蕨类植物叶绿体rps12基因的分子进化研究

以68种蕨类植物和2种石松类植物的rps12基因为对象,在系统发育背景下,结合最大似然法,使用HyPhy和PAML软件对该基因进行进化速率和适应性进化研究。结果显示:位于IR区的外显子2~3,其替换率明显降低,rps12基因编码序列的替换率也随之降低,且rps12基因密码子第3位的GC含量明显升高;在蕨类植物的进化过程中,3′-rps12更倾向定位于IR区,以保持较低的替换率;rps12基因编码的123个氨基酸位点中,共检测到4个正选择位点和116个负选择位点。研究结果表明基因序列进入到IR区后,显示出降低的替换率;强烈的负选择压力表明RPS12蛋白的高度保守性以及rps12基因的功能和结构已经趋于稳定。     

40种蕨类植物matK基因的系统分类及分子进化研究

采用“放松分子钟”模型、氨基酸位点正选择模型和分子内共进化网络估算方法,对蕨类植物Ⅱ型内含子成熟酶蛋白K(Maturase K,MATK)编码基因matK的进化趋势进行研究。结果显示:matK基因在蕨类植物系统学研究中具有一定的应用价值,与rbcL基因和psaA基因联合后能显著提升系统发育树的可信度;蕨类植物MATK蛋白中存在少数曾经历正选择的位点;MATK蛋白内部有多对氨基酸位点共同构成共进化网络。在被子植物兴起环境改变后,MATK蛋白部分位点发生适应性进化,通过位点间共进化网络协同作用方式提升蕨类植物对新光合环境的适应能力。     

2017–2019年我国南方地区高致病性H5N6亚型禽流感病毒血凝素蛋白分子特征分析

【背景】自2014年以来,H5N6禽流感病毒在我国家禽和活禽市场持续进化,成为人类和动物健康的重大威胁。【目的】对2017-2019年中国南方地区93株高致病性H5N6禽流感病毒的HA基因进行分子进化分析。【方法】接种9-11日龄鸡胚分离核酸检测阳性的H5N6标本,运用下一代测序平台对病毒分离物进行全基因组测序,从NCBI和GISAID数据库下载参考序列,利用BLAST、MEGA6.1及Clustal X等软件进行序列分析。【结果】2017-2019年,从189份江苏省H5亚型禽类/环境标本和1名H5N6患者咽拭子标本中共分离到43株病毒,完成了33株H5N6病毒的全基因组测序。下载网上同时期中国其他地区流行的H5N6毒株序列,对总计93株H5N6病毒的HA基因进行分子进化分析。93株H5N6病毒中有78株属于Clade 2.3.4.4h,9株病毒属于Clade 2.3.4.4e,4株H5N6病毒属于Clade 2.3.4.4b,1株属于Clade 2.3.4.4f,1株属于Clade 2.3.4.4g。所有93株病毒HA蛋白的裂解位点含有多个碱性氨基酸,表明它们都属于高致病性禽流感病毒。所有93株病毒HA蛋白的Q222和G224位氨基酸没有发生突变,保留了禽类受体α2-3半乳糖苷唾液酸(SAα2-3Gal)结合特性;158位点丧失糖基化,同时124位出现一个新的潜在糖基化位点。【结论】2017-2019年间中国南方地区H5N6病毒进化活跃,具有明显的基因多样性,需要加强对病毒分子进化的监测。     

基于野外调查和同质种植园实验的芦苇植物功能性状变异研究

研究表型可塑性和遗传变异在植物表型分化中的相对作用,有助于预测全球环境变化下的植物群落组成和生态系统功能的变化。芦苇（Phragmites australis）是全球性广布的草本植物,种内变异丰富,在我国西北和东部均存在多个分化稳定的生态型,但中国芦苇在更大尺度上的表型研究还非常匮乏。将位于黄河上游的宁夏平原和黄河下游的黄河三角洲作为研究区域,通过野外调查和同质种植园实验对芦苇自然种群的植物功能性状变异进行观测。结果表明,无论在野外还是同质种植园,黄河三角洲芦苇的基径、叶长和叶宽均显著大于宁夏平原芦苇,说明两个地区的芦苇种群之间存在着受遗传决定的表型分化,这可能与两个地区间的降水等气候差异有关。在野外,宁夏芦苇的株高和叶厚显著大于黄河三角洲芦苇,但在同质园中差异消失或相反,说明株高、叶厚受环境影响较大,表型可塑性也是芦苇适应环境变化的重要机制。在同质种植园中,宁夏平原芦苇的叶片氮磷含量较低,但株数却显著多于黄河三角洲芦苇,反映了不同地区芦苇之间存在不同的适应策略,宁夏平原芦苇更偏向于高扩散率的杂草策略,而黄河三角洲芦苇更偏向于竞争策略。此外,宁夏平原芦苇的株高、叶长两个性状以及基径-比叶面积相关性在野外和同质园两个环境中存在一致性,表明了性状变异和权衡策略的遗传稳定性。综上,位于黄河上下游的芦苇种群间存在着适应性分化,这是表型可塑性和遗传变异共同作用的结果,不同来源芦苇对全球变化下的多重环境因子的响应还需要进一步研究。     

