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SynBio22 国际遗传工程中心和...
会议概述和描述合成生物学通过采用标准化和模块化等编程概念、设计自然界中可能不存在的途径和产品以及重写生物合成途径，扩展了基因工程工具箱。自分子生物学问世以来，藻类和植物工程方法的研究取得了迅速发展。它通过生物合成经济上可行的药物和生物能源分子，为全球生物经济做出了巨大贡献。本次 ICGEB 研讨会将汇集合成生物学领域的领导者，将他们的专业知识传递给下一代。该计划将重点介绍如何利用创新的合成生物学方法利用光合生物进行生物能源和药物分子的生物合成。会议将推广用于生物能源的合成生物学尖端工具。它将为从行业角度讨论合成生物学工程打开平台。将为研究生、博士后和相关科学家提供独特的机会，以展示和交流新的数据和想法，并促进初级和高级研究人员之间的互动。简短的演讲将从当地教学人员中选出。会议的学院氛围、深入的讨论环节和非正式聚会可为跨学科交流提供一个独特的论坛，并建立关系以开展和完成未来的合作研究。本次会议的重点是合成生物学工具的基本理解和学习，专门用于探索光合生物中产生生物能源和药物分子的生物合成途径。研讨会将涵盖组织、基因组编辑、RNAi、生物合成途径的调控和调节、代谢物运输和储存以及与增值产品相关的植物新兴技术以及通过重新连接光合生物中的碳浓缩机制 (CCM) 来减轻大气中过量的二氧化碳。研讨会将持续八天，包括大约 12 场与实践培训相关的专业讲座，预计将有 30 名参与者；15 名来自 ICGEB 成员国，15 名来自印度，具有学术和工业研究背景。每个会议的主要会议和主题将采用以下暂定格式。
Paulownia树作为缓解二氧化碳的可持续解决方案
由于我们星球上的气候变化，科学家对解决此问题感兴趣，因为它不仅威胁到某些地区或国家，而且威胁着世界的生态系统和经济。因此，最大程度地减少二氧化碳（CO 2）排放和降低大气水平是全球优先事项。因此，目前有必要开发一种适当的方法来降低或稳定大气中的CO 2水平。但是，CO 2捕获项目是长期，低预测和高风险环境项目。因此，有必要找到一种适当且可持续的CO 2捕获方法，该方法在降低大气CO 2级别的同时对环境产生安全的影响方面有效。尽管碳（C）是用于在陆生植物中通过光合生物产生生物化合物的关键基本成分，但C途径是影响光合生物捕获CO 2的关键因素。在光合生物体中，多用途树的Paulownia在世界各地都以其木材及其在Co 2隔离中的潜在作用而受欢迎。Paulownia spp。 属于Paulowniaceae家族，并包括一群树木。 这些树木主要在东南亚，特别是在中国发现，并且由于其装饰性，文化和药用价值而有意生长了两千年以上。 Paulownia物种的数量因分类学分类而异，范围从6到17。。 其中，Paulownia Tomentosa，Paulownia Elongata，Paulownia Fortunei和Paulownia Catalpifolia是最受认可和最受欢迎的物种。Paulownia spp。属于Paulowniaceae家族，并包括一群树木。这些树木主要在东南亚，特别是在中国发现，并且由于其装饰性，文化和药用价值而有意生长了两千年以上。Paulownia物种的数量因分类学分类而异，范围从6到17。其中，Paulownia Tomentosa，Paulownia Elongata，Paulownia Fortunei和Paulownia Catalpifolia是最受认可和最受欢迎的物种。本评论提供了一种全面的技术经济情景，用于捕获Paulownia Trees（作为陆生植物模型，在2,400 HA-1上生长）的100万吨CO 2。P. tomentosa可用于农林业系统来减轻城市城市内的温室气体（GHG）排放，并强调农林业的碳储存潜力。总而言之，鲍洛尼亚树作为一个环境群众项目，向投资者和政府提供了极大的鼓励，以扩大这些类型的项目，以在2050年之前实现全球气候目标。
利用常绿树木生产可持续能源
