Rapid protein identification using monolithic enzymatic microreactor and LC-ESI-MS/MS

A monolithic enzymatic microreactor was prepared in a fused-silica capillary by in situ polymerization of acrylamide, glycidyl methacrylate (GMA) and ethylene dimethacrylate (EDMA) in the presence of a binary porogenic mixture of dodecanol and cyclohexanol, followed by ammonia solution treatment, glutaraldehyde activation and trypsin modification. The choice of acrylamide as co-monomer was found useful to improve the efficiency of trypsin modification, thus, to increase the enzyme activity. The optimized microreactor offered very low back pressure, enabling the fast digestion of proteins flowing through the reactor. The performance of the monolithic microreactor was demonstrated with the digestion of cytochrome c at high flow rate. The digests were then characterized by CE and HPLC-MS/MS with the sequence coverage of 57.7%. The digestion efficiency was found over 230 times as high as that of the conventional method. in addition, for the first time, protein digestion carried out in a mixture of water and ACN was compared with the conventional aqueous reaction using MS/MS detection, and the former solution was found more compatible and more efficient for protein digestion.

Characterization of a Laser-Discrete Quenched Steel Substrate/Chromium System by Dissolving Coatings

A laser-discrete quenched steel (LDQS) substrate/as-deposited chromium (top high-contraction (HC) and underlying low-contraction (LC) chromium) system was investigated by dissolving coatings in order to reveal the mechanism that the service life of the coated parts is largely improved using the hybrid technique of laser pre-quenching plus chromium post-depositing. It was found that the surface characteristics of the substrate, LC and HC chromium layer can be simultaneously revealed owing to the dissolution edge effect of chromium coatings. Moreover, the periodical gradient morphologies of the LDQS substrate are clearly shown: the surfaces of laser transformation-hardened regions are rather smooth; a lot of fine micro-holes exist in the transition zones; there are many micro-dimples in the original substrate. Furthermore, the novel method of dissolving coatings with sharp interfaces may be used to reveal the structural features of a substrate/coating system, explore the effect of the substrate on the initial microstructure and morphologies of coatings, and check the quality of the coated-parts.

Elastodynamic stress-intensity factors for a semiinfinite crack under 3-d combined mode loading

The dynamic stress intensity factor histories for a half plane crack in an otherwise unbounded elastic body are analyzed. The crack is subjected to a traction distribution consisting of two pairs of suddenly-applied shear point loads, at a distance L away from the crack tip. The exact expression for the combined mode stress intensity factors as the function of time and position along the crack edge is obtained. The method of solution is based on the direct application of integral transforms together with the Wiener-Hopf technique and the Cagniard-de Hoop method, which were previously believed to be inappropriate. Some features of solutions are discussed and the results are displayed in several figures.

The interlaminar fracture-behavior and toughening mechanisms of new carbon-fiber-reinforced bismaleimide composites

The interlaminar fracture behaviour of carbon fibre-reinforced bismaleimide (BMI) composites prepared by using a new modified BMI matrix has been investigated by various methods. Laminates of three typical stacking sequences were evaluated. Double cantilever beam, end-notch flexure and edge-delamination tension tests were conducted under conventional conditions and in a scanning electron microscope. The strain energy release rates in Mode I and Mode III G(lc) and G(llc), as well as the total strain energy release rate, G(mc), have been determined and found to be higher than those for laminates with an epoxy matrix. Dynamic delamination propagation was also studied. The toughening mechanisms are discussed.

Effect Of Water On Brittle Fracture Of Sio2 By Molecular Dynamics Study

The influence of water on the brittle behavior of beta-cristobalite is studied by means of molecular dynamics (MD) simulation With the TTAM potential. Crack extension of mode 1 type is observed as the crack opening is filled LIP With water. The critical stress intensity factor K-lc(MD) is used to characterize the crack extension of MD simulation. The surface energy of SiO2 covered with layers of water is calculated at temperature of 300 K. Based oil the Griffith fracture criterion, the critical stress intensity factor K-lc(Griffith) is calculated, and it is in good agreement with that of MD simulation. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Entanglement purification based on photonic polarization parity measurements

We present an entanglement purification protocol for photonic mixed entangled states based on the two-mode polarization nondemolition parity detectors. Without the use of the controlled-NOT (CNOT) operations, the efficiency of our protocol can nearly approach that of the CNOT protocol. The total successful probability of our protocol can be nearly enhanced to the quantity twice as large as that of the linear-optics-based protocol. Besides, our protocol adopts common photon detectors rather than the sophisticated single-photon detectors required in the linear-optics-based protocol.

