后基因组时代微生物天然产物高效发掘体系设计与展望

微生物天然产物具有丰富的化学结构多样性和诱人的生物活性,持续启迪着创新医药和农药的发现。近年来,随着高通量测序技术的快速发展,巨大的微生物基因组数据揭示了多样生物合成和新颖天然产物的潜能远高于以前的认知。然而,如何高效地激活隐性的生物合成基因簇 (BGCs) 并识别相应的化合物,以及避免已知代谢产物的重复发现等挑战依然严峻。本文描述了面对这些问题时基因组学、生物信息学、机器学习、代谢组学、基因编辑和合成生物学等新技术在发现药用先导化合物过程中提供的机遇;总结并论述了在潜力菌株优选、BGCs的生物信息学预测、沉默 BGCs的高效激活以及目标产物的识别和跟踪方面的新见解;提出了基于潜力菌株选择和多组学挖掘技术从微生物天然产物中高效发现先导结构的系统线路 (SPLSD),并讨论了未来天然产物药用先导发现的机遇和挑战。     

食用菌表型组技术研究进展

食用菌已成为我国农业的第五大种植业,在“精准扶贫”战役中发挥了重要作用。然而,经过40年的快速发展,食用菌行业依然面临着众多问题亟待解决,尤其是在工厂化栽培生产中我们还严重依赖国外选育的菌种。随着基因测序和表型组等新技术的蓬勃发展,“数据驱动”的生物学研究取得了一系列突破性进展。这些新技术也为解决食用菌行业面临的问题带来了机遇。其中表型组研究通过光学设备和传感器将肉眼观察和手工测量的数据数字化,与基因组、代谢组等数据构成食用菌组学大数据,为食用菌分类、种质资源评价、育种、基因功能和栽培等研究提供了新思路。本文重点描述了食用菌表型性状,介绍了表型组技术在食用菌研究中的应用,同时回顾了植物表型组技术的进展和应用领域,并讨论了食用菌表型组研究的关键技术和面临的挑战。期望通过对食用菌基因组、表型组、代谢组等多组学技术的整合研究和大数据的积累,推动“数据驱动”的食用菌遗传育种和栽培生产。     

宏基因组学在未培养微生物研究中的应用

自然环境中约99%的微生物不能用传统的分离培养方法获得其纯培养。随着宏基因组技术的出现,人们可以对这一庞大的未知世界进行多方面的研究,包括微生物的生理、生态及其基因功能等。利用这一技术,研究者已经对地球上的许多生境进行了研究,并取得了很多新的成就。简要概述这一技术在研究未培养微生物方面的应用。     

等温核酸扩增技术在病原体检测中的应用

近年来,新型传染病相继爆发,如严重急性呼吸综合征（severe acute respiratory syndrome,SARS）、H7N9禽流感等,严重威胁着人类健康和社会、经济的可持续发展,同时给传染病的防控带来了严峻挑战。病原体检测是传染病防控的重要环节,越来越多的新技术被应用其中。等温核酸扩增技术作为一种快速、灵敏度高的病原体检测技术,已取得了长足发展。对等温核酸扩增技术的原理、重要特性及其在病原体检测中的应用进展进行了较为全面的综述,以期为这一技术的推广和应用提供重要参考。     

高通量测序技术在动植物研究领域中的应用

高通量测序是核酸测序研究的一次革命性技术创新, 该技术以极低的单碱基测序成本和超高的数据产出量为特征, 为基因组学和后基因组学研究带来了新的科研方法和解决方案. 在动植物研究领域, 高通量测序引领了一次具有里程碑意义的科学研究模式革新, 科研人员可利用该技术在基因组、转录组和表观基因组等领域展开多层次多方面多水平研究. 本文就高通量测序技术应用于动植物基因组学和功能基因组学研究进展进行了系统阐述, 并对当前高通量测序技术的现状和热点及未来的发展趋势作了深入剖析和讨论.     

