新疆紫草细胞悬浮培养生产紫草宁衍生物的动态测定机理化因子调控

本文在本实验室提供的新疆紫草愈伤组织高产系A1的基础上，采用二步培养法，进行摇瓶悬浮培养，分别在生长及生产培养基中测定了细胞生长，次生产物合成，培养基的C源（蔗糖）消耗，溶氧，电导率和pH值的动态变化曲线，确定了各动态曲线之间的关系，为进一步的放大培养提供了参考依据。同时，还测定了与细胞生长密切相关的过氧化物酶及与产物合成密切相关的苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性的动态变化曲线，进一步将宏观参数的动态变化与微观参数的动态变化联系起来。 本文还对不同理化因子对生产培养基中悬浮培养的细胞的生长及紫草宁衍生物合成的影响进行了研究。结果表明：过高或过低的供氧水平均不利于细胞的生长及产物的合成;C源及N源有较好的协同作用，适当地提高C源及N源的水平能明显提高紫草宁衍生物的产量：接种前往培养基里加入一定量的前体苯丙氨酸( Phe)，能明显提高紫草宁衍生物的产量，而在培养中期添加则有一定的负致应;一定量的拜土及琼脂(agar)的添加，对产物的合成均具有正效应，并且作用大小和细胞的生理状态有关。高密度培养的研究表明，在合适的接种量和培养基浓度下，适当提高溶氧，较大幅度地提高产量是有可能的，这还有待于进一步的研究验证。

