单细胞转录组测序技术发展及应用

生物组织由多种异质性细胞组成,单个细胞之间的差异可能会对多细胞生物的功能产生深远影响。近年来开发的单细胞RNA-seq技术可以对单个细胞进行无偏、可重复、高分辨率和高通量的转录分析。相对于传统的群体细胞的转录组分析,单细胞RNA-seq技术从另外一个维度了解转录组信息,揭示生物组织的细胞构成、转录组动力学以及基因间的调节关系。随着细胞捕获、分子生物学和生物信息学等关键技术的发展和完善,其在生物学和医学领域的应用将会越来越广泛。该文对单细胞RNA-seq技术的发展历史和应用进行了阐述。     

原生生物质体(叶绿体)的多样性及其形成原因

真核生物的叶绿体一般具有一定的典型的结构和功能。然而,在单细胞的原生生物中却不断发现结构与功能均与典型叶绿体明显不同的质体(叶绿体),如不具核形体的多层膜质体、具核形体的多层膜质体、具有最小基因组的质体等,表现出质体的丰富多样性。本文概要地介绍了单细胞原生生物中这些非典型的质体,并对形成这种多样性的主要原因,即这些生物的质体在进化过程中发生的一次、二次和三次内共生事件进行了分析探讨。     

原生生物的现代分类

原生生物是指单细胞的真核生物,但它们的性状并不简单,是最具多样化的一群生物,其分类一直存在着较大争议。近年来,随着对真核生物起源认识的深入和核酸测序分析等技术的广泛应用,原生生物的系统树与演化支轮廓已趋清晰,目前已初步形成了有一定共识的系统分类体系,并构建了真核生物分类的新框架。简要介绍新近的原生生物的分类体系和系统分类演化,提出作者自己的看法、意见与建议,并在此基础上开展讨论,以求对有关原生生物的分类提供一些有意义的线索,为深化真核生物起源的探究、深入了解其现有分类体系提供参考。     

单哺乳动物细胞封装技术研究进展

细胞封装技术是指将细胞包裹在半透膜或者水凝胶组成的封装层内,该封装层能够有效阻挡外界大尺寸物质与封装细胞的直接接触,从而避免免疫细胞、抗体、酶等物质的攻击;同时保证氧气、营养物质、代谢物等一些小尺寸物质的自由交换,从而维持细胞各项生物学活动和正常功能.细胞封装技术在生物材料、生物医学以及生命科学等领域具有重要应用前景.单细胞封装技术,即将单个活细胞包裹在半透性的封装层内,是细胞封装向高封装效率、低封装层尺寸、高稳定性封装发展的必然趋势.单细胞封装系统在提高氧气、营养物质、代谢物等交换效率,维持细胞活性和各项生物学功能,以及单细胞水平上的细胞生物组学研究等方面具有显著优势.本文就基于哺乳动物细胞的单细胞封装技术进行了系统阐述,重点介绍了单细胞微胶囊封装系统和单细胞纳米封装系统两大单细胞封装制备技术的研究进展,对单细胞封装系统在细胞治疗、组织工程与再生医学、单细胞生物学分析以及全细胞传感器领域的应用现状进行了分析和归纳.最后,对单细胞封装技术所面临的问题和发展前景进行了总结和展望.     

真黏菌乃真核——从细胞学角度看黏菌

正一般认为,真核细胞和原核细胞最大的区别在于真核细胞具有完整的细胞核,而由真核细胞构成的生物叫真核生物,由原核细胞构成的生物叫原核生物。原核生物一般都是单细胞生物,真核生物则既有单细胞的,也有多细胞的。真黏菌具有4个典型的阶段:孢子、游动胞、黏变形体和原质团。这类生物通常会有一段黏黏的时期,因此得名黏菌。这个黏黏的阶段就是黏菌的营养生长期,即黏菌的原质团时期。这些黏黏     

单细胞测序技术及应用进展

同一组织中的细胞往往被认为是具有相同状态的功能单位,传统的检测手段分析的是细胞群体的总体平均反应。然而通过对单个细胞的DNA或RNA进行测序,表明组织系统层面的功能是由异质性细胞构成的。单细胞测序以单个细胞为单位,通过全基因组或转录组扩增,进行高通量测序,能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态,反映细胞间的异质性,在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用,正成为生命科学研究的焦点。单细胞测序的难点是单个细胞的分离、单细胞基因组和转录组的扩增。本文主要介绍和分析了单细胞测序技术中常用的单细胞分离技术、单细胞基因组扩增技术和转录组扩增技术及其优缺点,并对当前已经取得成果的应用领域进行了阐述,为单细胞测序技术的研究与应用提供参考。     

单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性和展望

海洋是地球上最大的碳库,通过对CO~2的固定以及与大气物质和能量的交换,海洋对全球气候的变化起到关键的调控作用。随着全球气候变化的加剧,增加海洋碳汇已经成为应对全球气候变化的热门研究课题和主要途径之一。海洋微型生物在海洋的固碳过程及碳循环中起到关键的作用,对海洋碳汇意义重大。本文综述了一类重要的海洋微型生物——单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性,分析了其中的代表——网粘菌门(Labyrintholomycota)原生生物在海洋碳循环和次级生产中的意义,并从清楚地认识海洋碳汇的过程和机制方面,提出未来该领域急需解决的科学问题和可能的研究方案,为丰富海洋碳汇研究的生物学基础提供理论依据。     

合成生物学指引我们向何方?

