vti1b转录水平降低可导致Ii及其MHC相关基因转录水平下调。研究结果明确了Vti1b与Ii在晚期内吞体的共定位及蛋白互作,证实Vti1b对Ii及其MHC相关基因表达具有调控作用。本研究为解析其细胞生物学功能及免疫学机制提供了重要依据。

• 不同朗德鹅群体基因组遗传结构分析与ROH评估

  张婷, 程思贝, 张鑫, 叶菲, 关媛心, 渠珂, 齐晓敏, 向海, 张兴

  朗德鹅(Anser anser domesticus)自引入中国20多年,在我国多个地区形成了适应性的群体。本研究对30个济宁朗德鹅个体进行全基因组重测序,从NCBI公共数据库中下载江西和法国朗德鹅群体及鸿雁(Anser cygnoides)、灰雁(Anser anser)共46个样本的基因组重测序数据,基于线粒体基因组和全基因组信息进行遗传结构、连续性纯合片段(runs of homozygosity, ROH)以及近交系数分析,旨在了解国内外不同朗德鹅的群体遗传结构和遗传多样性,为其在我国的保种和开发利用提供理论参考。结果显示,济宁和江西的朗德鹅群体均与法国朗德鹅具有明显的遗传相似性,但其在我国的长期利用过程中初步形成了较为独特的群体结构,且济宁和江西的2个朗德鹅群体也存在一定的分化;3个朗德鹅群体均具有较高的遗传多样性,其中济宁朗德鹅群体的遗传多样性低于江西和法国朗德鹅群体,提示其受到了更多的人工选择的影响;在遗传结构方面,济宁朗德鹅保持自身较纯的血统,初步形成了2个相对独立的亚群,部分群体与江西朗德鹅和法国朗德鹅群体分化逐渐明显;济宁朗德鹅群体的ROH数量及长度均高于江西和法国朗德鹅群体,再次证明济宁朗德鹅群体的人工选择和近交程度更高;济宁朗德鹅群体的近交系数高于另外2个群体,但整体近交水平与国内其他地方鹅品种相似。本研究结果为朗德鹅在我国的保种和开发利用提供了理论参考。

• 宁都黄鸡CD36基因多态性及其与肉质性状的关联分析

  肖勇, 谭玉文, 朱学农, 周敏, 武艳平, 金晨, 汪雨澄, 钟秋莲, 蒋思思, 王婷

  宁都黄鸡(Gallus gallus domesticus)作为我国重要的地方优质肉鸡品种,其核心育种与产业价值集中体现在肉质性状的卓越性上。为探究白细胞分化抗原36 (cluster of differentiation 36, CD36)基因部分序列SNP位点及其单倍型对宁都黄鸡肉质性状的影响,本研究选用250只107日龄宁都黄公鸡为实验鸡群,对CD36基因的多态性进行检测,利用SAS 8.1软件分析SNPs和单倍型组与肉质性状的相关性,进一步用qRT-PCR进行验证,并利用JASPAR在线软件(https://jaspar.elixir.no/)对关联位点的转录因子结合类型进行预测。结果表明,宁都黄鸡CD36基因部分10号内含子和11号外显子共存在9个SNP位点;遗传多样性分析显示,除C11336291T与A11336367T位点外,其余位点均符合哈迪-温伯格平衡(Hardy-Weinberg equilibrium, HWE);关联分析显示,宁都黄鸡CD36基因C11336291T、G11336340C、A11336343C、T11336353C、G11336358A、A11336367T和C11336479T位点与胸肌pH值显著或极显著相关,其中,A11336343C、T11336353C与G11336358A位点之间存在高度连锁不平衡;qRT-PCR验证结果显示,在C11336291T、A11336343C、T11336353C、G11336358A与A11336367T 5个位点中,不同基因型个体之间CD36基因在胸肌中的表达量存在显著差异;转录因子预测结果显示,CD36基因多态性使一些转录因子结合位点发生了变化。其中,CD36基因A11336343C、T11336353C与G11336358A位点及其形成的单倍型,可作为宁都黄鸡胸肌pH值的候选遗传标记。本研究可为宁都黄鸡肉质性状的分子标记辅助选育提供理论依据。