以海量数据计算揭示人类疾病发生机制及相关分子标志物

高通量芯片和深度测序技术为在全基因组水平上绘制高分辨率的基因组变异、RNA转录、转录因子结合及组蛋白修饰图谱等研究提供了前所未有的机遇.这些技术彻底改变了以往有关转录组学、调控网络以及表观遗传调控的研究方法,产生了海量的多水平组学数据,并开启了高效数据整合研究的先河.然而,如何有效地整合这些数据仍然是一个巨大的挑战.本文总结了高通量组学数据的产生对相关领域研究的主要影响及其与人类疾病的关系,并介绍了多种用于数据整合分析的生物信息学方法.最后,以炎症疾病为例进行说明.     

老年痴呆症——现代脑科学和医学研究面临的严峻挑战

<正>1906年,德国医生Alois Alzheimer报道了一例具有进行性记忆丧失和语言障碍等症状的临床病例,并结合脑解剖和染色的结果,首次描述了该病症的两个重要特征:淀粉样蛋白斑块和神经纤维缠结。这就是现在人们经常提到的老年痴呆症,也称为阿尔茨海默氏症。一个世纪之后的今天,老年痴呆症已经成为整个人类社会面临的一个严峻挑战。随着社会的进步和平均寿命的增长,老年人口占总人口的比例大幅     

基于信息技术的蛋白质识别研究

随着质谱技术和NMR等仪器测定技术的飞速发展,利用大规模质谱技术可以得到海量蛋白质的质谱数据。同时,利用NMR技术也可获得蛋白质的精确三维结构数据。这些数据以及面向这些数据的分析方法使得蛋白质组研究迅速发展,其基础理论和技术方法,都在不断地进步和完善。利用信息工程技术辅助生物学家开展面向质谱技术的高温量蛋白识别,面向NMR的蛋白质三维结构识别,以及功能发现研究,已经成为蛋白质组中的生命科学与信息科学交叉研究的热点和挑战问题。本文侧重从信息技术的角度对上述问题进行综述,并提出我们解决问题的思路和方法。     

基于Hi-C技术识别基因组结构变异及其在肿瘤研究中的应用

基因组结构变异是多种肿瘤发生的重要驱动因素.虽然目前有基于核型分析、PCR免疫荧光和芯片杂交以及高通量测序等技术可用于基因组结构变异的检测,但由于技术的局限性,现今仍缺乏被广泛认可的基因组结构变异检测方法和相应的分析工具.在肿瘤样本中检测基因组结构变异更是面临严峻的挑战.近20年来,染色体构象捕获技术及其衍生的高通量技术Hi-C等,已经为三维基因组结构的解析提供了大量的组学数据.基因组结构变异通常引起三维基因组空间图谱的异常,通过Hi-C图谱的异常来检测结构变异成为一个新的研究方向.基于Hi-C技术的检测方法有其独特的优势,如可以比较准确地检测位于基因组上重复序列区域的结构变异,但也存在一定的局限性,如不能检测小的结构变异等.本文系统回顾了基因组结构变异的主要研究方法、工具及相应的原理等,并重点讨论了运用Hi-C技术检测结构变异的基本原理、技术优势和局限性,最后介绍了该技术在肿瘤研究中的实际应用.     

日本的防护林

随着世界人口不断增长、自然资源的不断减少 ,人类所面临的环境挑战正日趋严峻。防护林以其防护性、资源性和可再生性等强大的森林功能作为迎接这一挑战的工具 ,在环境保护与资源管理中正在发挥着愈来愈大的作用 ,世界各国对此都给予了极为广泛的重视。中国的防护林建设经营历史悠久 ,尤其是自1978年启动了三北防护林体系工程以来 ,以防护林为主体的林业生态工程已在中华大地蓬勃发展起来 ,其数量之多、规模之大已为全球所瞩目 ;防护林的生态、经济和社会效益与日俱增 ,为保障西部开发 ,控制三北地区的风沙干旱、水土流失等自然灾害 ,提高农…     