Electronic entanglement purification scheme enhanced by charge detections

We present an entanglement purification scheme for the mixed entangled states of electrons with the aid of charge detections. Our scheme adopts the electronic polarizing beam splitters rather than the controlled-NOT (CNOT) operations, but the total successful probability of our scheme can reach the quantity as large as that of the the CNOT-operation-based protocol and twice as large as that of linear-optics-based protocol for the purification of photonic entangled states. Thus our scheme can achieve a high successful prabability without the usage of CNOT operations.

雪莲细胞培养物中黄酮类物质代谢调控及其生物活性成份分析

水母雪莲（Saussurea medusa Maxim.）和新疆雪莲（Saussurea involucrata Karel. et Kir.）是我国珍稀的药用植物资源，具有清热解毒、止痉镇痛、敛伤、消肿及治疗热病、风湿等多种功效。雪莲的主要药用成份为紫丁香甙（Syringin）、芦丁(Rutin)、高车前素（Hispidulin）和Jaceosidin等苯基丙酸类（phenylpropanoid）和黄酮类（flavonoids）物质。最新的药理研究表明，上述物质还具有抗菌消炎、保肝降压、延缓衰老和抑制癌细胞增殖等重要的研发价值。 雪莲生境恶劣，生长缓慢，人工引种困难，加上长期掠夺性采挖，已使雪莲处于灭绝的边缘。为了保存国家珍稀植物品种，保护生态环境，满足临床上对雪莲药物的需求，本研究在雪莲组织培养的基础上，应用诱导子添加技术和毛状根培养技术对雪莲中具有重要药用价值的次生代谢物质进行调控，并对雪莲MYB类转录因子的功能进行了初步探索，为保护珍稀植物资源、维护生态环境、开发野生雪莲替代产品、缩短雪莲药用成份的生产周期奠定了基础。另外，分析了野生雪莲和雪莲培养物中主要生物活性成份的种类及含量，为今后雪莲药理药效研究及品质评价奠定了基础。 为了提高雪莲黄酮的产量，满足工业化生产的需要，在细胞培养水平上，通过添加茉莉酸甲酯（MJ），对雪莲黄酮类物质的代谢进行调控。研究了诱导子的添加时间、添加浓度对水母雪莲红色系悬浮细胞的生物量和总黄酮产量的影响。发现在细胞培养的指数期（第9天）添加5.0 µmol/L的MJ，可以使总黄酮产量提高2.4倍（1134.5 ± 63.86 mg/L），而雪莲细胞干重（dw）仅比对照提高23.8 %（20.4 ±0.27 g/L）。