• 复合酵母菌培养物中三种小分子代谢物测定方法的建立与初步应用

  杨岚, 张小洁, 连海飞, 刘大程

  复合酵母菌培养物(complex yeast culture, CYC)中活性成分的准确定量是评估其品质与功能的重要基础。本研究针对本课题组前期通过非靶向代谢组学技术筛选出的3种关键的小分子代谢物—N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamic acid, NAG)、花生四烯酸(arachidonic acid, ARA)和牛磺酸(taurine, Tau),分别建立了适用于CYC复杂基质中3种物质的定量分析方法。通过优化前处理步骤并结合色谱技术,本研究采用固相萃取净化-高效液相色谱法检测强极性的NAG;建立丹磺酰氯柱前衍生化-高效液相色谱法分析两性离子Tau;并通过甲基化衍生-气相色谱氢火焰离子化检测系统定量脂溶性ARA。结果表明,3种方法在相应范围内线性关系良好(R2>0.999),精密度(相对标准偏差<2%)、重复性(相对标准偏差<5%)及加标回收率(81.87%~106.95%)均符合检测要求。应用所建立方法对本课题组自主研制的CYC样品进行测定,其中NAG、ARA、Tau含量分别为(253.80±8.41)、(19.72±0.26)、(230.51±4.69) mg/kg (相对标准偏差≤3.31%);对市售酵母培养物的检测结果显示,不同产品间3种成分含量差异显著(NAG: 38.28~502.31 mg/kg, ARA: 2.60~73.36 mg/kg, Tau: 28.11~146.44 mg/kg)。由此可见,本研究建立的方法精密度高、重复性好、可行性强,适用于CYC中NAG、ARA与Tau的常规质量监控,为其标准化应用与工艺优化提供了可靠分析基础。

• 口蹄疫多表位重组蛋白在大肠杆菌中的可溶性表达及其免疫效果评价

  蒋成辉, 茹毅, 郝荣增, 李亚军, 赵陇和, 杨洋, 卢炳州, 郑海学, 曾巧英

  口蹄疫(food-and-mouth disease, FMD)是一种由口蹄疫病毒(Food-and-mouth disease virus, FMDV)引起的偶蹄动物烈性传染病,严重危害畜牧养殖业发展。为了研制新型口蹄疫表位疫苗,本研究以国内流行的猪(Sus scrofa) O型FMDV毒株(O/MYA98/BY/2010株)基因序列为基础,构建了包含7个B细胞表位和2个T细胞表位的重组表达质粒pColdⅡ-7B2T。重组质粒通过与分子伴侣TF16在大肠杆菌(Escherichia coli)中共表达,经亲和纯化、SDS-PAGE和Western blot鉴定,免疫BALB/c小鼠(Mus musculus)并评价其体液和细胞免疫水平。结果显示,利用分子伴侣TF16成功制备的7B2T重组蛋白,以可溶性形式表达,分子量约为26 kD,并且能够与FMDV阳性血清发生特异性免疫反应。同时,7B2T蛋白能够诱导机体产生较强的特异性IgG,平均中和抗体滴度可达1∶96。此外,7B2T蛋白也能诱导小鼠产生较强的细胞免疫应答,有利于刺激脾脏CD4+、CD8+ T淋巴细胞亚群分化。淋巴细胞增殖试验和酶联免疫斑点试验(enzyme-linked immunospot assay, ELISPOTS)显示,7B2T蛋白处理组的脾淋巴细胞增殖水平和干扰素-γ (interferon-γ, IFN-γ)斑点数极显著高于灭活疫苗(inactivated vaccine, IV)组和PBS组(P<0.01),白细胞介素-4 (interleukin-4, IL-4)斑点数与IV组水平相当。综上,本研究利用分子伴侣TF16制备的可溶性多表位7B2T重组蛋白,能够诱导小鼠产生较好的体液免疫和细胞免疫应答,为FMD多表位重组蛋白的制备和多表位疫苗的研制提供了思路和数据参考。

