现代分子生物技术在湖泊沉积物古DNA研究中的应用

分子生物学技术的发展,为从分子生物学角度探讨湖泊生态系统演化提供了一个新窗口。依据湖泊沉积物中古DNA研究,从古微生物、动植物群落结构组成及数量变化等方面开展研究,可进一步反演湖泊及周边的气候环境变化,探讨生物与气候、人类活动之间的关系。本文首先介绍了湖泊沉积物中古DNA来源、保存特点以及提取方法,其次比较分析了现代分子生物技术在湖泊沉积物古DNA中的应用特点,并阐述了湖泊沉积物古DNA在重建古气候、古生态以及人类活动对古环境影响方面的应用,最后对目前湖泊沉积物古DNA研究方法存在的一些问题进行了总结。     

传统发酵食品中微生物间相互作用及应用

在传统发酵食品的过程中,丰富的物质和开放的发酵方式促成了体系中微生物的多样性,微生物的繁殖代谢推动了食品发酵的进行。同时,微生物间的相互作用在发酵过程中起到十分重要的作用。研究微生物间的相互作用有助于我们了解食品发酵的内在机理,控制发酵的进程。本文主要介绍了传统发酵食品中微生物群落结构的复杂性和可演变性等特征,综述了基于细胞生长代谢特征研究和组学技术的微生物间相互作用生理机制,初步探讨了微生物共培养在传统发酵食品生产中提升产品品质、缩短发酵周期、提高产品安全性能的积极作用。目前对微生物共培养下的微生物间相互作用方式及机理的研究仍较少,而未来微生物共培养在强化发酵上具有广泛的应用前景。     

宏组学在发酵食品微生物群落研究中的应用进展

发酵食品是人类饮食的重要组成部分,深入研究其中的微生物群落结构、代谢及其活性,对于充分探索微生物资源、促进发酵食品的质量具有深远意义。目前,随着后基因组学时代的到来,测序技术的迅猛发展及其成本的降低,主要基于宏基因组学、宏转录组学,宏蛋白质组学和代谢组学在内的宏组学技术已经应用于微生物群落的多样性、结构及潜在基因功能等方面,为发酵食品潜在分子机制的研究奠定了基础。总结了在发酵食品中应用的宏组学(宏基因组学、宏转录组学,宏蛋白质组学和代谢组学)技术。随后,对奶酪、发酵酒精饮料、发酵蔬菜、发酵茶、发酵豆制品和食醋环境中微生物群落结构和功能方面的宏组学研究进行了综述,揭示了发酵食品中有益基因和生物活性物质的来源,并简单概述了这些技术的优势及其现阶段所存在的不足,旨为未来发酵食品的科学研究和工业生产提供一定参考。     

中国传统发酵食品微生物组研究进展

传统发酵食品风味独特、营养丰富,多采用自然接种方式进行生产,部分类型的生产技艺已具有数千年的历史。近年来应用新技术手段对传统发酵食品发酵过程进行的研究表明,传统发酵食品微生物组具有丰富的科学内涵和重要的应用价值。本文就我国传统发酵食品微生物组的基本特征、研究进展和发展方向进行了简要的评述。     

古DNA单链测序文库的建立与检测北大核心CSCD

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

古DNA单链测序文库的建立与检测

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

沉积物古DNA探秘灭绝古人类演化

古DNA领域首次从世界不同洞穴遗址的沉积物里提取古核基因组以揭示相关物种演化的突破性进展,标志着沉积物古DNA研究正式进入全基因组时代。近期,一种新的沉积物古核DNA富集方法成功从西班牙Estatuas洞穴沉积物里捕获多个尼安德特人的核DNA,揭示该灭绝古人类群体此前未知的人口更替的历史。沉积物古核DNA富集突破了古DNA研究依赖化石材料的限制,为深入探究远古不同人类群体在更宏大时空框架下迁徙、演化与适应的历史提供了更多可能。由此,本文将着重解读该研究带来的对尼安德特人遗传历史的新认识及其方法创新的重要意义;此外还将结合人类化石DNA及其他沉积物研究所发现的灭绝古人类线粒体DNA证据,厘清尼安德特人的种群多样性及其种群间分离或替代的历史。     

