一株产β-葡萄糖苷酶甘草内生菌的筛选、全基因组分析及产酶优化

【背景】从健康甘草须根中分离获得的一株芽孢杆菌具有高产β-葡萄糖苷酶的活性。【目的】探究分离菌株潜在的产酶遗传信息,为该菌深入研究与工业应用提供数据支撑。【方法】利用七叶苷培养基进行产β-葡萄糖苷酶的益生菌筛选,筛到一株产β-葡萄糖苷酶的芽孢杆菌,采用三代Nanopore PromethION和二代Illumina NovaSeq平台对菌株进行基因组测序与组装、并通过基因预测与功能注释等生物信息分析预测菌株潜在的β-葡萄糖苷酶基因。另外,以β-葡萄糖苷酶活性为指标,研究碳源、氮源、接种量、温度和起始pH对菌株产酶活性的影响。【结果】从甘草须根中分离得到一株具有β-葡萄糖苷酶活性的菌株,通过形态学观察、生理生化和分子生物学试验鉴定为芽孢杆菌属菌株,并命名为Bacillus rugosus A78.1。该菌株基因组大小为4 146 938 bp,G+C含量为43.86%,共编码4 255个基因。在基因组中,共注释到碳水化合物活性酶基因192个,其中β-葡萄糖苷酶基因10个,分别属于GH1和GH3家族基因。在基因本体（GO）、京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）和同源基因簇（clusters of orthologous groups of proteins,COG）数据库分别注释到2 896、4 019和3 657个基因。该菌株基因组测序结果上传至NCBI获得GenBank登录号为CP096590。菌株A78.1产β-葡萄糖苷酶的最佳碳、氮源分别为0.5%葡萄糖、1.0%酵母浸粉,最佳培养条件为温度37℃、3%接种量、pH 6.0,此条件下β-葡萄糖苷酶活力可达到（5.640±0.085） U/mL。【结论】通过全基因组测序分析及产酶优化试验确定了Bacillus rugosus A78.1优良的产β-葡萄糖苷酶能力及在碳水化合物代谢方面的潜力,为该菌株在纤维素分解、糖苷类化合物水解等生物、化工和食品领域的研究与应用提供基础。     

甘草次酸保肝功效的通路作用机制

甘草的活性成分包括甘草甜素(glycyrrhizin,GL)和甘草次酸(glycyrrhetinic acid,GA),而GA是甘草中的主要生物活性成分,是GL的主要代谢产物,部分GL通过细菌在肠内代谢为GA。在许多以往的研究中已经证实其具有多种药理学效果,例如抗炎、抗过敏、抗致癌、抗损伤和抗氧化特性以及肝脏保护。最近的研究表明,GA可以降低逆转录因子、二氧化钛纳米粒子和环磷酰胺诱导的肝毒性,并且可以保护免受四氯化碳诱导的肝损伤。已报道的GA的保肝作用机制主要归因于诱导抗氧化剂防御,抑制炎症反应和细胞色素P450表达,本文将对GA在不同信号通路中发挥保肝作用进行综述。     

4种甘草属植物EST-SSR引物开发及其亲缘关系分析

通过乌拉尔甘草表达序列标签(EST)数据库查找甘草属的SSR位点,并利用Primer 3.0软件在线设计EST-SSR引物,对来自甘草属4个种22份材料的EST-SSR指纹图谱特征和聚类结果进行分析,为探讨甘草属种间亲缘关系和疑难种的分类地位提供分子依据。结果显示:(1)去掉冗余序列后共得到441条EST序列,获得504个SSR位点,其中二核苷酸为重复单元的序列最多为350个,占69.44%,重复类型中以TC/AT、TA/AG形式的微卫星最为丰富。(2)设计的40对EST-SSR引物,均能扩增出清晰条带,其中15对引物具有多态性,在22份甘草属植物材料中共获得等位基因59个,平均每对引物检测到3.93个等位基因位点,扩增产物多态性比率为89.44%,能很好地表征甘草属种间的等位基因差异。(3)引物Primer 64对4种甘草属植物均能扩增出特异性条带,黄甘草在180和220bp 2个位点分别与光果甘草、胀果甘草基因共享,具有杂交种特征。(4)聚类分析表明,当相似性系数为0.82时,22份材料被划分为四组(与经典分类结果一致),第一组为内蒙古杭锦旗分布的乌拉尔甘草;第二组为新疆巴楚分布的光果甘草、黄甘草;第三组为新疆石河子分布的胀果甘草、黄甘草;第四组为新疆石河子分布的乌拉尔甘草;不同居群的黄甘草遗传分化较大,可能与同域分布亲本种的差异及种间的渐渗杂交有关。研究表明,开发的15对EST-SSR引物在甘草属内具有很好的适用性,可以为该属的种间亲缘关系和种内遗传分化研究及物种鉴定提供分子依据。     