另外，细胞中苯丙氨酸裂解酶（PAL）的活性分析表明，MJ添加后PAL活性的增加与雪莲总黄酮含量增长之间存在相关性。 在器官培养水平上，对雪莲毛状根的诱导频率及其培养条件进行了研究。结果表明，选择发根农杆菌R1601侵染预培养2天的新疆雪莲根段外植体，毛状根的诱导效率可达到83 %。毛状根的冠瘿碱检测、PCR和Southern分析表明，Ri质粒中的T-DNA已整合到植物基因组中并稳定表达。以新疆雪莲毛状根为外植体，能够容易地获得再生芽。在含有1.0 mg/L 6-BA的MS固体培养基上，其再生频率高达91 ± 5.9 %，是其正常根的2.4倍。而水母雪莲在该培养条件下，仅有少量的畸形芽出现。进而对毛状根的培养条件进行初步研究，结果表明在无激素附加的MS液体培养基中，新疆雪莲的HR1601根系在一个培养周期内（32 天），其生物量能够达到接种量的16倍，而紫丁香甙含量（43.5 ± 1.13 mg/g dw）能够达到野生雪莲的83倍。从而显示了雪莲毛状根培养体系的优良特性。 在基因水平上，对雪莲黄酮类物质代谢调控的研究已经展开。玉米P基因编码的Myb类转录因子能够调节黄酮类物质代谢途径关键酶基因的表达。根据P基因的保守序列设计引物，从雪莲细胞培养物中获得了SmP基因。核酸序列分析表明，SmP基因与烟草中涉及苯丙素类物质代谢途径的LBM 1、LBM 3和MybAS 1基因具有较高的一致性，分别为66 %、60 %和61 %。因此为了研究雪莲SmP基因的功能，构建了正义表达载体，并与先前构建好的反义表达载体分别导入烟草，分析了转基因植株的形态特征及黄酮类物质的含量变化。其中，约有30 %转反义SmP基因的株系表现叶片皱缩、叶脉紊乱、主侧脉角度缩小、叶片、花瓣失去对称性以及花粉败育等性状。 另外，通过正交试验设计优化了雪莲提取工艺的条件，并对雪莲细胞提取物进行了分离纯化。正交试验设计结果表明，温度对雪莲黄酮提取效率的影响极为显著，而分批多次提取比一次性浸提，能够收到较好的提取效果。考虑到工业生产中的实际问题，推荐在60 ℃水浴条件下，采用50 %乙醇对雪莲样品连续浸提2次的方案。对雪莲提取物的纯化研究表明，雪莲成份复杂，仅依靠单一的分离手段，往往难以奏效。另外，野生雪莲及雪莲培养物中生物活性成份的比色法、HPLC（High Performance Liquid Chromatography）、LC-ESI-MS（Liquid Chromotagraphy Electrospray Ionization Mass Spectrometry）分析表明，传统的NaNO2-AlCl3 法测定雪莲总黄酮的含量，结果偏高，不利于雪莲黄酮的实验室研究分析与今后工业化生产的质量监控。而AlCl3 法的显色反应较为特异，今后有望取代NaNO2-AlCl3 法，作为雪莲类药材品质评价的标准。而HPLC-DAD结合LC-ESI-MS可以对雪莲中的主要生物活性成份进行较为准确的定性分析，从而解决了由于缺乏相应的雪莲化合物标准品而难以对雪莲中的成份进行定性定量分析及比较的难题。最后综合利用上述分析方法，对雪莲细胞培养物中的花素类物质进行了分析。结果表明，雪莲细胞中至少含有7种花色素类物质，分别为矢车菊素-3-O-葡萄糖甙及其衍生物、天竺葵素糖甙衍生物和芍药色素糖甙衍生物。

