- 彭佳妮;孙喆;张学礼;
随着合成生物学与微生物代谢工程的快速发展，微生物细胞工厂的构建取得显著进展，为传统依赖化石资源的工业生产向以可再生资源为基础的绿色生物合成转型提供支撑。通过微生物细胞工厂实现化学品的生物合成，不仅有显著的环境与经济效益，还为大宗和高附加值化学品及生物燃料等的可持续生产提供了关键技术支持。然而，微生物的代谢工程改造在当前仍面临诸多问题，包括中间代谢物积累、关键酶活力不足以及目标产物产量和转化率低等，制约了其工业化应用。针对这些问题，转录调控因子型生物传感器凭借其信号感受和输出能力，在动态优化微生物代谢通量，提高关键酶活性及优势菌株高通量筛选中发挥着重要作用，成为解决相关瓶颈的关键工具。系统综述了转录调控因子型生物传感器的分类与特性，归纳了其在信号感知元件、信号转导元件及信号输出元件优化中的策略。同时，探讨了其在代谢流动态调控、代谢途径优化及高通量筛选中的实际应用，并对该领域未来的发展方向进行了展望。
2025年05期 v.42;No.247 10-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1514K] [下载次数：44 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 黄晓珍;王祯;杨红静;沈来伟;张勇;张建栋;杨广宇;
系统综述基于合成生物学手段改造尼古丁降解微生物及关键酶的策略，并重点阐述改造菌株与酶在烟草废弃物生物修复、高附加值化合物生物合成及烟叶品质改良这三大领域的应用进展。同时指出，技术产业化仍面临工程菌株环境适应性不足、碳源代谢抑制效应显著等瓶颈。未来研究应着力于：利用合成生物学优化底盘微生物性能；整合多组学技术解析代谢调控网络；探索降解产物的高值化利用途径等方面，以构建“污染物高效处理-资源循环再生”的绿色技术体系。旨在为尼古丁污染治理与资源化利用系统性解决方案提供参考，促进烟草行业可持续发展及生态安全。
2025年05期 v.42;No.247 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1491K] [下载次数：52 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 刘金贵;韩萱;施鑫磊;陈亮;谢希贤;
低蛋白日粮技术是解决我国畜禽养殖业饲料资源紧缺的一个重要途径，它以氨基酸营养平衡理论为基础，在不影响动物健康生长的前提下降低饲料中的蛋白质含量，并加入适量的必需氨基酸以满足动物生长过程中的氨基酸营养均衡。但一些关键限制性氨基酸化学合成复杂，生产效率偏低，而生物合成氨基酸生产质量更高，成本更低。因此，开发高效率、低成本的氨基酸生物合成技术，成为低蛋白日粮开发与应用的核心。系统地综述了低蛋白日粮模式中几种限制性氨基酸的生物合成途径和改造策略，并指出底盘菌株的选择和代谢工程改造是高产菌株的关键，介绍生物合成氨基酸的优势菌株，为高产菌株改造提供方法和方向。生物合成限制性氨基酸与低蛋白日粮技术结合，能够更好地促进我国畜牧业的健康发展。
2025年05期 v.42;No.247 24-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1478K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 章无怨;梁泽宇;李敏;范舜骅;郭淑元;马晓焉;孙丽超;霍毅欣;
为了快速构建色氨酸高产菌株，分别对色氨酸生产途径关键酶及底盘菌株进行高通量筛选。通过优化摇菌管发酵体系，使其产量与摇瓶发酵产量保持了较高一致性。利用色氨酸与盐酸萘乙二胺的显色反应，建立了适配摇菌管发酵水平的色氨酸定量检测方法，检测范围为50～1 000 mg/L。利用该方法，从转酮醇酶TktA的随机突变库中分离出优势突变体TktA2。与野生型TktA相比，TktA2具有更紧凑的二聚体结构和更大的底物结合口袋，这些结构变化有助于提高酶的稳定性和底物进出速度。同时，从MG1655基因组简化菌株库中分离出优势底盘菌株T51,在T51中过表达TktA2后，获得了色氨酸高产菌株T51A2ΔtrpRΔtnaB,3 L发酵罐中色氨酸产量达31.37 g/L,相较出发菌株提高80.49%,糖酸转化率达19.01%。利用色氨酸快检方法，在摇菌管水平实现了色氨酸合成关键酶和底盘菌株的低成本高效筛选，优势整合后的色氨酸生产菌株在发酵规模放大后仍可复现其高产性能，为色氨酸高产菌株的开发奠定了基础。
2025年05期 v.42;No.247 31-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2342K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 林子静;陈允亮;张蔓;李永臻;
