非标记表面增强拉曼光谱在DNA检测中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种超灵敏的生化分析技术,已经被广泛运用于细胞、核酸、蛋白质等生物分子的检测,在生物医学领域表现出了巨大的应用潜力。近年来,将表面增强拉曼光谱技术应用于遗传物质DNA的精准检测,引起了人们广泛的关注。本文简要叙述了表面增强拉曼光谱技术的基本原理及其在DNA检测中的优势,主要介绍了非标记的DNA-SERS检测应用进展,其中包括本项目组的相关工作。研究表明,非标记DNA-SERS技术有望成为一种快速、准确的临床诊断方式。     

邻近标记在蛋白质组学中的发展及应用

人体内各种复杂的生命活动离不开蛋白质之间的相互作用。这种相互作用具有瞬时性和结合力弱等特点,并受到多种动态调节,特别是蛋白质翻译后修饰（post-translation modifications, PTM）。传统的亲和质谱检测方法存在蛋白纯化的局限性,在高效检测到动态变化方面存在不足。邻近标记是一种能够给与靶蛋白质瞬时靠近,或者互作（邻近）的蛋白质加上生物素的技术,它与质谱检测技术的联合使用能检测细胞过程中弱的、瞬时的蛋白质相互作用,有效解决上述问题。本文综述了基于生物素的邻近标记方法的发展现状,从依赖于融合序列的生物素标记开始,依次介绍有关生物素连接酶、过氧化物酶及其进化后的2代标记方法等经典生物素标记的方法和原理,比较各个方法间的差异和优缺点;也列举了一些近年来新出现的标记方法,如将生物素连接酶进行拆分、鉴定蛋白质在不同复合物中功能的方法、抗体靶向的标记方法,以及其他来源的生物素连接酶突变体,例如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的C端氨基酸突变的生物素连接酶,能够应用在苍蝇和蠕虫中的生物素连接酶突变体。本文对这些方法进行归纳总结,旨在为初步接触该领域的科研工作者提供参考,同时也希望能够提供一些新的思路,推动蛋白质相互作用组学的发展。     

橙色荧光蛋白的研究进展及其应用

荧光蛋白(Fluorescent protein,FPs)可作为探针用以探究细胞内分子间相互作用,追踪特定代谢物的代谢途径,对活细胞内的各种代谢过程和细胞通路进行详细、准确的描述。目前已有的FPs几乎已经覆盖了从紫外光到远红外光的所有光谱波段,这些FPs借助高分辨率显微技术应用于生命科学的诸多领域,为生物学的发展作出巨大贡献。橙色FPs通常指光谱区间在540–570nm的FPs,近几年来关于橙色FPs的研究进展较快,并且其作为标记蛋白以及荧光共振能量转移技术(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)中的荧光受体在生物学及医学领域得到较多的应用。文中综述了近15年橙色FPs领域的相关研究,重点聚焦橙色FPs的发展和应用,为今后橙色FPs的研究提供依据。     

分子标记在濒危物种保护中的应用

分子标记可揭示种群遗传和进化信息, 为制定濒危物种保护措施、指导恢复实践提供重要依据。本文主要介绍了分子标记在濒危物种保护过程不同环节中的应用, 包括: (1)正确识别保护单元, 如排除隐存种和杂交种的影响; (2)确定优先保护单元, 包括优先保护区域、优先保护物种、优先保护种群等; (3)指导迁地保护; (4)对保护工作的动态监测和评估。文章最后探讨了分子标记应用于保护的发展方向, 如开展长期的种群遗传组成监测、切实应用于保护管理实践、将基因组学等遗传信息用于全球变化背景下保护策略的制定等, 期望为分子标记技术在生物多样性保护的研究和实践中提供参考。     

云南48种木兰科野生植物资源遗传多样性研究

为了解云南省木兰科（Magnoliaceae）野生植物资源的遗传多样性,利用ISSR分子标记技术对48种木兰科野生植物资源进行研究。结果表明,10对引物共扩增出151条带,均为多态性条带,多态性条带百分率为100%。总的观测等位基因数（N_a）为2.000 0,有效等位基因数（N_e）为1.564 5,Nei’s基因多样性指数（H）0.337 9,Shannon’s信息指数（I）为0.510 1。总的基因多样性指数（H_t）为0.368 0,属间基因多样性指数（D_st）为0.251 9,占68.4%,基因分化系数（G_st）为0.684 0,基因流（N_m）为0.231 0。UPGMA聚类分析将48种木兰科植物划分为7个类群,各类群并非按照属聚在一起,而是不同属植物相间分布,长喙厚朴（Magnolia rostrata）、素黄含笑（Michelia flaviflora）和球花含笑（M.sphaerantha）可能为云南省木兰科植物中的原始种。48种木兰科野生植物总体具有较高的遗传多样性,但属间遗传变异较高,基因流较小,存在遗传漂变的风险,聚类结果与刘玉壶的分类系统存在分歧,这从分子水平为木兰科植物间的起源、进化与分类提供了重要依据。     