麻疯树种子油体以及种子萌发的蛋白质组学研究

麻疯树（Jatropha curcas L.）属大戟科麻疯树属多年生亚乔木，耐干旱、高温和贫瘠等，具很强的抗逆性，在干热河谷等边际土地上生长良好。其种子富含油脂，是制备生物柴油的理想材料，为重要的能源植物之一。油体（oil body）是种子细胞中重要的细胞器, 脂肪酸以三脂酰甘油（triacylglyeerols，TAG）的形式储存其内，是种子萌发和幼苗生长时所需碳骨架和能量的主要来源。种子萌发为生命萌动并构建成自养个体的过程，是高等植物生长发育中的重要事件。 本论文运用高通量的蛋白质组学研究手段，结合电镜技术和生理学分析，对麻疯树种子油体以及种子萌发过程中蛋白质表达、生理学响应和细胞结构变化进行了研究。 从麻疯树种子胚乳中分离油体，再从油体中提取蛋白，经双向凝胶电泳后，得到油体蛋白质组的二维表达谱，这些蛋白质主要分布在等电点5 ~ 10、分子量12 ~ 66 kDa的范围内;图像分析表明，油体蛋白质组至少有141个蛋白点，其中酸性蛋白74个，碱性蛋白67个，表达丰度较高的多为低分子量碱性蛋白。对其中36个重要蛋白点进行LC-MS/MS质谱分析，得到鉴定的蛋白分别为30个基因的表达产物，主要包括油体重要的结构蛋白油质蛋白（oleosin）和caleosin，麻疯树种子毒蛋白curcin，以及新鉴定得到的另一种可能的麻疯树种子毒蛋白，人体过敏反应蛋白橡胶延伸因子（REF）。还有四个与脂肪酸代谢相关的酶，其中3-羟酰-酰基载体蛋白（ACP）脱水/催化酶和醇酰基转移酶与脂肪酸合成有关，而脂氧合酶和磷脂酶D在脂肪酸降解中发挥作用，显示部分脂肪酸代谢相关的酶在油体储存状态就已附着在油体上，为种子萌发时动员油脂做好了准备。 麻疯树种子胚乳发达，在32℃湿润土壤中很快就会萌动，胚轴伸长露出胚根，长出新根，约4天后形成出土子叶幼苗。种子萌发过程中胚乳主要成分含量测定表明，含水量在前24小时迅速上升，至48小时增加缓慢，此后开始较快上升，可分为三个阶段，呈现“S”型的变化;粗脂肪和粗蛋白在前两个阶段变化不大，进入第三阶段后其含量迅速下降，前者先于后者，分别在萌发后72小时和96小时后开始明显减少，说明被大量降解、转化，供萌发生长利用，其中主要组分亚油酸最为明显。细胞超微结构观察发现，排列整齐充满整个胚乳细胞的油体和嵌合在油体中的蛋白储存泡在种子萌发过程中，随着线粒体、乙醛酸循环体和液泡的出现增多或增大而被逐渐解体、减少或消失;同时，发现脂肪酸主要在乙醛酸循环体、蛋白颗粒主要在液泡中被降解或转化。 蛋白质组学分析表明，麻疯树种子在萌发72小时过程中变化量在两倍以上的差异蛋白点共有141个，所有的差异蛋白均通过LC-MS/MS分析和NCBI蛋白数据库搜索得到鉴定。其中包括多个参与降解储藏油脂的酶，如乙醛酸循环途径中的顺乌头酸酶，异柠檬酸裂解酶和苹果酸脱氢酶等，均从种子萌发48小时开始表达量明显上升;葡糖异生途径中的酶在种子萌发中的积累略晚于乙醛酸循环途径，如烯醇酶，磷酸甘油酸变位酶，磷酸甘油酸激酶，磷酸丙糖异构酶和醛缩酶大多在萌发约60小时后表达量开始上调。分析结果表明，乙醛酸循环途径在种子萌发48小时后被激活，与电镜观察胚乳细胞发现油脂在萌发48小时时开始被动员相一致，因而大规模的油脂动员开始于种子萌发的第三阶段。 同时，蛋白质组学的分析结果也得到了种子胚乳组分变化分析及电镜观察结果的印证。超微细胞结构观察显示种子储藏蛋白降解在萌发第二阶段启动，主要在液泡中进行降解。粗脂肪的含量在72小时时显著降低，而电镜观察显示此时胚乳细胞中出现中央大液泡，出现大量的线粒体和乙醛酸循环体，细胞结构发生重大变化，萌发96小时后仅有少量油体残留于胚乳细胞中，这些都为储藏油脂在麻疯树种子萌发过程中的降解方式提供了重要证据。许多其他的功能蛋白在种子萌发过程中也发生了变化，表明种子萌发过程中不仅发生储藏物质的动员，也发生抗逆反应以及植物形态的构建等众多其他生理生化反应。 本研究首次对麻疯树种子油体进行了蛋白组成分析，并结合电镜技术及生理分析深入探讨了种子储藏物质在萌发中的降解方式，为更好的理解油体结构、木本油料种子的萌发机制和对麻疯树进行品种的改良提供了参考。