合成生物学真正进入大众视野,缘于2010年首个人造单细胞生物辛西娅的诞生。这是第一个由人类合成并能自我复制的新物种,它在给公众带来惊叹和恐慌的同时,也让合成生物学迅速成为媒体和公众关注的焦点。     

合成生物学

<正>2010年5月20日,美国科学家克雷格·文特尔在《科学》上公布了创造出历史上首个"人造单细胞生物"的消息。之后国内外掀起一片讨论的热潮,以这项成果为代表的合成生物学也受到了前所未有的关注。为报道生物领域这一前沿学科和热点话题,把合成生物学介绍给业界广大读者,《生物产业技     

黏菌——一种有智慧的生物

正在浩瀚的地球上,生活着这样一群原生生物:它们保有变形虫的身体构造,既像动物又像植物,传统的系统分类学将其归位于植物与真菌之间,属于菌物的一种,现在将其归类为原生动物。它们在相当长的一段时间里只是普普通通的单细胞生物,有时候却可以长成真正的"外星物种"形式,生长到3平方米那么大。特别是它们中的一部分种类,个体聚集在一起的时候居然可以生成多细胞体。这种古老、怪异、行为复杂的神秘生物类群就是黏     

微生物的分类

最初,科学家根据生物的形态和生理特征把地球上的生物分为动物界和植物界两类,20世纪60年代又根据细胞核的结构把生物分为原核生物和真核生物两类。微生物根据其是否有细胞可分为两大类:一大类是无细胞结构的病毒、亚病毒因子(类病毒、卫星病毒、卫星RNA、朊病毒);第二大类是细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体等原核生物和包括酵母菌、霉荫、蕈菌等真菌及单细胞藻类、原生动物等原生生物的真核生物。     

单细胞组学技术及其在植物保卫细胞研究中的应用

单细胞组学技术在动物研究中已经得到广泛应用,但在植物学领域尤其是保卫细胞研究中还处于起步阶段。由保卫细胞构成的气孔承担着植物生命过程中水分散发及气体交换大门的作用。将单细胞组学技术应用到保卫细胞功能解析中将有助于了解保卫细胞参与的基本生理过程。该文综述了植物单细胞组学技术的发展、保卫细胞研究现状及单细胞组学技术在植物保卫细胞研究中的初步应用,为借助该技术解决植物生物学中保卫细胞发育、代谢及对环境胁迫响应等基本问题提供研究思路和方法。     

生命的演化——从原始非细胞到人类

人们常以“从鱼到人”来说明人类的起源。但需要弄清的是:“从鱼到人”的过程究竟如何?鱼又怎样发展而来?这里,也就是要探究从最古的生物发展到人类所经历的各个主要阶段的情况。我们知道,世界上最早的生命是一种原始非细胞,称为原生体。这就是生命的开始。原生体经过发展,成为原核单细胞。这种最原始的细胞没有细胞核和细胞器,大约在32亿年前就出现了。10多亿年前,原核单细胞又进化成具有细胞核和细胞器的真核单细胞,真核单细胞又不断分裂和增殖,向群体,多细胞生物进化。     

用螺旋藻粉代替酵母菌进行草履虫摄食及消化过程观察

通过观察草履虫的摄食、消化过程的实验,能有效帮助中学生理解"单细胞生物可以独立完成生命活动"这一重要生物学概念。采用螺旋藻粉代替中性红染色的酵母菌作为草履虫的食物,可明显提高实验效率,增强实验效果。     

COP9信号传导体与调节盖子复合体的进化

COP9信号传导体和26S蛋白酶体的调节盖子复合体皆为含有8个亚基的蛋白复合体,在真核生物体中普遍存在,它们的相应亚基在大小和氨基酸序列上具有一一对应关系.从NCBI站点的所有数据库中获得了裂殖酵母、酿酒酵母、线虫、果蝇、哺乳动物和拟南芥等多种生物的复合体的亚基序列共8组.COP9信号传导体与调节盖子复合体相应亚基之间的氨基酸序列一致性大于12%,它们均具有一些保守的区域,而且保守位点分布均匀,表明它们来自于同一祖先.在基于氨基酸序列构建的系统发育树中,各组序列分别形成两个分支:一个分支由COP9信号传导体亚基和相似蛋白组成,另一分支由相应的调节盖子复合体亚基和相似蛋白构成.各个分支中单细胞生物的序列位于动、植物序列的根部,表明COP9信号传导体与调节盖子复合体的基因重复发生在真核单细胞生物和多细胞生物分化以前,并且二者的亚基基因沿各自的方向独立进化.几乎所有编码两个蛋白复合体的基因在基因组中均为单拷贝,第Ⅴ、Ⅵ组的亚基保守程度最高,暗示着它们在复合体中起着关键的作用.对COP9信号传导体和调节盖子复合体的相应亚基基因两两之间进行dN/dS的相关性分析,分别鉴定出21和15对亚基编码序列间具有显著的Pearson相关关系,推测其相应亚基间可能通过承担相互关联的重要的生物学功能而协同进化.     

