核糖体工程技术研究进展

核糖体失活蛋白的研究进展李建国【期刊名称】《分子植物育种》【年(卷),期】2005(3)4【摘要】核糖体失活蛋白是一类作用于rRNA而抑制核糖体功能的毒蛋白,广泛存在于高等植物体内。

核糖体失活蛋白分为3类:第1类是单肽链蛋白,分子量大约30kD,一般为碱性糖蛋白,具有RNAN-糖苷酶活性;第2种类型是异源二聚体蛋白,分子量大约为60kD,A链具有RNAN-糖苷酶活性,B链是一个对半乳糖专一的凝集素,B链可以分别或同时与真核细胞表面的糖蛋白或糖脂的半乳糖部分结合,介导A 链逆向进入胞质溶胶;第3种类型是先合成无活性的核糖体失活蛋白前体,然后在涉及形成活性位点的氨基酸之间进行酶解加工。

核糖体失活蛋白通过对核糖体大亚基RNA的3'端茎环结构中一个高度保守的核苷酸区域的作用,破坏核糖体大亚基RNA的结构,使核糖体失活。

核糖体失活蛋白的功能主要通过2个方面产生,即RNA的N-糖苷酶活性和RNA水解酶的活性。

核糖体失活蛋白不仅对病毒具有广谱抗性,而且对真菌和昆虫也有抗性。

核糖体失活蛋白可以给植物提供对病毒和真菌的广谱抗性,这为我们利用有关的核糖体失活蛋白基因提高植物对病毒和真菌的抗性提供了一条新的途径。

【总页数】5页(P566-570)【关键词】核糖体失活蛋白;研究进展;N-糖苷酶;广谱抗性;异源二聚体;rRNA;植物体内;细胞表面;胞质溶胶;活性位点;茎环结构;蛋白基因;分子量;糖蛋白;半乳糖;大亚基;毒蛋白;体功能;凝集素;氨基酸;核苷酸;水解酶;病毒;真菌;类型;A链【作者】李建国【作者单位】中国热带农业科学院热带生物技术研究所热带作物生物技术国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】S511.034;Q946.1【相关文献】1.苦瓜核糖体失活蛋白生物活性与功能研究进展 [J], 杨谷良;李士明;王书珍2.植物核糖体失活蛋白研究进展 [J], 黄梦琦;周娴;李婧姝;郭诗华;崔永红3.剧毒性Ⅱ型核糖体失活蛋白蓖麻毒素和相思子毒素的检测鉴定方法研究进展 [J], 梁龙辉;夏俊美;刘昌财;刘石磊4.核糖体失活蛋白及核糖体拓扑结构的研究进展(续完) [J], 李向东;刘望夷5.核糖体失活蛋白及核糖体拓扑结构的研究进展 [J], 李向东;刘望夷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

线粒体的研究现状及未来发展方向线粒体是细胞中的一种重要的质膜内细胞器，其功能主要是为细胞提供能量。

线粒体之于细胞，好比发电站之于城市，是人类身体众多生命活动的基础，也是很多疾病的病因之一。

随着科技的不断发展和研究的深入，对线粒体的研究也在不断取得新的进展，本文将从目前的研究现状和未来发展方向两个角度去探讨线粒体研究的前景。

目前的研究现状线粒体是细胞内的细胞器，其主要功能是通过氧化磷酸化反应提供ATP，成为细胞能量的主要来源。

在进化历程中，线粒体与核糖体和其他细胞内细胞器一样，由外源性合成核糖体生成的内共生关系演化而来。

现如今，基因组学和生物技术的进步为线粒体研究提供了新的理论和技术手段。

通过大规模测序技术和基因编辑技术，目前已经破解了线粒体的基因组，对线粒体疾病、线粒体归巢机制等方面进行了深入的研究，同时也为线粒体抗衰老、抗氧化等方面的研究提供了理论基础。