以大肠杆菌MG1655为起始菌株(M0),采用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对L-精氨酸合成基因簇进行优化。首先，敲除鸟氨酸脱羧酶基因speC和speF以增加精氨酸前体物鸟氨酸的供应，然后整合谷氨酸棒状杆菌来源基因簇argCJBDF失活精氨酸脱羧酶基因adiA以期阻断L-精氨酸的降解，同时加强L-精氨酸的外源合成途径，得到重组菌株M1(MG1655ΔspeCΔspeFΔadiA::argCJBDF)。结果显示，重组菌株M1中精氨酸产量达1.35 g/L,与M0菌株相比提高0.88 g/L。利用非靶向代谢组学技术对2个菌株的代谢产物进行比较分析，结果表明，重组菌株M1中精氨酸代谢途径及其相关代谢产物浓度发生相应的变化，影响了精氨酸、赖氨酸等氨基酸类、有机酸类等多种代谢物的合成。研究为后续针对性地调控这些旁路代谢途径，构建高产L-精氨酸工程菌株提供了研究思路和方向。
2025年05期 v.42;No.247 40-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1467K] [下载次数：544 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ]
- 邢丽波;柴春娥;王尔鸿;王子言;陆东东;
研究旨在探究miR-556对人脑胶质母细胞瘤细胞(U-87 MG)生长、基因转录水平和基因功能的影响。通过慢病毒感染U-87 MG细胞，筛选稳定过表达miR-556的细胞系；通过定量和普通RT-PCR分别验证细胞中前体miR-556(Pre-miR-556)和成熟miR-556的表达量；通过CCK-8测定细胞的体外增殖能力；通过结晶紫染色测定细胞集落形成能力；通过高通量RNA测序(RNA sequencing, RNA-seq)技术发现细胞中基因组转录水平及信号通路的改变。成功构建稳定表达miR-556的U-87 MG细胞系；与对照组(rLV)相比，实验组(rLV-miR-556)U-87 MG细胞的体外增殖能力和集落形成能力显著增加(P<0.01);与rLV组相比，rLV-mir-556组显示2 028个差异基因，其中，165个基因上调表达，1 863个基因下调表达；miR-556主要通过上调HMOX1、SERPINB2、ATOH8和下调MACF1、PEG10、HIF1A等基因的转录，从而改变基因表达(转录)、跨膜运输、RNA聚合酶Ⅱ转录、翻译后蛋白的修饰、蛋白质代谢、免疫系统、疾病等信号通路。miR-556提高了人脑胶质母细胞瘤细胞的体外生长能力，影响了人脑胶质母细胞瘤细胞中基因的转录水平和功能，研究为肿瘤的防治提供基础资料。
2025年05期 v.42;No.247 46-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2107K] [下载次数：70 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 徐国飞;刘坤鹏;罗素兰;长孙东亭;
从南海产的帝王芋螺(Conus imperialis)、玉女芋螺(Conus virgo)和大理石芋螺(Conus marmoreus)等3种芋螺的基因组DNA中，通过设计特异性引物进行分子克隆，克隆得到8条A-超家族芋螺毒素前体基因全序列，其中，帝王芋螺4条、玉女芋螺2条、大理石芋螺2条，并分析其内含子序列特征、分子进化与食性之间的关系。对A-超家族芋螺毒素基因的序列结构特征进行系统分析，构建其内含子的系统进化树。克隆到的A-超家族芋螺毒素基因内含子长度为139～1 010 bp,而GT或TG二核苷酸简单重复序列(单元)均位于内含子末端，表明A-超家族芋螺毒素内含子区可能存在插入/缺失现象。研究首次在帝王芋螺、玉女芋螺和大理石芋螺中克隆出A-超家族芋螺毒素的完整基因序列，表明A-超家族芋螺毒素前体基因内含子的进化受到食性的影响，阐述该超家族基因结构特征及其分子进化机制。此外，同一超家族芋螺毒素前体基因中的内含子具有保守性，可作为特异引物设计的依据，从其他不同种类的芋螺及其个体中发现更多的新芋螺肽氨基酸序列，将为后续人工合成和新药研发提供大量的新分子。
2025年05期 v.42;No.247 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2036K] [下载次数：151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 王晶晶;董晓宇;