新本草计划——基于合成生物学的药用植物活性代谢物研究

经过近十年的发展,合成生物学研究的对象从单细胞的生物元件和装置的研究,逐渐过渡到多细胞的复杂体系。植物合成生物学被称为合成生物学研究的"下一篇章"。从复杂而多样的植物代谢切入进行植物合成生物学研究,有助于人类在更复杂的层面上理解生命运行的本质规律,及更深入地认知复杂人造生命的设计和构建的科学及工程原理;也有望在药用植物活性代谢物的合成生物学设计和创新生产方面实现突破。本文综述了该领域的国内外进展,并提出新本草计划的研究设想,通过基于合成生物学的药用植物活性代谢物研究,使数千年传统的本草学研究焕发新生。     

COP9信号传导体与调节盖子复合体的进化

COP9信号传导体和26S蛋白酶体的调节盖子复合体皆为含有8个亚基的蛋白复合体,在真核生物体中普遍存在,它们的相应亚基在大小和氨基酸序列上具有一一对应关系。从NCBI站点的所有数据库中获得了裂殖酵母、酿酒酵母、线虫、果蝇、哺乳动物和拟南芥等多种生物的复合体的亚基序列共8组。COP9信号传导体与调节盖子复合体相应亚基之间的氨基酸序列一致性大于12％,它们均具有一些保守的区域,而且保守位点分布均匀,表明它们来自于同一祖先。在基于氨基酸序列构建的系统发育树中,各组序列分别形成两个分支：一个分支由COP9信号传导体亚基和相似蛋白组成,另一分支由相应的调节盖子复合体亚基和相似蛋白构成。各个分支中单细胞生物的序列位于动、植物序列的根部,表明COP9信号传导体与调节盖子复合体的基因重复发生在真核单细胞生物和多细胞生物分化以前,并且二者的亚基基因沿各自的方向独立进化。几乎所有编码两个蛋白复合体的基因在基因组中均为单拷贝,第Ⅴ、Ⅵ组的亚基保守程度最高,暗示着它们在复合体中起着关键的作用。对COP9信号传导体和调节盖子复合体的相应亚基基因两两之间进行dN／dS的相关性分析,分别鉴定出21和15对亚基编码序列间具有显著的Pearson相关关系,推测其相应亚基间可能通过承担相互关联的重要的生物学功能而协同进化。     

合成生物学——生物工程产业化发展的新时期

<正>基于基因组学与系统生物学在20世纪90年代的兴起,合成生物学于21世纪初应运而生,成为近年来发展最为迅猛的新兴前沿交叉学科之一。与以假说导向的传统生命科学研究不同,合成生物学研究以目标为导向,譬如首先设定需要实现的全新的物质识别、信号传导、生化代谢等能力,再以工程化手段设计、改造乃至合成全新生命体,并通过进一步"设计-合成-检测"的手段反复解决问题,实现目标。合成生物学研究囊括了生物功能分子合成、基因线路合成、代谢途径合成、基因组合成、单细胞合成、多细     

生物学教学中"构成"与"组成"等词辨析

构成"和"组成"是中学生物学教科书中出现频率较高的词,亦是中学教师和学生易混用的字。这里,笔者做一个粗浅的辨析。从教科书中分析来看,"构成"词的用法主要体现在3个方面：门）表示生物的层次结构方面,如：分子一细胞一组织一器官一系统一个体一种群一群落一生态系统。上述层次结构宜用"构成"不用"组成"。（2）表示物质的结构和功能单位时用,如：每个肾脏大约由100万个肾单位构成。（3）"构成"多用来表示一些较抽象性的内容,试比较,甲：系统由能够完成一种或几种生理功能的多个器官构成,乙：神经系统由脑、脊髓和它们所发出的神经…     

原生生物的系统分类

原生生物(Protista)一词早期用来指所有原始的简单生物,1866年海克尔(E. Haeckel)把原生生物划分出来作为生物分类的一个界,从而在林奈(Linnaeus,1735)的两界(植物和动物)系统基础上建立了三界分类系统。本世纪上半叶,随着细胞类型认识的深入,科帕兰(Copeland,1938)根据原核细胞与真核细胞的巨大差异提出把细菌、蓝藻等原核细胞生物由原生生物中