国土空间生态修复国际经验借鉴与广东省实施路径

开展国土空间生态修复是生态文明和美丽中国建设的要求,是关系国家生态安全和民生福祉的重大国家战略任务。梳理了近100年来以荒野、再野化、基于自然的解决方案、生态修复为核心的国际生态环境治理理念的发展语境,辨析概念之间的关系,阐明国际生态修复基本研究框架,并梳理国外生态修复的典型实践案例,总结国际经验。基于对广东省主要生态问题研判,从摸清家底、确定目标、谋划格局、布置行动、实施保障5个层面构建省域国土空间生态修复科学规划总体框架,并以实际问题和生态修复目标为导向,提出深入开展国土空间生态修复规划九项专题研究、生态修复技术研发、多元组织形式等策略。本文提出的广东省生态修复设计思路及实施路径,将为找准生态环境问题根源、实现靶向修复治理、促进生态文明建设提供决策支持。     

酿酒酵母代谢工程技术

自20世纪90年代初期诞生以来,代谢工程历经了30年的快速发展。作为代谢工程的首选底盘细胞之一,酿酒酵母细胞工厂已被广泛应用于大量大宗化学品和新型高附加值生物活性物质的生物制造,在能源、医药和环境等领域取得了巨大的突破。近年来,合成生物学、生物信息学以及机器学习等相关技术也极大地促进了代谢工程的技术发展和应用。文中回顾了近30年来酿酒酵母代谢工程重要的技术发展,首先总结了经典代谢工程的常用方法和策略,以及在此基础上发展而来的系统代谢工程和合成生物学驱动的代谢工程技术。最后结合最新技术发展趋势,展望了未来酿酒酵母代谢工程发展的新方向。     

体内连续进化技术的研究进展

实验室进化是遗传育种、提高微生物性能的重要方式。近几十年来,实验室进化的方法快速发展,应用也越来越广泛,但是常见的菌株进化策略以及针对特定蛋白的进化存在突变过程不连续,需要多轮操作、工作量大等缺点。微生物突变和筛选技术的进步促进了体内连续进化的发展,大大提高了实验室进化的效率。体内连续进化技术实现了体内突变,完美地把突变与筛选相结合,以最少的人工干预进化出特定表型。文中总结了近年来在微生物底盘中开发的基因组范围的体内连续进化技术,以及独立于基因组的针对特定蛋白的体内连续进化技术,主要对这些技术实现体内连续突变的原理及其相关应用进行了介绍。在此基础上,分析了现有技术的优缺点,并对体内连续进化技术的发展进行了展望。     

CRISPR在食源性致病菌进化分析、检测分型及毒力耐药调控中的应用进展

规律成簇间隔的短回文重复序列 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR) 与其相关蛋白基因系统可通过限制基因的水平转移而有效防御噬菌体等外源基因元件的入侵,不同细菌之间的CRISPR结构有所差异。基于CRISPR系统的差异性,文中对近几年CRISPR在食源性致病菌进化分析、检测与分型、毒力与耐药中的应用研究进行概述,并对基于CRISPR序列特点开发的细菌检测分型方法以及CRISPR与食源性致病菌的毒力、耐药性之间的相关性进行重点总结分析。此外,文中探讨了CRISPR在进化分析、检测与分型、毒力与耐药应用中的不足,提出将CRISPR分型方法标准化、完善与扩充致病菌CRISPR数据库、进一步探究噬菌体与细菌之间的共进化关系等建议,为进一步探索CRISPR功能提供参考。     

子宫内膜癌中的lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络的整合分析

子宫内膜癌(uterine corpus endometrial carcinoma, UCEC)是危害女性健康的癌症之一,但其发生发展机制尚不完全清楚。基因的异常表达在细胞癌变过程中发挥着重要的作用。本研究利用生物信息学方法对UCEC中异常表达的基因进行网络调控分析,为UCEC的机制研究及预后治疗提供理论依据。首先,利用"limma"包筛选得到差异表达的RNA分子;接着,利用R软件中的"GDCRNATools"包构建lncRNA-miRNA-mRNAceRNA网络;最后,利用DAVID(TheDatabasefor Annotation,Visualization and Integrated Discovery)、R软件中的"survival"包、MCODE(Molecular COmplex Detection)插件、StarBase数据库等对ceRNA网络中的RNA分子进行综合分析。结果显示,在UCEC中,我们鉴定了1 319个mRNA、68个lncRNA及100个miRNA为差异表达的RNA分子。同时,利用这些UCEC中的差异表达RNA分子,成功构建了ceRNA网络,结果表明,HCG11、LINC00958、LINC00667、MAGI2-AS3和AC093010.3可能具有ceRNA的功能。通过进一步对该网络成员的分析,结果发现,该网络中的mRNA分子聚集于内皮细胞增殖、细胞骨架和锌离子结合负调控等生物学过程中。生存分析显示,hsa-miR-449a、LINC00958、PKIA和DPYSL2等19个差异表达的RNA分子与UCEC患者预后显著相关。最后,利用MCODE插件对ceRNA网络进行筛选,共获得一个子网络,其成员分别是LINC00667、hsa-miR-449a、hsa-miR-34a-5p和RECK。该研究结果提示,在UCEC的发生发展中存在lncRNA、miRNA和mRNA的差异表达,并且这些RNA分子之间存在ceRNA网络模式的调控,其中一些关键分子与患者的预后相关,这将为进一步研究与理解UCEC的发病机制及预后提供理论依据。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。