火炬松体细胞无性系建立及其形态发生调控的研究

火炬松（Pinus taeda L.）原产美国东南部，是世界南方松中最重要的绿化和造林用速生针叶树种，现广泛分布于全球亚热带和部分热带地区，在我国的栽植面积居世界第2位，仅次于美国。目前，火炬松离体快速繁殖、遗传转化和品种改良研究中最大的障碍是没有获得良好的植株再生体系。本研究以火炬松的成熟种子为试材，建立了可调控的体细胞胚胎发生和器官发生植株再生系统，并对再生过程中的形态学变化进行了细胞学观察和扫描电镜观察;建立了胚性细胞悬浮系，测定了其重要生长参数的变化动态，优化了悬浮条件下体细胞胚胎发生的培养条件及悬浮细胞原生质体直接体细胞胚胎发生的培养条件。 进行了HA、HB、HC、MA、MB、MC、LA和LB等8种不同基因型的成熟合子胚在BMS、DCR、GD、LM、LP、MNCI、MS、SH及自行设计的TE等9种不同基本培养基上的愈伤组织诱导试验，筛选获得了愈伤组织发生频率较高的基因型HB、MA和MC，及基本培养基DCR和TE。激素组合试验表明，2,4-D和BA最有利于愈伤组织发生。两因子5水平等重复的愈伤组织诱导试验及方差分析结果证实，8 mg•L~(-1)2,4-D和4 mg•L~(-1)BA是愈伤组织诱导的最佳激素组合。诱导产生的愈伤组织经2次继代后，可明显分为4种类型，它们是1）白色、半透明、有光泽的粘性愈伤组织（WTGM）;2）淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织（YLGG）;3）淡绿色、疏松的颗粒状愈伤组织（GLG）;和4）浅白色、水浸状的粘性愈伤组织（WMM）。其中白色、半透明、有光泽的粘性愈伤组织有较强的体细胞胚胎发生能力，淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织有较强的不定芽发生能力。这两种愈伤组织的最高诱导频率分别是28.1%和35.7%。 在附加2,4-D、IBA和BA的DCR体细胞胚诱导培养基上，白色、半透明、有光泽的粘性愈伤组织中的胚性细胞形成胚性胚柄细胞团和早期原胚。提高培养基中的渗透压后，早期原胚发育成后期原胚。在附加ABA、PEG和活性炭的DCR体细胞胚成熟培养基上，后期原胚发育成子叶胚。在无激素DCR培养基上，子叶胚萌发形成再生完整植株。体细胞胚转换成小植株的最高频率是18.4%。在直接体细胞胚诱导增养基和直接体细胞胚发育培养基的作用下，成熟合子胚的子叶和胚轴上直接形成体细胞胚。直接体细胞胚胎发生的最高频率是18%。 在附加NAA、IBA和BA的TE不定芽原基诱导培养基上，淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织中的胚性细胞形成不定芽原基。在附加IBA和BA的TE不定芽分化培养基上，不定芽原基分化产生不定芽。用基因型HB、MA和MC的淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织进行的试验表明，不定芽分化的最佳低温（4 ℃）处理时间是5～6周，最佳蔗糖浓度是25～30 g•L~(-1)。分化产生的不定芽在附加IBA、GA_3和活性炭的TE培养基上，幼茎伸长。附加IBA、BA和GA_3的TE培养基上，伸长的不定芽生根形成完整植株。伸长不定芽的最高生根频率是46%。成熟合子胚在直接不定芽原基诱导培养基及直接不定芽分化培养基的作用下，从子叶和胚轴的不同部位产生直接不定芽。直接不定芽发生的最高频率是58.2%。 由成熟合子胚诱导愈伤组织形成过程中的形态学观察表明：在附加2,4-D和BA的DCR愈伤组织诱导培养基上，HB、MA和MC3种基因型中，MA主要在下胚轴形成愈伤组织，MC主要在子叶和胚根形成愈伤组织，HB主要在胚根形成体积较小的愈伤组织。在附加NAA和BA的TE愈伤组织诱导培养基上，HB、MA和MC3种基因型中，MA在单个子叶的顶端形成生长较快的愈伤组织，MC的所有子叶都形成愈伤组织，HB在所有子叶的顶端形成愈伤组织。 石蜡切片观察表明：4类愈伤组织的细胞组成不同．第1类愈伤组织主要由核大、质浓、体积小的园形胚性细胞及核呈柱状或新月形的体积较大的非胚性细胞组成;第2类愈伤组织主要由核大、质浓、体积小的园形胚性细胞组成，第3类愈伤组织主要由体积较大的棒状、葫芦形、新月形、盾片状细胞组成、第4类愈伤组织主要由体积较大的薄壁细胞和细胞壁加厚、细胞间连结紧密、无细胞核的分化细胞组成，第1类愈伤组织上形成的早期原胚的特点是：胚性头部由排列紧密、体积小的园形细胞组成，轮廓十分清晰、呈半圆形，胚柄由排列疏松的长形细胞组成，细胞体积大、细胞中有大的液泡，早期原胚在发育过程中和母体组织保持一定的隔离状态。第2类愈伤组织上形成的不定芽的特点是t结构上为单极性，其维管束和母体组织保持密切联系。扫描电镜观察表明;直接体细胞胚基部和母体组织保持较少的联系，其子叶是直立生长的．直接不定芽基部和母体组织保持较多的联系，其幼叶是向心卷曲生长的。 在培养周期内，基因型HB、MA和MC胚性细胞悬浮培养物的几个生长参数的变化动态相似。鲜重增长高峰在12—15 d，干重增长高峰在15～18 d，细胞体积增长高峰和胚数增长高峰在18—21 d。在培养的18—21 d，培养液中的pH值、电导率和蔗糖浓度接近或降到最低点。在悬浮培养条件下，体细胞胚形成的最佳起始细胞密度是5～6×103个／ml。继代培养时间延长，体细胞胚胎发生能力下降。热激处理促进基因型HB和MA体细胞胚的形成，抑制基因型MC体细胞胚的形成。在悬浮培养物中，观察到了裂生多胚。 对数生长期的火炬松胚性悬浮细胞，在以甘露醇作为渗透压稳定剂的酶混合液Cel-lulase“Onozuka”RS l%+Cellulase“Onozuka”R-10 2.5%+Pectolyase Y-23 0.2%的作用下，原生质体的产量和活力均最高。原生质体在DCR和KM8P两种培养基上形成了体细胞胚（包括胚性胚柄细胞团、早期原胚和后期原胚）．体细胞胚形成的最佳起始原生质体密度是7×l04个/ml，最佳ABA浓度是4 mg．L-I．