• 小麦TaPHB基因家族全基因组鉴定及其响应高温胁迫的表达分析

  安贵, 金汉炳, 王书平, 叶石

  蛋白抑制素(prohibitin, PHB)是一类含有SPFH结构域的蛋白,在植物生长发育、衰老及响应逆境胁迫中起着重要作用。高温胁迫是影响小麦(Triticum aestivum)生长发育和产量的主要限制因素之一,为挖掘小麦耐高温关键基因,本研究利用生物信息学工具对小麦TaPHB基因家族成员的理化特征、系统进化、染色体定位、共线性、顺式作用元件等进行系统分析,并结合转录组数据和qRT-PCR技术,分析TaPHB基因在小麦不同组织和高温胁迫下的表达模式。结果表明,在小麦全基因组中鉴定出61个TaPHB基因家族成员蛋白,均含有保守的PHB结构域;亚细胞定位预测表明,TaPHB蛋白多数定位于细胞质中,部分定位在线粒体和叶绿体中及细胞膜上。系统进化分析显示,TaPHB基因家族成员分为5个进化分支,不均匀地分布在21条染色体上;共线性分析显示有44对TaPHB基因之间存在共线性关系;顺式作用元件分析表明,TaPHB基因启动子中含有多个激素调节、光响应、非生物胁迫相关的顺式作用元件。进一步通过转录组数据分析结合qRT-PCR验证,筛选出5个在小麦苗期叶和根中响应高温胁迫的TaPHB基因家族成员,可能对调控小麦响应高温胁迫具有重要的意义。本研究为深入分析PHB基因家族成员在小麦响应高温胁迫中的功能提供理论依据。

• 甘薯液泡转化酶基因(IbVINs)克隆及结构和功能分析

  韩浩浩, 段丽君, 魏彦梅, 韩东辰, 赵仁娜, 丁燕, 闫逢英

  甘薯(Ipomoea batatas)是一种重要的粮食、经济与饲料作物。淀粉与可溶性糖的含量和组成是决定甘薯品质的核心因素。液泡转化酶(vacuolar invertase, VIN)基因与淀粉-糖代谢密切相关,但其在甘薯块根淀粉-糖代谢中的功能和调控机制仍有待系统解析。本研究对甘薯液泡转化酶基因家族进行了系统研究,以揭示其在块根淀粉-糖代谢及碳流分配中的作用。从7个甘薯基因型中克隆了3个IbVIN成员IbVIN1、IbVIN2和IbVIN3,利用生物信息学分析序列结构,构建系统发育树,预测蛋白质二级结构、三级结构及保守结构域。利用qPCR分析其在不同品种、发育时期、组织中的表达模式,结合高效液相色谱法测定淀粉和可溶性糖含量,并进行相关性分析。同时克隆了IbVIN上游1.5~2.5 kb启动子序列并预测其顺式作用元件。对3个IbVIN进行了亚细胞定位。利用农杆菌(Agrobacterium)介导法在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中进行IbVIN1异源表达,并检测叶片和种子中的淀粉和可溶性糖含量。结果表明,IbVIN1、IbVIN2和IbVIN3均含有GH32家族保守结构域及NDPNG、RDP、WEC催化基序,但蛋白结构上存在差异。3个基因均在块根中高表达而在茎中低表达,且在块根膨大早期~中期(移栽后65~80 d)达到高峰,表现出组织和发育阶段特异性。在移栽后95 d,IbVIN1、IbVIN2的表达与淀粉呈显著负相关,与己糖含量呈显著正相关,IbVIN3与己糖含量呈显著正相关。移栽后125 d,3个基因与己糖含量均为显著负相关,提示其对碳流分配具有动态调节作用。3个基因的启动子区均包含光、激素及胁迫响应元件,其中Ⅱ型启动子特异含有低温响应元件LTR,Ⅲ型启动子特异含有生长素响应元件AuxRE。亚细胞定位证实3种蛋白均定位于液泡。拟南芥中过表达IbVIN1显著降低叶片淀粉含量并提高可溶性糖含量,同时促进了种子中淀粉和可溶性糖的积累。本研究揭示了IbVIN家族在甘薯块根发育过程中的时空表达规律和碳流分配机制,阐明其在调控淀粉—糖代谢中的作用,为甘薯品质改良与分子育种提供理论基础与候选靶点。

• 湖北贝母FhSMT1基因的克隆及表达分析

  段媛媛, 熊静雯, 王晓月, 王帆帆, 唐涛, 周武先, 游景茂

  异甾体生物碱是湖北贝母(Fritillaria hupehensis)的主要活性成分。甾醇C-24甲基转移酶1 (sterol C-methyltransferase 1, SMT1)是植物甾体合成中重要的限速酶和调控靶标。本研究基于前期转录组测序获得的基因序列,从湖北贝母鳞茎中克隆得到FhSMT1基因(GenBank No. PV826664)。通过生物信息学分析、蛋白表达、组织特异性表达分析及异甾体生物碱含量检测,预测FhSMT1的功能,并分析其表达特征。结果表明,FhSMT1基因的CDS序列为483 bp,编码1个包含160个氨基酸、分子量为17.9 kD、等电点为8.85的不稳定蛋白。该蛋白无信号肽和跨膜结构,含有典型的SMT结构域,属于SMT家族。亚细胞定位结果表明,FhSMT1蛋白定位于细胞核和细胞质。在此基础上,构建了FhSMT1基因的原核表达载体,转化至大肠杆菌(Escherichia coli),由0.5 mmol/L的异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-β-D-thiogalactoside, IPTG)在16 ℃诱导表达获得重组蛋白。通过100和250 mmol/L的咪唑洗脱分别获得了表达量较高的His-FhSMT1和pET28a-SUMO-FhSMT1-His蛋白。FhSMT1在不同组织中的表达量变化规律为：叶>茎>鳞茎,与贝母素乙和贝母辛的变化规律一致,表明该基因可能参与调控了贝母素乙和贝母辛的合成。本研究为深入解析FhSMT1基因参与异甾体生物碱生物合成的功能提供了理论依据。

