松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方林区重要的蛀干害虫,也是我国重大林业外来入侵物种松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的主要传播媒介.为探究热激蛋白HSP40在松墨天牛抵御高温胁迫中的功能,基于松墨天牛转录组数据(GenBank登录号:PRJNA548205),通过RT-PCR技术克隆两条松墨天牛HSP40基因,并对其进行生物信息学分析;使用MEGA 7.0软件构建松墨天牛HSP40系统进化树;利用RT-qPCR技术检测16日龄松墨天牛雌雄成虫各组织HSP40基因在不同温度与时间处理条件(35℃、37℃、40、42.5℃和45℃;0h、1 h、2 h和3 h)下和高温42.5℃处理3 h后的组织表达特性.结果表明:克隆获得松墨天牛两条HSP40基因MaltHSP40-l(GenBank 登录号:MW690168)和 MaltHSP40-2(GenBank 登录号:MW690169),其 ORF 长度分别为1 206 bp和1 059 bp,分别编码401个和352个氨基酸,分子质量分别约为45.24 kDa和39.25 kDa,等电点分别为6.73和9.07;两条序列中均存在含有保守的HPD基序以及DNA-J结构域;蛋白三维结构中均由N端的4个a螺旋和C端的底物结合域构成.系统进化树显示:MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的AglaHSP40-1和AglaHSP40-2遗传距离最近.RT-qPCR结果显示,高温胁迫可诱导松墨天牛HSP40基因的转录表达,雌雄成虫的MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别在35℃和37.5℃的条件下开始表达上调,在40℃或42.5℃时到达峰值,雄虫HSP40的相对表达量和上调倍数均高于雌虫;MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在松墨天牛雌雄成虫的各组织中均有表达,42.5℃处理3 h后,MaltHSP40-l及MaltHSP40-2在各组织中的相对表达量均显著上调,精巢和卵巢中相对表达量最高.本研究表明McdltHSP40-l和MaltHSP40-2作为辅助分子伴侣,参与松墨天牛抵御高温胁迫.研究结果有助于深入探究热激蛋白在松墨天牛应对高温胁迫中的作用,也为揭示气候变暖背景下松墨天牛及松材线虫病的流行成灾机理提供理论依据.

[目的]山茶的花型和花色丰富、花期长,其耐热性日益受到关注,筛选合适的评价方法和指标可为山茶属植物耐热性鉴定、种质发掘和新品种选育提供理论依据.[方法]以耐热性较强的单体红山茶和'串花瀑布'为对照,7个自育束花茶花新品种为试验对象,采用瓶插方法,在短期(5 h)和长期(7 d)高温(42 ℃/35 ℃)处理后,考察各品种形态及光合生理标指标的变化,并综合评价其耐热性.[结果](1)'垂枝粉玉'和'串花瀑布'在高温胁迫下叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b、净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)均上升,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)和电子传递速率(ETR)维持在较高水平,且长期高温胁迫后均未出现热害.'金叶粉玉'、'上植华章'和'玫瑰春'在高温胁迫下Pn和Gs均显著降低,而Ci升高,'金叶粉玉'和'上植华章'的Fv/Fm、Fv/F.和ETR均大幅降低,且长期高温胁迫后出现较严重热害或死亡.(2)通过主成分分析将15个单项指标换算成4个独立的综合指标,累计贡献率可达90％;短期高温时以叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶黄素含量的综合权重值较高,长期高温时以叶绿素a/b、Fv/Fm、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(qN)的综合权重值较高.[结论]新品种'垂枝粉玉'耐热较强,'上植月光曲'、'上植欢乐颂'和'玫玉'中等耐热,'玫瑰春'、'上植华章'和'金叶粉玉'耐热性较弱;叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素含量可作为山茶短期耐热性考察指标,而叶绿素a/b、Fv/Fm、qP、qN可作为山茶长期耐热性的考察指标.

[目的]桃小食心虫Carposina sasakii与梨小食心虫Grapholita molesta是世界性果树害虫,气候变暖对其各自地理种群的发生与危害产生重要影响.本研究旨在明确桃小食心虫与梨小食心虫成虫地理种群间快速耐热性及其可塑性差异,以期为其预测预报与综合防控提供依据.[方法]通过测定基底条件(未经预处理)下与经过35 ℃预处理2 h的热锻炼条件下桃小食心虫与梨小食心虫成虫在恒温42.5 ℃下的击倒时间(knockdown time,KDT)与临界高温(critical thermal maximum,CTMax),系统比较了桃小食心虫吉林种群、郑州种群和实验室种群及梨小食心虫吉林种群、郑州种群、南昌种群和实验室种群等不同地理种群成虫的快速耐热性及其可塑性异同.[结果]桃小食心虫与梨小食心虫各地理种群成虫的KDT变化较为一致,两种食心虫各种群间与性别间的KDT均无显著差异,而热锻炼使桃小食心虫与梨小食心虫的KDT分别显著提高14.63和55.12 s,种群、性别和锻炼3个因子间两两交互或三者交互作用均不显著.桃小食心虫与梨小食心虫各自地理种群的成虫对CTMax反应差异较大,桃小食心虫成虫种群间CTMax差异显著,高低依次为吉林种群[(38.57±1.61)℃]、郑州种群[(37.60±1.32)℃]和实验室种群[(37.24±1.46)℃],锻炼对桃小食心虫成虫CTMax的影响显著,且与种群存在交互作用,主要体现在热锻炼使吉林和郑州种群的CTMax分别显著提高了 2.05和1.34℃,而室内种群基底CTMax与热锻炼后无显著差异.梨小食心虫成虫种群间CTMax差异显著,从高到低依次为南昌种群[(39.20±1.81)℃]、吉林种群[(38.63±1.42)℃]、郑州种群[(38.27±1.32)℃]和实验室种群[(38.15±1.51)℃],热锻炼对梨小食心虫成虫CTMax的影响显著,且与种群存在交互作用,主要体现在热锻炼仅显著提高了郑州种群的CTMax[基底:(38.18±1.34)℃;热锻炼后:(39.17±0.60)℃],而对吉林种群、南昌种群和实验室种群的CTMax均无显著提高.性别因子、及其与种群或热锻炼的交互作用以及这3个因子三者交互作用分别对桃小食心虫和梨小食心虫成虫CTMax影响均不显著.[结论]与中部种群相比,桃小食心虫北方种群快速耐热性较强;而梨小食心虫南部、中部、北部种群间,南方种群快速耐热性较强;实验驯化均会降低两种食心虫的快速耐热性;锻炼会分别提高两种食心虫的快速耐热性,但不同种群间耐热可塑性不一致,上述结论可能由于物种间的热适应进化机制不同及地理种群间生存环境差异所致.厘清桃小食心虫与梨小食心虫地理种群间快速耐热性及其可塑性的异同,对气候变暖条件下昆虫热适应研究与果品安全生产具有重要意义.

[背景]作为降解木聚糖的核心酶种,木聚糖酶可以有效促进木质纤维素的消化水解,在动物养殖领域应用广泛.来源于嗜热细菌贝斯其热解纤维素菌(Caldicellulosiruptor bescii)的GH10 家族木聚糖酶CbXyn10C最适温度为 85℃,在 80℃条件下具有良好的热稳定性,具有饲料工业应用潜力.[目的]为满足饲料制粒尤其是水产饲料加工过程的工艺要求,进一步提高木聚糖酶CbXyn10C的热稳定性并阐明其耐热机理.[方法]以CbXyn10C晶体结构为基础,采用刚性氨基酸引入、疏水作用网络重排 2 种策略对其热稳定性进行理性设计,获得在 100℃条件下比活提高的单点突变体后,通过有益突变位点叠加策略进一步提升酶的热稳定性,最后采用分子动力学模拟技术分析其热稳定性提高的分子机制.[结果]共获得了 4 个稳定性提高的单点突变体A45P、T69P、F309V和A325P,其中突变体A45P效果最优.随着在A45P基础上另外 3 个突变位点的叠加,酶的热稳定性在不损失酶活的前提下得到了逐步提升.获得的四点突变体A45P/F309V/A325P/T69P的耐热性最好,其最适反应温度和熔解温度Tm值较野生型分别提高了 5℃和 6.8℃.分子动力学模拟技术分析发现 4 个位点的突变引入了新的氢键作用力且优化了疏水作用网络,进而导致酶的结构构象更加稳定.[结论]本研究不仅提高了木聚糖酶在饲料工业中的应用价值,而且对基于酶蛋白结构的稳定性分子改造提供了理论支持.

三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)是一种重要的辅助因子,参与许多需能的生物催化反应.多聚磷酸盐激酶(polyphosphate kinases,PPK)由于其底物聚磷酸盐廉价易得,可以为消耗ATP 的反应提供能量.本研究选择哈氏噬纤维菌(Cytophaga hutchinsonii)来源的ChPPK,进行了底物谱和耐受性分析,通过分子对接和定点突变,理性改造多聚磷酸盐激酶的双底物通道腔来提高PPK酶的催化活性.与野生型相比,筛选得到突变体ChPPKK81H-K103V的相对酶活提高了326.7%,同时,双突变扩大了ChPPK的底物利用范围与耐受性,提高了该酶的耐热性与耐碱性.基于该ATP再生系统,本研究偶联谷胱甘肽双功能酶GshAB和ChPPKK81H-K103V,破细胞后采用无细胞催化生产谷胱甘肽,加入5 mmol/L ATP后,该体系6 h可以生产(25.4±1.9)mmol/L的谷胱甘肽,比突变前的催化体系提高了 41.9%.优化无细胞催化体系的缓冲液、裂解液菌体量、补料时间后,无细胞体系可产生(45.2±1.8)mmol/L谷胱甘肽,底物 L-半胱氨酸的转化率达到 90.4%.提高ChPPK生产ATP 的能力,可有效增强底物的转化率,降低催化成本,实现了无细胞催化生产谷胱甘肽的高产量、高转化率与高经济价值的统一.本研究提供了一种绿色高效的 ATP 再生系统,可为消耗 ATP的生物催化反应平台提供可持续动力.

全球气候变化背景下,极端高温事件日益频繁,对植物的生长、存活造成严重威胁,准确评估植物的耐热性,对物种保育和适应性预测具有重要作用.木兰科是中国亚热带常绿阔叶林的标志类群,也是被子植物基部类群,具有重要的生态价值和演化生物学地位,然而目前对其耐热性尚缺乏了解.该研究以种植于同质园的23种木兰科植物为研究对象,利用叶绿素荧光技术研究了叶片光合系统的耐热性,同时测定了叶片形态性状,并基于这些物种在全球的分布地气候数据,分析了叶片光合系统耐热性与叶片形态及温度生态位的关系.发现木兰科植物光系统Ⅱ最大光化学效率降低50％时的温度(T50)范围在46.1-56.7 ℃之间,且常绿物种的T50显著高于落叶物种.叶片形态方面,T50与叶面积显著正相关,与叶片厚度无显著相关关系.温度生态位方面,T50与年平均气温、最冷月最低气温呈显著正相关关系,但与最暖月最高气温无显著相关关系.T50具有较弱的系统发育信号,暗示T50受系统发育影响较小,受叶片形态与环境气候的影响较大.研究结果说明木兰科植物的叶片光合系统耐热性较强,但耐热性的气候适应可能并不受高温环境驱动,未来的高温事件对生活于更炎热地区的木兰科落叶植物威胁较大.

目的:利用秀丽隐杆线虫(以下简称线虫)模型,研究水苏糖在体内抗衰老活性及作用机制.方法:通过测定野生型N2 线虫的体长、头部摆动频率、脂褐素、氧化应激和热应激探讨水苏糖的抗氧化效果.通过测定转基因TJ356 线虫的衰变加速因子-16(DAF-16)蛋白核转位和CF1553 线虫体内超氧化物歧化酶-3(SOD-3)表达探讨水苏糖抗衰老的分子机制.结果:水苏糖显著改善了N2 线虫的头部摆动频率(P<0.001),降低了脂褐素的沉积(P<0.01),显著延长了线虫的耐热性(P<0.001).水苏糖能够促进 TJ356 线虫 DAF-16 核转位,显著提升CF1553 线虫体内SOD-3 蛋白的表达水平.结论:水苏糖的抗氧化效果显著,可能与胰岛素/胰岛素样生长因子 1 信号通路(IIS)的信号传导有关,通过促进DAF-16 的转录、激发SOD-3 的表达实现对细胞的保护作用.

克罗诺杆菌(Cronobacter)是一种食源性革兰氏阴性无芽孢致病菌,广泛分布于环境中,能引发脑膜炎、败血症,且致死率极高.克罗诺杆菌具有很强的耐干燥、耐热性,使它能够在干燥的奶粉中存活下来,强的抗氧化性使它能够抵抗自身呼吸和外界环境所导致的氧化损伤,防止自身过早衰老.文章综述了近年来发现的能够在克罗诺杆菌耐热、耐干燥、抗氧化方面发挥作用的基因、蛋白、小分子物质等作用机制.

虾脊兰属(Calanthe R.Br.)植物物种多样性丰富,但在全球变暖的环境影响下,极端高温天气频繁出现,加剧了非生物胁迫对该属物种生存和繁殖的危害.本研究以兰科(Orchidaceae Juss.)6种虾脊兰属植物作为研究对象,通过高温半致死生理实验初步确定不同虾脊兰属植物的耐热性,并挑选耐热型银带虾脊兰(Calanthe argenteostriata C.Z.Tang & S.J.Cheng)和热敏感型三棱虾脊兰(C.tricarinata Lindl.)进行转录组测序,以筛选热胁迫相关基因,并分析其表达差异及功能.同时利用实时荧光定量PCR技术检测其基因在不同温度下的表达模式,分析相关基因与耐热性的关系.结果表明:(1)6种虾脊兰属植物的耐热性由弱至强排序:三棱虾脊兰＜钩距虾脊兰＜三褶虾脊兰＜西南虾脊兰＜中华虾脊兰＜银带虾脊兰.(2)在耐热型银带虾脊兰和热敏感型三棱虾脊兰中鉴定到响应热胁迫的基因家族包括HSP、HSF、LEA、XTH、TIL.(3)三棱虾脊兰耐热相关基因表达的上限温度为30℃,超过该温度则对三棱虾脊兰造成伤害;银带虾脊兰9个耐热相关的差异基因在40℃下依然保持较高的表达量,可能因此获得了对高温胁迫较高的耐受性.本研究从分子水平上探究虾脊兰属植物对高温的响应,为筛选耐热性关键基因及培育耐热性较强的园林植物提供重要的线索,对现代园林育种具有重要的指导意义和应用价值.

为应对未来全球热浪事件频发及城市热岛效应加剧,筛选耐热性强的城市绿化树种尤为必要.本文选取16个城市园林树种,研究了其叶光合耐热性阈值(PSⅡ潜在量子效率损失50％所对应的温度T50)及其与叶形态、解剖结构的关系.结果表明:16个园林树种的T50介于46.1～50.6℃,平均值为48.6℃,与热带树木的T50接近,其中悬铃木的光合耐热性最强而垂柳的最弱.16个树种的光合耐热性阈值与叶面积呈显著正相关,而与其他形态和解剖结构参数间无显著相关性.叶面积和比叶质量可以较好预测叶光合耐热性.研究结果对未来北方城市绿化树种筛选有一定价值.