古DNA 及其在生物系统与进化研究中的应用

古DNA是指从已经死亡的古代生物的遗体和遗迹中得到的DNA。本文回顾了近20年古DNA研究所经历的3个阶段, 从早期参与研究的科学家较少并主要利用克隆技术, 到后来由于PCR技术的出现以及提取化石DNA技术的成熟从而出现大量有关古DNA的报道; 近几年由于发现不少问题, 并引起激烈的争论, 科学家们因此而开始考虑古DNA的真实性问题, 并且提出了开展古DNA研究的严格标准。本文还讨论了古DNA在人类起源、系统发育重建、动植物驯化及考古研究中的重要意义以及现状, 表明古DNA的研究给某些原先的观点如人类的非洲起源说提供了重要证据, 也对某些观点提出了挑战; 古DNA研究还提供了某些已经灭绝生物的形态学和分子资料, 为从序列上确定古代材料的系统位置并有效地补充仅用现代DNA建立起来的谱系提供了来自古生物的依据。在动植物驯化及考古方面, 古DNA证据也为科学家提供了许多有价值的信息。最后, 本文还对古DNA研究的应用前景进行了展望。     

古DNA及其在生物系统与进化研究中的应用

古DNA是指从已经死亡的古代生物的遗体和遗迹中得到的DNA.本文回顾了近20年古DNA研究所经历的3个阶段,从早期参与研究的科学家较少并主要利用克隆技术,到后来由于PCR技术的出现以及提取化石DNA技术的成熟从而出现大量有关古DNA的报道;近几年由于发现不少问题,并引起激烈的争论,科学家们因此而开始考虑古DNA的真实性问题,并且提出了开展古DNA研究的严格标准.本文还讨论了古DNA在人类起源、系统发育重建、动植物驯化及考古研究中的重要意义以及现状,表明古DNA的研究给某些原先的观点如人类的非洲起源说提供了重要证据,也对某些观点提出了挑战;古DNA研究还提供了某些已经灭绝生物的形态学和分子资料,为从序列上确定古代材料的系统位置并有效地补充仅用现代DNA建立起来的谱系提供了来自古生物的依据.在动植物驯化及考古方面,古DNA证据也为科学家提供了许多有价值的信息.最后,本文还对古DNA研究的应用前景进行了展望.     

古DNA提取技术对比及概述

从古代原始材料中提取古DNA的方法多种多样,但是古DNA的研究受限于降解严重,内源性古DNA含量低,微生物和现生人群DNA污染严重等因素的影响。能否从古代人类遗骸中成功获取可靠且足量的内源性古DNA,一直是古DNA研究领域面临的实际困难和挑战。控制污染最直接且简便的策略就是在古DNA提取阶段的有效排除,本文整理了古DNA提取常用的去除污染的方法,对比分析了每种方法表现出来的优缺点。介绍了通常使用的骨粉裂解时间,并研究了在常温环境下,不同的裂解时间对古DNA回收效率的影响,提出了常温裂解过程中最佳孵育时间。同时对常用的古DNA纯化方法及其原理和在实际应用中的表现进行了概述与讨论。本文对古DNA提取技术的概述和实践经验,为古DNA相关领域的研究提供借鉴与参考。     

古蛋白质分析在东亚古人类演化中的应用前景

东亚古人类演化是学术界关注的热点科学问题,国内外学者对此进行了多学科的相关研究,取得了很多重要进展,但仍然存在许多尚未解决的问题。古蛋白质分析近年来成为古生物演化领域的又一个前沿和热点方向,取得了一系列重要突破。较之古DNA,古蛋白质的保存优势使其可以在时间上和地域上突破古DNA的限制,在古人类演化领域大有可为。东亚古人类化石丰富且时段大致连续,但更新世或更早时期的分子证据非常缺乏。本文从古蛋白质分析的发展史、研究潜力、难点与挑战以及思考与展望等几方面,对古蛋白质分析在东亚古人类演化研究中的应用前景进行梳理与思考。相信随着更多分子证据的积累,古蛋白质分析可为东亚古人类的演化脉络提供更多关键性的线索,极大地促进人类演化研究。     