白杄体细胞胚胎发生及其植株再生的研究

本文以白杄的合子胚为材料，建立了体细胞胚胎发生及其植株再生系统．通过对影响体细胞胚胎发生的主要因素的系统研究，实现了体细胞胚的高频率发生。运用扫描电镜、整体染色封片及石蜡切片等方法全面观察了体细胞胚胎发生过程中的形态学、细胞学及组织化学变化。建立了胚性细胞悬浮系，测定了几个重要生长参数的变化动态，优化了体细胞胚的液体培养条件。采用垂直平板聚丙烯酰胺电泳方法分析了体细胞胚胎发生过程中三种同工酶的变化。通过压片法观察了长期继代过程中胚性愈伤组织细胞及其再生植株根尖细胞染色体数目的变化。具体结果如下： 合子胚在4-6 ℃低温条件下保存1~3个月后，接种于LP+2mg/L2.4-D+lmg/L 6-BA的培养基上，黑暗条件下培养1个月后，产生浅黄色、褐色和白色半透明三种愈伤组织，其中白色半透明愈伤组织是胚性愈伤组织。黑暗中胚性愈伤组织在MS+lmg/L 2，4-D+lmg/L KT的继代培养基上可保持旺盛的增殖能力和分化潜力。当胚性愈伤组织转到MS+5mg/L ABA+50g/L PEG+5mg/L AgN03的分化培养基上，1个月后可产生大量正常的子叶期成熟体细胞胚。成熟体细胞胚在相对湿度为75%的条件下干化20天后，转到含0.5%活性炭的无激素1/2MS基本培养基上，约40天后长出1.5—2.5cm的根，约60天后长出真叶。光，ABA、蔗糖、AgN03 PEG浓度是影响体细胞胚胎发生的主要因素。 在相同的培养条件下，以新产生的子叶期体细胞胚为外植体，也可诱导体细胞胚胎发生。 胚性愈伤组织起源于合子胚子叶和下胚轴的表皮及表皮下的一些细胞。胚性愈伤组织中的一些单个胚性细胞经过第一次分裂产生两个细胞，即胚细胞和胚柄细胞，它们继续进行分裂几次以后形成胚性胚柄团结构。胚性胚柄团在分化培养基上可发育为成熟的子叶期胚。体细胞胚的成熟过程大致可分四个时期：胚性胚柄团、球形胚至鱼雷形胚、子叶前期胚和子叶期成熟胚。通过PAS反应研究后发现，在体细胞胚发育过程中，淀粉粒在胚性胚柄团时期开始积累，至心形胚时期达到积累高峰，子叶胚时期仅在器官原基及其附近细胞肉有淀粉粒分布。结果表明，淀粉是体细胞胚胎发生的一种重要能量来源。 在初始细胞密度为3.O%（鲜重）、摇床转速为150r/min的条件下，用与固体培养基成分相似的液体培养基对胚性愈伤组织进行悬浮培养，胚性愈伤组织的生长率大大提高。在悬浮培养过程中，培养物的鲜重、干重、紧实细胞体积及胚性胚柄团数目依次在6～10天内达到高峰。培养液的pH值和电导率分别在6—8天达到最低点。 胚性和非胚性愈伤组织的三种同工酶酶谱都明显不同;胚性愈伤组织的过氧化物酶和酸性磷酸酯酶活性较高，而非胚性愈伤组织的酯酶活性较高。体细胞胚发育过程中，三种同工酶酶谱都呈规律性变化;j活性都有逐渐增强的趋势，但酸性磷酸酯酶活性到了最后时期又突然下降。 胚性愈伤组织经过长期继代后，生长率和分化能力没有明显变化，但有些细胞内染色体数目发生了无规律的变化( 2n=7—24，2n>28)，而再生植株根尖细胞染色体数目比较稳定( 2n=28).

水母雪莲细胞悬浮培养黄酮合成的调控及生物反应器放大培养

水母雪莲（Sausswea medusa Maxim）为菊科风毛菊属植物，其主要的活性成份为黄酮类化台物。为进一步提高雪莲细胞培养物的黄酮含量和实现雪莲细胞培养生产黄酮类化合物的工业化，本文开展了水母雪莲细胞悬浮培养黄酮生物合成的调控及雪莲细胞生物反应器放大培养的可行性研究。 在水母雪莲细胞悬浮体系中加入苯丙氨酸和乙酸钠两种前体，结果显示，它们均能促进细胞内黄酮的生物合成，但它们对细胞的生长也有一定的抑制作用。实验表明，前体的添加时间均以第6天为宜，它们的最佳添加浓度都是0.1 mmol/L。苯丙氨酸、乙酸钠两种前体协同添加，黄酮产量是对照的1.94倍，比它们单独加入更能促进细胞的黄酮合成。 两种非生物诱导子硝酸银和谷胱甘肚都能诱导水母雪莲悬浮培养细胞黄酮的生物合成，诱导子的作用效果与诱导于的浓度和添加时间有关。二者协同诱导，获得的黄酮产量达是对照的1.72倍，高于它们单独加入时的黄酮产量。 应用2L通气搅拌式生物反应器一步批式培养水母雪莲细胞。研究了搅拌转速、通气量和接种量对细胞生长和黄酮合成的影响，发现在75 r/min、700-1000 L/min和4.0-5.0 9 DW/L接种量下细胞生长和黄酮合成比较好。经过12 d培养细胞干重达13.8 9 DW/L,黄酮产量416 mg/L。水母雪莲细胞生长及黄酮合成的进程表明，黄酮积累与细胞生长呈正相关。对细胞聚集体分布的研究发现，剪切力等因素使细胞聚集体分裂，使反应器中细胞生长受到影响，黄酮产量较摇瓶中降低。