图 1. 利用绿树在光合作用和其他生理活动中产生的电子产生电流。常绿树（如针叶树）的光合作用和其他生理过程会产生连续的电子运动。该提案探索了使用高灵敏度传感器捕获植物器官内的电子能量并将其转化为可用电能的可能性，为电话、灯和路灯等设备供电。在大型森林地区，成千上万棵甚至数百万棵树木茂盛生长，累积产生的电量足以为较重的设备供电或照亮村庄和城市的街道。虽然所有光合作用活跃的树木（特别是在春季和初夏）都有可能发电，但常绿树尤其适合这种方法。它们持续的生理和光合作用活动（即使在冬季）也使它们成为提供稳定、全年能源的理想选择。利用光合作用过程中产生的能量，该提案构思了一种可持续且环保的解决方案，以满足农村和城市地区的至少部分能源需求。为了确保安全，实施预防潜在火灾危险的标准和措施以及建立强大的管理和维护系统非常重要。
从海洋火山渗漏中新分离出的蓝藻表现出快速下沉和强劲、高密度生长的特点
摘要 蓝藻是一种光合生物，在碳循环中发挥重要作用，是很有前途的生物生产底盘。在这里，我们从独特的海洋环境中分离出两种具有 4.6Mbp 基因组的新型蓝藻，UTEX 3221 和 UTEX 3222，这些蓝藻的 CO₂ 自然升高。我们描述了这两种分离物的完整基因组序列，并重点研究了 UTEX 3222（因为它在液体中浮游生长），描述了与生物技术相关的生长和生物量特性。UTEX 3222 在固体培养基上超过了其他快速生长的模型菌株。它可以在液体培养基中每 2.35 小时翻一番，并在批量培养中生长到高密度（>31 g/L 生物量干重），几乎是最近报道的高密度生长的 Synechococcus sp. PCC 11901 的两倍。此外，UTEX 3222 易于下沉，比其他快速生长的菌株沉降速度更快，这表明收获 UTEX 3222 生物质具有良好的经济效益。这些特性可能使 UTEX 3222 成为海洋二氧化碳去除 (CDR) 和 CO₂ 光合生物生产的有力选择。总体而言，我们发现在自然 CO₂ 升高的环境中进行生物勘探可能会发现具有独特特征的新型 CO₂ 代谢生物。
问答
Q5。 我有2个有关允许DE-FOA-0003387主题3.A的技术范围的问题。 生活炼油厂：该主题下允许基于细菌的过程吗？ 尽管FOA仅在本节中提到“植物和藻类”，但在本节中没有明确提及细菌，详细介绍了“特别不是感兴趣的提交”。它确实说“糖的微生物转化率”是不允许的，但是如果微生物将CO2用作聚合物产生的原料怎么办？ 例如，如果光合蓝细菌或非光合型knallgas细菌能够将CO2固定到聚合物中，那么这些细菌是否适合该主题的允许参数？ 可以将二氧化碳衍生的C1化合物作为聚合物生产中间体合并吗？ “特别不是感兴趣的提交”部分指定“将捕获的二氧化碳减少为C1化学品将不允许进行此主题。 但是，措辞尚不清楚这是否意味着C1化合物不能成为提出过程的最终产物，或者是否意味着在该过程的任何步骤中都不参与CO2转换为C1。 例如，如果首先将CO2转换为C1化合物，但是随后通过下游生物学过程将C1化合物转换为聚合物，是否允许？ 或在任何时候将二氧化碳转换为C1转换步骤的参与会自动取消该过程的资格？Q5。我有2个有关允许DE-FOA-0003387主题3.A的技术范围的问题。生活炼油厂：该主题下允许基于细菌的过程吗？尽管FOA仅在本节中提到“植物和藻类”，但在本节中没有明确提及细菌，详细介绍了“特别不是感兴趣的提交”。它确实说“糖的微生物转化率”是不允许的，但是如果微生物将CO2用作聚合物产生的原料怎么办？例如，如果光合蓝细菌或非光合型knallgas细菌能够将CO2固定到聚合物中，那么这些细菌是否适合该主题的允许参数？可以将二氧化碳衍生的C1化合物作为聚合物生产中间体合并吗？“特别不是感兴趣的提交”部分指定“将捕获的二氧化碳减少为C1化学品将不允许进行此主题。但是，措辞尚不清楚这是否意味着C1化合物不能成为提出过程的最终产物，或者是否意味着在该过程的任何步骤中都不参与CO2转换为C1。例如，如果首先将CO2转换为C1化合物，但是随后通过下游生物学过程将C1化合物转换为聚合物，是否允许？或在任何时候将二氧化碳转换为C1转换步骤的参与会自动取消该过程的资格？
红色珊瑚藻类的钙化和光合作用之间有效的碳回收
