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华中农大近期科学研究进展

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    2019.8.28 18:06
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    迅猛龙

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    发表于 2019.9.12 11:01:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 犬夜× 于 2019.9.12 11:03 编辑



    能源及环境光催化研究取得新进展

    近日,华中农大理学院陈浩教授带领的 “先进材料与绿色催化”课题组在能源及环境光催化研究领域获得进展,相关成果以“Oxygen vacancies induced special CO2 adsorption mode”为题发表在国际期刊“Applied Catalysis B: Environmental”上。论文第一作者为华中农大博士生杨祥龙、理学院副教授汪圣尧和硕士生杨楠,理学院陈浩教授、丁星副教授和日本国立材料研究所叶金花教授为论文共同通讯作者。



    人工光合作用利用太阳能和光催化剂将CO2和H2O转化为高附加值的碳氢化合物,是太阳能转换研究领域的“圣杯”反应。在诸多的光催化材料中,含表面氧空位的半导体材料由于光谱吸收范围宽、载流子传输效率高、活化底物分子能力强等优点受到研究者的高度关注。
    然而,当前的研究主要集中在增强材料光催化活性方面,对氧空位与CO2选择性转化的关系关注较少。

    基于此,理学院陈浩教授团队与日本国立材料研究所叶金花教授课题组合作,以{001}晶面暴露Bi2MoO6为模型材料,通过理论计算和实验相结合的手段探究了氧空位引入对CO2光催化转化路径的影响。DFT理论计算表明向{001}晶面暴露Bi2MoO6上引入氧空位会促使CO2以B1-CO2构型吸附在其表面,主要转化生成高附加值的CH4。可见光催化还原CO2实验表明,含氧空位Bi2MoO6还原CO2至CO/CH4的速率为0.27/2.01 μmol g-1 h-1,对CH4的选择性高达96.7 %。活性和CH4选择性均优于只能产生CO的无氧空位Bi2MoO6,实验结果与理论计算高度吻合。此外,该研究还进一步利用原位漫反射红外光谱仪监测了CO2的转化过程,深入考察了CO2的光催化还原机理,并初步揭示了氧空位在CO2选择性光还原过程中的作用,对设计合成高活性、高选择性的CO2光催化剂具有指导意义。
    该研究得到了国家自然科学基金、湖北省基金及校自主创新基金的资助。

    揭示两个新基因在甘蓝型油菜雄性不育中的作用机制

    近日,华中农大作物遗传改良国家重点实验室涂金星教授课题组在国际学术期刊“NEW Phytologist”在线发表了题为“Two Young Genes Reshape a Novel Interaction Network in Brassica napus”的研究论文,该研究揭示了两个新基因在甘蓝型油菜雄性不育三系育种系统7365ABC中雄性不育的作用机制。



    新基因通常能够推动基因互作网络的进化,这一过程在生物体中创造出新的遗传和表型多样性。甘蓝型油菜雄性不育三系育种系统7365ABC由于其显著的育种优势,在中国油菜育种中被广泛应用。7365ABC由两个新基因Bnams4b和BnaMs3控制。这两个新基因的相互作用机制在此之前一直不甚清楚,本研究通过蛋白互作筛选及验证,转录组与蛋白组分析,以及各种遗传学实验,解析Bnams4b不育和BnaMs3恢复育性的分子机理。

    本研究中证实Bnams4b与核定位E3泛素连接酶基因BRUTUS(BTS)相互作用。AtBTS的异位表达拟南芥和Bnams4b转基因拟南芥及bts突变体之间的比较表明Bnams4b可能驱动BTS的易位以引起缺铁耐性、不育、半不育等毒性缺陷。热激处理则影响两种蛋白的互作,使植株恢复育性。同时在酵母点对点验证中,高温抑制了酵母中Bnams4b和BTS之间的相互作用。在热激处理后的Bnams4b转基因拟南芥植物中,泛素系统和TOC组分的积累受到影响。

    实验表明,与同源基因Bnams3和AtTic40相比,BnaMs3与叶绿体外膜易位子Toc33特异性互作,并特异地补偿了Bnams4b驱动的毒性作用。

    基于已有的实验结果,作者推测新基因Bnams4b在植物体中出现之后,其蛋白与核蛋白BTS互作并携带BTS错误定位到叶绿体,最终导致了一系列的毒性作用。作者提出了7365ABC系统中Bnams4b和BnaMs3可能的作用模型。当没有Bnams4b在时,BTS定位在细胞核中行使其自身固有的功能,并且叶绿体前体蛋白正常转运到叶绿体中。一旦植物含有Bnams4b,它将携带核蛋白BTS错误地到达叶绿体,之后很可能在叶绿体外膜上通过直接降解某些前体蛋白或者扰乱正常的泛素-蛋白酶体系统(例如SP1介导的泛素-蛋白酶体系统)而影响叶绿体蛋白的转运,并最终导致不育表型。适当的热激处理抑制Bnams4b与BTS之间的蛋白互作,从而不会引起BTS的错误定位,Bnams4b本身不具有影响叶绿体蛋白转运的功能,因此无法导致不育表型。当存在BnaMs3时,未检测到Bnams4b转录和Bnams4b表达,BnaMs3与Toc33特异性结合,可能直接向细胞核发送信号抑制Bnams4b转录,也可能通过某种未知机制消除蛋白Bnams4b,然后发送反馈调节信号抑制细胞核中Bnams4b的转录,最终,Bnams4b的毐害效应被完全消除。

