尖孢镰孢菌果胶裂解酶基因家族鉴定及侵染表达模式分析

【背景】番茄枯萎病是番茄生产中常见的土传真菌病害。【目的】为鉴定番茄枯萎病基因组果胶裂解酶基因家族,明确该基因家族在侵染过程表达模式。【方法】采用生物信息学方法鉴定了番茄枯萎病尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici)基因组内PEL基因家族,并分析了基因结构、染色体定位及三级结构,同时利用荧光定量PCR分析了FoPEL1-16基因在接种番茄根系的表达情况。【结果】番茄尖孢镰孢菌基因组内PEL基因家族成员有16个。氨基酸序列长度在163-548个氨基酸,信号肽长度在16-21个氨基酸。染色体定位分析表明16个基因在染色体上分布不均,分别定位在7条染色体上。根据基因结构和保守基序分析结果 16个基因可分为4类。进化分析表明该基因家族成员可聚成4支。三级结构预测结果显示同一家族存在相似结构域。荧光定量PCR分析结果表明Fo PEL基因在侵染过程表达水平明显上升。【结论】番茄尖孢镰孢菌基因组内果胶裂解酶以基因家族形式存在,其基因结构存在差异暗示了其功能多样性;FoPEL基因在侵染过程表达明显增强,说明其参与病原菌的致病性。本研究为解析尖孢镰孢菌致病基因功能分析及寄主病原互作提供了重要理论基础。     

溶藻弧菌群体基因组学研究

溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)是一种能够对人类以及鱼、虾、贝类等水产品致病的弧菌,给人类健康带来威胁,也给水产养殖业造成巨大的经济损失。目前该物种基于全基因组的遗传多样性和重要遗传元件研究报道较少。本研究对采集自全国4个省份的68株溶藻弧菌进行高通量测序,获得全基因组序列,并结合113株公开发表的全球序列数据,利用fineSTRUCTURE软件、VFDB毒力因子库和CARD、ResFinder耐药数据库,对溶藻弧菌的种群结构和毒力、耐药因子分别进行解析。结果表明:溶藻弧菌可分为谱系1和谱系2。两个谱系在美洲和亚洲均有分布,但欧洲仅分离到谱系1菌株;共鉴定发现12个克隆群,其中一个克隆群内菌株存在跨洋传播现象。该物种携带tlh、OmpU、IlpA等多种不同功能的毒力因子;毒力因子在两个谱系间的分布无特异性,但存在地域间差异:其中欧洲菌株携带VP1611、vcrD、vopD和fleR/flrC的比率低于其他地区,而基因IlpA的携带率则明显高于其他地区,我国广西菌株中fleR/flrC基因携带率低于其他省份,且不携带IlpA。多个基因组携带blaCARB-42、tet(34)、tet(35)、parE、CRP、rsmA、TxR和fos等与多种抗生素耐受相关的基因,其中TxR和fos基因在谱系2中的出现频率远高于谱系1;此外,TxR基因在亚洲菌株中的携带率高于美洲和欧洲地区,而在我国四川菌株中的携带率则低于其他省份。在5个基因组中(VA24、VA28、2014V-1011、ZJ-T和Vb1833)观察到质粒或ICE等携带多种耐药基因的大片段。本研究通过群体基因组学的研究方法,揭示了溶藻弧菌的种群结构组成和毒力、耐药相关元件的分布,为进一步了解溶藻弧菌的遗传特征和致病机制提供必要基础,为该病原的监测、预防和控制工作提供科学支撑。     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

传粉和非传粉榕小蜂线粒体基因组进化差异(英文)