• 马尾松冷休克蛋白(CSP)基因克隆及表达分析

  李雪颖, 徐盈盈, 赵渊祥, 吴峰

  冷休克蛋白(cold shock protein, CSP)是进化保守的DNA/RNA结合蛋白,调控植物抗寒能力建成与生长发育。为解析马尾松(Pinus massoniana) CSP基因家族特征,本研究基于马尾松全长转录组鉴定PmCSPs,并分析其系统进化、结构功能及幼苗低温胁迫响应下的表达规律。鉴定并克隆获得2个无内含子PmCSP基因。其中PmCSP1开放阅读框共642 bp,编码213个氨基酸残基;PmCSP2开放阅读框共603 bp,编码200个氨基酸残基。编码的多肽链均含有冷休克结构域和CCHC锌指结构域,但锌指结构域的数量有差异,PmCSP1有3个,而PmCSP2仅有2个。系统进化分析表明,PmCSPs与油松的亲缘关系更近。原生质体瞬时表达分析表明,PmCSPs蛋白主要定位于细胞核和细胞质。PmCSPs在马尾松幼苗叶和顶芽中的表达量高于其他组织。低温胁迫下,PmCSP1、PmCSP2分别在全初生叶幼苗、全次生叶幼苗中上调表达,处理8 h时PmCSPs的表达量达到最大值,表明PmCSPs是马尾松幼苗应对低温胁迫的早期响应基因,且在不同叶型幼苗中可能参与特异性调控。本研究为深入揭示PmCSP基因功能以及针叶树异生叶幼苗抗寒能力建成的调控机制提供理论依据。

• 猴樟CbADH基因上游调控蛋白筛选与验证

  张楠, 韩浩章, 张丽华, 赵荣, 李素华, 王芳

  呼吸代谢与植物耐受盐碱胁迫密切相关,乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)是植物进行无氧呼吸的关键酶,在盐碱胁迫下上调表达,对植物耐受盐碱胁迫起到了重要作用。为揭示CbADH基因参与猴樟(Cinnamomum bodinieri)耐受盐碱胁迫的分子机制,本研究以耐碱猴樟品系为材料,克隆CbADH基因启动子序列,通过酵母单杂交技术筛选出CbADH基因上游调控因子,采用双荧光素报告基因技术验证上游调控蛋白对CbADH基因启动子的功能。结果显示,获得的CbADH基因启动子片段长度为1 996 bp;CbADH基因启动子片段中包含光响应调控元件、脱落酸(abscisic acid, ABA)响应元件、分生组织表达响应元件、茉莉酸甲酯(methyl jasmonic acid, MeJA)响应调控元件、GA响应元件、压力响应元件、水杨酸(salicylic acid, SA)响应元件、愈伤组织响应元件、转录因子MYB结合位点、转录因子bHLH结合位点、转录因子WRKY结合位点。通过酵母单杂交技术共获得17个成功注释的上游调控因子,主要包括蛋白激酶超家族、氨基酸转运体、脱落酸调节休眠的中间体1 (mediator of ABA-regulated dormancy 1, MARDⅠ)锌指结构蛋白、拟南芥同源域-亮氨酸拉链(Arabidopsis thaliana homeobox 6, ATHB-6)蛋白、三糖磷酸异构酶蛋白、胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein, LEA)、酪氨酸/多巴胺脱羧酶、甘露醇脱氢酶蛋白、ATP合酶和细胞色素B5家族蛋白。双荧光素酶报告显示,CbATHB6蛋白在植物体内正向激活了CbADH基因启动子活性。以上结果表明,转录因子CbATHB6能够与CbADH基因启动子序列结合,通过调控CbADH基因的表达响应盐碱胁迫。本研究对解析猴樟呼吸代谢响应盐碱胁迫的分子机制提供依据。