2021年第9期文章目次

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  • 1  封面
    2021, 61(9):0-0.
    [摘要](46) [HTML](13) [PDF 11.78 M](101)
    摘要:
    2  目录
    2021, 61(9):0-0.
    [摘要](53) [HTML](13) [PDF 1.22 M](79)
    摘要:
    3  机器学习在微生物组宿主表型预测中的应用
    李高磊,黄玮,孙浩,李余动
    2021, 61(9):2581-2593. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200632
    [摘要](240) [HTML](76) [PDF 932.82 K](103)
    摘要:
    随着大数据时代的到来,如何将生物组学海量数据转化为易理解及可视化的知识是当前生物信息学面临的重要挑战之一。为了处理复杂、高维的微生物组数据,目前机器学习算法已被应用于人体微生物组研究,以揭示疾病背后的复杂机制。本文首先简述了微生物组数据处理方法及常用的机器学习算法,如支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)等,然后对机器学习的工作流程及其要点进行阐述,并探讨了机器学习算法在基于微生物组数据预测宿主表型方面的应用。最后以唾液微生物组数据预测口腔异味为例,实现了机器学习算法的模型构建与评估分析,并提供了可用于微生物组研究实践的R/Python代码(https://github.com/LiLabZSU/microbioML)。
    4  食药用真菌多糖对肿瘤免疫逃逸调节作用机制研究进展
    彭娟娟,李向敏,王涓,谢意珍,吴清平
    2021, 61(9):2594-2606. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200638
    [摘要](202) [HTML](114) [PDF 1.72 M](125)
    摘要:
    食药用真菌多糖是食药用真菌的主要天然生物活性成分,可以从多层次、多靶点调节机体的免疫功能,被认为是一种天然免疫调节剂。此前食药用真菌多糖抗肿瘤机制研究集中在提升机体的免疫力达到抑制肿瘤的目的,但近年的研究表明它可以调节肿瘤微环境,恢复机体对肿瘤以及肿瘤微环境的监视能力,提升机体对肿瘤微环境的特异性免疫应答能力,进而达到充分发挥其抑制和杀伤肿瘤的功能。我们课题组前期研究中也发现食药用菌多糖可以正向调节肿瘤小鼠外周血免疫细胞数量,促进免疫细胞浸润到肿瘤微环境中帮助机体识别及杀伤肿瘤细胞,改善肿瘤微环境免疫状态。本文在我们团队的研究工作的基础上,结合国内外文献总结食药用真菌多糖作为免疫调节剂在抑制肿瘤免疫逃逸中的生物活性,结合肿瘤微环境探讨其与肿瘤免疫的关系、作用机制和在肿瘤治疗中的作用,以期为食药用真菌多糖免疫治疗提供新思路。
    5  铜绿假单胞菌T6SS的组装、分泌、功能和调控
    杨建社,王帅涛,牛艳婷,林金水
    2021, 61(9):2607-2627. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200703
    [摘要](166) [HTML](108) [PDF 2.17 M](120)
    摘要:
    作为一种对抗真核细胞和原核细胞的强有力细菌武器,VI型分泌系统(type VI secretion system,T6SS)广泛存在于革兰氏阴性菌中。铜绿假单胞菌是一种对多种抗生素具有耐药性并能够在人体引发急性和慢性感染的条件致病菌,它编码3套独立的T6SS,分别为H1-、H2-和H3-T6SS。T6SS通过介导细菌间竞争、生物被膜的形成、金属离子的摄取以及与真核宿主细胞之间的相互作用,对铜绿假单胞菌在毒力和适应环境方面发挥重要作用。本文主要对铜绿假单胞菌T6SS的组装、效应蛋白的分泌、功能及调控机制展开综述,旨在为T6SS的研究提供一定的参考,并为铜绿假单胞菌感染的预防和治疗提供一定的指导。
    6  东方蜜蜂微孢子虫传染病学分析
    吴志豪,曾志将,黄强
    2021, 61(9):2628-2642. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200757
    [摘要](67) [HTML](60) [PDF 3.09 M](77)
    摘要:
    东方蜜蜂微孢子虫病是一种由东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)引起的蜜蜂传染病,已经蔓延到全球。蜜蜂感染东方蜜蜂微孢子虫后会导致早衰、哺育能力下降、生产力和繁殖能力降低,严重时可直接导致蜂群瓦解。本文从传染病学角度出发,对近10年东方蜜蜂微孢子虫病原学、流行病学和防治方法等方面进行总结,以此提高对微孢子虫的认识,为微孢子虫防治提供新思路。
    7  深海氨氧化古菌的环境适应基础及生态功能
    刘亮霆,肖湘,张宇
    2021, 61(9):2643-2662. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200769
    [摘要](123) [HTML](39) [PDF 2.16 M](90)
    摘要:
    氨氧化古菌是地球上丰度最高的微生物类群之一,驱动氮循环。尤其在深海,其相对丰度可达原核生物的20%-40%。然而,纯培养的缺乏严重阻碍了我们全面认知深海氨氧化古菌的生理特性和生态贡献。本文系统性地分析了深海环境特征与微生物适应性之间的关系,聚焦深海氨氧化古菌的潜在生存策略和代谢偏好。这些信息将有助于我们设计适用于深海氨氧化古菌的培养技术。此外,从系统发育和生理特性来看,深海氨氧化古菌与土壤或表层海洋来源的氨氧化古菌有显著区别,提示我们需要根据其特性重新估算全球海洋氮通量。
    8  新城疫病毒M蛋白在病毒毒力和复制中的作用研究进展
    段志强,周磊,韩一帆,赵佳福,嵇辛勤
    2021, 61(9):2663-2674. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200785
    [摘要](105) [HTML](68) [PDF 1.15 M](73)
    摘要:
    M蛋白是新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)基因组编码的一种非糖基化膜相关蛋白,主要位于病毒囊膜内表面,构成病毒囊膜与核衣壳连接的支架。研究表明,M蛋白是一种细胞核-细胞质穿梭蛋白,在抑制细胞基因转录和蛋白质合成以及协助病毒粒子组装和出芽方面发挥了重要作用。目前,国内外对NDV毒力和复制的关系研究主要集中在病毒的F、HN和V蛋白以及RNP复合体,但是近年来研究人员利用反向遗传操作技术研究发现M蛋白与NDV毒力和复制也存在一定的联系。因此,本文主要对NDV M蛋白的结构特征、M蛋白对NDV毒力和复制的影响及其作用机制进行综述,以期为NDV M蛋白的功能研究提供新的理论参考。
    9  威海天鹅湖大叶藻(Zostera marina)与日本鳗草(Zostera japonica)根际微生物群落结构及其驱动机制
    孙延瑜,宋增磊,刘鹏远,张海坤,胡晓珂
    2021, 61(9):2675-2692. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200618
    [摘要](84) [HTML](70) [PDF 2.02 M](83)
    摘要:
    [目的] 本文以威海天鹅湖大叶藻和日本鳗草根际沉积物为主要研究对象,探究不同生长时期的海草根际微生物群落结构多样性,并分析导致微生物群落结构差异的内在因素。[方法] 选取威海天鹅湖大叶藻和日本鳗草根际沉积物与非草区表层沉积物,采用高通量测序技术(Illumina MiSeq platform)解析海草不同生长时期下根际与非草区微生物群落特征。[结果] 微生物群落结构差异由海草生长时期以及海草是否定植共同驱动。在海草成熟期,丙酸菌属(Propionigenium)在大叶藻与日本鳗草根际有明显富集,其相对丰度分别为11.58%和14.26%;在海草幼苗期,脱硫球茎菌科(Desulfobulbaceae)在海草根际富集(大叶藻:2.299%,日本鳗草:4.092%);在海草衰退期时,硫卵菌属(Sulfurovum)的相对丰度在根际较高(大叶藻:5.624%,日本鳗草:3.749%)。此外,海草生长时期对不同样品之间微生物群落结构差异的解释度最大(R2=0.20335,P=0.002)。PICRUSt2功能预测结果表明各功能基因在海草不同生长时期所呈现的趋势一致,但丰度上呈现出幼苗期 > 成熟期 > 衰退期的结果。[结论] 天鹅湖海草床沉积物微生物群落结构在海草不同生长时期呈现不同的多样性特征,具有明显的根际效应且不同种类海草的根际微生物群落无显著差异,不具有物种特异性。
    10  食源米曲霉菌株的分离及其降解高效氯氰菊酯和3-苯氧基苯甲酸的特性研究
    赵恬叶,张梦梅,陈媛,王熙,刘爱平,何利,邹立扣,李建龙,刘书亮
    2021, 61(9):2693-2708. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200634
    [摘要](96) [HTML](58) [PDF 15.86 M](181)
    摘要:
    [目的] 通过研究不同食源米曲霉菌株对高效氯氰菊酯(beta-cypermethrin,β-CP)及其必经代谢产物3-苯氧基苯甲酸(3-phenoxybenzoic acid,3-PBA)的降解特性,了解不同菌株的降解共性及差异性,为农副产品和发酵食品的农残减除提供理论基础和食品用安全微生物资源。[方法] 以发酵食品为菌源,通过形态学鉴定、ITS测序和菌株产黄曲霉毒素B1(AFB1)的测定筛选鉴定米曲霉菌株,采用高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-质谱法(GC-MS)、液相色谱-质谱法(LC-MS)对米曲霉模式菌株RIB40(保藏编号:ATCC 42149)、米曲霉M4(保藏编号:CGMCC 11645)和鉴定获得的米曲霉菌株的β-CP和3-PBA降解特性进行研究。[结果] 鉴定获得15株不产AFB1的食源米曲霉,17株米曲霉在马铃薯液体培养基(PD)中振荡培养5 d,对50 mg/L的β-CP降解率为19.33%-50.29%不等,检测到降解产物3-PBA,对50 mg/L的3-PBA降解率为45.59%-99.67%不等;分别在添加50 mg/L β-CP和3-PBA的无机盐培养基(MM)中振荡培养5 d,米曲霉菌株均未生长,对β-CP和3-PBA无降解;在富集培养基(GM)中振荡培养2 d,对100 mg/L的3-PBA转化或降解率为69.28%-99.58%不等,检测到3-苯氧基苄醇(3-PBlc)和羟基-3-苯氧基苯甲酸(HO-3-PBA)。[结论] 食源米曲霉具有共代谢降解β-CP和3-PBA的共性,3-PBA为β-CP降解中间产物,米曲霉对3-PBA普遍具有较高的降解率。在3-PBA降解初期,米曲霉可将其短暂还原生成毒性相对较低的3-PBlc,同时,3-PBA逐渐羟基化生成水溶性更强的HO-3-PBA参与下游降解。