线粒体与疾病线粒体疾病，既不属于传染病，也不属于罕见病，但这类疾病却危害着人类的身体健康。

由于线粒体数目巨大，位于许多细胞中，所以线粒体缺陷造成的病症具有多样化的表达。

这些病症包括肌无力、癫痫、糖尿病、失智症等常见疾病。

目前，关于线粒体疾病的治疗还没有很好的解决方案，研究者为探索新的治疗方法进行了很多努力，比如基因治疗、代谢调节等。

同时，线粒体疾病的动物模型也得到了很好的建立，不断加深着对线粒体病理的认识。

线粒体与免疫反应在免疫反应过程中，线粒体也起到了非常重要的作用。

研究者发现，线粒体的损伤和功能异常会引起细胞合成的ATP量降低，从而引起细胞代谢的不平衡，抑制免疫系统的作用。

而一些炎症反应（比如感染）则会刺激线粒体向免疫系统释放MTD（线粒体啮合域）、CpG-DNA等，从而起到促进免疫细胞的介导炎性反应的作用。

因此，我们需要深入探索线粒体与免疫反应之间的机理，以便为新型抗菌药物设计和治疗炎性病症提供新的理论和技术依据。

未来的发展方向随着时间的推移，我们对线粒体的了解不断加深，线粒体的研究也呈现出一些新的发展趋势。

核糖体结构与功能的研究进展核糖体，是细胞内的一种大分子结构，由rRNA和蛋白质相互结合而成。

在生物学中，它是蛋白质合成的重要环节之一，同时也是细胞内多种生物过程的调控者。

随着生物技术的不断发展以及实验技术的日益成熟，越来越多的生物学家对核糖体的结构和功能进行了深入的研究，目前在核糖体结构与功能的研究方面，已经取得了很多令人瞩目的进展。

一、核糖体的基本结构要了解核糖体的功能，首先需要了解它的基本结构。

目前已知的所有细胞中都有不同种类的核糖体。

一般来讲，细菌的核糖体较小，由三种不同的RNA和蛋白质组成，而真核生物的核糖体则由四种不同的RNA和蛋白质组成。

这些RNA的长度和序列也有所不同，在核糖体中所扮演的角色也有所不同。

核糖体的结构主要分为两个子单位，即大的50S和小的30S子单位。

在细胞内，核糖体的组装过程是高度协调的。

其中最重要的是16S rRNA，它是30S子单位的主要成分，同时还承担着辅助识别tRNA和mRNA等功能。

而50S子单位则由23S rRNA和5SrRNA以及多种蛋白质组成。

这些分子相互作用，形成一个完整的核糖体结构，能够在蛋白质合成过程中发挥重要作用。

二、核糖体在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成过程中，RNA是一个至关重要的角色。

蛋白质合成的第一步是将mRNA转录成RNA的线性序列，这个过程由RNA聚合酶完成。

这种RNA序列通常被称为mRNA，它含有用于构建蛋白质的编码信息。

此后，RNA将mRNA带入核糖体中，寻找与mRNA中特定编码的tRNA互补的序列。

一旦准确的tRNA与其互补的mRNA序列结合，就会被“考虑”加入正在生长的蛋白质中。

此外，核糖体还有一些重要的功能。

它可以作为一种调节剂，传达特定的信息给细胞内的其他蛋白质。

此外，核糖体在RNA的降解中也扮演着重要角色。

在这些过程中，核糖体结构的特异性起着重要作用，所以研究其结构和功能对于细胞生物学和生物药物的研发都具有重要意义。

蛋 白质三聚体 ， 目的蛋 白的基因型和表型联系起来。近年来 ， 使 核糖体展示技 术在单链抗 体叠的蛋 白及其 ｍ Ｎ Ｒ Ａ同时 结合 在核糖体 上 ， 形成 ｍ Ｎ Ｒ Ａ一核 糖体
一
用方面取得 了很大进展。现就这方面的研究进展作一综述 。 关键词 ： 核糖体展示 ； Ｒ Ａ一 ｍ Ｎ 核糖体 一蛋 白质三聚体 ； 单链抗体
术 的基础 上改 进而 来 ， 是一 种 利用 功 能性 蛋 白相
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维普资讯
６ ２
２０ ０ ８年 第 ３ 第 ３期 ６卷
Ｐｏ ｉｒ ｉ ｕｏ Ａ ｚ２０ ． ｏ．６Ｎ ． ｒｇｉ Ｍ ｃ ｂｏ Ｉ ｎｌ ｕ．０ ８ Ｖ １ ｏ３ ｎ ｏ ｌｍｍ ３
核糖 体 展示 单链抗 体 库技术 及 应用 的研 究进 展
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核糖体的结构和功能研究及其在生物医学中的应用核糖体是细胞中一种非常重要的生物大分子，它在蛋白质合成中发挥重要作用。