CRISPR-Cas13系统与活细胞RNA标记

在活细胞条件下观察RNA分子的亚细胞定位和动态变化对了解它们的功能十分重要,而目前活细胞RNA标记的工具十分有限。中国科学院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组的最新研究成果成功利用CRISPR-Cas13系统实现了在活细胞中对RNA的特异性标记。研究人员筛选出了RNA标记能力较强的dPspCas13b和dPguCas13b蛋白,优化后可以有效标记非编码RNA和mRNA,进一步联合使用dPspCas13b和dPguCas13b蛋白实现了对活细胞内不同RNA的双色标记,与标记DNA的CRISPRdCas9系统联用实现了RNA转录和基因位点的同时标记。该工作为在活细胞中研究RNA的定位、不同RNA之间的相互关系、DNA与RNA转录调控的关系提供了简单有效的新手段。     

基于多尺度标记优化分水岭方法的油茶冠幅提取

针对尺度对地物空间结构的限制以及传统分水岭分割易产生树冠过分割等问题,选择长沙县明月村油茶基地为研究区,提出一种基于多尺度标记优化分水岭分割油茶树冠的方法。首先使用高分辨率无人机影像采集图像,分析影像特征,构建油茶分类体系,提取油茶林分布区域。其次,运用多尺度区域迭代增长方法提取树冠标记,将标记应用于多阈值尺度的分水岭变换,并结合Johnson指数选取树冠标记增长和分水岭阈值的最优尺度,实现油茶单木的准确识别。结果表明:多尺度标记优化分水岭方法在分离油茶单木时,树冠面积提取值与目视解译参考值的相对误差为9.4%;单木总体识别精度为89.4%,相对于传统的分水岭分割方法精度提高了34.8%;通过Johnson指数确定的最优迭代增长尺度为20,分水岭分割阈值尺度为85,对比不同尺度组合下的油茶冠幅提取结果,最优尺度下的油茶冠幅提取精度最高(R²=0.75)。多尺度标记优化分水岭方法能较准确地分离油茶树冠,将该方法应用于无人机影像树冠分割,可有效提高经济林调查的效率。     

定量稳定性同位素探针技术及其在微生物生态学研究中的应用

定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同位素探针技术(SIP),通过向环境样品添加标记底物进行培养,提取微生物生物标记物,利用超高速等密度梯度离心将被同位素标记的重链核酸与未被标记的轻链核酸进行分离,并对所有组分微生物类群进行绝对定量和测序分析,基于GC含量和未标记处理DNA密度曲线量化参与吸收转化的DNA同位素丰度。本文重点阐述qSIP的技术原理、数据分析流程及其在微生物生态学研究中的应用进展,并对该技术存在的问题进行了分析和展望。     

羌活与宽叶羌活的群体遗传结构和种间分化研究

为了合理利用羌活和宽叶羌活的药用植物资源,同时保护其物种多样性,该研究利用SSR分子标记技术对羌活与宽叶羌活邻域及异域分布的23个自然种群,共计227个个体进行多样性和种间分化研究。结果显示:(1)两个物种具有中等水平的遗传多样性;羌活的平均等位基因数(N_a)、有效等位基因数(N_e)和期望杂合度(H_e)分别为2.603、1.777和0.313,均高于宽叶羌活(分别为2.200、1.641和0.308)。(2)分子方差分析表明,两个物种的遗传变异主要存在于群体内,羌活和宽叶羌活群体间分化系数分别为0.181和0.191。(3)Structure聚类分析和主坐标分析(PCoA)将所有取样个体分为两大遗传组分,分别对应于羌活和宽叶羌活两个物种,二者间存在着有限的基因交流。研究表明,羌活与宽叶羌活物种间存在较高程度的遗传分化,并且遗传变异主要源自群体内,应各自划分为不同的地理单元进行多样性保护。     

起测径对南盘江流域次生林中枯立木空间结构的影响

树木大小是林分的基础属性,反映个体在森林生态系统过程中扮演的角色和地位。作者于2016-2018年在中国西南地区南盘江流域松栎混交林中建立3块永久性标准固定样地(A、B、C),并用双相关函数g(r)、标记相关函数k_(mm)(r)、标记变差函数γ(r)和k-邻体距离分布函数D~k(r)分析不同大小枯立木的空间结构特征,以揭示林分水平上枯立木的大小和空间结构之间的关系。结果显示:(1)枯立木的起测径(minimum measured diameter, mmd)越小,小尺度上(r=0～5 m)的分布格局趋向聚集状态,但随着起测径的增大(mmd=5～8 cm),随机分布格局几乎占据每个尺度(r=0～20 m)。(2)当起测径等于1～2 cm时,枯立木的大小在小尺度上(r=0～1 m)接近聚集分布,除此之外它一直保持随机分布。(3)当起测径≤4 cm时,枯立木的树种分布集中;反之,它在每个尺度上越接近或成为随机状态。(4)当起测径由1 cm增大至8 cm时,r=0～10 m之内相邻木的株数减少且距离增加,其变化程度受到林分株数的影响。研究表明,枯立木的起测径与其分布格局类型、标记特征以及距离分布紧密相关,暗示同种小树易呈团块死亡,而大径的枯立木偏向随机分布;对比分析枯死木的空间结构需使用统一的起测径标准。