    11  环梅山岛海域春季浮游古菌群落空间分布特征研究
    闫慧贞,徐邹洋,陈文杰,王璐,刘倩,高岭岭,侯丹迪,张德民,王凯
    2021, 61(9):2709-2725. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200670
    [摘要](68) [HTML](42) [PDF 4.72 M](82)
    摘要:
    [目的] 海洋浮游古菌是生物地球化学循环的关键驱动者,但其在近岸海域的水平空间分布特征还未被充分了解。本研究以与陆地紧密相连的环梅山岛海域为例研究浮游古菌在海陆过渡带的水平分布模式。[方法] 利用16S rRNA基因扩增子测序,以期从优势类群分布、群落组成变化和物种共现模式3个层面揭示梅山湾潟湖区和临近海域春季浮游古菌的空间分布特征。[结果] 该海域浮游古菌在原核生物群落中的相对丰度为0.6%-26.5%,向海侧古菌丰度显著高于潟湖区。浮游古菌群落由奇古菌门Marine Group(MG)I和广古菌门MGII主导,MGI的物种组成较为单一,而MGII的系统发育多样性较高。古菌群落的空间分布受同质扩散、环境选择和非主导过程(包括生态漂变)的共同塑造,其中环境选择主要由悬浮颗粒物、硝酸盐、溶解氧、水温和铵盐驱动。通过网络分析发现MGI与红杆菌科细菌呈广泛的负相关,MGII则普遍与SAR11、SAR116和SAR86等异养细菌类群呈正相关。[结论] 本研究初步揭示了环梅山岛海域春季浮游古菌群落的空间分布特征及其调控因子,拓展了对古菌在海陆过渡带分布规律的认识。
    12  靶向破坏铜绿假单胞菌生物被膜的定向蛋白投放技术
    王帅涛,牛艳婷,张恒,李盼欣,张宁梅,成娟丽,林金水
    2021, 61(9):2726-2748. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200680
    [摘要](77) [HTML](66) [PDF 9.90 M](64)
    摘要:
    [目的] 随着合成生物学的发展,通过在细菌体内设计合成复杂、多功能的基因线路进行靶向治疗已经取得巨大进展。虽然这种使用细菌作为治疗传递系统,选择性地在体内释放有效治疗成分的方式具有极大优势,但是如何使细菌在代谢负荷增加较低的情况下有效地分泌功能蛋白并发挥作用依旧是一个难题。[方法] 针对这一难题,本研究提供了一种新的策略,即以细菌中广泛存在的蛋白类杀菌素和丝状噬菌体等相关编码基因作为生物模块,通过对铜绿假单胞菌的这些内源生物模块的重新编排和组装,构建了一种能在特定条件下裂解并投放功能蛋白的工程菌。为了评价工程菌中构建的生物模块能否工作,本研究选择胞外多糖水解酶PelA和PslG作为工程菌投放的功能蛋白,以此构建了工程菌PAO1102。通过对铜绿假单胞菌生物被膜的破坏实验、抑制形成实验以及抗生素耐药性实验,检验PAO1102对铜绿假单胞菌生物被膜的破坏和预防效果。[结果] 与对照组相比,工程菌PAO1102的处理可以显著破坏已形成的生物被膜并抑制生物被膜的形成,同时还可显著增强生物被膜中的细菌对妥布霉素的敏感性,且这些功能主要通过外界Pf4丝状噬菌体侵染并使工程菌裂解而释放功能蛋白这一途径实现的。[结论] 本研究所构建的工程菌可以作为一种微生物工具,用于靶向破坏铜绿假单胞菌生物被膜。在后续的研究中可根据不同的需求,在工程菌中表达不同的功能基因并实现功能蛋白的定向投放,从而执行不同的生物学功能。
    13  传统豆瓣酱微生物群落发酵演替规律及其功能分析
    贾云,钮成拓,郑飞云,刘春凤,王金晶,李崎
    2021, 61(9):2749-2764. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200683
    [摘要](124) [HTML](80) [PDF 5.13 M](114)
    摘要:
    [目的] 解析中国传统豆瓣酱发酵过程中的微生物群落演替规律和理化代谢物质变化,探讨不同发酵阶段影响豆瓣酱风味的核心功能微生物。[方法] 采用高通量测序解析豆瓣酱发酵过程中的微生物群落结构和演替,并跟踪检测发酵过程中的理化代谢物质,然后分析微生物群落和理化代谢物质变化之间的相关性,最后在体外分离核心微生物并对其功能特性进行验证。[结果] 细菌和真菌群落结构在发酵前期显著变化,并在中后期逐渐趋于稳定。优势细菌主要是StaphylococcusBacillusWeisiella,其中Staphylococcus在整个发酵过程中呈上升趋势,而BacillusWeisiella呈下降趋势。真菌群落结构较为简单且稳定,其中Aspergillus在整个发酵过程中的平均丰度占真菌总群落的97%以上,Zygosaccharomyces呈先上升后下降的趋势。相关性分析和体外功能验证表明,功能微生物(Aspergillus oryzaeBacillus subtilisStaphylococcus gallinarumWeisiella confusaZygosaccharomyces rouxii)在不同发酵阶段发挥着不同的关键作用。[结论] 在成曲和发酵前期Aspergillus oryzaeBacillus subtilis分泌各种酶来降解大分子物质,Aspergillus oryzaeStaphylococcus gallinarumWeisiella confusa导致了酱醅的酸化和氨基酸的生成,而耐盐的Zygosaccharomyces rouxii在发酵中后期对风味物质的形成起重要作用。