目前，关于核糖体的结构和功能的研究已经比较深入，并且有一些应用于生物医学领域。

本文将介绍核糖体的结构和功能以及与生物医学相关的一些应用。

一、基本结构和功能核糖体是一种由RNA和蛋白质组成的复合物，它存在于细胞质中。

一般来说，核糖体在不同类型的生物中有所区别，由于不同生物中对于核糖体结构的研究并不一致，因此也存在一定的差异。

目前，研究人员对于哺乳动物中核糖体结构的研究比较深入。

哺乳动物中的核糖体由四个RNA和大约80种蛋白质组成。

核糖体在蛋白质合成中发挥着重要的作用，它将mRNA上所携带的信息转化成蛋白质序列。

核糖体的翻译作用是由其中所组成的两个子单位完成的，它们被称作大核糖体和小核糖体。

在翻译前，小核糖体通过结合具有mRNA信息的小亚基，进而将其固定在大核糖体的A位点上。

随后，tRNA（带有氨基酸的转运RNA）上的氨基酸与mRNA中的密码子形成互补序列，从而使tRNA在核糖体中进行定位。

之后，氨基酸会逐渐连接成蛋白质的线性结构，直到信息读取完成。

二、核糖体在生物医学中的应用1.抗生素研究抗生素对于治疗病毒感染是高效的，在医学上是非常常用的治疗手段。

然而，除了一些已知的抗生素，许多新型抗生素的研发依赖于对于核糖体的研究。

例如，通过对于核糖体的研究，科学家可以发现一些作用于特定位置的抗生素的作用原理。

这项研究对于开发新型抗生素具有重要的意义。

2.白血病和肿瘤治疗核糖体针对白血病和肿瘤的治疗应用于生物医学中已有数十年的历史。

它们通过靶向蛋白质多肽链合成，从而对于肿瘤细胞进行杀伤和防止繁殖。

目前，该项技术已经得到了不断完善，并且在临床治疗中取得了显著的应用效果。

3.蛋白质工程通过对于核糖体的研究，科学家可以精确定位、改变和增大多肽链。

这些肽链可以被成功合成，从而得到对于生物医学有价值的产物或者蛋白质。

刘志 ， 旭 ， 辉 ， 臻 ， 文 ， 韩 ２ 赵明 李宪 ２ 陈温福 一
（． 阳农业大学水稻研究所 ， 宁沈阳 １０６ ；． １沈 辽 １１１２ 大连工业大学生物与食 品工程学 院， 辽宁大连 １６３ ） １０ ４
摘要 总结 了核 核糖体 Ｒ Ａ的基 因 （ｒ Ｎ ）的结构特 点 ， Ｎ ｎ Ａ Ｄ 分析 了 ｎ Ｎ 中的 内转 录间隔 区（ Ｓ 、 ｒ Ａ Ｄ １ ） 编码 区及 非编码 区序 列和 ５ 核 糖体 Ｔ ｓ Ｒ Ａ在植 物 系统 学上的应 用和研 究进展 ， 对它们 的前景进行 了讨论 。 Ｎ 并 关键 词 核糖体 Ｄ Ａ Ｉ ； Ｎ ； Ｓ 系统发 育； 物 Ｔ 植 中 图分 类号 Ｑ ８ 文献 标识码 Ａ ７９ 文章编 号 ０ １ — ６ １２０ ）９ ０５ １ ０ ５７ ６ １ （ ８ ０ — ３６ — ２ ０
（ ｉｏｏ ａ Ｒ Ａ Ｇ ｎ ， ｒＮ ） 由高度 串联重 复序列 组成 的 Ｒｂｓｍ ｌ Ｎ ｅｅ ｎＤ Ａ 是 多基 因家 族 ， 中分布 在一 个或 数个 位 点 ， 集 大都 与核 仁组 织 区相联 系 ， 其功 能 同源且 最 为古 老 ， 为 细胞 所共 有 。它 们 并 在进化过 程中通过不 等交换 和基 因转换 ， 重复单 位 间 已发生
Ｌ Ｕ Ｚ ｉ ｎｅ ｌ （ ｉ ｎｔｕｅ ｈｎａｇＡ ｒ ｕｔｒｌ ｎｖｒｉ ，Ｓｅｙｎ ，Ｕ￣ｎｎ １１１ Ｉ ｈ－ ｔａ Ｒｃ ｓｔｔ，Ｓｅｙｎ ｇ ｃｌ ａ ｉｅｓｙ ｈｎａｇ ｗｅ ｅＩ ｉ ｉ ｕ Ｕ ｔ ｏｉｇ１０６ ） Ａｂ嘣 】 ｓ Ｔ ｅｓ ｃ ｒｌ ｈｒｃｅ ｓ ｓｏ ｎ ｃ ａ ｉ ｓｍ ｌ Ｎ ｅｅ ｎＤ Ａ）ｗ ｒ ｕｒ ａ ｚｄ １ ｐｌａｉｎｏ ｅｓｑ ｅｃｓｉ ｉｔｎｌｔ ｎ ｈ ｔ ｔａ ａａｔ ｔ ｆ ｕ ｌ ｒｒ ｏｏ ａ Ａ ｇｎ （ｒ Ｎ ｕ ｒ ｕ ｃ ｉ ｆ ￣ ｅ ｂ Ｒ ｅｅｓｒｎｒｅ ．１ ｅａｐｉ ｔ ｔ ｅｕｎｅ ｎｅ ａ ｒ — ￣ ｉ １ ｃ ｏ ｆ ｈ ｎ ｒ ａ