营养相互作用对传统发酵食品微生物群落构建的推动作用研究进展

传统发酵食品是由自然接种的多微生物组成的混菌体系,了解微生物群落自发式构建的机制是认识发酵机理和调控发酵的关键。尽管大量的测序数据已经对传统发酵食品中微生物群落的结构和功能有了较为清晰的认识,但是仍然不清楚微生物群落自发式构建的机制。本文提出微生物群落是分布式的代谢系统,微生物之间的营养相互作用推动了传统发酵食品微生物群落的自发式构建。本文主要阐述了营养相互作用的概念、发生的机理以及研究方法体系,整理了传统发酵食品中微生物之间营养相互作用的研究进展,并提出了未来的研究方向。通过营养相互作用推动的传统发酵食品微生物群落的自发式构建有助于定向控制发酵过程中的微生物种类、提高生产效率和改善发酵质量。     

家马的驯化起源与遗传演化特征

人类文明发展历史中, 家马(Equus ferus caballus)曾是推动文化交流、促进人类社会发展的主要动力。关于家马何时、何地被驯化以及在此过程中其遗传演化如何被人类影响等一直备受关注。近年来随着遗传学技术的发展, 人们对该问题有了更为深入的理解。本文回顾了近二十年来相关研究所取得的成果, 探讨了家马的驯化起源中心和驯化过程中的遗传演化特征, 并对未来的研究方向以及遗传资源保护提出了建议。分子标记遗传学和考古学研究认为家马可能来自多个驯化起源地种群, 然而最近的古DNA研究结果表明, 现代家马的驯化起源可能比之前人们所猜测的更加复杂, 古代博泰马被认为是最早被驯化的家马, 然而最近被证实并不是现代家马的直系祖先。如此复杂的驯化问题可能从多学科的层次才能解析清楚。人类社会活动直接或间接影响了家马的演化历程, 特别是工业革命以来家马的遗传基础发生了巨大变化, 其遗传多样性开始急剧衰退, 不少地方品种正逐渐走向衰落甚至灭绝。为确保农业生态安全不受威胁, 建议加强家马遗传资源保护与动物遗传学和文化地理之间的联系研究。     

火腿微生物研究进展

数千年来,微生物参与的食品发酵为人类保存食物和风味多元化提供了重要的方法。这些可再生且易于操作的发酵食品为研究微生物群落提供了理想的材料。干腌火腿就是传统发酵食品之一,在微生物作用下其加工过程发生了蛋白质和脂肪的水解和氧化反应,产生的一些化合物形成了火腿的独特风味。文中描述了不同地域火腿微生物类群及其对火腿品质形成的作用,为火腿微生物今后的研究提出了参考。     

家马的起源历史与品种驯化特征

在家犬(Canis lupus familiaris)、牛(Bos taurus)、猪(Sus scrofa domesticus)、绵羊(Ovis aries)、山羊(Capra hircus)等家养动物之后,家马(Equus caballus)才被人类成功驯化。虽然驯化历史很短,但其对人类社会文明发展变革的影响却最大。家马出色的负重移动能力使人类社会由固定的农耕模式向移动分享模式过渡,使历史发展进入了快车道,因此其起源驯化历史一直备受关注。然而由于家马直系同源野生种早已灭绝,加之现代品种化培育引起遗传多样性骤减,使得相关研究长期争议不断。随着测序技术的不断发展和古代样品的逐步丰富,目前对家马起源驯化过程、群体遗传结构等方面的研究越来越深入。本文从核基因、mtDNA、Y染色体、古DNA等不同层面综述了家马起源与驯化历史方面的研究进展,从品种分化状况、群体演化特征等方面讨论了现代家马品种的群体遗传结构,最后总结了马匹毛色、速度、体型等重要表型性状的遗传基础,以期为今后家马的起源驯化研究、种质资源保护与开发、品种优化方向、现代马业发展等方面提供参考。     

液质发酵食品中微生物群落及与乳酸菌间相互作用研究进展

液质发酵食品发酵过程中微生物组成复杂,复杂的微生物发酵体系会影响微生物的生长和代谢,继而改变微生物的群落结构与功能,最终影响液质发酵食品的品质。乳酸菌在食品发酵中对形成风味物质、提高营养价值、抑制腐败菌生长具有重要的作用。本文主要对近年来食醋、酱油和饮料酒等液质发酵食品中微生物群落及与乳酸菌间相互作用关系进行综述,了解液质发酵食品在发酵过程中微生物群落结构和群落中乳酸菌与其他微生物的相互作用类型,探讨乳酸菌在发酵过程中的功能以及乳酸菌与其他微生物之间的相互作用机制。     