    14  嗜水气单胞菌zntR调控的生理功能及其机制研究
    林月绪,张丽珊,陈加臻,农添植,邢方婷,林向民,谢小芳
    2021, 61(9):2765-2775. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200684
    [摘要](74) [HTML](58) [PDF 5.27 M](89)
    摘要:
    [目的] ZntR是一种金属调控蛋白,可催化锌外排基因的转录激活,防止细胞内二价Zn离子过量,但其对细菌生理功能的影响目前尚不清楚。[方法] 本研究构建了嗜水气单胞菌ATCC7966(Aeromonas hydrophilaA.h)的zntR缺失株及补救株,对菌株的生物被膜形成能力、溶血活性、运动能力和响应金属离子胁迫等生理表型进行评估。[结果] 敲除zntR基因的菌株对锌和铬离子胁迫敏感、对钴离子胁迫耐受,并且生物被膜形成能力下降、运动能力增强,这些表型在其补救菌株中均能得到恢复。进一步利用DIA定量蛋白质组学技术比较野生株和zntR缺失株的蛋白表达差异,发现ZntR还可能参与双组分系统、细菌的趋化性等代谢通路的调控。[结论] 该研究结果可为今后深入探讨zntR转录因子参与细菌生理功能的调控机制提供理论依据。
    15  非小细胞肺癌患者肠道微生物特征分析
    袁文杰,郭亚琼,韩毅,朱宝利
    2021, 61(9):2776-2790. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200686
    [摘要](62) [HTML](47) [PDF 2.54 M](67)
    摘要:
    [目的] 分析非小细胞肺癌患者与肺部良性病变患者肠道微生物的构成差异,探究特异肠道菌群对非小细胞肺癌发生发展的影响。[方法] 收集63例患者粪便样本,非小细胞肺癌患者39例,其中肺腺癌(ADC)32例,肺鳞癌(SCC)7例,肺部良性病变患者24例,进行16S rDNA测序。[结果] 毛螺菌属(Lachnospira)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、粪杆菌属(Faecalibacterium)、罗氏菌属(Roseburia)和纺锤链杆属(Fusicatenibacter)在肺腺癌患者中显著富集,在肺鳞癌和肺部良性病变中无明显差异。嗜血杆菌属(Haemophilus)、普雷沃菌属(Prevotella)、链球菌属(Streptococcus)和柠檬酸杆菌属(Citrobacter)在肺部良性病变患者肠道中显著富集。[结论] 非小细胞肺癌患者与肺部良性病变患者肠道中均存在特异的微生物菌群。
    16  微生物菌群协同提高水稻秸秆转化机制的解析
    崔鸿亮,刘长莉,李春雅,宋志峰,杨雅静,王炎伟
    2021, 61(9):2791-2805. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200691
    [摘要](116) [HTML](56) [PDF 1.16 M](103)
    摘要:
    单一微生物降解水稻秸秆效果不明显,多种微生物组合在一起的微生物菌群能够有效降解水稻秸秆,是当前降解秸秆类废物的首要选择。[目的] 探究微生物菌群比单一菌株转化秸秆效率提高的种间协作机制,为改善秸秆类物质的生物降解过程提供理论参考。[方法] 通过菌种组合,以水稻秸秆减重率为指标人工构建出降解效果优于单菌培养的微生物群体组合,利用分子生物学方法对实验菌株进行鉴定,结合纤维素酶活性、发酵产物GC-MS分析等指标得出水稻秸秆降解时微生物群体的种间协作机制。[结果] 菌株B(Bacillus cereus)在30℃培养8 d水稻秸秆降解率为50.9%,菌株B与菌株D2Bacillus amyloliquefaciens)、W1Ochrobactrum intermedium)、G1降解(Bacillus licheniformis)组合构成4株菌BD2W1G1的复合菌群,在30℃培养8 d水稻秸秆降解率为73.3%,比B单菌株分解能力提高22.4%。发酵产物分析结果表明,菌株B单独培养产生大量酸、酚等物质。B+D2联合培养,发酵液内酸类相对减少87.4%,酚类相对减少61.9%(十五烷酸、正十六烷酸、2,4二叔丁基酚和6-叔丁基对甲酚减少明显),水稻秸秆降解率为64.6%。当B+D2+W1联合培养,发酵液内酚类进一步减少15.7%(6-叔丁基对甲酚减少明显),水稻秸秆降解率为71.0%。当B+D2+W1+G1联合培养,酚类继续减少10.7%,水稻秸秆降解率为73.3%。[结论] 十五烷酸、正十六烷酸、2,4二叔丁基酚和6-叔丁基对甲酚等酸、酚类物质会抑制菌株B分解水稻秸秆的效率,菌株D2、W1、G1能够减少包括4种物质在内的酸、酚类含量(酸类共减少82.9%,酚类共减少88.2%),来提高分解效率(共提升22.4%的分解效果)。水稻秸秆成分复杂,具有不同功能的菌种组合成复合菌剂,减少反馈抑制形成代谢互补,能有效提高水稻秸秆生物降解效果。
    17  枯草芽孢杆菌刺激小鼠肠上皮细胞分泌的IL-33在活化树突状细胞中发挥重要作用
    牟春晓,孟慧,朱立麒,陈振海
    2021, 61(9):2806-2814. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200694
    [摘要](51) [HTML](81) [PDF 770.45 K](61)
    摘要:
    [目的] 枯草芽孢杆菌能有效诱导肠道黏膜免疫应答,但活化黏膜下树突状细胞(DC)的具体机制不完全清楚。[方法] 本研究首先用不同浓度枯草芽孢杆菌刺激小鼠肠上皮CMT93细胞,用荧光定量PCR和ELISA检测细胞因子表达水平,然后将枯草芽孢杆菌刺激细胞的培养上清与小鼠骨髓源树突状细胞(BMDC)进行共孵育,用流式细胞术检测BMDC活化标志,最后用RNA干扰技术证明IL-33在活化BMDC中的作用。[结果] 枯草芽孢杆菌能显著刺激CMT93细胞分泌IL-6、IL-33和IFN-g等细胞因子,对刺激IL-33表达呈现剂量依赖性;枯草芽孢杆菌刺激CMT93细胞产生的细胞因子能活化BMDC,在RNA干扰IL-33基因表达和枯草芽孢杆菌刺激后,CMT93细胞培养上清活化BMDC的能力显著降低。[结论] 本研究结果表明枯草芽孢杆菌刺激肠上皮细胞产生的IL-33在BMDC活化中具有重要作用。
    18  一种来源于喜热梭孢壳的耐热型β-甘露聚糖酶
    施鑫磊,方韵颖,尉俏女,王佳堃,斯越秀,陈忠法,钱国英,尹尚军,王谦
    2021, 61(9):2815-2828. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200697
    [摘要](39) [HTML](35) [PDF 2.44 M](46)
    摘要:
    [目的] 本文旨在挖掘满足工业加工所需的新型耐热β-甘露聚糖酶。[方法] 从丝状真菌喜热梭孢壳中克隆甘露聚糖酶基因Mtman1,利用毕赤酵母表达系统进行异源表达,研究重组酶的酶学性质和热处理过程中蛋白构象变化情况。[结果] 序列分析显示,Mtman1基因编码409个氨基酸,包含一段20个氨基酸的信号肽序列和一个GH5家族结构域;经毕赤酵母表达的重组MtMAN1蛋白约为60 kDa,存在N-糖基化修饰,该酶的最适反应pH和温度分别为6.0和70℃,催化刺槐豆胶底物的KmVmax分别为4.28±0.73 mg/mL和203.9±14.61 μmol/(s·mg);MtMAN1在60℃下十分稳定,在80℃、90℃和100℃下处理10 min后,分别能维持(68.23±7.47)%、(56.01±5.69)%和(14.91±2.92)%的残余活性,且二级结构和最大发射波长基本没有发生变化,提示其构象维持稳定;此外,该酶对较低浓度的Fe2+(<0.1 mmol/L)、Cu2+(<0.1 mmol/L)、Ca2+(<0.5 mmol/L)、Mg2+(<0.1 mmol/L)或Zn2+(<0.1 mmol/L)耐受能力较强。[结论] MtMAN1是一种耐热的β-甘露聚糖酶,在饲料制粒等需要高温处理的工业加工工艺中具有较好的应用前景。
    19  多酶组合催化制备L-高苯丙氨酸
    刘佳,宋伟,郭亮,陈修来,高聪,刘立明
    2021, 61(9):2829-2842. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200699
    [摘要](43) [HTML](45) [PDF 1.72 M](54)
    摘要:
    [目的] L-高苯丙氨酸(L-HPA)是许多医药化学品的重要中间体,化学合成法生产L-HPA反应复杂、环境污染严重,本研究旨在开发高效环保的L-HPA酶法合成路线。[方法] 采用模块化组装的方法,构建了一条以甘氨酸和苯乙醛为底物高产L-HPA的新途径。[结果] 首先,根据文献挖掘设计了一条由苏氨酸醛缩酶(TA)、苏氨酸脱氨酶(TD)、苯丙氨酸脱氢酶(PheDH)和甲酸脱氢酶(FDH)组成的多酶组合催化途径,用于L-HPA的合成。其次,根据氨基基团的引入和重构,将L-HPA多酶组合催化途径分为基础单元和扩增单元,基础单元包括TA和TD,扩增单元包括PheDH和FDH。然后,利用不同表达水平的质粒,对基础单元和扩增单元进行蛋白表达的组合调节,获得最优工程菌BL21-C-M1-R-M2,使L-HPA产量达到208.6 mg/L。最后,我们对全细胞转化体系进行优化,使L-HPA产量进一步提高到1226.6 mg/L,苯乙醛摩尔转化率为34.2%。[结论] 该工艺路线绿色高效,为未来大规模生产L-HPA奠定基础。
    20  基于RNA-Seq技术分析鼠源宿主防御肽对铜绿假单胞菌成熟生物被膜的清除作用
    张阳,程鹏,熊静,李晓芬,李会,王士源,彭练慈,韩玉竹,刘娟,陈红伟
    2021, 61(9):2843-2853. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200704
    [摘要](46) [HTML](53) [PDF 1.49 M](51)
    摘要:
    [目的] 利用RNA-Seq技术探究修饰后的鼠源宿主防御肽CRAMP对铜绿假单胞菌PAO1成熟生物被膜的影响。[方法] 采用结晶紫法检测生物被膜量,激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)观察生物被膜形态学变化;利用Illumina二代高通量测序平台,采用PE150测序策略分析了CRAMP修饰肽干预PAO1生物被膜与对照组在转录水平的基因表达差异;利用1,3-萘二酚方法测定了PAO1生物被膜中藻酸盐含量。[结果] CRAMP修饰肽能显著减少PAO1成熟生物被膜量,并且在0.98-62.50 μg/mL范围内呈一定浓度依赖性,CLSM显示CRAMP修饰肽能够显著减少细菌总荧光强度。转录组测序获得了12636700段干净读对,共鉴定出1582个差异基因,发现800个基因表达上调,782个基因表达下调。GO功能富集分析显示,1226个基因比对到GO功能分析数据库,在这些差异表达基因中,与分子功能、生物过程和细胞组成有关。