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三种生物新技术在微生物研究中的应用进展摘要：本文对几种时下比较热门的生物技术的应用原理、存在的问题和研究进展进行了简单阐述，并且结合自己研究的领域，浅析了这些新兴的生物技术在生物防治真菌中研究的实际应用。

关键词：微生物新技术；基因编辑技术；RNA 干扰技术；DNA 芯片技术一、基因组编辑新技术：CRISPR–Cas近年来，随着生物技术突破性的变革及科学家们不断的努力，新的基因编辑技术不断涌现出来，出现了当下最热门最新型的CRISPR/Cas9 基因编辑系统。

近日，中国科学家利用该基因编辑技术对抑制狗骨骼肌生长的基因（MSTN）进行了敲除，培育出两只肌肉发达的“大力神”狗，成功构建了世界首个基因敲除狗模型。

科研人员所使用的“基因编辑技术”，顾名思义，能够让人类对目标基因进行“编辑”，实现对特定DNA 片段的敲除、加入等。

而CRISPR/Cas9 技术自问世以来，就有着其它基因编辑技术无可比拟的优势，技术不断改进后，更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。

1. CRISPR/Cas9 基因编辑技术概述CRISPR/Cas9 基因编辑技术是最近几年出现的一种由RNA 指导Cas 核酸酶对靶向基因进行特定DNA 修饰的技术。

它是细菌和古细菌为应对病毒和质粒不断攻击而演化来的获得性免疫防御机制。

此系统的工作原理是crRNA (CRISPR-derived RNA) 通过碱基配对与tracrRNA (trans-activating RNA) 结合形成tracrRNA/crRNA 复合物，此复合物引导核酸酶Cas9 蛋白在与crRNA 配对的序列靶位点处剪切双链DNA ，从而实现对基因组DNA 序列进行编辑；而通过人工设计这两种RNA，可以改造形成具有引导作用的gRNA (guide RNA)，足以引导Cas9 对DNA 的定点切割。

作为一种RNA导向的dsDNA 结合蛋白，Cas9 效应物核酸酶是已知的第一个统一因子(unifying factor)，它能够共定位RNA、DNA 和蛋白，从而拥有巨大的改造潜力。

核糖体的结构与功能及抗生素的应用与开发生命科学与生物工程学院李少晖07102113摘要：核糖体是存在于一切细胞内的细胞器，担负着合成蛋白质一级结构的重任。

随着核糖体的精细结构的研究，其翻译遗传信息的机制也逐渐被人们所了解。

很多抗生素类药物都是以细菌的核糖体为靶点，抑制其蛋白质的合成，但近年来细菌的抗药性阻遏了抗生素类药物的使用及发展，如何从分子水平上了解菌株的抗药性机制以及寻找相应的解决方法成为了近年来的热点课题。

关键词：核糖体结构功能抗生素开发抗药性0.引言核糖体全称为核糖核蛋白复合体，是存在于一切细胞中的细胞器，其主要功能是根据mRNA所传递的遗传信息合成肽链。

今年来，随着核糖体精细结构的发现，其翻译遗传信息的机理也渐渐浮出水面，使人们了解到了生命活动的承担者—蛋白质的初级合成过程。

同时抗生素类药物大多以核糖体为作用靶点，但随着菌株耐药性问题的出现，抗生素的使用受到了极大的阻碍，从分子水平上解析细菌抗药性的机理一定会为抗生素的安全有效的使用指明一条新的道路。