红色珊瑚藻在整个沿海海洋中创造出丰富的，巨大的礁石生态系统，并提供了大量的生态系统服务提供，但是我们对它们的基本生理学的理解缺乏。尤其是，产生碳和碳序列过程之间的平衡和联系仍然受到限制，这对了解它们在碳固存和存储中的作用具有重要意义。使用双放射性同位素跟踪，我们提供了在红色珊瑚藻（Red Coralline Alga Boreolithamnion Soriferum）（以前是Lithothamnion Soriferum）中的光合作用（需要CO 2）和钙化（需要CO 2）之间耦合的证据。通过光合作用将39±14％纳入了有机物。只有38±2％的隔离HCO 3-转化为CO 2，其中几乎40％的内部回收为光合基质，将碳的净释放降低至总吸收量的23±3％。钙化速率在很大程度上取决于光合底物的产生，从而支持光合增强的钙化。此处报道的有效的碳复合生理学表明，钙化藻类可能对海洋CO 2的释放贡献不如当前假设的贡献太大，从而支持其在蓝色碳核算中的作用。
代谢工程
代谢通量及其控制机制是细胞代谢的基础，为研究生物系统和生物技术应用提供了见解。然而，对微生物细胞工厂中生化反应的控制，尤其是在系统层面的控制，定量和预测性的理解是有限的。在这项工作中，我们提出了 ARCTICA，这是一个计算框架，它将基于约束的建模与机器学习工具相结合以应对这一挑战。使用模型蓝藻 Synechocystis sp. PCC 6803 作为底盘，我们证明 ARCTICA 可以有效模拟全球规模的代谢通量控制。主要发现包括：(i) 光合生物生产主要受卡尔文-本森-巴沙姆 (CBB) 循环中的酶控制，而不是受参与最终产物生物合成的酶控制；(ii) CBB 循环的催化能力限制了光合活性和下游途径；(iii) 核酮糖-1,5-双磷酸羧化酶/加氧酶 (RuBisCO) 是 CBB 循环中的主要限制步骤，但并非最主要的限制步骤。预测的代谢反应与之前的实验观察结果在质量上一致，验证了我们的建模方法。ARCTICA 是了解细胞生理学和预测基因组规模代谢网络中限速步骤的重要管道，从而为蓝藻生物工程提供指导。
Ph.D.可用位置（物理/化学）Ph.D.可用位置（物理/化学）
植物使用光合作用以化学键的形式存储太阳能。但是，此过程的效率取决于光的颜色，这表明使用频谱优化来源来增强植物的生长。在这个项目中，成功的候选人将使用无机荧光纳米颗粒将太阳能光谱聚焦于光谱区域，该光谱区域更有效地针对光合作用过程。旁边是尖端纳米材料的合成和普通表征，在太阳能下，候选人将有机会直接测试其光学性能对藻类或植物生长的影响。
对细胞壁动力学和干旱耐受性的影响
扩张蛋白是与植物生长和胁迫反应有关的细胞壁修饰蛋白。在这项研究中，我们探索了拟南芥芽中扩张蛋白的差异定位，重点是Expa1，Expa10，Expa14和Expa15，利用PEXPA :: Expa Transce Fransicational Fusion Lines。采用化学诱导系统POP6/LHGR进行EXPA1过表达和高通量自动表型，我们评估了压力条件下的干旱反应和光合效率。我们观察到了扩张蛋白的不同表达模式，Expa1主要位于气孔后卫细胞中，而Expa10和Expa15在表皮和其他组织中显示出强细胞壁（CW）定位。Expa1的过表达导致与CW相关基因表达的明显变化，尤其是在诱导早期，包括其他扩张蛋白和CW-修饰酶的上调。诱导的Expa1线还显示出芽的显着形态变化，包括较小的植物尺寸，延迟的衰老和血管组织的结构改变。此外，Expa1过表达赋予了干旱耐受性，这是通过增强的光合效率（F V /F M）和低稳态的非光化化学淬灭（NPQ）值在干旱应力下证明的。这些发现突出了Expa1在调节植物生长，发育和压力反应中的关键作用，并在提高农作物中的干旱耐受性方面的潜在应用。
使用观测和最佳理论绘制C4植被的全球分布
具有C 4光合作用途径的植物通常对气候变化的反应与更常见的C 3型植物不同，因为它们的独特解剖学和生化特征。这些不同的反应有望驱动全球C 4和C 3植被分布的变化。但是，当前的C 4植被分布模型可能无法预测此反应，因为它们不会捕获多个相互作用的因素，并且通常缺乏观察性约束。在这里，我们使用了植物光合途径，卫星遥感和光合最佳理论的全球观察结果，以产生观察到的观测约束的C 4植被的全局图。我们发现，全球C 4植被覆盖范围从2001年至2019年的17.7％降低到土地表面的17.1％。这是由于CO 2升高C 3型光合作用而升高C 4天然草覆盖的净结果，C 4作物覆盖物的增加，主要来自玉米（玉米）膨胀。使用紧急约束方法，我们估计C 4植被占全球生物合成碳同化的19.5％，这是以前估计范围内的值（18-23％），但高于动态全球植被模型的整体含量（14±13％；平均值±一个标准偏差）。我们的研究对C 4植物在当代全球碳周期中的关键作用和低估的作用提供了见解。