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)液泡膜上的钙离子通道Yvc1是调控细胞内Ca~(2+)浓度的重要途径之一，Ca~(2+)作为第二信使，可以提高酿酒酵母生产乙醇能力。因此，构建YVC1基因缺失菌株，为后期钙通道功能研究奠定基础。通过PCR技术，验证酿酒酵母DL5168中YVC1基因的存在。通过齐-尼二氏染色法和基因组特异性PCR,鉴定DL5168菌株染色体倍性。基于Cre/loxP系统原理，构建YVC1基因敲除组件，并通过醋酸锂转化法将其转至DL5168菌株中，通过含有100μg/mL G418的YPD培养基筛选出阳性重组子。将pSH65质粒转入阳性重组子，用于切除抗性基因KanMX。结果表明，酿酒酵母DL5168基因组中具有液泡电导1基因YVC1。DL5168菌株为aα型二倍体。敲除组件pUG6-YVC1-loxP-KanMX成功与DL5168菌株发生同源重组，筛选到阳性重组子。pSH65质粒在半乳糖的诱导下产生Cre重组酶，成功切除重组子中的抗性基因KanMX,获得YVC1一条等位基因缺失菌株DL5168-yvc1Δ。相同方法敲除另一条同源染色体上的等位基因。最终研究成功获得YVC1基因双倍体缺失菌株DL5168-yvc1Δ/Δ。
2025年05期 v.42;No.247 60-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 2250K] [下载次数：45 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 孟祥波;李岑;苑成武;刘夫锋;路福平;彭冲;
针对信号肽引导异源蛋白分泌效率规律性差的问题，使用枯草芽孢杆菌来源信号肽引导异源蛋白分泌的相关数据建立8个数据集，基于支持向量机和随机森林算法构建信号肽分泌效率预测模型。通过数据集、序列特征以及算法的不同组合，共建立458个分类模型和228个回归模型。其中，使用随机森林算法在α-淀粉酶数据集上获得最佳分类效果，准确度可以达到83.21%;随机森林回归算法在α-淀粉酶数据集中获得效果最好的回归模型，该模型的决定系数为0.43。此外，还分析了高分泌效率和低分泌效率信号肽的氨基酸组成和GC3含量(G和C出现在密码子第3个位置的频率)的差异，发现高分泌效率的信号肽具有较多的不折叠氨基酸且具有较高的GC3含量。研究实现了对信号肽分泌效率的预测，并且探究了影响信号肽分泌效率的因素。
2025年05期 v.42;No.247 67-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1872K] [下载次数：171 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 闫子旭;戴景莉;赵科学;李小利;徐雅婷;马静波;朱富成;
为实现红景天苷绿色高效制备，在前期分子改造获得糖基转移酶高效突变体TW(S129T/F168W)的基础上，构建双酶偶联一锅法催化酪醇合成红景天苷反应体系，对温度、pH、尿苷二磷酸(uridine diphosphate, UDP)、蔗糖、酪醇、金属离子和双酶比例进行优化，在最优条件下进行分批补料反应，实现尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate-glucose, UDPG)的循环再生，提高红景天苷产量。结果表明：双酶偶联催化酪醇合成红景天苷最佳条件为温度35℃,pH 8.0,UDP浓度0.5 mmol/L,蔗糖浓度1 mol/L,酪醇浓度5 mmol/L,Ca~(2+)浓度5 mmol/L,突变体TW∶AtSuSy的酶活比0.5∶6;在10 mL反应体系中通过分批补料策略获得10.3 g/L的红景天苷。结合分子对接探究突变体催化酪醇合成红景天苷分子机制，为绿色高效制备红景天苷奠定基础。
2025年05期 v.42;No.247 75-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1752K] [下载次数：214 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 邵亚洲;左合君;李那何芽;李曦冉;袁灵强;赵杏花;
为有效控制刺萼龙葵的蔓延，利用生物化感作用原理，采用不同质量浓度狼毒地上部分和地下部分的浸提液处理刺萼龙葵种子，并以玉米种子为对照，探讨狼毒浸提液对刺萼龙葵种子萌发及胚发育的影响。通过测定发芽率、发芽势、发芽指数以及胚根、胚轴长度等指标，计算化感效应指数和综合化感效应指数，评估狼毒浸提液的化感作用。结果表明：狼毒地下部分浸提液对刺萼龙葵种子萌发和胚发育的抑制效果明显强于地上部分浸提液；狼毒浸提液对刺萼龙葵种子的抑制作用明显大于玉米种子；随着浸提液质量浓度的增加，刺萼龙葵和玉米种子的发芽率、发芽势、发芽指数均呈下降趋势，玉米种子胚根长度和胚芽长度呈“低促高抑”趋势；在确保对玉米种子萌发影响较小的前提下，40 g/L狼毒地下部分浸提液为最适处理质量浓度，该质量浓度下刺萼龙葵种子发芽率为0.08%、综合化感效应指数为-0.78,玉米种子发芽率为63.33%、综合化感效应指数为-0.31。