本文将以近年来的核糖体结构研究为基础，结合有关抗生素使用及菌株耐药问题的报道，对当前细菌核糖体的研究进展及临床应用做一简要综述。

1.核糖体的结构1.1核糖体的化学组成核糖体是存在于细胞质中的一种细胞器，无膜结构，主要由蛋白质和RNA 构成，蛋白质占40%～50%，RNA占50%～60%。

组成核糖体的RNA为细胞中一类专门的RNA，称为核糖体RNA（rRNA），它可占到细胞中RNA总量的80%以上。

1.2核糖体的三维结构原核生物的核糖体由2个亚基构成，分别为30S的小亚基和50S的大亚基，而这共同组成原核生物的70S的核糖体。

其中，50S大亚基由23SrRNA、5SrRNA 以及约31种蛋白质组成；30S小亚基由16SrRNA以及约21种蛋白质组成。

（图1）在核糖体上有6个与蛋白质合成有关的活性位点，它们在蛋白质合成过程中各有其特定的识别作用。

核糖体功能结构探究及展望摘要：核糖体是一个核酶，用体外筛选技术发现的核酶像核糖体一样也能催化肽键形成。

RNA在生命起源中也有着不可替代的作用。

随着RNA多功能的发现，RNA被更多的人认为是生命体的生物大分子，在科学研究如新药研发中也受到了更多的关注与应用。

关键字：RNA 核酶蛋白质合成是细胞代谢最复杂也是最核心的过程, 其中涉及到200多种生物大分子参与作用。

蛋白质加工厂---核糖体(Ribosome)是一个由核糖体RNA(rRNA)和核糖体蛋白组成的复合体. 蛋白质含量约占三分之一, 而rRNA的含量占三分之二。

在蛋白质生物合中,rRNA 与蛋白质两者究竟谁起主导作用, 一直是人们感兴趣的问题, 并提出不少假说。

关于rRNA功能的假说主要有三种: 1.rRNA主要作为核糖体蛋白质装配的结构骨架, 在蛋白质合成中, 核糖体蛋白质起催化作用;2. rRNA是一种决定蛋白质序列的物质;3.rRNA具有催化活性, 它直接催化蛋白质的合成.1982年Cech通过研究原生动物四膜虫证明RNA 具有催化功能, 并称之为核酶( ribozyme)。

自此以后, 自然界中的RNA 催化功能不断被发现, T. Cech和S. A ltman也因为核酶的发现而荣获1989年诺贝尔化学奖。

核酶的发现具有重要的意义, 它使人们认识到, RNA的生物功能远非/传递遗传信息0那么简单, 人们开始重新审视RNA的生物学功能。

直到最近, 通过X射线衍射分析核糖体大、小亚基的结晶, 才证实了肽键的形成是由r RNA催化, 核糖体就是一种核酶, 已经可以得出结论, 在核糖体内蛋白质主要起维持rRNA 的构象, 起辅助作用; 在蛋白质合成过程中rRNA起到非常重要的作用。

肽酰转移酶中心核糖体大亚基的精细结构表明, 核糖体大亚基空腔的底部, 是P位点上肽酰tRNA 与A位点上氨酰tRNA 相互作用形成肽键的部位, 称为肽酰转移酶中心。

在肽键形成处2nm的范围中,完全没有蛋白质的电子云存在,肽酰转移酶中心完全由23SrRNA的结构域组成，而蛋白质主要起维持rRNA的构象,起辅助作用。

核糖体的结构及功能研究核糖体是生物体内非常重要的一种生物分子，其主要功能是合成蛋白质，是细胞生命活动的关键。

它的结构和功能非常复杂，目前仍在不断地研究之中。

一、核糖体的结构核糖体的结构非常复杂，由大、小两个亚基组成。

其中大的亚基分子量大约为2.5百万道尔顿，由数百条核苷酸序列组成，包括28S、5.8S和5S三个rRNA分子，以及约50个蛋白质分子。

小的亚基分子量约为0.5百万道尔顿，由18S rRNA和约30个蛋白质组成。

核糖体亚基之间存在着多种非共价的相互作用，如氢键、离子键、范德华力等，这些相互作用稳定了核糖体的结构。

此外，核糖体的结构还受到多种因素的影响，如离子浓度、温度、pH值等。

二、核糖体的功能核糖体是细胞合成蛋白质的关键分子，其主要功能是根据mRNA上的信息合成多肽链。

在合成蛋白质的过程中，核糖体会不断地扫描mRNA的密码子，然后根据tRNA上的氨基酸信息添加在多肽链上，直到完成整个蛋白质的合成。

此外，核糖体还参与到了绝大多数RNA分子的合成过程中。

细胞内的RNA分子包括tRNA、rRNA、mRNA和其他功能RNA，这些分子的合成都需要核糖体的参与。

在RNA的合成过程中，核糖体还具有一定的催化作用，可以促进RNA分子的准确合成。

三、核糖体的研究进展近年来，随着生物学和生物化学的发展，对核糖体的研究也得到了很大的进展。

通过高分辨率电子显微镜等技术，研究人员已经成功地确定了核糖体的三维结构，包括人类、酵母等多种生物中的核糖体结构。

此外，还出现了多种针对核糖体的抑制剂，如红霉素、链霉素等，这些抑制剂可以针对细菌中的核糖体进行选择性作用，从而抑制细菌的生长。

这些抑制剂的研发不仅有助于治疗细菌感染病，还可以为药物研发提供新思路和新方法。

四、总结与展望从以上内容可以看出，核糖体是生物体内一个非常重要的分子，其结构与功能都非常复杂。

目前，对于核糖体的研究已经取得了很大的进展，尤其是对其高分辨率三维结构的研究，为进一步深入了解核糖体的功能和生物学意义提供了重要的基础。

核糖体的研究综述安钰坤摘要：核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，主要由RNA(rRNA）和蛋白质构成，其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。