    华中农大植物科学技术学院作物遗传育种专业张智强博士为论文第一作者,通讯作者为涂金星教授,该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金的资助。


    茶学研究团队在茶叶中的农残检测研究方面取得新进展

    近日,华中农大园艺林学学院茶学系倪德江课题组在“Journal of Hazardous Materials” 杂志在线发表了题为 “Self-assembled ‘bridge’ substance for organochlorine pesticides detection based on Surface Enhanced Raman Scattering” 的研究论文,创新性地提出了一种茶叶中有机氯农药残留快速有效检测的新方法。



    作为大众喜爱的三大无酒精饮料,茶叶产品的质量安全备受关注。传统的检测方法,如高效液相色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法等,往往存在着检测方法复杂、耗时长、成本高,无法满足现场检测需求。

    为满足茶叶产业农残快速检测需求,倪德江研究团队近年与中国计量大学合作,主要采用SERS技术、聚焦快检新技术等对茶叶中农药残留检测环境、增强衬底制备、指纹光谱算法等进行了深入研究。

    大部分有机磷农药分子能够被拉曼光谱方法检测出来的关键在于存在一些特定的化学基团可以与增强衬底相结合达到共振效应,而有机氯农药分子恰恰不具备这一特点。研究发现,某些含有苯环的有机小分子能够起到桥接作用,拉近游离分子与增强衬底的距离,从而发生表面等离子共振效应,获得可区分的分子指纹光谱。
    通过茶园对比用药取样研究发现,SERS技术能够有效检测目标农残,且与GC-MS检测法比对分析后发现,SERS检测方法具有很好的应用前景。本工作不仅可以有效地检测出多种茶叶中常用的有机氯农药分子,而且为茶叶中农药残留的实际定量检测奠定了实验基础和理论依据。

    课题组计划进一步开展跨学科合作,将新技术与微流控芯片相结合,开发微剂量、高通量、自动化、可重复的现场快速检测新技术方案与相关轻型设备,为园艺大产业食品安全服务。

    以上研究成果,华中农大园艺林学学院博士研究生张德为论文第一作者,余志副教授和中国计量大学梁培副教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金青年科学基金、国家重点研究开发计划项目以及华中农业大学自主创新基金项目的支持。

    土壤生物化学与环境课题组在土壤生物膜功能方面取得新进展


    微生物是土壤中最活跃的组分,在土壤健康、植物生产力和生态安全等方面发挥着关键作用。据估计,土壤中超过80%的微生物以生物膜(Biofilm)形式存在。土壤生物膜的形成可帮助微生物获得生态优势,驱动土壤微团聚体的形成,影响土壤结构,同时也是调控土壤有机碳周转的关键。然而,影响土壤生物膜形成的环境和生物决定因素仍然未知,生物膜形成如何影响土壤微生物群落结构和代谢活性也不明确。

    该项研究以表层土壤(采自湖北武穴)中提取的微生物为研究对象,基于人造土壤及多种分析手段,测定了不同营养水平下土壤生物膜的生物量、碳氮浓度及胞外聚合物(EPS)组成等,发现高养分输入是土壤生物膜形成的先决条件;16S rRNA扩增序列结果表明,在形成生物膜的土壤中,微生物群落的多样性和均匀度指数远高于未形成生物膜的土壤,其中Bacillus和Paenibacillus是土壤生物膜形成的关键菌属;通过测定葡萄糖代谢速率、土壤氧气分布及拟合土壤呼吸模型,发现土壤生物膜中活性微生物量和代谢速率分别是对照土壤的14和38倍。上述结果首次证实了土壤生物膜的形成可促进土壤微生物多样性和代谢活性,对于深入理解土壤生物过程的本质,更好的调控生物参与的养分循环、污染物降解和土壤健康具有重要意义。

    此外,如何提取和定量土壤生物膜EPS一直缺乏有效的实验方法。近期课题组以我国南方红壤为研究对象,比较了5种土壤EPS提取方法:热水提取多糖法(HWEP)、热稀酸提取多糖法(HDAEP)、易提取球囊霉素法(EEG)、硫化物提取法(SS)和阳离子交换树脂法(CER)。结果表明,EEG和SS可以提取大量多糖和蛋白质,但会引起严重的胞外和胞内污染;HDAEP和HWEP只能提取土壤多糖,不能提取土壤蛋白质;CER提取的土壤多糖和蛋白质含量适中,同时引起的胞外与胞内污染程度最低,是有效的土壤EPS提取方法。