羊草cDNA文库的构建及果聚糖水解酶的分离与鉴定

羊草(Leymus chinensis(Trin.) Tzvel.)又称碱草，隶属禾本科赖草属，是欧亚大陆草原区东部草甸草原及干旱草原上的重要建群种之一。作为一种兼具重要经济价值和生态价值的优良牧草，羊草受到了广泛的关注。但长期以来，对羊草的研究主要集中在生态学、生殖生物学方面，在分子生物学方面知之甚少。为了保存羊草基因资源，并在基因水平上研究羊草生物代谢的调控机理，本研究采用羊草根、叶片混合后做为材料，构建cDNA文库，并对文库中部分基因序列进行了分析。同时从中克隆获得羊草果聚糖水解酶全长基因并对这些基因进行了深入的生物信息学分析、转化毕赤酵母研究初步确定其功能，为深入了解羊草代谢的分子机制提供理论依据。主要结果如下： 1. 成功地构建了羊草根、叶混合cDNA文库，原始文库滴度达到4×106 pfu/ml，扩增文库滴度接近1011 pfu/ml ，重组率达97% 。PCR检测插入片段，均在0.5 kb到3 kb之间，l kb以上占68%。从文库中检测到了TC、γ-TMT、FEH基因，文库覆盖度达到要求且为PCR筛选文库提供了可能。 2. 随机挑取经检测过的597个单克隆进行测序，去除插入片段小于和污染序列后，获得了584条高质量的序列。所有584条EST序列与NCBI的核酸数据库比对时，有30.99%的EST序列与己知序列有很大的同源性：而与蛋白质数据库进行比对时，有61.27%的EST序列与已知序列有很大的同源性。核酸比对中，有32.87%的序列为未知功能新基因，而蛋白质比对结果只有11.27%的序列为未知功能新基因。其中获得5条全长基因。 3. 文库中测序得到果聚糖水解酶（FEH）片段，依据其核酸、蛋白序列，以羊草根茎为材料，结合果聚糖水解酶基因的保守序列设计引物，通过 RACE 方法，获得羊草果聚糖水解酶基因 Lc 1-FEH 的全长序列（2040bp），包含一个 1803bp 的开放阅读框，采用生物信息学方法对该基因编码蛋白质进行功能分析，该基因编码的氨基酸序列具有明显的果聚糖水解酶类蛋白特征(NDPNG，FRDP 和[WEC (V/P)D] 结构域)，其分子量为 66.8kD，等电点 pI 为 5.49，是一种酸性蛋白质。同源性分析结果表明Lc1-FEH与单子叶植物小麦、大麦和黑麦草细胞壁类酵素酶同源性最高，分别为89％、87％ 和72％。运用实时定量方法对Lc 1-FEH表达量在羊草发育各时期及不同逆境处理下进行测定，结果发现，幼苗中以叶中表达量最低，根茎中表达较高，成苗中花梗中的表达量最高；Lc1-FEH在转录水平明显受碱、ABA、SA及低温胁迫诱导，随着胁迫时间延长，表达量迅速增加，到达到最大值，之后表达水平逐渐降低，在盐、干旱的诱导下的表达量迅速降低。 4. 羊草果聚糖水解酶Lc1-FEH基因在毕赤酵母中的高效表达 将pMD-Lc1-FEH 质粒经双酶切后构建果聚糖酵母表达载体 pPICZα- Lc1-FEH 。将重组表达载体线性化后电击转化毕赤酵母Pichia pastoris X33，经抗生素 Zeocin 和酵母 PCR 筛选获得高效表达酵母工程菌。毕赤酵母表达的果聚糖水解酶蛋白经SDS-PAGE 分析表明Lc1-FEH表观分子量为 67 kD 左右。其最适反应 pH 值为 5.5，在 pH 值为 4.5~6.5 的范围内能保持较高的酶活力；表达Lc1-FEH的最适反应温度为 30 ℃；在温度在 20～30℃度范围内有较高的酶活。 Lc 1-FEH能够水解含有β-2，1糖苷键类型果聚糖：蔗果四糖、菊粉、6-蔗果三糖；而对β-2，6糖苷键类型果聚糖：6-蔗果三糖、新蔗果三糖、细菌类果聚糖及蔗糖基本不具水解活性。