丙酮酸激酶(PK)是调控糖酵解途径的关键限速酶，在植物基础物质代谢等生物学过程中起着重要的作用。油莎豆(Cyperus esculentus L.)的块茎富含油脂、淀粉、糖等营养物质，是研究碳代谢及调控机制的一个理想模型。本研究基于转录组分析鉴定出7个油莎豆CePK基因，包括3个质体型CePKp(CePKpα、CePKpβ1和CePKpβ2)和4个细胞质型CePKc(CePKc1、CePKc2、 CePKc3和 CePKc4)。CePK编码的CePK蛋白均具有典型的PK和PK_C结构域，同一类型的CePK蛋白的序列长度、相对分子质量、稳定性和等电点等基本相似。CePKp为亲水蛋白，亚细胞定位预测位于叶绿体。CePKc为稳定的疏水蛋白，亚细胞定位预测位于细胞质。三级结构预测结果显示，CePK均为同源四聚体。在块茎发芽和幼苗建成时期，CePK基因的表达模式具有时空特异性，预示着CePK基因可能差异化调控块茎营养物质的代谢途径。该研究为深入解析油莎豆块茎发芽和幼苗建成的碳流通以及分配等生物学过程协同调控机制和油莎豆高产优质育种提供了新的科学依据。

紫苏［Perilla frutescens(L.)Britt.］是一种新型油料经济作物。转录因子WRI1(WRINKLED1)参与调控植物油脂合成积累。为探究紫苏PfWRI1在油脂合成积累及胁迫响应过程中的分子调控机制, 通过分子克隆技术分离得到PfWRI1的完整编码区, 利用生物信息学分析工具和半定量PCR(sqRT-PCR)及实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对序列特征及表达水平等进行分析。结果显示: PfWRI1转录因子属于AP2(APETALA2)超家族, 包含2个AP2保守结构域; 亚细胞定位预测分析显示, PfWRI1转录因子定位于细胞核; 无规则卷曲和α-螺旋是PfWRI1蛋白二级结构中的主要结构元件; 系统进化分析表明, PfWRI1与芝麻和油梨WRI1的亲缘关系最近; 互作蛋白预测表明, PfWRI1蛋白可能与LEC1(LEAFYCOTYLEDON1)、FATA(fatty acyl-acyl carrier protien thioesterase)、FATB和PDAT(phospholipids:diacylglycerol acyltransferase)等存在互作关系; PfWRI1在紫苏的不同组织中均有表达, 随种子成熟其表达量呈现先升高后降低的模式, 且在发育中后期(开花后30 d)种子的表达量最高, 表明PfWRI1可能在紫苏种子油脂合成中具有调控作用; 紫苏幼苗经过低温胁迫后, PfWRI1的表达量在胁迫12 h后显著上调, 说明PfWRI1可能参与紫苏幼苗冷胁迫响应。这些结果为进一步研究PfWRI1在紫苏油脂合成积累和胁迫响应中的分子机制及功能奠定了基础, 为紫苏和其他油料作物的遗传改良和新品种选育提供了理论依据。

近年来，为应对化石燃料燃烧造成的CO2过度排放及由此带来的全球变暖和能源枯竭等问题，微藻固碳联产高值产品的CO2减排策略备受关注，尤其是基于化学吸收法耦合能源微藻固碳的培养体系已成为新的研究热点。本文以优良CO2耐受小球藻Chlorella sp.为试验藻株，探究添加不同质量浓度化学吸收剂单乙醇胺(MEA)在体积分数为20% 的CO2和通气比为0.33的条件下对小球藻生理生化特性及固碳效应的影响。结果表明，添加MEA可缓解由高浓度CO2造成的培养基酸化对微藻的生长抑制，且适宜质量浓度的MEA可以有效提高小球藻的生长代谢、CO2固定效率及光合活性。在50 mg/L MEA的条件下，小球藻的生物量、CO2固定率和油脂含量达到最大值，分别为3.07 g/L、0.55 g CO2/(L·d)和23.5%，与无MEA的对照相比分别提高了43.7%、45.6%和21.7%。综上所述，50 mg/L质量浓度的MEA作为CO2吸收剂用于微藻培养体系可以显著提升小球藻在高浓度CO2条件下的生物量、油脂积累以及固碳效率。以上结果可为微藻CO2 生物减排及清洁能源开发提供理论依据。

油体钙蛋白(caleosin)是参与油体合成的一类蛋白质。本研究从紫苏转录组数据库中筛选获得caleosin的PfClo1和PfClo2两个基因片段, 通过表达特性分析发现, PfClo2基因在紫苏不同组织中几乎不表达, 故选定PfClo1基因进行克隆及实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析, 探究基因PfClo1在紫苏不同品种中的表达特性及对干旱胁迫的响应。紫苏caleosin的PfClo1基因序列分析结果表明, PfClo1基因的开放阅读框(ORF)序列为609 bp, 共编码202个氨基酸, 理论等电点为5.19, 亲水性系数为0.678, PSORT软件预测PfClo1蛋白定位于细胞质; BLAST同源序列比对表明, PfClo1与丹参和芝麻的caleosin序列相似性较高, 属于典型的caleosin家族成员; qRT-PCR分析结果表明, PfClo1基因在‘晋紫苏1号’的花和种子中均有表达, 且在开花后30 d的种子中表达量最高; 通过分析不同紫苏品种的差异表达发现, PfClo1基因的表达与紫苏油脂合成存在一定的正相关关系; 用20%聚乙二醇(PEG)对‘晋紫苏1号’幼苗进行干旱胁迫处理后发现, PfClo1基因在胁迫处理12 h时表达量达到最高, 为对照的6.78倍, 推测该基因可能在紫苏干旱胁迫诱导中发挥调控作用。该研究结果为深入探究PfClo1基因在紫苏种子发育及干旱胁迫应答中的功能提供了理论依据。

在甘薯近缘种三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)全基因组水平上对MADS-box基因家族进行鉴定和分析, 结果表明, 在三浅裂野牵牛基因组中, 共鉴定到38个MADS-box(ItfMADS)成员。根据理化性质分析, 各成员的氨基酸数目差异很大, 有26个成员显碱性。亚细胞定位表明, 在这些成员中有32个定位于细胞核。系统进化分析发现, ItfMADS家族可分为Ⅰ型和Ⅱ型2类, Ⅰ型包含9个成员, Ⅱ型包含29个成员。染色体定位分析发现, 该38个ItfMADS成员不均匀地分布在三浅裂野牵牛基因组的12条染色体上, 其中染色体11(Chr11)上的成员数最多(9个), 而Chr12和Chr00仅有1个成员。结构域保守基序分析表明: 各成员均含有MADS-box结构域, Ⅱ型的各成员还含有K结构域; motif 1和motif 3是ItfMADS蛋白的重要保守基序。基因结构分析表明, 各成员中的内含子和外显子数量差异较大。启动子顺式作用元件分析发现, 响应光的顺式作用元件最多。表达模式分析发现, ItfMADS基因在不同的组织中表达存在差异, 且在不同胁迫下的表达量也不同, 说明ItfMADS基因可能参与了胁迫响应。本研究为甘薯MADS-box基因的功能鉴定提供了参考, 也为甘薯的分子育种奠定了基础。

为鉴定可用于大豆(Glycine max)遗传改良的优异基因源, 从大豆基因组中鉴定获得一个大豆GmWIN1-6转录因子, 应用生物信息学工具和实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术系统分析GmWIN1-6转录因子的理化性质、蛋白结构、时空表达谱及盐胁迫响应。结果表明: 从大豆花组织中克隆到GmWIN1-6基因的开放阅读框(ORF), 其编码蛋白由176个氨基酸组成, 在N端具有一个保守的AP2结构域, 属于亲水性蛋白; GmWIN1-6蛋白的二级结构中, 无规则卷曲占比例最大; 三级结构与拟南芥(Arabidopsis thaniana)AtWIN1相似; 系统进化分析显示GmWIN1-6与AtWIN1亲缘关系最近; GmWIN1-6转录因子在大豆各组织中的表达差异明显, 其中在花组织中表达量最高, 其次为种子发育中后期, 且与种子油脂积累时期基本吻合; 在大豆幼苗盐胁迫条件下, GmWIN1-6基因上调表达。这些试验发现预示着GmWIN1-6转录因子可能参与大豆种子发育和油脂富集以及幼苗胁迫响应的调控, 为大豆遗传改良和分子育种提供理论依据。

雨生红球藻钙蛋白(caleosin)有稳定油体的功能，为了研究该蛋白的理化特征及功能,利用同源克隆和 cDNA末端快速扩增技术(RACE)相结合的方法获得雨生红球藻 caleosin基因的 cDNA全长序列，并进行生物信息学分析和 HaeClo基因的表达分析。分析表明， HaeClo全长为 1 088 bp，共编码 262个氨基酸，理论等电点为 7.73。BLAST同源比对表明 HaeClo的氨基酸序列与盘藻(Gonium pectoral)和莱茵衣藻(Chlamydomonas rein-hardtii)来源的 caleosin的相似性分别达到 66%和 61%，是一个典型的 caleosin家族成员。多序列比对及系统进化也表明 HaeClo与其他高等植物和低等植物来源的 caleosin有共同的祖先。不同胁迫条件下， HaeClo基因在培养第 3天时表达量均达到最高值，此时高蓝光 +1/4氮处理组表达量达峰值，高白光 +1/4氮处理组表达量次之，且目的蛋白在大肠杆菌中成功表达。本文首次从雨生红球藻中克隆获得编码 caleosin的基因序列，并进行了生物信息学分析，对高光和缺氮不同胁迫条件下的雨生红球藻进行了表达分析，进一步研究了 HaeClo基因在雨生红球藻中的表达，为雨生红球藻中 caleosin的表达和功能研究奠定了基础。

甘油三磷酸酰基转移酶(GPAT)是三酰甘油(TAG)合成过程中的关键酶。本研究从油料作物紫苏中筛选鉴定得到甘油三磷酸酰基转移酶基因Pfgpat9, 并揭示其编码蛋白特征及基因功能。从紫苏转录组数据库中筛选获得gpat9基因片段, 以优选品种‘晋紫苏1号’为材料, 通过RT-PCR技术克隆获得该基因的开放阅读框(ORF)全长序列, 命名为Pfgpat9; 利用实时荧光定量PCR方法分析Pfgpat9基因在紫苏根、茎、叶、花及不同发育时期种子(开花后10、20、30、40 d)中的组织表达特性; 通过双酶切将紫苏Pfgpat9基因完整的ORF序列连接到酵母表达载体pYES2.0上, 将重组质粒转化至野生型酵母菌株INVSc1和缺陷型酵母gat1, 并验证该基因的功能。结果显示: 紫苏Pfgpat9基因ORF为1 116 bp, 共编码371个氨基酸, 理论等电点pI为8.96, 不稳定系数为46.67, 亲水性系数为-0.108, 是一种亲水性不稳定蛋白。紫苏Pfgpat9基因具有典型的GPAT9功能结构域, 包含3个典型的跨膜螺旋区; 多序列比对分析表明, 紫苏PfGPAT9蛋白与油橄榄、茶树和向日葵GPAT9蛋白的亲缘关系较近; qRT-PCR分析显示, Pfgpat9基因在紫苏不同组织中均表达, 在种子发育不同时期表达量呈先升高后降低趋势, 在开花后20 d表达量达到最高; 酵母转化结果表明, 转Pfgpat9基因野生型酵母和转Pfgpat9基因缺陷型酵母总脂含量均提高, 且C16∶0、C16∶1含量均有所提高。研究表明, Pfgpat9基因在紫苏种子油脂合成积累过程中发挥重要作用, 这为进一步通过基因工程及转基因技术改良紫苏品质提供了新的方向。

本研究以雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)为研究对象, 利用同源克隆和cDNA末端快速扩增技术(RACE)相结合的方法获得了雨生红球藻己糖激酶(HaeHK)基因的cDNA全长序列, 并进行了序列分析。结果表明, HaeHK的cDNA全长为2 047 bp, 其中开放阅读框的长度为1 716 bp, 编码571个氨基酸。该蛋白预测的等电点(pI)为6.49, 理论分子量为60.61 kD。经在线BLAST同源比对分析发现, 其与团藻(Volvox carteri)和莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)来源HKs的相似性分别达到50%和46%。通过序列比对和结构域分析可知, HaeHK蛋白存在与高等植物来源HKs相似的结构域, 且具有HK家族的显著特征。高级结构同源建模表明其具有典型的“蝴蝶”结构。系统进化分析显示, 高等植物和真核绿藻(Chlorophyta)来源HKs可能来自共同的祖先。本文首次从雨生红球藻中获得编码HaeHK的基因序列, 为雨生红球藻中HK的表达和功能研究奠定基础, 同时为解析雨生红球藻己糖利用及代谢的分子机制提供线索。

功能性便秘是近几年比较常见的一种肠道疾病。越来越多的证据证明一些生物源功能活性物质对于治疗便秘有积极的疗效。螺旋藻富含多糖化合物, 且具有广泛的生理功能。本文分析不同剂量螺旋藻多糖(PSP)对地芬诺酯诱导便秘小鼠的治疗效果, 检测各组小鼠的体重、首次排便时间和数量、肠道酶活性, 菌群组成以及相关功能基因表达等。结果显示, PSP低、中、高剂量组小鼠六小时内排便数量都显著增加(P<0.05), 且首次排黑便时间缩短。同时, 小鼠的体重增长没有受到显著影响。PSP治疗后, 便秘小鼠肠道内木聚糖酶和蛋白酶活性恢复到正常组水平(P<0.05)。此外, PSP处理改变了便秘小鼠肠道主要微生物菌群组成, 上调了一些有益功能基因的丰度, 从而达到缓解便秘的效果。PSP处理上调KO0845(葡萄糖激酶)丰度水平, 能维持机体血糖平衡。这些发现表明, PSP饲喂处理可显著改善小鼠肠道微生态, 缓解小鼠便秘病症, 为解决慢性便秘提供一种有效的食疗方案。