用模块化分子元件调控和编程生物系统

合成生物学的目标包括“通过合成来理解生命”以及用现代工程学方法设计合成复杂生物系统．其工程学目标的实现依赖于可集成、可调控、可重用、功能多样的蛋白质、RNA、DNA等基本分子元件．以分子机制为基础,合理设计与实验室进化相结合,改造和创建生物分子的相互作用特异性、调控方式、定量活性等,是实现生物系统人工调控与编程的重要策略,同时为自下而上设计合成日益复杂的人工生物系统奠定基础．     

一种新的蛋白质结构类预测方法

基于氨基酸的16种分类模型,给出蛋白质序列的派生序列,进而结合加权拟熵和LZ复杂度构造出34维特征向量来表示蛋白质序列。借助于贝叶斯分类器对同源性不超过25%的640数据集进行蛋白质结构类预测,准确度达到71.28%。     

基于蛋白质序列的泛素化位点预测研究进展

泛素化是目前广受关注的一种翻译后修饰过程,对蛋白质降解、DNA修复等多种细胞过程都具有重要的调控作用。本文根据国内外蛋白质泛素化位点预测的研究,分析了预测泛素化位点的特征属性,总结了对这些特征进行优化的特征选择方法,并对预测过程中所使用的各种机器学习分类器进行了概述。     

基于间隔二肽组分和递归特征消除法的DNA结合蛋白的鉴定

DNA结合蛋白(DNA-binding proteins,DBPs)的鉴定在原核和真核生物的基因和蛋白质功能注释研究中具有十分重要的意义.本研究首次运用间隔二肽组分(gapped-dipeptide composition,Gap DPC)结合递归特征消除法(recursive feature elimination,RFE)鉴定DBPs.首先获得待测蛋白质氨基酸序列的位置特异性得分矩阵(position specific scoring matrix,PSSM),在此基础上提取蛋白质的Gap DPC特征,通过RFE法选择最优特征,然后利用支持向量机(support vector machine,SVM)作为分类器,在蛋白质序列数据集PDB396和LB1068中进行夹克刀交叉验证(jackknife cross validation test).研究结果显示,基于PDB396和LB1068数据集,DBPs预测的准确率、Matthews相关系数、敏感性和特异性分别达到93.43%、0.86、89.04%和96.00%,以及86.33%、0.73、86.49%和86.18%,明显优于文献报道中的相关方法,为DBPs的鉴定提供了新的模型.     

东部草原区煤电基地开发生态修复技术研究

本项目为"十三五"国家重点研发计划批复项目(2016YFC0501100)。针对我国东部草原区大型煤电基地开发生态修复技术需求和工程实施难题,聚焦煤炭开发对草原生态(水、土壤、植被)的影响机理及累积效应、区域生态稳定性与生态安全协调机制两大科学问题,运用生态学、采矿学、环境科学、草叶科学等多学科方法,采用理论分析、调查监测、试验研究相结合的综合手段,厘清煤炭开发对地下水和植被种群的影响边界、程度及累计效应,研发生态效应评价、区域水资源动态监测、水资源保护利用、煤矿土地整治、微生物联合修复、景观生态恢复等15项关键技术,形成基础理论、关键技术和工程示范一体化体系,创立东部草原区生态修复模式,在呼盟和锡盟煤炭开发基地进行集中工程示范,为我国东部草原区煤炭开发与生态修复提供理论和技术支撑。     

土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量估算模型研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热、CO2通量的准确估算对理解陆地和大气的物质和能量交换过程有着重要意义.重点阐述了基于过程的土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量模型,综述了统计模型、综合模型及基于遥感的模型的发展过程.其中水热通量统计模型包括基于温度和湿度以及基于温度和辐射的方法;CO2通量统计模型包括基于气候因子或蒸散因子以及基于光能利用率的方法.水热通量过程模型包括大叶、双源、多源和多层的水热传输物理模型;CO2通量过程模型包括叶片尺度及由大叶、双叶和多层方法扩展到冠层尺度的生理生态模型以及光合-蒸腾耦合模型.综合模型包括生物物理模型、生物化学模型和生物地理模型.统计模型形式简单,资料易得,对大范围的水热通量模拟具有指导意义;过程模型准确的揭示了水热和CO2通量传输的物理和生理过程,是大尺度综合模型的基础.未来生态系统水热、CO2通量估算模型将集成各种技术手段进行多尺度网络观测和大尺度机理模拟.     