宏基因组学在传染病防控中的应用进展北大核心CSCD

新发突发传染病暴发给全球公共卫生防控带来严峻挑战。快速识别致病病原体是应对新发突发传染病的首要问题,传统病原检测方法难以应对已知变异较大病原或未知病原,基于高通量测序的宏基因组学研究给病原识别鉴定带来了新的方法和思路。核酸提取、高通量测序和数据分析等关键技术方法不断发展,使宏基因组学成为新突发传染病防控的重要研究方向。宏基因组学可对传染病防控中的多种类型样本进行直接测序,获得高通量的测序数据,并结合病原核酸数据库,通过序列比对、变异进化分析等生物信息学方法,通过监测可疑样本对疫情暴发进行预测预警;识别传染病患者感染致病病原,为临床诊治提供指导;构建病原系统发育关系,追溯疫情潜在感染来源,最终实现新突发传染病病原的快速识别、分型、耐药及溯源分析。宏基因组学作为一项新兴技术,在传染病防控领域具有巨大潜力和发展空间。通过对宏基因组学在传染病病原监测、检测及溯源等方面的应用进展进行综述,以期为传染病防控提供新的视角。     

宏基因组学在传染病防控中的应用进展

新发突发传染病暴发给全球公共卫生防控带来严峻挑战。快速识别致病病原体是应对新发突发传染病的首要问题,传统病原检测方法难以应对已知变异较大病原或未知病原,基于高通量测序的宏基因组学研究给病原识别鉴定带来了新的方法和思路。核酸提取、高通量测序和数据分析等关键技术方法不断发展,使宏基因组学成为新突发传染病防控的重要研究方向。宏基因组学可对传染病防控中的多种类型样本进行直接测序,获得高通量的测序数据,并结合病原核酸数据库,通过序列比对、变异进化分析等生物信息学方法,通过监测可疑样本对疫情暴发进行预测预警;识别传染病患者感染致病病原,为临床诊治提供指导;构建病原系统发育关系,追溯疫情潜在感染来源,最终实现新突发传染病病原的快速识别、分型、耐药及溯源分析。宏基因组学作为一项新兴技术,在传染病防控领域具有巨大潜力和发展空间。通过对宏基因组学在传染病病原监测、检测及溯源等方面的应用进展进行综述,以期为传染病防控提供新的视角。     

基于红外相机的不可个体识别动物种群密度估算方法

种群密度估计对野生动物的保护和管理至关重要,也是动物生态学和保护生物学备受关注的研究热点,但对大中型兽类种群数量的准确估算一直面临挑战。红外相机是哺乳动物调查中普遍采用的工具,也是克服这一挑战的一种经济有效的方法。目前国际上已有多种方法采用红外相机数据估算不可个体识别动物的种群密度,但相关技术在我国的应用案例较少,本文旨在为国内研究者应用红外相机数据估算动物种群密度提供参考。首先,我们介绍了随机相遇模型(randomencounter model, REM)、随机相遇与停留时间(random encounter and staying time, REST)模型、相机前停留时间(time in front of the camera,TIFC)模型以及红外相机距离取样(cameratrapdistancesampling,CTDS)这四种模型的基本原理和假设;其次,描述了这些模型在野外调查中的技术要点,并给出数据处理与分析的建议;最后,总结了每个模型的数据需求、优点和缺点。虽然我国目前拥有估算种群密度的大量红外相机数据源,但有很多物种的数量尚未知晓,也没有一种方法对所有红外相机数据都是...     

磷酸化蛋白质组学分析和定量技术的研究进展

蛋白质的磷酸化是一种可逆性的蛋白质翻译后修饰,在生物体内起着极为重要的作用.近年来蛋白质翻译后修饰日益成为蛋白质组研究的热点之一.定量磷酸化蛋白质组学方法和技术的快速发展为研究蛋白质磷酸化时空动态变化,更好地了解生物学功能调节网络奠定了坚实的基础.作为蛋白质组学研究的一个重要组成部分,定量磷酸化蛋白质组学因其磷酸化蛋白质所具有的独特特征,在技术和方法研究方面将面临更为严峻的挑战.综述了磷酸化蛋白质组学定量的一些分析技术和方法的发展现状、优缺点以及未来的发展趋势.     

糖蛋白质组定量技术进展

蛋白质的糖基化是最重要和最普遍的蛋白质翻译后修饰之一,在生物体内起着极为重要的作用。糖蛋白质的量和（或）糖基化程度的改变以及糖链结构的改变等与许多疾病密切相关,因此定量糖蛋白质组研究已经成为一个新的热点。然而由于糖基化蛋白质所具有的独特特征,其定量面临严峻的挑战。糖蛋白质组学定量方法和技术的发展将为更好地研究糖基化蛋白质生物学功能起到重要作用。综述了基于生物质谱的糖蛋白质组定量研究的技术和方法,及其优缺点和未来的发展趋势。     

我国系统和进化植物学的挑战和应有的对策

系统与进化植物学就是广义的植物分类学,内容涉及植物分类、植物区系地理、系统发育、物种生物学、大进化(macroevolution)和小进化(microevolution)等的研究.这一学科如今面临多方面的挑战,处在一个关键时期.如何对待这些挑战,关系系统与进化植物学的前途.80年代以来,飞速发展的分子生物学也渗入这一学科,形成一门新的边缘学科,即分子系统学(molecularsy stematics).狭义地说,它是指以核酸(尤其是DNA)分析为手段,探讨系     

利用不同家域计算方法对野骆驼栖息地空间利用的比较

<正>卫星追踪定位技术(Satellite tracking and positioning technology)对于野生动物监测和管理来说具有高效、便利、可靠等多方面的优点,基于卫星追踪定位可以获取大量的野生动物时空分布数据,用于目标物种的家域计算、生境选择和迁移模式研究等(Kranstauber et al., 2012; Byrne et al.,     

异源蛋白质相互作用数据整合算法的进展

蛋白质相互作用在生物学过程和细胞功能行使中起核心作用。高通量技术的应用结合计算机预测方法的发展,使得直接和间接来源的蛋白质相互作用数据得到了大规模的增加。如何系统地整合这些数据并从中提取有用的信息是一项挑战,这也促使了许多整合算法应运而生。本文综述了八种整合蛋白质相互作用数据源的方法：投票、支持向量机、朴素贝叶斯、逻辑斯蒂回归、决策树、随机森林、基于随机森林的k-近邻法以及混合属性分类等方法。     

采石场石壁生态恢复研究进展

目前,我国的众多采石场正面临着十分严重的生态环境退化问题。环境恶化、水土流失、生物多样性锐减等向采石场生态恢复的理论与技术提出了严峻挑战。因此,采石场石壁生态复绿工程是一项艰巨的任务。在分析了采石场特征及危害隐患的基础上,介绍了国内外采石场石壁生态恢复的先进经验与技术,总结了各种方法的优点与不足,同时对改善采石场的治理现状提出了一些看法和建议。以期为探寻更为合理、经济快速的技术措施提供借鉴和帮助。     

微生物组测序与分析专家共识

在过去的十几年,微生物组相关研究和应用持续升温。微生物组逐渐成为生命科学、环境科学和医学等领域的研究焦点。与此同时,全球多个国家和组织也都积极发起各自的微生物组计划,进行多方面的布局,力争在这一具有广阔前景的领域获得战略地位。此外,无论是科研还是产业应用已经迎来了研究高潮和投融资热潮,微生物组相关产品和服务也不断出现。然而,行业在快速发展的同时,也存在一些不足。由于微生物组测序和分析相关技术和方法发展迅速,各国研究和应用尚未在技术、方案和数据等标准上达成统一,国内行业参与者对微生物组也存在认识不足,对微生物组相关新方法、新技术、新理论等还未能充分掌握和使用。除此之外,已有的一些标准和指南,内容过于简单,实操性也不足,这不仅给科研数据的整合造成了困难和资源浪费,还给相关企业进行不良竞争、以次充好提供了机会。更重要的是,我国尚缺乏微生物组相关的国家标准,国家微生物组计划仍处于筹备过程。在此背景下,中国生物工程学会、中国科学院微生物研究所于2019年6月至2020年3月,共同设立了“微生物组测序与分析专家共识”专项研究课题。中国生物工程学会组织了微生物组相关领域的27位专家以及来自行业内的30多位专业人员,通过分成4个项目小组、召开4轮研讨会后,最终形成了涵盖从微生物采集与保存、DNA提取与建库、高通量基因测序和数据分析以及质控标准品等全流程的“微生物组测序与分析专家共识”。本专家共识具有较强可参考性和可操作性,不仅能指导国内科研和产业机构规范进行微生物组相关产、学、研,还能为国家相关职能部门提供可参考的技术依据,保障规模型和规范化的企业利益,加强行业自律,避免不规范的企业扰乱市场,最终促进微生物组相关产业的良性发展。