枯草芽孢杆菌生物学特性及其与稻瘟病菌互作的蛋白质组学研究

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是革兰氏阳性细菌研究的模式菌株，为重要的生防菌剂。本论文以枯草芽孢杆菌ATCC6051作对照，首次对新型菌株KB-1111和KB-1122进行了生物学特性、生防潜力以及与水稻稻瘟病致病菌互作的蛋白质组学研究。 形态学观察表明，菌株KB-1111和KB-1122在细胞形态、芽孢的大小、运动性、菌落褶皱和色素的生成等方面与菌株ATCC6051相似，具有枯草芽孢杆菌的典型特征。生理生化测定以及对多种碳源的利用结果显示，三个菌株大部分指标检测结果相同，只在几个方面等存在差异。 体外平板对峙抑菌试验说明，枯草芽孢杆菌ATCC6051、KB-1111和KB-1122对8种作物、果蔬代表性病害致病真菌具有明显的拮抗效果。其中，菌株KB-1122的广谱抗真菌活性优于KB-1111，而KB-1111又强于对照菌株ATCC6051，尤其是对稻瘟病（M. grisea P131）和蔬菜菌核病（S. sclerotiorum）显现出强烈的抑制作用，具备生防拮抗菌的优秀性能。 比较蛋白质组学分析结果表明，液体悬浮培养枯草芽孢杆菌KB-1111、KB-1122二维蛋白质组表达谱至少有11个胞内蛋白和10个胞外蛋白出现丰度差异。其中，菌株KB-1122中胁迫或逆境反应相关ATP酶、顺乌头酸水合酶和alpha-淀粉酶前体在细胞内蛋白质组，以及分泌型蛋白―内切葡聚糖酶在胞外蛋白质组中的高丰度表达可能与菌株KB-1122的优势拮抗能力相关。 将对数生长期的枯草芽孢杆菌KB-1122与菌丝丰富期的稻瘟病菌P131悬浮混合共培养发现，在24小时的共培养过程中，稻瘟病菌P131菌丝体及芽管经历了致变、破裂、细胞质溢出直至菌丝体崩溃等一系列变化，枯草芽孢杆菌KB-1122表现出强烈的拮抗效应。差异显示蛋白质组学研究表明，共培养菌体蛋白质组至少有39个蛋白点丰度发生显著变化，其中33个蛋白点得到成功鉴定，包括12个上调蛋白和21个下调蛋白。根据鉴定结果分析，这些上调的蛋白质全部来源于枯草芽孢杆菌，而下调的蛋白全部属于稻瘟病菌。共培养过程中的培养液蛋白质组至少有20个蛋白点丰度发生显著变化，其中18个蛋白点得到成功鉴定。根据以上分析结果初步认为，3-磷酸甘油醛脱氢酶、丝氨酸蛋白激酶和内切葡聚糖酶在枯草芽孢杆菌KB-1122与稻瘟病菌P131相互作用的过程中可能是B. subtilis KB-1122发挥抗真菌活性的关键性蛋白。

Hepatocyte growth factor enhances the generation of high-purity oligodendrocytes from human embryonic stem cells

Generation of homogeneous oligodendrocytes as donor cells is essential for human embryonic stem cell (hESC)-based cell therapy for demylinating diseases. Herein we present a novel method for efficiently obtaining mature oligodendrocytes from hESCs with high purity (79.7 +/- 6.9%), using hepatocyte growth factor (HGF) and G5 supplement(containing insulin, transferrin, selenite, biotin, hydrocortisone, basic fibroblast growth factor and epidermal growth factor) in a four-step method. We induced hESCs into neural progenitors (NP) with HGF (5 ng/ml) and G5 (1 x) supplemented medium in an adherent differentiation system. The purified NPs were amplified in suspension as neurospheres for 1 month, and terminal oligodendrocyte differentiation was then induced by G5 supplement withdrawal and HGF treatment (20 ng/ml). The cells generated displayed typical morphologies of mature oligodendrocytes and expressed oligodendrocyte markers O4 and myelin basic protein (MBP). Our result revealed that HGF significantly enhanced the proliferation of hESC-derived NPs and promoted the differentiation as well as the maturation of oligodendrocytes from NPs. Further studies suggest that HGF/c-Met signaling pathway might play an important role in oligodendrocyte differentiation in our system. Our studies provide a means for generating the clinically relevant cell type and a platform for deciphering the molecular mechanisms that control oligodendrocyte differentiation. (C) 2009 International Society of Differentiation. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.