黄土高原集水农业研究进展

回顾了黄土高原集水农业理论与技术体系的研究成果．分析评价了集水农业的研究进展。随着黄土高原集水农业研究方法的改进、研究内容的深入、研究领域的扩充．提出了广义性集水农业研究范畴。在黄土高原集水农业理论研究的基础上．应加强微集雨微灌溉应用技术、现代集雨技术、计算机控制技术与集雨网络等高新技术手段的技术集成．以提高雨水汇集与利用效率。同时．黄土高原集水农业的研究已经从微生境条件下的农业生态系统延伸至区域生态环境保育。利用汇集雨水合理调配生态用水．进行小流域综合治理。农林牧综合发展。生态环境重建的集水型生态农业是黄土高原集水农业的发展趋势。     

酿酒酵母的工业化应用

酿酒酵母广泛应用于食品、酿造、化工、医药等领域.基于已建成投产或工业示范化生产的酿酒酵母生产线,回顾酵母生物质制造产业的发展历程和关键技术;综述酵母生物质在酿酒行业的应用,酵母生物质用于开发和制造功能性食品和食品添加剂的进展;总结酵母细胞工厂的发酵生产优势,介绍酿酒酵母制造大宗化学品、天然产物和生物燃料等产品的产业化进...     

气候变化对马尾松潜在分布影响预估的多模型比较

物种分布模型被广泛应用于评估气候变化对物种分布的影响。随着计算机和统计学的发展, 模拟物种分布的模型层出不穷, 但对这些模型的相对表现知之甚少, 因此需要对其进行对比分析, 以便更可靠地评估气候变化的影响。该文采用3个比较新颖的组合集成学习(ensemble learning)模型(随机森林(random forest, RF)、广义助推法和NeuralEnsembles)、3个常规模型(广义线性模型、广义加法模型和分类回归树)、3个大气环流模型(global circulation model, GCM) (MIROC32_medres, JP; CCCMA_CGCM3, CA; BCCR-BCM2.0, NW)和一个气体排放情景(SRES_A2), 模拟分析了马尾松(Pinus massoniana)历史基准气候(1961-1990)和未来3个不同时期(2010-2039, 2020s; 2040-2069, 2050s; 2070-2099, 2080s)的潜在分布。基于环境阈值方法选择物种不发生区, 依据ClimateChina软件进行当前和未来气候数据的降尺度处理, 采用接收机工作特征曲线(receiver operator characteristic, ROC)下的面积(area under the curve, AUC)、Kappa值和真实技巧统计法(true skill statistic, TSS)以及马尾松种子区划范围来评价模型的预测精度。结果表明: 6个物种分布模型都具有较高的预测精度, 但组合集成学习模型的预测精度稍高于其他常规模型, 其中RF的预测精度最高。3个GCM和6个模型模拟条件下, 马尾松对气候变化的响应格局既有一致性也有异同性。一致性表现在: 随着时间的推移, 马尾松分布区将逐渐向北迁移, 未来潜在分布区的面积将逐渐增加; 异同性表现在: 在不同模型和不同气候情景下, 马尾松潜在分布区的迁移距离和面积变化幅度不同, 其中NW模式下预测的变化幅度小于CA和JP模式; RF模型预测的分布区迁移距离和面积变化幅度最大。随着时间的推移, 未来马尾松的18个潜在分布空间预测图(6个模型 × 3 GCM)之间的差异也逐渐增大, 其中空间不一致性地区主要集中发生在马尾松潜在分布区的北部和西部边缘地带。模型本身不同的构建原理以及GCM之间的差异是导致预测结果存在差异的主要原因。     

纤维素乙醇发酵液中复杂组分对乙醇渗透汽化传质过程的影响

考察了木质纤维素乙醇发酵液中各组分对乙醇透过聚二甲基硅氧烷(PDMS)-silicalite-1渗透汽化膜传质性能的影响。结果表明:酵母细胞、玉米秸秆残渣和发酵用无机盐可增加乙醇通过膜的通量和选择性;而葡萄糖和甘油的存在会对乙醇的透膜传质产生负面影响;木质纤维素水解后的产物如糠醛和羟基丙酮,表现出对膜分离乙醇轻微的抑制作用。本文建立了渗透汽化优先透醇与纤维素乙醇发酵集成过程,批次发酵20 h后乙醇产率从最初的12.95下降到10.22 g/(L·h),60 h后乙醇产率下降为0,葡萄糖消耗速率与乙醇消耗产率呈同样趋势;连续发酵过程中,乙醇产率较稳定地维持在13.30 g/(L·h)。实验证明,集成过程可及时地将产物乙醇分离出去,能够有效地消除产物抑制,提高乙醇生产速率和葡萄糖转化率。