核糖体的研究对生物生存、繁殖、发育和遗传均是十分重要的。

对核糖体的研究是近年来生命科学研究的热点,本文综述了核糖体的研究现状。

关键字：核糖体，蛋白质，亚基1.核糖体的发现与功能核糖体是由罗马尼亚籍细胞生物学家乔治·埃米尔·帕拉德(George Emil Palade)用电子显微镜于1955年在哺乳类与禽类动物细胞中首次发现的，他将这种新细胞器描述为密集的微粒或颗粒[1]。

一年之后，A. J. Hodge等人在多种植物的体细胞中也发现了核糖体，可是当时人们仍无法将微粒体中的核糖体完全区分开来。

后来，乔治·帕拉德以及阿尔伯特·克劳德和克里斯汀·德·迪夫因发现核糖体于1974年被授于诺贝尔生理学或医学奖。

虽然核糖体作为一种细胞器在20世纪50年代初期已被发现，但对这种细胞器仍没有统一的命名。

直到1958年，科学家理查德·B·罗伯茨才推荐人们使用“核糖体”一词。

（图1为典型的细胞图解）Figure 1：典型的细胞图解，其中显示了几种主要细胞器及一些重要细胞结构：1.核仁2.细胞核3.核糖体4.囊泡 5.糙面内质网6.高尔基体7.细胞骨架8.光面内质网9.线粒体10.液泡11.细胞质12.溶酶体13.中心粒核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle），主要由RNA(rRNA）和蛋白质构成，其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链。

因此核糖体是细胞不可缺少的基本结构，存在于所有细胞中。

核糖体往往并不是单个独立地执行功能，而是由多个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽键的合成。

这种具有特殊功能与形态的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。

doi：10.3969／j.issn.2095⁃1736.2021.02.089CARD⁃FISH技术在根系微生物中的研究进展陈淋霞，张萌，石佳佳，包智华（内蒙古大学生态与环境学院，呼和浩特010021）摘要酶联荧光原位杂交技术（Catalyzed reporter deposition fluorescent in situ hybridization，CARD⁃FISH）是原位识别、追踪、可视化环境微生物的先进技术。

它能在植物组织中精确定位目标微生物，帮助监测微生物的存在及其在根系的定植策略。

随着分子微生物生态技术的进步，CARD⁃FISH与其他技术联用更能高效解析复杂生境中微生物的功能特性，如CARD⁃FISH与纳米二次离子质谱技术（nanometer secondary ion mass spectrometry，nanoSIMS）联用能在单细胞水平上同时表征微生物的代谢功能与系统发育特性。

综述CARD⁃FISH的原理、步骤、发展及其联用技术，为CARD⁃FISH用于植物组织微生物的定位和功能分析提供依据和参考。

关键词CARD⁃FISH；植物⁃微生物相互作用；根系；定植；可视化中图分类号Q939.9文献标识码A文章编号2095⁃1736（2021）02⁃0089⁃06Advances of CARD⁃FISH technologyin root⁃associated microorganismsCHEN Linxia，Z HANG Meng，S HI Jiajia，B AO Zhihua（School of Microbial Ecology and Resources，I nner Mongolia University，H ohhot010021，C hina）Abstract Catalyzed reporter deposition fluorescent in situ hybridization（CARD⁃FISH）is an advanced technology to identify，t rack，a nd visualize root⁃associated microorganisms.It can accurately locate specific microbes in plant tissues，h elp us monitor the presence of microorganisms and their colonization strategy in the root system，a nd it is a powerful tool for studying root⁃associated microorgan⁃isms.With the advancement of molecular microbial ecological techniques，t he combination of CARD⁃FISH and other approaches can efficiently analyze the functional properties of microorganisms in complex habitats.For example，t he combination of CARD⁃FISH and nanometer secondary ion mass spectrometry（nanoSIMS）can simultaneously characterize the metabolic function and the phylogenetic properties of microorganism at the single⁃cell level.This article reviewed the principles，s teps，d evelopment and combined technique of CARD⁃FISH，i n order to provide a basis and reference for CARD⁃FISH to be used in the localization and functional analysis of plant tissue microorganisms.Key words CARD⁃FISH；plant⁃microbe interaction；root system；colonization；visualization根系是植物与其所在土壤中的微生物相互作用的场所，它为微生物营造了不同的微生境：根际（rhizo⁃sphere）、根表面（rhizoplane）和内根际（endorhizo⁃sphere）［1⁃2］。

