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南京林业大学学报(自然科学版) 2025年第1期49卷 11-20页

作者：姜波安新民林木遗传育种全国重点实验室林木育种与生态修复国家工程中心林木分子设计育种高精尖创新中心林木花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院

基因组精准编辑技术正在重新定义对生命奥秘的理解，其核心在于能够在特定的基因组位点精确地插入、删除或替换DNA序列，从而实现对生物体内遗传信息的定向精准编辑。这些技术已经成为现代生物领域研究的基石，从早期的探索到CRISPR系... 详细信息

基因组精准编辑技术正在重新定义对生命奥秘的理解，其核心在于能够在特定的基因组位点精确地插入、删除或替换DNA序列，从而实现对生物体内遗传信息的定向精准编辑。这些技术已经成为现代生物领域研究的基石，从早期的探索到CRISPR系统的开创性应用，每一步都展示了科学探索的深远影响。CRISPR系统的应用带来了基因组编辑的巨大飞跃，它催化了更精准的编辑工具出现，如碱基编辑器和先导编辑器等，它们显著增强了精准编辑基因组的能力。这一历史性转变已经在农业改良、疾病治疗等领域展现出巨大的潜力。基因编辑技术的应用前景广阔，CRISPR/Cas系统能敲除多个基因，具有高靶向效率、易于设计和操作，且成本较低等优点，因此在作物、林木遗传改良中被广泛应用；但它也有不少不足之处，而每一款新编辑工具的出现都使这一技术得以不断完善。随着技术的不断进步，基因编辑技术有望在未来解决更多复杂的生物学问题，为人类健康和农林业发展带来更多的创新和突破力。

关键词： CRISPR Cas9 胞嘧啶碱基编辑器腺嘌呤碱基编辑器糖基化酶碱基编辑器双碱基编辑器先导编辑器

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栾树查尔酮合酶基因克隆与表达分析

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北京林业大学学报 2021年第3期43卷 27-35页

作者：郭婷黄赛吴茹茜安新民北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心林木育种国家工程实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

【目的】查尔酮合酶(CHS)是苯丙烷途径的限速酶之一,在植物次生代谢物的合成中起着重要的作用。本研究通过对栾树CHS基因进行克隆与生物信息学分析,以及分析栾树CHS基因表达与类黄酮合成的关系,期望为后续深入研究栾树类黄酮代谢途径其... 详细信息

【目的】查尔酮合酶(CHS)是苯丙烷途径的限速酶之一,在植物次生代谢物的合成中起着重要的作用。本研究通过对栾树CHS基因进行克隆与生物信息学分析,以及分析栾树CHS基因表达与类黄酮合成的关系,期望为后续深入研究栾树类黄酮代谢途径其他相关基因、CHS基因家族以及锦叶栾呈色机制提供参考。【方法】以栾树叶片为材料,采用RTPCR技术进行查尔酮合酶基因的克隆并进行生物信息学分析;通过实时定量PCR(qRT-PCR)技术分析CHS基因在栾树不同组织以及在5月、7月、9月的栾树和锦叶栾叶片中的表达模式;通过代谢组测定筛选出栾树与锦叶栾的类黄酮差异代谢物。【结果】克隆获得两个CHS基因的全长DNA,命名为KpCHS1和KpCHS2。其中KpCHS1序列全长为2492 bp,ORF为1173 bp,编码含有390个氨基酸的蛋白质;KpCHS2序列全长为1321 bp,ORF为1182 bp,编码含有393个氨基酸的蛋白质;进一步的序列比对和系统发育分析表明,KpCHS1和KpCHS2蛋白高度同源,具有四个CHS特异性保守基序和一个查尔酮合成酶活性位点;KpCHS1和KpCHS2在栾树根、茎、叶、种子中都普遍表达,其中,KpCHS2在种子中的表达量最高,KpCHS1在叶片中表达量高,而在根和茎中,两个基因的表达量相似且较低;表达模式分析显示,在栾树和锦叶栾叶片中,随着月份增加,KpCHS1的表达量呈现出下降的趋势,而KpCHS2表达量未表现出明显的规律。在7月份的叶片样本中,KpCHS1基因在锦叶栾中表达量显著高于栾树;代谢组结果显示,山奈酚-7-O-葡萄糖苷、7-羟基香豆素、槲皮素-3β-D-葡萄糖苷、以及类黄酮生物合成途径重要的中间产物山萘酚、柚皮苷等黄酮类物质在锦叶栾叶中含量显著升高。【结论】KpCHS1和KpCHS2属于栾树查尔酮合酶家族并且高度同源,但在系统进化树上分布在很远分支上,推测这两个蛋白在氨基酸活性催化功能上可能存在较大差异;KpCHS1和KpCHS2在根、茎、叶、种子中均有表达,且在叶和种子中较高。研究结果初步显示,KpCHS1基因与栾树类黄酮的生物合成高度相关。

关键词：栾树查尔酮合酶克隆类黄酮合成

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单分子荧光检测技术的发展及其在植物生物学研究中的应用

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生物技术通报 2022年第1期38卷 33-43页

作者：张原张雪萍张月倩李晓娟北京林业大学生物科学与技术学院林木育种国家工程实验室北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083

单分子荧光检测技术是利用荧光基团对目的分子标记后,在单分子水平成像并追踪分子的构象变化、动力学特征以及分子之间相互作用的研究方法。相较于传统分子生物学和遗传学的研究手段,单分子检测技术可以对单个分子的动态和特性进行分析... 详细信息

单分子荧光检测技术是利用荧光基团对目的分子标记后,在单分子水平成像并追踪分子的构象变化、动力学特征以及分子之间相互作用的研究方法。相较于传统分子生物学和遗传学的研究手段,单分子检测技术可以对单个分子的动态和特性进行分析,特别是瞬时或偶发性的事件,从而更加深入地挖掘在群体测量中被掩盖的信息。该技术已广泛应用于动物细胞生物学的相关研究,极大地促进了生命科学中分子调控机制的研究。然而,单分子检测技术在植物研究中的应用还有待进一步开发。本文总结了近年来单分子荧光检测技术的发展,概述了其在植物学研究中的案例,并展望了新技术在植物学研究中的应用前景。

关键词：单分子荧光成像光谱检测植物生物学

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枣果胶甲酯酶基因家族鉴定及基于RNA-Seq表达分析

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北京林业大学学报 2021年第4期43卷 8-16页

作者：王雪宋爽李美育薄文浩李颖岳庞晓明曹明北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083 河北省沧县国家枣树良种基地河北沧州061000

【目的】果胶是植物细胞壁的主要成分和结构多糖。果胶甲酯酶(PME)是一种重要的果胶修饰酶,具有调节细胞壁弹性和通透性的作用,在植物的生长发育过程中发挥作用。本研究探讨枣果胶甲酯酶基因家族的基本信息和特点,为进一步阐明ZjPMEs基... 详细信息

【目的】果胶是植物细胞壁的主要成分和结构多糖。果胶甲酯酶(PME)是一种重要的果胶修饰酶,具有调节细胞壁弹性和通透性的作用,在植物的生长发育过程中发挥作用。本研究探讨枣果胶甲酯酶基因家族的基本信息和特点,为进一步阐明ZjPMEs基因的功能、筛选果实质地密切相关基因奠定基础。【方法】本研究基于‘冬枣’基因组,鉴定枣基因组中的果胶甲酯酶基因;基于RNA-Seq数据,分析枣果胶甲酯酶基因家族的特征以及表达模式。【结果】共鉴定出46个枣果胶甲酯酶基因,不均匀分布在10条染色体上。系统演化分析表明这些基因包含29个Type-Ⅰ型和17个Type-Ⅱ型成员,进一步可以划分为4个亚家族。在每个亚家族中,基因共享保守的基因结构和基序组成。基因表达分析显示该家族基因在花中表达丰度较高,可能在枣的生殖发育过程起重要作用。通过分析该家族基因在不同质地的‘冬枣’(酥脆)和‘P15’(硬质)以及在不同用途的‘冬枣’(鲜食)和‘骏枣’(制干)果实发育过程中的表达模式,筛选出与枣果实质地关系密切的基因ZjPME 18,该基因在‘P15’和‘骏枣’果实中表达量较高。【结论】枣果胶甲酯酶基因家族具有特定的结构特征及表达模式,ZjPME 18的表达与调控可能与枣果实质地密切相关。

关键词：枣果胶甲酯酶基因家族表达模式

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木豆JAZ基因家族鉴定及其响应致病真菌Cc1-1侵染的表达分析

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农业生物技术学报 2021年第8期29卷 1495-1505页

作者：李娜宋治华范雨欣董碧莹曹红燕杜婷婷刘腾跃杨琬珑杨清孟冬付玉杰北京林业大学林学院北京林业大学林木分子育种高精尖创新中心

茉莉酸类化合物在植物响应生物胁迫反应中起着调控全局的关键作用,而JAZ (jasmonate ZIMdomain)则是茉莉酸(jasmonic acid, JA)信号途径的关键调控因子。本研究首先通过生物信息学分析在木豆(Cajanus cajan)全基因组中鉴定出24个JAZ基... 详细信息

茉莉酸类化合物在植物响应生物胁迫反应中起着调控全局的关键作用,而JAZ (jasmonate ZIMdomain)则是茉莉酸(jasmonic acid, JA)信号途径的关键调控因子。本研究首先通过生物信息学分析在木豆(Cajanus cajan)全基因组中鉴定出24个JAZ基因家族成员,并进行了系统发育分析、基因染色体定位、蛋白质保守结构域分析,同时根据前期转录组数据分析了JAZs在根和叶片中的表达模式,最后利用反转录PCR (reverse transcription-PCR, RT-PCR)技术检测木豆叶片内JAZs对致病真菌Cc1-1侵染的响应模式。结果显示,JAZ家族成员的氨基酸残基数为129～376个,等电点为5.94～9.37;通过MEGA软件可聚类为5个亚家族;24个基因不均匀分布于6条染色体上;亚细胞定位预测表明,CcJAZ12和CcJAZ18定位于叶绿体,CcJAZ19定位于细胞骨架,其余21个JAZs均定位于细胞核。启动子顺式作用元件预测结果显示,JAZ家族部分成员的启动子上具有JA响应元件,同时存在大量光响应元件及少量脱落酸、水杨酸等其他激素调控元件。转录组数据分析发现,24个木豆JAZs在根部中的表达量普遍高于叶片,其中CcJAZ19表达量最高,可能在叶片抵御生物胁迫中发挥重要作用。致病真菌Cc1-1侵染木豆叶片后,随着侵染时间延长,叶片内JAZs基因表达量普遍呈现逐渐升高的趋势,CcJAZ8、CcJAZ19、CcJAZ23显著上调表达,CcJAZ19在Cc1-1侵染6 h上调表达至2.5倍(P<0.05),可能参与JA信号途径介导的真菌防御反应。本研究为深入开展JA信号分子调控机制的研究提供基础资料。

关键词：木豆生物胁迫 JAZ (jasmonate ZIM-domain) 基因家族分析

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木豆NADPH氧化酶基因家族对非生物胁迫的响应性

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农业生物技术学报 2022年第2期30卷 284-295页

作者：范雨欣李娜宋治华刘腾跃董碧莹曹红燕段雨声孟冬付玉杰杨清北京林业大学林学院北京林业大学林木分子育种高精尖创新中心

活性氧（reactive oxygen species, ROS）对植物细胞间信号传递起着重要作用,而呼吸爆发氧化酶（respiratory burst oxidase homologue, RBOH,又称NADPH氧化酶）是催化植物产生活性氧的关键酶,广泛参与植物体内的信号传递。木豆（Cajanu... 详细信息

活性氧（reactive oxygen species, ROS）对植物细胞间信号传递起着重要作用,而呼吸爆发氧化酶（respiratory burst oxidase homologue, RBOH,又称NADPH氧化酶）是催化植物产生活性氧的关键酶,广泛参与植物体内的信号传递。木豆（Cajanus cajan）是药食两用的木本豆科植物,具有较强抗逆性。本研究通过生物信息学软件从木豆全基因组中筛选出CcRboh基因家族成员,并进行了染色定位、系统发育树构建、保守结构域分析及启动子元件预测等基本功能分析,同时,利用转录组数据筛选不同组织中CcRboh的表达,并通过qPCR确定Rboh基因在多种非生物胁迫下的响应模式。鉴定得到9个木豆Rboh家族成员,根据在染色体上的位置将其命名为:CcRbohA～CcRbohI,其编码818～940个不等的氨基酸残基,等电点（pI）分布在8.76～9.36。根据核苷酸序列相似性可将其聚类为5个亚族,均含有NADPH氧化酶结构（NADPHOx）等4个结构域。亚细胞定位预测表明,CcRboh蛋白主要定位于质膜上。启动子顺式作用元件预测结果显示,CcRboh基因启动子区域包含多种激素及逆境响应元件,普遍存在茉莉酸甲酯响应元件和光响应元件,说明CcRboh基因更易受到茉莉酸和光的诱导。木豆根和叶片的Rboh表达模式数据显示,CcRboh基因在根中有着较高的表达水平,表明其在根中发挥重要作用。茉莉酸处理的转录组数据表明,CcRbohB和CcRbohG有明显上调表达（P<0.05）,且在处理3 h后就上升5倍以上,说明其表达受到茉莉酸诱导。此外,CcRboh对高温胁迫具有很好的响应能力,在处理3 h后显著上调表达（P<0.05）,CcRbohC、CcRbohF、CcRbohG、CcRbohH和CcRbohI在处理3 h后表达量分别是对照的6.4、22.5、21.0、70.4和15.5倍,其中CcRbohI表达量在12 h后有显著上升（P<0.05）,最高表达量达对照的37.4倍。对于干旱胁迫和盐胁迫,CcRboh在处理6 h后受到诱导;其中CcRbohG与CcRbohH在干旱、盐以及高温胁迫下表达显著上调（P<0.05）,是具有很大潜力的抗性候选基因。本研究对NAPDH氧化酶家族基因进行了生物信息学分析及筛选,并获得了响应高温、干旱胁迫等的关键基因CcRbohG与CcRbohH,为改良木豆的抗逆性提供理论依据。

关键词：呼吸爆发氧化酶(Rboh) 木豆非生物胁迫生物信息学分析活性氧(ROS)

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木聚糖衍生物及膜材料研究进展

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林业工程学报 2021年第1期6卷 1-12页

作者：彭锋饶俊北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心林木生物质化学北京市重点实验室北京100083

木聚糖作为阔叶木和禾本科植物半纤维素的主要成分,因其来源广、可再生、可降解等特点,近年来成为备受关注的功能天然高分子。木聚糖基膜材料因气体阻隔性能优异、生物相容性好、环境友好等特性,在造纸、食品包装、涂层、生物医药材料... 详细信息

木聚糖作为阔叶木和禾本科植物半纤维素的主要成分,因其来源广、可再生、可降解等特点,近年来成为备受关注的功能天然高分子。木聚糖基膜材料因气体阻隔性能优异、生物相容性好、环境友好等特性,在造纸、食品包装、涂层、生物医药材料领域展现出巨大的应用潜力。但是木聚糖具有水溶性和成膜性较差、膜材料极易吸湿和力学强度低等缺陷,极大地限制了其规模化、商业化应用,因此,如何改善这些缺陷将是木聚糖研究与应用的热点和难点。木聚糖通过化学改性可赋予其刺激响应性、离子性、热塑性等新的特性,增加木聚糖的溶解性、疏水性和改善其可加工性能,是实现木聚糖在功能材料制备与应用的重要途径。笔者总结了近年来木聚糖醚化、酯化、氧化和接枝共聚改性的研究进展,探讨了反应条件对木聚糖衍生物取代度、产率和性能的影响;总结了近年来木聚糖基膜材料的制备策略与应用,如通过内增塑、外增塑、聚合物增强等实现了木聚糖基膜材料的高效制备,并探讨了其在应用过程中的优势及缺陷,为木聚糖今后研究和应用提供新的方法和思路。

关键词：木聚糖化学改性醚化酯化膜材料阻隔性能

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胡杨PeREM1.3过表达提高烟草耐盐性的机制

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北京林业大学学报 2019年第1期41卷 1-9页

作者：张会龙武霞尧俊赵楠赵瑞李金克沈昕陈少良北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学实验室与设备管理处北京100083

【目的】盐害作为一类非生物胁迫严重危害了农作物的生存以及产量。Remorin作为一类植物特有的蛋白质在植物适应环境过程中具有重要功能。本研究克隆了胡杨remorin蛋白PeREM1. 3的编码基因PeREM1. 3,并研究PeREM1. 3基因在植物耐盐性中... 详细信息

【目的】盐害作为一类非生物胁迫严重危害了农作物的生存以及产量。Remorin作为一类植物特有的蛋白质在植物适应环境过程中具有重要功能。本研究克隆了胡杨remorin蛋白PeREM1. 3的编码基因PeREM1. 3,并研究PeREM1. 3基因在植物耐盐性中的作用。【方法】笔者将基因构件35S::PeREM1. 3转入模式植物烟草中,在盐胁迫条件下,通过生理生化的方法对表达PeREM1. 3的转基因烟草进行基因功能的分析。【结果】研究显示PeREM1. 3蛋白定位于细胞质膜上,其编码基因PeREM1. 3的开放阅读框(ORF)长600 bp,编码199个氨基酸。胡杨中PeREM1. 3能够响应盐胁迫和渗透胁迫表达上调。结果表明,在烟草中过表达PeREM1. 3明显地提高了耐盐性。过表达PeREM1. 3的烟草转基因株系中抗氧化物酶如SOD、POD和CAT活性显著提高,降低了活性氧水平,调控活性氧平衡。另外植物抗逆相关基因SOS1、HAK、NHA1、VAG1和PMA4的转录水平显著增高,调控K^+/Na^+平衡。【结论】这些结果说明PeREM1. 3蛋白通过维持植物的活性氧平衡和K^+/Na^+平衡来提高植物的耐盐性。

关键词：胡杨 remorin蛋白抗盐性活性氧转基因烟草

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RNA聚合酶Ⅱ动态调控及其成像技术的研究进展

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生物技术通报 2021年第4期37卷 293-302页

作者：钱虹萍陈博林金星崔亚宁北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymerase Ⅱ,RNAP Ⅱ或Pol Ⅱ)在调节生物生长发育和响应环境变化中发挥着重要的作用。转录工厂是细胞核RNA聚合酶Ⅱ集合的位点,多个基因被招募到转录工厂发生共转录,形成一个高度动态协调的过程。尽管真核生物转录... 详细信息

RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymerase Ⅱ,RNAP Ⅱ或Pol Ⅱ)在调节生物生长发育和响应环境变化中发挥着重要的作用。转录工厂是细胞核RNA聚合酶Ⅱ集合的位点,多个基因被招募到转录工厂发生共转录,形成一个高度动态协调的过程。尽管真核生物转录过程中RNA聚合酶Ⅱ的重要功能已经被广泛研究,但是植物RNAP Ⅱ在不同生理条件下的活体动态特征仍然知之甚少。活细胞单分子成像技术和分子标记技术的发展,将有助于提升人们对植物RNAP Ⅱ的活体动态特征的新认识。主要阐述了真核生物RNAP Ⅱ的结构和功能特点,并介绍了细胞核内RNAP Ⅱ的动态调控转录机制,重点总结了活细胞内RNAP Ⅱ的动态标记和成像技术的研究进展,以期为今后开展植物RNAP Ⅱ的动态调控研究提供理论依据。

关键词：转录工厂动态标记技术单分子活体成像技术调控机制

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植物凯氏带化学成分、生理功能及相关调控机制的研究进展

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中国科学：生命科学 2020年第2期50卷 102-110页

作者：崔亚宁满奕宋程威张曦钱虹萍林金星北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

凯氏带是一种环绕在内皮层细胞径向壁和横向壁上的木质化和木栓化带状增厚结构.凯氏带作为一种保护性屏障,不仅可以调节物质和水分在维管束与皮层细胞之间的渗透性流动,而且在抵御盐胁迫、生物胁迫以及营养物质的选择性吸收等方面也发... 详细信息

凯氏带是一种环绕在内皮层细胞径向壁和横向壁上的木质化和木栓化带状增厚结构.凯氏带作为一种保护性屏障,不仅可以调节物质和水分在维管束与皮层细胞之间的渗透性流动,而且在抵御盐胁迫、生物胁迫以及营养物质的选择性吸收等方面也发挥重要作用.随着近年来生物化学分析技术及遗传学研究方法的发展,凯氏带的相关研究取得了极大进展.本文简要概述了凯氏带在植物体内的组织结构、化学组成和发育过程,并重点对凯氏带生理功能、重要调控基因及其相关调控机制等方面的最新进展进行了总结,以期为凯氏带的深入研究和开发利用提供参考.

关键词：凯氏带化学成分生理功能调控机制

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