    以上研究成果发表分别以“Soil biofilm formation enhances microbial community diversity and metabolic activity和Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) from red soils (Ultisols)”为题发表在国际学术期刊“Environment International”(吴一超副教授为论文第一作者,蔡鹏教授为通讯作者)和“Soil Biology and Biochemistry”(博士生王双为论文第一作者,蔡鹏为通讯作者)。研究得到了国家自然科学基金、牛顿基金、国家重点研发计划项目以及华中农业大学自主创新基金项目的支持。

    多杀性巴氏杆菌基因组研究获得进展

    近日,微生物学期刊“Microbiology and Molecular Biology Reviews”在线发表了华中农大“猪场生物安全和疫病防控“团队题为“Pasteurellamultocida: genotypes and genomics”的综述性研究论文。文章结合大量的试验数据与分析,系统论述了团队在多杀性巴氏杆菌基因组方面的研究进展。



    多杀性巴氏杆菌是一种重要的人兽共患病原菌,其血清型众多,宿主谱广,不同血清型的多杀性巴氏杆菌表现出一定的宿主偏好性。长期以来,由于缺乏快速准确的细菌分型技术及遗传操作系统,人们对多杀性巴氏杆菌的致病血清型/基因型以及宿主偏好性的分子机制的认识尚不清楚,有关决定多杀性巴氏杆菌系统发生学的遗传基础也有待进一步阐明。

    团队成员结合团队前期的研究成果,并通过对大量的多杀性巴氏杆菌全基因组序列进行生物信息学分析,提出将基因分型的方法引入多杀性巴氏杆菌的分型,界定了不同宿主来源的多杀性巴氏杆菌的优势基因型和分子生物学特征。团队成员还通过对大量不同宿主来源的多杀性巴氏杆菌开展比较基因组学分析,阐明了决定多杀性巴氏杆菌宿主偏好性的分子基础,并提出“脂多糖基因型:多序列位点基因型”是多杀性巴氏杆菌系统发生的主要决定因素。

    相关研究将为多杀性巴氏杆菌的疫苗研发和分子生物学的研究奠定基础。

    华中农大吴斌教授和美国伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)的Brenda Wilson教授为论文的通讯作者,博士后彭忠为第一作者,陈焕春院士、周锐教授和王湘如副教授参与了论文的指导和修改。

    发现自然变异对水稻与丛枝菌根真菌的共生调控机制

    近日,华中农大农业微生物学国家重点实验室端木德强课题组和曹扬荣课题组在“New Phytologist”发表“Natural variation at OsCERK1 regulates arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice”的研究论文。该研究揭示了OsCERK1基因的自然变异对水稻与丛枝菌根真菌的共生的调控作用。

    丛枝菌根真菌(AMF)是一类分布极为广泛的土壤真菌,它可以利用植物产生的脂质等碳源促进自身生长;作为回馈,它也会帮助植物吸收土壤中的水分和矿物盐(主要是磷)。除此之外,AMF可提高植物的抗旱能力,改善植物营养条件,提高植物的耐盐性和抗病性。1976年东乡野生稻(DY)在江西省东乡县岗上积镇被发现,是迄今为止全世界分布最北的野生稻(28°14´N),含有许多栽培稻不存在的优良基因,有“水稻中的大熊猫”美誉。

    本研究首先发现DY相比于栽培稻中早35(ZZ35)能更快被AMF侵染。通过构建染色体片段代换系和图位克隆的方法,课题组定位并克隆了来自于DY的OsCERK1基因(OsCERK1DY)并通过分析中花11(ZH11)水稻中转基因及表型证实该基因调控了水稻与AMF的共生效率。与OsCERK1ZH11相比, OsCERK1DY发生了I118T、S121T以及T284M的变异。OsCERK1DY的单倍体型在4660份栽培稻品种中均不存在,OsCERK1基因座显示出粳稻、籼稻和aus稻种群之间高度特异性分化的分布模式。以上种种表明OsCERK1可能在水稻育种史上存在人工选择的情况。
    研究还发现,OsCERK1DY比OsCERK1ZH11或OsCERK1ZZ35具有更强的免疫应答能力,它能够显著提高转基因水稻对稻瘟病的抗性。OsCERK1DY有利于水稻与AMF的共生,有效提高了水稻吸收磷的效率及单株产量。在植物叶片中OsCERK1DY能够介导更强的免疫反应,提高水稻对稻瘟病的抗性。这表明野生稻来源的OsCERK1DY在“绿色超级稻”培育中具有较好的应用前景。
    本研究由华中农大端木德强课题组与曹扬荣课题组合作完成,合作单位江西省农业科学院水稻研究所完成了水稻基因定位群体的构建工作,在职博士研究生黄仁良为论文第一作者,教授端木德强和曹扬荣为该论文的共同通讯作者。本研究同时得到江西省农业科学院研究员沈显华、华中农大生命科学技术学院教授张忠明、林拥军及植物科学技术学院教授李国田的悉心指导。相关工作得到国家自然科学基金及华中农大自主科技创新基金的资助。

    本文转载自华中农业大学

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    我的意中人是一个盖世英雄,有一天他会踩着七彩祥云来娶我……
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