KEGG通路富集分析显示,有603个表达差异显著基因比对到KEGG中的96条代谢途径,其中主要是各类氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径、三羧酸循环、生物被膜调控系统等。分析发现CRAMP修饰肽可能作用于PAO1 c-di-GMP系统,增强细菌运动性和生物被膜分散,并且与其密度感应(quorum sensing,QS)系统和藻酸盐合成相关。最后经验证,CRAMP修饰肽显著减少了PAO1成熟生物被膜中藻酸盐的含量。[结论] CRAMP修饰肽对PAO1成熟生物被膜具有明显的清除作用,且能导致成熟生物被膜藻酸盐含量下降。通过转录组数据分析,可能是由于CRAMP修饰肽使PAO1 c-di-GMP水平下调导致的,具体机制还有待进一步探究。
    21  克雷伯氏菌属(Klebsiella)细菌比较基因组学分析揭示多复制子抗性质粒介导广泛的抗性基因传播
    王雪,赵佳男,刘智慧,张立敏,常晗,秦姣,朱云芸,胡国成,胡诗佳,阳建春,贾仲昕,李俊保,鞠厚斌,王承民,季芳,秦建华
    2021, 61(9):2854-2868. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200710
    [摘要](67) [HTML](64) [PDF 6.05 M](132)
    摘要:
    [目的] 研究克雷伯氏菌与多复制子抗性质粒间的关系,分析细菌携带多复制子质粒对抗生素环境的响应机制。[方法] 以2018-2020年分离的56株不同来源克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)分离株为研究对象,利用微量肉汤稀释法评估其多重耐药表型,对分离菌株进行全基因组测序(WGS),通过细菌全基因组关联分析(BGWAS)技术和比较基因组学方法深入解析多复制子抗性质粒形成的机制。[结果] 耐药表型分析发现野生动物来源的菌株具有更广的耐药谱系,总体Klebsiella sp.对氨苄西林表现出很高的耐药率(80.36%),尤其是马来穿山甲来源菌株对头孢类抗生素高度耐受,同时对氯霉素、左氧氟沙星和复方新诺明等药物耐受,基因组分析发现这些菌株携带了抗性质粒和更多的抗生素抗性基因。进一步对69个质粒序列分析,发现有28个质粒为多复制子质粒,主要携带blaCTX-M-15blaCTX-M-14blaCTX-M-55blaOXA-1blaTEM-1等β-内酰胺酶基因。细菌携带质粒类型分析认为Klebsiella pneumoniae可能是多复制子质粒的重要宿主,质粒骨架与结构分析发现多复制子质粒多由2个或2个以上单个质粒融合而成,携带此类质粒的菌株不仅获得了更广的耐药表型,而且在全球传播扩散分布逐年增加,因此产生对抗生素环境更强的适应性。[结论] 多重耐药性细菌呈现的表型与携带的多复制子质粒有关,相比较下多复制子质粒比非多复制子质粒有更强的抗性基因携带能力,或许是细菌在强大的抗生素压力下产生的重要响应机制。本研究对于未来探索细菌抗性基因的传播扩散机制具有重要意义。
    22  饲料油菜压青还田对后作小麦土壤真菌群落的影响
    李晋,杨晓晓,杨文平,李文广,景豆豆,杨珍平,高志强
    2021, 61(9):2869-2882. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200713
    [摘要](60) [HTML](41) [PDF 1.29 M](57)
    摘要:
    [目的] 从真菌群落角度揭示麦后复种饲料油菜作绿肥对土壤的培肥效果。[方法] 以常规冬小麦-夏玉米一年两作为对照(CK),采用Illumina Miseq高通量测序技术,探讨麦后复种饲料油菜不同播量(S:小播量;M:中播量;L:大播量)与还田时期(D1:9月10日;D2:9月20日;D3:9月30日)下土壤真菌丰度和群落结构。[结果] 与对照相比,随油菜播量增加,还田生物量显著增加,小麦产量先增后减,中播量中期还田产量最高;此外,播量增加,还田时间应提前。饲料油菜还田显著降低了土壤真菌OTU数量和丰富度指数(ACE和Chao1)。真菌群落组成方面,门水平下优势菌群主要有子囊菌门、担子菌门、接合菌门和壶菌门,纲水平下油菜还田相比对照优势真菌所占比例增加。功能预测结果表明,腐生营养型是土壤真菌主要营养类型,占比41.32%-50.72%;且还田后兼性功能营养类群增加至30.05%-40.10%;同时显著提高被孢霉属、枝顶孢属、毛壳菌属、青霉菌属等具有生防功能有益菌的丰度。[结论] 在晋南旱地麦区推广饲料油菜还田有利于改善土壤真菌群落结构;本试验条件下,油菜中播量种植,9月20日还田为最优措施。
    23  蓝藻挥发物α-紫罗酮诱导莱茵衣藻细胞程序性死亡
    尹佳雯,竺凯琪,叶冰琪,刘佳露,余乾鹏,徐孙,孙晴,左照江
    2021, 61(9):2883-2890. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200725
    [摘要](40) [HTML](64) [PDF 1.92 M](64)
    摘要:
    [目的] 蓝藻挥发性有机化合物(VOCs)对其他藻类的化感作用可促进蓝藻成为富营养化水体优势种群,本研究旨在以VOCs主要成分α-紫罗酮为例揭示其化感致死机制。[方法] 采用α-紫罗酮处理莱茵衣藻,测定藻细胞生长以及致死浓度下藻细胞光合性能、caspase-likes活性和DNA ladders。[结果] 采用0.05和0.1 mmol/L α-紫罗酮处理24 h后,莱茵衣藻细胞生长均受到明显抑制,其中0.1 mmol/L处理时部分藻细胞发生死亡,死亡率为38.3%。采用0.2 mmol/L α-紫罗酮处理时,藻细胞全部死亡,同时光合色素逐渐降解、Fv/Fm逐渐降低并消失,这表明藻细胞死亡并非坏死。在藻细胞死亡过程中,caspase-9-like和caspase-3-like活性明显增强;DNA在处理1 h时出现ladders,并逐渐降解为100-250 bp片段。[结论] 这表明蓝藻VOCs可通过诱导细胞程序性死亡以发挥化感作用。
    24  丙酮酸和乙酰-CoA协同促进L-亮氨酸的合成
    徐建中,刘洁,王颖妤,张伟国,刘立明
    2021, 61(9):2891-2906. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200733
    [摘要](50) [HTML](45) [PDF 1.26 M](53)
    摘要:
    [目的] 通过理性改造柠檬酸合酶(citrate synthase,CS)、丙酮酸脱氢酶系E1p(pyruvate dehydrogenase complex,PDHC,编码基因aceE)和ATP-柠檬酸裂解酶(ATP-Citrate lyase,ACL),有效供应胞内丙酮酸和乙酰-CoA,以提高L-亮氨酸产量。[方法] 以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为底盘细胞,分析不同CS和PDHC酶活水平对L-亮氨酸合成的影响。随后,考查协同改造CS和PDHC或引入绿硫菌(Chlorobium tepidum)中ACL对L-亮氨酸合成的影响。[结果] 低强度的CS酶活(即重组菌XL-3 PdapA-R2gltA)有利于L-亮氨酸的合成,L-亮氨酸产量达到17.5±0.6 g/L。而改变PDHC酶活水平不利于L-亮氨酸的合成。此外,以启动子PdapA-R2控制CS表达,而以启动子PgapA控制PDHC表达时(即重组菌XL-4),可实现胞内丙酮酸和乙酰-CoA的有效供给,L-亮氨酸产量达到20.2±1.7 g/L,且显著降低副产物产量。若在重组菌XL-4中引入C.tepidum,ACL会显著抑制菌体生长而不利于L-亮氨酸合成,而引入到出发菌XL-3中因胞内丙酮酸和乙酰-CoA得到有效供给,目标重组菌XL-5 L-亮氨酸产量达到18.5±1.2 g/L,比出发菌株XL-3增加了14.2%。[结论] 重组菌XL-4中因协同控制CS和PDHC酶活,从而实现胞内丙酮酸和乙酰-CoA有效供给,促进L-亮氨酸的合成。该研究结果对后续利用代谢工程技术强化微生物合成L-亮氨酸等支链氨基酸具有重要的参考价值。
    25  β-半乳糖苷酶和阿拉伯糖异构酶共表达一步法催化乳糖到塔格糖
    李志月,张显,饶志明,张荣珍
    2021, 61(9):2907-2920. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200741
    [摘要](58) [HTML](39) [PDF 2.69 M](51)
    摘要:
    [目的] 构建一株以廉价原料乳糖为底物合成塔格糖的重组菌株,实现一步法高效生物合成稀有糖——塔格糖。[方法] 从Escherichia coli K-12基因组中,PCR扩增出阿拉伯糖异构酶araA和β-半乳糖苷酶lacZ基因,以SD-AS为连接子,利用pET28a-1载体串联表达于Escherichia coli BL21(DE3),获得重组菌E.coli BL21/pET28a-araA-lacZ,对重组菌全细胞催化合成塔格糖的条件进行了工艺优化与放大研究。[结果] araAlacZ基因在E.coli BL21中同时高效表达,在最优条件(pH 8.0、温度50℃、5 mmol/L Mn2+、添加0.5 mol/L硼酸和0.1% SDS)下,E.coli BL21/pET28a-araA-lacZ全细胞转化100 g/L乳糖,合成塔格糖最高产量达24.03±2.03 g/L,乳糖到塔格糖的摩尔转化率为45.67%,随着底物乳糖浓度的提高,塔格糖产量呈不同程度的提高,当投加500 g/L底物乳糖时,全细胞合成塔格糖产量最高达83.81±1.38 g/L。[结论] 通过2个关键靶酶的编码基因araAlacZ在E.coli BL21细胞中进行共表达,实现了以重组菌全细胞为催化剂转化廉价底物乳糖,一步法高效合成稀有糖塔格糖,该研究为生物法制备低能量的功能性稀有糖奠定了较好的研究基础。
    26  组装断裂导致宏基因组来源的基因组污染度高估的评估与修正
    李浩,杨东旭,温林冉,郑伟,郭峰
    2021, 61(9):2921-2933. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200761
    [摘要](32) [HTML](40) [PDF 1.96 M](41)
    摘要:
    [目的] 识别并修正由断裂的标记基因引起的来自宏基因组测序组装的基因组污染度的高估。[方法] 利用纯菌完整基因组构造的模拟数据来分析断裂基因对基因组质量评估的影响以及设定矫正参数,基于nr库的分类学注释结果来判定2个断裂标记基因(即断裂基因对)是否来自于同一标记基因,在剔除断裂冗余基因后重新计算污染度。[结果] 基于纯菌完整基因组模拟打断数据的结果表明基因组片段化程度越高,基因组的污染度越高,并且该现象在分箱获得的微生物基因组草图中也有体现。我们设计的矫正流程能将纯菌模拟打断数据的污染度纠正到完整基因组的水平。在对760个肠道和土壤宏基因组来源的污染度大于0的基因组草图进行矫正后,接近半数基因组的污染度降低,其中43个基因组的污染度降至0。[结论] 我们的流程可以在一定程度上矫正由断裂基因引起的基因组污染度的高估,提高分箱基因组草图的可利用率,并可应用于需求日益增加的宏基因组来源的基因组质量评估中。