传统与未来的碰撞：食品发酵工程技术与应用进展

随着生物技术的飞速发展,作为食品生物工程的主要组成部分,食品发酵工程技术不断升级,在传统发酵食品的菌种、发酵过程、产品品质得到改善的同时,生物制造的功能食品组分、未来食品等新型产品也应运而生。首先概述了由生物技术和信息技术的进步带来的食品发酵研究手段与生产方式的多层面变革,并重点阐释了利用食品合成生物学设计构建细胞工厂的思路和方法,以及食品生物工程在微生物分析、过程工程和分离工程方面的智能化进程。其次,介绍了现代食品生物工程技术在改善传统发酵食品品质及安全性、生产功能食品组分、添加剂和酶制剂、创制未来食品和开发新型益生食品方面的应用进展。最后,对全球和我国食品发酵产业面临的挑战和未来发展趋势进行了总结和展望,以期为食品发酵的技术革新和工业化应用提供参考。     

中国东北第四纪晚期哺乳动物化石样品的古DNA损伤分析

二代测序技术的进步推动了古DNA研究的发展,古DNA研究在人类起源、动物演化等领域已经做出突出贡献。如何针对特定地点的古DNA样品特征,有效提取挖掘其中蕴含的古生物遗传信息,是发挥古代生物样品在诸多研究领域重要作用的前提。本研究将DNA损伤的两个主要指标(末端碱基替换率、平均片段长度)与样品的埋藏时间、所属地质时期、样品材料类型和建库方法相联系,分析不同因素对古DNA损伤的影响。结果表明:中国东北古脊椎动物样品中的古DNA分子的末端碱基替换率与埋藏点的含水量、样品埋藏时间呈正相关;不同地质时期的样品之间古DNA末端碱基替换率有显著差异;不同样品材料类型对于古DNA的末端碱基替换率未见明显影响;样品古DNA的平均片段长度与以上所研究的因素均无明显关系。研究结果为探明中国东北古脊椎动物样品的古DNA特征提供了分子依据,为有效选取不同地区的古脊椎动物样品及样品发掘后的合理保存提供了借鉴和参考。     

发酵食品生产用功能微生物的改良和发酵技术

发酵食品是利用微生物作用而制得的一类产品,在中国有着悠久的历史和丰富的内涵.发酵食品功能微生物是食品发酵体系中对产品品质和风味有重要影响的因素.发酵食品产业是中国传统的优势民族产业,与人民生活密切相关,是中华名族文化传承的重要载体.发酵食品以其良好的质地和风味,自古以来深受中国人民喜爱.现代科学研究证实发酵食品具有多种营养保健功能,引起了消费者和科研工作者的广泛关注①.但中国发酵食品产业总体发展水平较发达国家落后:缺少高性能菌株,发酵提取工艺落后;产品结构不合理,品种单调;发酵废液对环境的污染有待进一步解决等.     

奶牛粪酸臭成分降解过程中的微生物群落变化

【目的】研究可降解成年泌乳奶牛粪中主要酸臭物的微生物群落的组成及动态变化。【方法】利用牛粪堆肥环境中的微生物进行了发酵优化、菌种驯化以及酸臭有机物降解规律的研究,结合r DNA高通量测序技术对有益微生物的组成及相对生物量进行了分析。【结果】实验发现,奶牛排泄物中的臭味来源主要为短链有机酸,堆肥自然环境中的微生物可以有效地对有机酸等污染物进行去除,经从低到高浓度的有机酸臭物(W/V,0.1%–0.2%)驯化发酵后,培养物中原核微生物以芽孢杆菌居多,而真核微生物主要由红曲霉及粉状毕赤酵母组成。【结论】进一步推测这几种微生物是耐受并降解有机酸臭物的优势微生物,可以应用于奶牛养殖过程中酸臭排泄物的生物控制。