核糖体工程改造海绵共附生放线菌紫色素的特性摘要：从西沙海域未鉴定海绵样品中分离到一株命名为SCKA-96.5的放线菌菌株，该菌在海水高氏I号培养基上产生灰白色气生菌丝。

16 S rDNA序列分析表明，该菌为链霉菌属放线菌。

通过核糖体工程技术获得其变异菌株SCKA-96.5K，该变异株在海水高氏I号培养基上能稳定地产生可溶性紫色素。

对SCKA-96.5K 所产的紫色素进行粗提取及稳定性分析，了解相关理化因素对其稳定性的影响。

初步研究结果表明，在波长600 nm处该紫色素具有最大吸光度；热稳定性较好；颜色随pH的变化明显；强氧化剂次氯酸钠对其破坏较大，在弱还原剂中比较稳定；葡萄糖等食品添加剂对其基本没有影响。

作为一种潜在的天然色素资源，该紫色素具有一定的工业开发价值。

关键词：海绵共附生放线菌；核糖体工程；紫色素；稳定性Characterization of Purple Pigment Produced by Sponge Associated Actinomycete Strain Transformed by Ribosome EngineeringAbstract：An actinomycete strain SCKA-96.5 was isolated from an unidentified sponge sample from Xisha sea. The strain produced grayish-white aerial mycelium on Guase’s No. I medium supplemented with seawater. The 16 S rRNA gene sequence of strain SCKA-96.5 showed that it was assigned to Streptomyces. Its mutant strain，SCKA-96.5K，obtained by ribosome engineering，was able to produce a purple diffusible pigment stably. The pigment was extracted；and its physicochemical properties were analyzed. The results showed that the maximum absorption wavelength was 600 nm；the pigment was stable to heat and food additives；its color changed significantly when pH changed；strong oxidant NaClO could destroy the pigment while weak reductants didn’t had any effect on the pigment. The purple pigment had the potential to be developed for future application as a kind of natural pigment.Key words：sponge associated actinomycete；ribosome engineering；purple pigment；stability与人工色素相比，天然色素大多无毒、安全性高、色泽柔和鲜艳，更加切合现代人“崇尚自然，追求健康”的理念，因此在食品、印染、化妆品等行业中应用日益广泛。

核糖体rRNA结构与功能的研究进展核糖体是生物体内外界环境的响应器。

其在细胞内起到极其重要的作用，承担着生物体内蛋白质的生物合成。

核糖体由rRNA和蛋白质靶点组成，它是细胞内一个高度保守的分子机器，在不同分子生物系统中具有高度相似性，对于维持分子生物系统中的基本功能和生命活动具有关键作用。

本文将重点介绍核糖体rRNA的结构和功能的研究进展。

一、rRNA的基础结构和功能rRNA是一种非编码RNA，与蛋白质一起组成核糖体。

rRNA的功能包括：1）催化肽键的形成；2）识别mRNA和保持其中的启动密码子用于识别tRNA；3）将氨基酸转移到新的生长的肽链中去；4）识别肽链终止密码子；5）移动tRNA；6）退火和转位交替。

rRNA包含了靶向抗生素靶点的许多重要结构，是已知的众多小分子抗生素的靶点。

二、移位和退火移位是核糖体作用于tRNA的过程。

在肽键生成后，tRNA以“双缺口”（A样和P样tRNA）的形式留在核糖体的两个亚单位之间，受氢键和电荷交互作用的影响致使在移植到新的氨基酸之后，tRNA需要移动以释放出P位的tRNA，并将A位的tRNA移动到较高位。