    27  不同来源植物乳杆菌基因组结构和功能差异的比较研究
    刘超楠,王金铭,南韦肖,司华哲,张新宇,蔡熙姮,刘晗璐
    2021, 61(9):2934-2948. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200795
    [摘要](92) [HTML](83) [PDF 2.27 M](85)
    摘要:
    [目的] 本试验研究不同来源植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)基因特点以及在不同环境下其基因多样性,探究2株L.plantarum A8和P9在肠道生境及植物表面适应性的异同,为优良菌株的开发提供理论基础。[方法] 本研究对从动物肠道和植物表面分离获得的L.plantarum A8和L.plantarum P9的基因组进行分析,利用第二代测序技术(NextGeneration Sequencing,NGS),基于Illumina NovaSeq测序平台,同时利用第三代单分子测序技术,基于PacBio Sequel测序平台,对L.plantarum A8和L.plantarum P9进行测序。采用Carbohydrate-active enzymes(CAZy)、Koyto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)和Clusters of orthologous genes(COG)数据库对基因组进行功能注释;采用CGView软件绘制菌株的基因组环形图谱。应用比较基因组学与已经公开发表的其他L.plantarum基因组进行比较分析。[结果] 由研究可知L.plantarum A8和L.plantarum P9基因组大小存在差异,通过构建系统发育树发现2株菌与其他来源的L.plantarum分在同一分支,并且L.plantarum P9与母乳来源的L.plantarum WLPL04菌株距离最近,而L.plantarum A8与L.paraplantarum DSM10667距离最近。通过基因家族分析可知,2株菌共有基因为2643个,其中包括一些抗应激蛋白如热休克蛋白、冷休克蛋白。L.plantarum A8和P9独特基因分别为321和336个,L.plantarum A8中独特基因主要参与DNA复制、ABC转运系统(ABC transfer system)、PTS系统(phosphotransferase system)、磺酸盐转运系统、氨基酸生物合成等代谢通路;L.plantarum P9的独特基因以参与碳水化合物的运输和代谢基因居多,例如rpiA基因、lacZ基因、FruA基因等。[结论] 通过比较基因组学方法解析L.plantarum的基因组信息,发现动物肠道来源的L.plantarum具有较好的氨基酸转运能力,植物表面附着的L.plantarum菌株具有较好碳水化合物利用能力,从而为益生菌的开发与利用提供理论依据。
    28  茶轮斑病对茶树叶片内生真菌群落结构的影响
    王桥美,严亮,胡先奇,彭文书,杨瑞娟,刘丽,刘沛,东晔
    2021, 61(9):2949-2961. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20200799
    [摘要](66) [HTML](73) [PDF 4.53 M](96)
    摘要:
    [目的] 茶树叶片内生真菌长期与茶树协同进化,互利共生,在生物和非生物胁迫的生态系统中对茶树起着重要的保护作用,其群落结构组成相对稳定,但在外界因素的影响下,也会发生一定的变化。然而,关于生物胁迫对茶树叶片内生真菌群落结构的影响还缺乏系统的研究。因此,对生物胁迫下叶片内生真菌群落结构的多样性研究具有重要意义。[方法] 本研究采用高通量测序技术,测序了茶轮斑病发病茶树叶片和健康茶树叶片的内生真菌ITS rRNA基因的ITS1区序列,对比分析了内生真菌的多样性和群落结构组成。[结果] 结果表明,发病组叶片的内生真菌多样性和物种丰度均低于健康组。在门分类水平上,2组样本的优势菌群均为子囊菌门(Ascomycota),在属分类水平上,发病组的优势菌群为炭疽菌属(Colletotrichum)和假拟盘多毛孢属(Pseudopestalotiopsis),而健康组的优势菌为枝孢属(Cladosporium)。此外,2组样本内生真菌在群落结构组成上也有显著差异,发病组中假拟盘多毛孢属(Pseudopestalotiopsis)、炭疽菌属(Colletotrichum)和节菱孢属(Arthrinium)的相对丰度显著高于健康组,健康组中被孢霉属(Mortierella)、曲霉属(Aspergillus)、织球壳菌属(Plectosphaerella)、Lectera、葡孢霉属(Botryotrichum)、青霉菌属(Penicillium)、赤霉属(Gibberella)、毛壳菌属(Chaetomium)、Lulwoana和轮枝孢属(Verticillium)的相对丰度显著高于发病组。[结论] 综上,茶轮斑病的发生改变了茶树叶片内生真菌的群落结构,使少数物种优势生长。通过研究,明确了真菌病害对茶叶内生真菌群落结构的影响,为病菌的致病机理研究奠定基础,为茶树病害防治提供理论依据。

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