2015年中国微生物遗传学研究领域若干重要进展

中国微生物遗传学研究在2015年取得了重要进展。本文回顾了2015年度中国本土科研团队在微生物遗传学领域取得的若干重要科研进展,扼要介绍了若干重点论文,展示了中国科学家在本领域的学术贡献。在基础微生物遗传学领域,明确了调控基因表达的一系列重要生物大分子的组成、结构和功能,解析了微生物免疫系统识别外源核酸片段的分子基础,阐明了多个微生物来源重要活性物质的生物合成途径及新颖的酶学反应过程,发现了微生物基因表达调控的新机理,在微生物发育、进化与群体行为生物学方面也取得一定进展。在工业微生物遗传学方面,阐明了微生物制造及其分子基础。在病原微生物遗传学方面,研究了多个致病菌的遗传调控,明晰了致病菌-宿主相互作用的遗传机制,在基因组水平解析了微生物耐药、新发病原和环境微生物的遗传机理,为致病菌防控新措施的研发提供了基础。在微生物多样性与环境微生物遗传学方面,展示了利用微生物遗传多样性的特点通过催化获得特定手性的化合物具有较好应用前景,肠道微生物组学研究方兴未艾。     

金针菇淀粉酶家族基因鉴定及其表达特性分析

本研究对金针菇淀粉酶家族基因进行了信息分析,并选用金针菇双核菌株H1123作为实验材料,分析了菌丝生长过程中淀粉酶活性和淀粉酶基因表达特性之间的关系。结果表明,金针菇淀粉酶家族包含6个α淀粉酶和1个γ淀粉酶。7个淀粉酶基因的表达量均在菌丝接种后第10天出现峰值,并与胞外淀粉酶活性呈同步变化,说明基质中淀粉的分解和利用是淀粉酶家族各成员之间相互协调的结果。其中α-Amy-1、α-Amy-4、α-Amy-5的上调幅度最大,为淀粉降解和代谢过程的主效基因。值得注意的是胞内淀粉酶基因α-Amy-1在第10天时达到约90倍的上调表达水平。我们推测：金针菇胞外淀粉酶将淀粉分解为小分子单糖的同时,其胞内淀粉酶也参与了这些糖类的吸收和运输过程。     

基于3S 技术的文昌市铺前镇生态环境敏感性分析与评价

以海南文昌市铺前镇为小尺度研究对象, 在生态环境问题实地调查基础上, 运用3S 技术与敏感性指数模型,从单一类型和多类型综合两方面进行了区域生态环境敏感性研究。结果表明: (1) 研究区当前存在土壤侵蚀、土地沙化、土地盐渍化、气象灾害、特殊生境5 大生态环境敏感性类型; (2) 在单一类型生态环境敏感性中, 土壤侵蚀敏感性较突出, 其极度、高度和中度敏感区分别占研究区总面积的2.21%、56.54%和41.25%, 其中, 极度敏感区主要分布于研究区东南部; 土地沙化敏感性共分不敏感、轻度和中度敏感3 个级别, 其中, 中度敏感区占研究区总面积的25.68%,集中分布于镇域东部滨海地带; 土地盐渍化敏感性共有4 个敏感级, 其中, 中度和高度敏感区主要分布于镇域西部与北部滨海地带; 气象灾害敏感性共分5 个敏感级, 其中, 中度以上敏感区均分布于镇域西南部珠溪河入海口北岸; 生境敏感性仅有不敏感和中度敏感2 个级别, 其中, 中度敏感区主要分布于镇域西部红树林区; (3) 多类型生态环境综合敏感性指数共分不敏感、轻度敏感与中度敏感3 个级别, 其中, 中度敏感区主要分布于西部沿海地带; (4) 中度及以上敏感性分布区意味着其生态环境存在较大的脆弱性和不稳定性, 在区域经济建设和生态环境保护中应受到必要关注和重视。文章为铺前镇合理布局城镇、防治生态环境指供了有益指导。     

与草菇原基形成相关的过氧化物酶基因VvDyP的结构与表达分析

DyP-type过氧化物酶作为氧化物酶家族中的一员,参与了菌体氧化应激调节反应以及基质降解等过程。本研究从草菇基因组中获得一个DyP-type 过氧化物酶的编码基因,将其命名为VvDyP。对该基因进行结构分析,结果显示草菇的DyP-type 过氧化物酶编码基因全长为 2 333bp,含有8个外显子,7个内含子;开放阅读框长为1 485bp,编码494个氨基酸。通过系统发育分析发现它与灰盖鬼伞以及糙皮侧耳DyP蛋白同源性最高;分析DyP-type 过氧化物酶编码基因在草菇各个时期的表达谱情况并进行荧光定量PCR实验验证发现,草菇的DyP-type过氧化物酶编码基因只在原基中高表达,推测DyP-type过氧化物酶编码基因可以清除过量的活性氧自由基以保证原基的正常形成。     