退火是在核糖体作用于tRNA的过程中，“调节”肽链以保证生物没有非功能的不必要的问题。

这样的移动会使rRNA上的靶点产生位移，进一步影响肽链的结构，并确保无重复。

退火的重要性在于，通过保证肽链的稳定性，可以有效的保证整个生物体系的稳定性，这是rRNA的一项重要功能。

三、rRNA和转座子rRNA在转座子调节中起到了重要作用。

转座子是可以在DNA的某些点上移动而不改变基因组的工具。

转座子将核酸序列复制到另一个位置，并在原有领域中所控制的靶点级序列进行更新。

这些过程需要核糖体的操作支持，其依赖于靶点序列在rRNA上的存在。

四、靶向抗生素的发现靶向抗生素的发现首要依赖于对rRNA结构的分析。

主要包括红霉素靶点的发现以及抗菌肽的靶点发现。

这些途径不仅在治疗疾病方面有用，更在蛋白质工程的方向中发挥巨大作用。

1 核糖体工程技术研究进展微生物广泛存在于自然界中，是新活性化合物及其先导结构的重要来源[1]。

但是野生型的菌株在自然界中产生的活性物质的产量非常低，特别是具有商业价值的抗生素，产量一般都介于1~100 μg/mL[2]。

为了满足工业化生产的需要，就必须通过各种技术和方法来提高菌株产生物活性物质的能力。

1.1 核糖体工程的由来从自然界分离到的野生型菌株产生的次级代谢产物产量通常很低，如何提高野生型菌株的抗生素产量成为研究的重点[3]。

通过物理或化学的条件进行随机的诱变是改良菌株的经典方法，虽然有效但通常需要耗费大量的时间和资源[4]。

“核糖体工程”是国际上最新发展起来的一门菌种改良新技术，日本国家食品研究所的Kozo Ochi 教授首先提出来核糖体工程（Ribosome Engineering）这一概念[5, 6]，它是以核糖体蛋白结构上的突变对微生物次级代谢调控作用的影响机制出发建立起来的微生物推理育种的新方法。

1.2 核糖体工程的作用机制在营养极度缺乏的条件下，原核生物可以分泌抗生素、生成产物、合成酶、形成孢子和气生菌丝等，有非常广泛的适应能力。

微生物具有对营养物质匮乏的环境进行紧缩应答（Stringent Response）或称紧缩控制（Stringent Control）的反应机制[7]，其原理如图1-1所示[5]，当微生物生长的环境中缺少氨基酸时，会导致微生物产生一系列的细胞反应，如迅速中止RNA的积蓄和蛋白质合成，同时还伴随着细胞的形态分化（如气生菌丝和孢子的形成）和启动次级代谢产物（如抗生素、色素和酶等）的生物合成。

在这个反应过程中，四磷酸鸟苷酸（ppGpp）起着非常重要的作用，它的合成基因是relA。

当微生物处于营养缺乏的环境时，它的生长由对数期进入稳定期，在这一变化中，由于环境中缺少氨基酸，蛋白质合成的装配车间也就是核糖体的A部（氨酰-tRNA的结合部位）会与游离的tRNA 结合，因此导致肽链的延伸被迫停止，进而终止了蛋白质的合成[8]。

生物技术进展2022年第12卷第2期168~175Current BiotechnologyISSN 2095‑2341进展评述Reviews小分子靶标的核糖开关生物传感器研究进展吴一凡1，林晟豪2，许文涛1，2*1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083；2.中国农业大学营养与健康系，食品精准营养与质量控制教育部重点实验室，北京100083摘要：小分子化合物种类繁多，在众多生化过程中发挥关键作用，具有重要的检测意义与价值,其快速灵敏可视化检测技术的开发是当前的研究热点。

基于核糖开关的生物传感器因具有识别特性高、操作简便、成本低等优势，为小分子检测提供了一条新途径。

对核糖开关的来源、构成、调控机制、体内外筛选，特别是对基于小分子靶标的核糖开关生物传感器分类进行了介绍，并从核糖开关的筛选、裁剪、理性设计、核糖开关无细胞传感器的应用等几个方向提出了展望，以期为小分子靶标的核糖开关生物传感器的发展和应用提供理论依据。

关键词：小分子靶标；核糖开关；生物传感器；筛选；基因表达调控DOI ：10.19586/j.2095‑2341.2021.0140中图分类号：Q522文献标志码：AResearch Progress of Riboswitch Biosensors for Small Molecule TargetWU Yifan 1，LIN Shenghao 2，XU Wentao 1，2*1.College of Food Science and Nutritional Engineering ，China Agricultural University ，Beijing 100083，China ；2.Key Laboratory of Precision Nutrition and Food Quality ，Department of Nutrition and Health ，China Agricultural University ，Beijing 100083，ChinaAbstract ：There are many kinds of small molecule compounds ，and play key roles in many biological processes ，which has important detection significance and value.The development of its rapid and sensitive visual detection technology is a research hotspot at present.Biosensor based on riboswitch provides a new way for small molecule detection due to its advantages ，such as high recognition characteristics ，simple operation and low cost.In this paper ，the source ，composition ，regulatory mechanism ，in vivo and in vitro screening of riboswitches ，especially the classification of riboswitch biosensors based on small molecular targets were introduced ，which aimed to provide a theoretical basis for the development and application of small molecule target riboswitch biosensor.Key words ：small molecule target ；riboswitch ；biosensor ；screen ；gene expression regulation生物体及环境中的小分子化合物主要指辅因子、氨基酸、嘌呤、磷酸化糖、金属离子等，它们在细胞代谢、信号传导、细胞防御机制等生化过程中具有重要的作用[1]。