甘草细胞在搅拌式生物反应器中的放大培养

在建立了稳定的甘草细胞搅拌式生物反应器放大培养体系的基础上,本文研究了甘草细胞在搅拌式反应器中悬浮培养的生长特性,包括细胞生长、细胞膜的透性、培养体系的p H变化及甘草黄酮合成情况等,并与摇瓶培养作比较。结果发现,同等条件下,反应器中培养细胞生物量的积累低于摇瓶培养,整个培养周期较摇瓶培养缩短。培养过程中同一时间段反应器中的p H值略低于摇瓶中的p H,细胞中H2O2的浓度是摇瓶中的1.8倍,甘草黄酮的产量是摇瓶培养的1.5倍,表明反应器中机械搅拌与流体剪切的培养环境对细胞生长起到一定程度的抑制作用,但刺激了细胞次生代谢产物甘草黄酮较高水平的合成。     

甘草质膜水通道蛋白GuPIP1对甘油的转运

旨在进行甘草质膜水通道蛋白GuPIP1对水和溶质通透性的鉴定.将GuPIP1全长编码区的cDNA构入非洲爪蟾卵母细胞检测系统的表达栽体psp64 Poly(A),并将体外转录获得GuPI1的cRNA显微注射入卵母细胞,使GuPIP1基因在卵母细胞中表达,通过测定卵母细胞对水和溶质的转运功能来鉴定GuPIP1的转运功能.结果表明,GuPIP1在异源表达系统非洲爪蟾卵母细胞中具水和甘油通透性,但不能转运尿素,为探讨GuPIP1在植株生理中的作用奠定基础.     

高速逆流色谱分离制备甘草中的甘草苷和芒柄花苷

应用高速逆流色谱分离制备甘草中的甘草苷和芒柄花苷。将甘草乙酸乙酯提取物经聚酰胺柱粗分后,30%乙醇洗脱物用高速逆流色谱进一步分离,所用两相溶剂系统为乙酸乙酯-水(5∶5,v/v),转速850 rpm,流速2.0 mL/min,检测波长254 nm,从50 mg30%乙醇洗脱物中得到甘草苷8.7 mg、芒柄花苷4.2 mg,纯度分别为99.5%和97.3%。所得产物的结构经核磁共振谱(NMR)鉴定。利用该方法可以对甘草中的甘草苷和芒柄花苷进行快速的分离和纯化。     

含离子液体体系中固定化细胞转化甘草酸生成单葡萄糖醛酸基甘草次酸

研究疏水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)与醋酸-醋酸钠缓冲液两相体系中,固定化产紫青霉Penicillium purpurogenum Li-3细胞转化甘草酸(GL)生成单葡萄糖醛酸基甘草次酸(GAMG)的反应,并与缓冲液单相体系作为对照.确定了在[BMIM]PF6/缓冲液两相体系中,最适离子液体加入比例、缓冲液pH、反应温度、底物浓度分别为10%、5.8、35℃和6.0mmol/L,在此条件下反应58h,甘草酸转化率为87.03%,比缓冲液单相体系提高了15.02%.离子液体循环使用8次后,回收利用率维持在85.28%.主产物GAMG和副产物甘草次酸(GA)在两相体系中得到有效分离,为后续产物分离带来便利.     

18β-甘草次酸抑制微动脉平滑肌细胞外向电流

本文旨在观察18β-甘草次酸(18β-glycyrrhetinic acid,18βGA)对微动脉平滑肌细胞膜电流的影响。分离出豚鼠小脑前下动脉(anterior inferior cerebellar artery,AICA)和肠系膜动脉(mesenteric artery,MA)后,用酶消化法制备单个血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs),应用全细胞膜片钳技术记录平滑肌细胞外向电流的变化。结果显示:(1)1mmol/L4氨基吡啶(4-aminopyridine,4-AP)和1mmol/L tetraethylammonium(TEA)都可以部分抑制微动脉平滑肌细胞的外向电流。(2)18βGA电压和浓度依赖性地抑制微动脉平滑肌细胞外向电流。18βGA主要抑制0～+40mV电压区间的激活电流,其中对+40mV激活电流的抑制作用最强。10、30和100μmol/L18βGA对AICA平滑肌细胞外向电流(+40mV)的抑制率分别为(25.3±7.1)%、(43.1±10.4)%和(68.4±3.9)%,对MA平滑肌细胞外向电流(+40mV)的抑制率分别为(13.2±...     

NaCl胁迫对甘草生长及抗氧化酶活性的影响

目的：通过分析不同浓度NaCl胁迫下甘草生长和抗氧化酶活性的变化探讨甘草对盐分胁迫的适应性机理;方法：采用不同浓度的NaCl溶液（配成Hoagland液）处理盆栽一年生甘草,分别于35d、70d和105d取样,测定甘草株高、地上部分鲜、干重、根鲜、干重及甘草叶片SOD、POD、CAT活性,分析各生长指标与抗氧化酶活性的相关性;结果：NaCl胁迫70d和105d,0．6％和0．9％处理组的株高、地上部分鲜、干重及根鲜、干重均显著低于CK,SOD、POD及CAT活性均显著高于CK,经相关性分析得知,SOD、POD及CAT活性与各生长指标均负相关,其中POD活性与各生长指标极显著负相关;结论：甘草对NaCl胁迫的响应有胁迫时间和浓度的依赖性,在遭遇胁迫时,通过改变自身的生长和提高抗氧化酶活性,来提高机体的抗盐能力。