高通量测序检测金针菇RNAi转化子插入位点及拷贝数

本研究对金针菇Flammulina velutipes的一个RNAi转化子菌株1382R3进行了高通量测序,以本实验室先前获得的野生型W23基因组数据为参考,分析了该转化子的基因插入位点以及拷贝数。转化子菌株1382R3是通过农杆菌介导将fv-hmg1-RNAi载体转化至金针菇菌株并通过PCR检测筛选标记而得到。通过BLAST将转化子测序的reads对外源载体和基因组定位,找到具有基因组序列（GS）和外源载体序列（ES）两种序列的临界reads,并据此使用PERL语言程序成功在转化子1382R3菌株中找到两个插入位点。对两个插入位置的序列分析表明：在插入位点1,T-DNA片段部分插入;在插入位点2,T-DNA全部插入到基因组。两个插入位点都对基因组内源基因的表达造成了一定的干扰。此方法拓宽了高通量测序技术的应用范围,将其运用到遗传转化插入位置和拷贝数的研究中,有利于食用菌的功能基因组及基因工程研究。     

去叶对水曲柳和落叶松苗木当年生长及细根动态的影响

叶片被取食会导致树木生长发育和生理代谢发生显著的变化。目前对细根动态如何对叶片损失做出响应的了解仍然有限。以生物量分配和高生长策略不同的水曲柳(Fraxinus mandschurica)和落叶松(Larix gmelinii)苗木为研究对象, 进行了不同强度的人为去叶处理(叶面积去除0% (对照)、40%和80%), 采用微根管技术对细根(直径≤2 mm)生产和死亡的季节动态进行了定量观测, 同期测定了地上部分(苗高和地径)的生长。结果表明: 1)去叶降低了两树种苗高(统计上均不显著)和地径的生长, 但是对苗高生长的影响小于地径。随着去叶强度的提高, 苗木地上生长受到的影响加大, 生长季末期水曲柳苗高比对照降低3.3%-12.1%, 地径降低5.7%-23.1%; 而落叶松苗高和地径降低相对较少(< 12%)。2)去叶显著地减少了水曲柳和落叶松细根现存量(p< 0.001), 其相对增长量((去叶后现存量高峰-去叶当日现存量)/去叶当日现存量)随着去叶强度的加大而降低。3)与对照相比, 去叶后两树种细根生产量显著减少(p< 0.05), 而细根死亡量在不同处理间没有显著差异。综合来看, 去叶对水曲柳地上部分(特别是地径)生长影响较大, 而对落叶松地下部分(主要是新根)生长影响较大。研究结果为理解冠层碳供应对根系动态影响的种间差异及其机制提供了必要的理论依据。     

灯盏细辛的组织培养与快速繁殖

本研究以野生高含量灯盏花的叶片为外植体,在7个不同浓度NAA和BA组合的MS培养基上进行愈伤组织诱导、不定芽分化和增殖及生根的培养,确定了灯盏花快繁体系的最适培养条件：(1)初代培养基：(MS+6-BA) 0.5 mg.L-1+NAA0.1 mg.L-1;(2)丛生芽增殖培养基：(MS+6-BA) 2 mg.L-1+NAA 0.7 mg.L-1;(3) 生根培养基：(2/3MS+NAA) 0.5 mg.L-1+IBA0.8。     

泾河流域植被覆盖动态变化特征及其与降雨的关系

植被退化是全球环境变化研究的一个重点问题,植被状况是环境评估的重要指标.利用8km分辨率的NOAA-AVHRR/NDVI时间序列数据,对位于黄土高原的泾河流域1982～2003年植被特征及变化状况进行系统分析,并在此基础上评估降雨与流域植被的相互关系.研究主要利用了变化斜率法、主成分分析法和相关分析法,得到如下结论:过去22a来流域植被NDVI均值波幅和变化都很小,变化较显著的区域集中在流域上游和流域边缘的山区.变化斜率分析得出了类似的结论,气候变化以及人类活动导致的土地利用改变可能是影响在流域不同地区植被状态变化的主要原因.对NDVI时间序列的主成分分析发现PC1和PC2与植被覆盖和气候密切联系,PC3和PC4与流域汛期洪水有关,PC5和PC6体现了人类活动的影响.流域的NDVI与降雨显示了良好的相关性,降雨与NDVI相关性的阈值可能在550mm或更高.     

基于碳循环的化石能源及电力生态足迹

研究在对陆地生态系统的碳循环的进行分析后,将化石能源地定义被修订为"吸收化石能源燃烧排放的温室气体排放的森林和草原".然后,基于净生态系统生产量(NEP)--植被体内碳净累积量计算了全球森林及草原对温室气体的平均吸收能力.最后,结合能源热量转换和碳排放数据,重新计算了各种化石能源及电力的生态足迹.     

纸张生态足迹

自1960年代以来,由于废纸浆在全球造纸浆中比例不断提高,原有的纸张生态足迹计算方法--以原木浆纸的木材消耗量为计算基础--需要改进.通过分析纸浆结构的变化、纸浆与纸的关系、纸浆耗木量、废纸成浆率等,定量地表征了废纸回收对纸张木材消耗的影响,得出1t纸消耗的木材应为3.879 m3而略小于原来的4 m3的结论.在此基础上,重新计算纸张的生态足迹,得出1t纸的生态足迹为2.569 hm2森林.