【目的】目前关于榕小蜂类群的线粒体基因组报道很少,本研究旨在探讨传粉和非传粉榕小蜂两个群体的线粒体基因组的进化差异。【方法】以15种榕小蜂的线粒体基因组(其中11种的线粒体基因组为新测定)数据为基础,采用比较线粒体基因组学方法,分析榕小蜂的线粒体基因组序列和进化特征。【结果】本研究新测定的11个榕小蜂物种的近全长线粒体基因组的长度范围为12 768~17 060 bp,AT含量均大于80%,除了非传粉榕小蜂Philotrypesis tridentata外,其余物种的AT偏斜为负,GC偏斜为正。榕小蜂线粒体基因重排事件很丰富,并且重排情况可能会对该类群的系统发育分析具有重要的价值。进一步的选择压力分析显示,榕小蜂线粒体基因组中的蛋白质编码基因的ω值均远远小于1,表明这些基因经历了纯化选择,传粉榕小蜂线粒体基因组中的大部分基因比非传粉榕小蜂积累了更多的非同义突变。此外与非传粉榕小蜂相比,传粉榕小蜂的线粒体基因组还具有更丰富的基因重排、更高的核苷酸多态性和更高的氨基酸替换率。【结论】传粉榕小蜂比非传粉榕小蜂的线粒体基因组进化更快,这可能与两个群体显著不同的生活方式或进化史有关。     

黑头酸臭蚁微卫星标记的分离与开发(英文)

【目的】本研究旨在分离黑头酸臭蚁Tapinoma melanocephalum基因组微卫星标记,确定这些微卫星位点的多态性。【方法】使用454 GS-FLX焦磷酸测序技术开发来自中国华南陆地和岛屿的11个黑头酸臭蚁地理种群基因组微卫星位点。从随机设计的100对微卫星引物中筛选出10对引物,用于确定黑头酸臭蚁4个地理种群［东澳岛(DAD)、荷包岛(HBD)、梅州(MZ)和山咀(SJ)］10个微卫星位点的多态性,分析种群遗传多样性和种群分化。【结果】从11个黑头酸臭蚁地理种群基因组中成功开发和分离10对微卫星引物。在DAD, HBD, MZ和SJ 4个地理种群中,10个微卫星位点中7个有高多态性,这10个位点均显著偏离Hardy-Weinberg平衡;每个位点的等位基因数量(A)是3.50~9.00个,每个地理种群每个位点等位基因丰富度(A_R)在1.992~12.938之间。岛屿地理种群(DAD和HBD)的AR和预期杂合度(H_E)与大陆地理种群(MZ和SJ)的相比差异不显著。4个地理种群均显示高水平遗传分化(F_ST=0.15969);HBD和MZ种群与其他配对地理种群相比,遗传分化较高(F_ST=0.185),基因流较低,说明这两个种群基因流被限制。此外,遗传变异来自种群内个体之间。【结论】筛选新的微卫星位点能够为研究黑头酸臭蚁种群结构和繁殖结构提供有效工具,以深入了解其传播机制。     

基于线粒体基因组的华蝉族系统发育地位研究(半翅目: 蝉科)(英文)

【目的】本研究旨在明确无鼓膜发音器的华蝉族(Sinosenini)昆虫在蝉总科(Cicadoidea)的系统发育地位。【方法】依据在陕西宁陕采集的合哑蝉Karenia caelatata成虫标本,对华蝉族的合哑蝉K. caelatata线粒体基因组进行测序、注释和生物信息学分析;并与蝉总科其他类群的线粒体基因组进行了比较,然后利用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)分别构建了蝉总科分子系统发育树。【结果】合哑蝉线粒体基因组长14 960 bp (GenBank登录号: MN922304),其基因组成、蛋白编码基因的核苷酸组成和密码子使用等,与蝉总科其他类群具相似特征。核苷酸多样性分析表明,atp8, nad6和nad2为易变基因,而cox1比较保守。非同义替换率和同义替换率比表明,蝉总科昆虫线粒体基因组进化处于高水平的纯化选择下。系统发育分析结果支持蝉次目(Cicadomorpha)的单系性,该次目3个总科的关系为：角蝉总科Membraciodea+(蝉总科Cicadoidea+沫蝉总科Cercopodidea)。无鼓膜发音器的哑蝉属与蝉亚科(Cicadinae)的蜩蝉族(Dundubiini)相关类群聚在一起,且与寒蝉属Meimuna关系最近;黑蝉族(Cicadatrini)的草蝉属Mogannia和音蝉属Vagitanus则与姬蝉亚科(Cicadettinae)相关类群聚在一起;日宁蝉属Yezoterpnosia并非一个单系群。【结论】华蝉族应从姬蝉亚科转移至蝉亚科并与蜩蝉族(Dundubiini)合并,而黑蝉族应从蝉亚科转移至姬蝉亚科。研究结果为进一步解析具有不同发声机制的蝉科昆虫系统演化提供了新信息。     

长白山林线过渡带树岛土壤微生物群落结构和生态功能

林线过渡带是指从郁闭森林上限到树种分布上限之间的区域,过渡带内生物多样性丰富,生态系统结构、功能和生态过程在很小的海拔梯度内发生剧烈变化,因此对全球气候变化和人类活动极为敏感。树岛是在林线过渡带内出现的斑块状或条带形不连续分布的树木集群,树岛内生存的树木通常能达到与较低海拔郁闭森林同样的高度和胸径,因此揭示树岛这一特殊生境的生态特征及其形成机制,对于预测未来气候变化下林线动态具有重要意义。以长白山岳桦林线过渡带一大型树岛作为研究对象,测定了土壤理化性质和土壤酶活性,采用宏基因组测序技术分析了微生物群落结构组成和功能基因丰度,通过与同海拔的开阔区生境进行对比,揭示了树岛这一特殊生境的土壤微生物群落结构特征和潜在生态功能,从土壤养分和土壤微生物学角度,阐明树岛形成的可能驱动机制。结果表明,树岛土壤的含水量、总碳、总氮和微生物生物量显著高于同海拔开阔区（P<0.05）,与微生物r-策略相关的生理生化和遗传学指标,包括纤维素酶活性、放线菌相对丰度、与转录、防御、控制细胞周期相关的基因丰度、小分子碳降解基因丰度,均高于开阔区（P<0.05）。相反的,与微生物K-策略相关的指标,包括酸杆菌相对丰度、大分子碳降解基因相对丰度低于开阔区。揭示了树岛土壤微生物学特征,并从土壤微生物组学角度探讨了树岛形成的潜在机制,认为树岛内土壤养分增加并导致微生物群落r-策略倾向,这种变化反过来也可能促进树岛进一步扩大,进而影响林线动态。     

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。     

CRISPR/Cas9系统在疾病研究和治疗中的应用

基因组编辑技术(Genomeeditingtechnology)是一种通过人工手段在基因组水平对DNA序列进行改造的遗传操作技术,包括特定DNA片段的插入、敲除、替换和点突变。其中,依赖核酸酶的基因组编辑技术的基本原理是在基因组的特定位置产生双链DNA断裂(Double-strandedbreak,DSB)后通过非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)或同源重组(Homologous recombination,HR)的方式进行修复。随着对核酸酶更深入的研究,基因组编辑技术也得到了快速发展,其中最常使用的核酸酶主要包括巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及成簇的规律间隔的短回文重复序列相关蛋白(Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated proteins (Cas)。文中在介绍上述基因组编辑技术的发展及作用原理的基础上,主要综述了CRISPR/Cas9系统在基因功能鉴定、疾病模型建立、基因治疗和免疫治疗等应用领域的研究进展,并对其未来发展进行了展望。     

一种快速精确编辑疱疹病毒基因组的方法

为了快速且准确地对疱疹病毒基因组进行基因敲除、插入或者点突变等修饰,通过同源重组将马立克氏病病毒 (MDV) 超强毒株Md5基因组克隆到细菌人工染色体 (BAC)。将筛选的阳性重组体DNA电转进DH10B菌株,用PCR及限制性片段多态分析 (RFLP) 方法鉴定含Md5全基因组的BAC克隆。将阳性重组体DNA转染入鸡胚成纤维细胞 (CEF),拯救出重组病毒,命名为Md5BAC。进一步利用Red酶介导的两步法基因重组技术构建MDVlorf10基因敲除毒株。为了验证被敲除基因功能的特异性,将lorf10插入原位点以构建基因复原毒株。将构建的重组毒株分别感染CEF细胞,用间接免疫荧光试验确认重组病毒均包装成功;病毒生长曲线结果表明,lorf10敲除不影响病毒的体外增殖。总之,这为其他疱疹病毒的基因组编辑提供了技术参考。