2025年05期 v.42;No.247 81-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1846K] [下载次数：637 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 程俊芳;陈恒源;郑华宝;王敏;
研究四环素质量浓度以及四环素降解菌Serratia entomophila strain TC-1对菌藻共生系统污染物去除率的影响，并通过扫描电镜观察和高通量测序技术，进一步分析微生物群落结构的变化，从而揭示在四环素胁迫下菌藻共生系统的污染物去除规律和微生物响应机制。研究结果表明，四环素质量浓度越高，微藻的生物量越低，菌藻共生系统的氨氮去除率越低，当四环素质量浓度为50 mg/L时，叶绿素质量浓度为19.19 mg/L,菌藻共生系统的氨氮去除率最低，为75.27%。通过扫描电镜观察发现，细菌可以通过附着于微藻细胞表面和分泌胞外多聚物来减轻四环素的胁迫效应。通过微生物群落分析表明，四环素质量浓度对细菌群落结构的影响远大于降解菌的接种，降解菌的接种可以减轻低质量浓度四环素对细菌群落结构的影响。优势四环素降解菌Trichococcus减轻了低质量浓度四环素对菌藻共生系统的影响，优势抗逆菌Pseudomonas和反硝化聚磷菌Comamonas减轻了高质量浓度四环素对菌藻共生系统的影响。
2025年05期 v.42;No.247 87-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1622K] [下载次数：347 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 吴瑞辰;王梓怡;杨艺;
以吐鲁番麻蜥(Eremias roborowskii)为研究对象，通过不同温度处理，探讨温度对其运动表现及抗氧化酶活性的影响。结果表明：吐鲁番麻蜥的体温和泄殖腔温度之间呈显著正相关性，且两者均随环境温度的升高而升高；在运动表现方面，与常温组相比，温度升高使麻蜥的最大冲刺速度显著增大，持续运动距离也有增大趋势，而停顿次数呈现显著降低趋势，高温组运动表现相对更活跃，且环境温度与最大冲刺速度呈显著正相关性。此外，高温能引起吐鲁番麻蜥的氧化应激，导致肝脏丙二醛含量显著上升，过氧化氢酶及谷胱甘肽过氧化物酶活性显著升高，过氧化物酶活性呈上升趋势，而超氧化物歧化酶活性呈下降趋势。吐鲁番麻蜥具备一定的适应短期变暖的能力，但全球变暖可能导致极端高温天气的频率和强度增加，温度过高可能导致热应激程度增大，氧化损伤加剧，进而影响其生存。研究有助于理解吐鲁番麻蜥对气候变化的适应策略，也是对极端荒漠动物生理生态研究的重要补充。
2025年05期 v.42;No.247 93-97+130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1518K] [下载次数：24 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 向海洋;向冬琴;颜奥然;廖金屏;殷梓涵;刘志霄;
利用体视镜(SM)和扫描电镜(SEM)对武陵洞蛭(Sinospelaeobdella wulingensis)和天目山蛭(Haemadipsa tianmushana)咽部颚片及颚齿的形态结构进行观察和比较研究，结果显示：武陵洞蛭的3枚颚片细小，质地柔软，颚片之间间距较大，颚齿细小，数量为80～90颗；天目山蛭的3枚颚片发达，质地坚硬，颚片之间间距很小，颚齿粗大，数量为110～120颗。此外，在天目山蛭相邻颚齿的基部发现有唾液腺的分泌孔，而在武陵洞蛭的颚片上并没有发现唾液腺分泌孔结构。颚片和颚齿的形态结构以及颚齿的数量与蛭类的食性密切相关。天目山蛭属于“泛吸血性”类型，而武陵洞蛭在溶洞中衍生出了“专吸蝠血性”,其颚片和颚齿已发生明显的适应性进化。研究为中国洞蛭属(Sinospelaeobdella)区别于山蛭属(Haemadipsa)提供了新的形态学证据，有助于山蛭科(Haemadipsidae)分类学、功能形态学、行为生态学和进化生态学的深入研究。
2025年05期 v.42;No.247 98-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1542K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ]