植物病害防治相关微生物组研究进展与展望

微生物是人类活动过程中重要的生物资源。植物及其根围土壤中生存着大量多种多样的微生物,这些微生物与植物健康之间存在着密不可分的关系。近年来,基因测序技术的快速发展为植物微生物组结构和功能的研究提供了极大的便利,多种植物相关的微生物组得到了解析。同时更多研究者聚焦于植物病害相关的微生物组研究,通过差异分析,发现了一些特定的有益于植物健康的微生物菌群。此外,植物根围或根内微生物塑造的内在原理也得到了进一步的揭示。一系列植物微生物组研究为植物病害防治和新的微生物资源的挖掘提供了更多思路。     

系统生物学在认知功能障碍研究中的应用

认知功能障碍可导致患者日常生活能力、社会适应能力明显下降,严重影响患者的生活质量。根据近年来众多研究显示,认知功能障碍的发生发展与基因、蛋白质、微生物等内环境因素的失调和紊乱有关。基于系统生物学的研究,梳理了近年来国内外研究学者在代谢组学、蛋白质组学、基因组学和肠道微生物组学层面对认知功能障碍的研究,并对系统生物学在认知功能障碍中的应用前景进行了展望,以期为认知功能障碍相关研究提供参考。     

植物乳杆菌CCFM8724抑制双菌生物膜的成分初探

[背景] 植物乳杆菌是一种重要的益生菌,本实验室前期研究表明植物乳杆菌CCFM8724发酵液可抑制变异链球菌和白色念珠菌双菌生物膜,但植物乳杆菌发酵液中起作用的具体物质尚不清楚。[目的] 评价植物乳杆菌CCFM8724发酵液抑菌成分的特性,初步探究其物质基础。[方法] 探索温度、pH等因素对抑菌物质的影响,采用气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS）联用技术分析植物乳杆菌代谢物的组成,进一步通过有机溶剂萃取、超滤等方法初步分离纯化发酵液中抑制双菌生物膜的成分,并采用液相色谱-质谱（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,LC-MS）联用技术进行鉴定。[结果] 通过多元统计分析,发现植物乳杆菌发酵液的主要差异标志物为有机酸（如苯乳酸、乙酸、羟基己酸和甘油酸等）,经过初步提取鉴定并进行功能验证,其中有效成分主要为有机酸和环肽类化合物。[结论] 植物乳杆菌CCFM8724发酵液主要通过多种有机酸和环肽类的协同作用抑制变异链球菌和白色念珠菌生物膜,该研究为植物乳杆菌发酵液进一步的分离纯化和有效成分的生产应用提供理论依据。     

基于转录组学分析的丙酸钙对酿酒酵母的抑菌机制

【背景】丙酸钙作为在面包等食品中添加的防腐剂,具有一定的抑菌作用,但目前对其的研究大多聚焦于生化、群体层次。【目的】在分子水平上探究丙酸钙对酵母起抑菌作用的机制。【方法】取实验组和对照组中对数生长期的耐高糖酵母BH1进行转录组测序及分析,并进行实时荧光定量PCR验证。【结果】与6 h对照组(无丙酸钙处理;Control Group,CG)相比,6 h实验组(丙酸钙处理2 h;Calcium Propionate 2 h Group,CP2G)中有1438个差异表达基因,其中643个基因上调,795个基因下调。然而与4 h实验组(丙酸钙处理0h;Calcium Propionate 0h Group,CP0G)相比,CP2G中共有1921个差异表达基因,其中1438个基因上调,483个基因下调。差异表达基因涉及MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)信号途径、细胞周期途径及减数分裂途径等多条途径,细胞壁合成过程也受到影响。【结论】探究了丙酸钙对酵母产生抑菌作用的分子机制,为进一步揭示丙酸钙的抑菌作用机理提供了理论基础。     

肺部微生物组通过炎症反应介导慢性阻塞性肺疾病转化为肺癌的研究进展

肺部微生物组存在于呼吸道和实质组织中,通过菌群紊乱、代谢产物、炎症反应、免疫反应、基因毒性等方面介导肺部损伤。随着肺部微生物组的深入研究,发现肺部微生物组的相关活动与慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)和肺癌息息相关,能够促使COPD向肺癌的转变。本文主要介绍了肺部微生物组稳态及其通过炎症反应导致COPD和肺癌,重点探讨了肺部微生物组如何通过炎症反应介导COPD转化为肺癌,以期为COPD和肺癌的临床预防、优化治疗以及新型药物设计提供新的理论依据。     

基于沟眶象属两近缘种不同虫态转录组的气味受体基因鉴定及表达分析

【目的】基于沟眶象属Eucryptorrhynchus两近缘种沟眶象E. scrobiculatus和臭椿沟眶象E. brandti不同虫态的转录组数据进行气味受体(odorant receptor, OR)基因的鉴定及表达特征分析,补充两种象甲的气味受体信息,为之后的功能研究提供理论依据。【方法】从沟眶象(幼虫、蛹和成虫)和臭椿沟眶象(卵、幼虫、蛹和成虫)不同虫态转录组数据库中筛选OR基因序列;基于两种象甲触角转录组数据,对两种象甲筛选得到的ORs进行种间和种内的序列比对;利用最大似然法对两种象甲新鉴定的ORs进行系统发育分析;根据两种象甲不同虫态转录组数据中OR基因的FPKM(fragments per kilobase per million mapped fragments)值对新鉴定的OR基因进行表达丰度分析;利用qPCR检测新鉴定的OR基因在沟眶象和臭椿沟眶象不同发育阶段和成虫不同组织中的表达谱。【结果】从沟眶象和臭椿沟眶象不同虫态转录组数据库中分别鉴定出6和4个OR基因,都具有完整的开放阅读框。根据与触角转录组数据的序列比对结果,从沟眶象和臭椿沟眶象分别新鉴定出4个(EscrOR50-53)和2个(EbraOR46-47)OR基因;在两象甲种间发现了一对可能的同源基因EscrOR53和EbraOR45。系统发育树显示,6个新鉴定的OR蛋白分属于鞘翅目OR亚家族2B和7。结合不同虫态转录组的FPKM数据及qPCR检测的时空表达谱得知,沟眶象3个和臭椿沟眶象2个新鉴定到的OR基因均在成虫的非嗅觉组织中高表达,且在卵、幼虫或蛹期也有表达。【结论】本研究明确了沟眶象和臭椿沟眶象不同虫态转录组中的气味受体基因及其时空表达谱,并且发现两种象甲的生殖器官中可能存在非嗅觉的功能性的ORs,提示其可能在发育的早期阶段就已发挥功能。     

亚致死剂量吡虫啉胁迫对意大利蜜蜂工蜂嗅觉学习行为的影响及其脑部转录组分析

【目的】分析吡虫啉处理对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica嗅觉学习行为及脑部基因转录的影响,为新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的负面影响提供依据。【方法】实验室条件下一次性饲喂意大利蜜蜂成年工蜂含有4 ng吡虫啉的50%蔗糖溶液,以饲喂不含吡虫啉的50%蔗糖溶液为对照,通过伸吻反应(proboscis extension response, PER)行为实验测定其对意大利蜜蜂成年工蜂嗅觉学习行为的影响;收集上述测试的意大利蜜蜂工蜂脑部提取RNA,进行RNA-Seq测序和生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR挑选6个差异表达基因(DEGs)检测其在脑部的表达量以验证RNA-Seq测序结果。【结果】一次性饲喂意大利蜜蜂成年工蜂含4 ng吡虫啉的50%蔗糖溶液后,意大利蜜蜂的嗅觉学习能力与对照组(饲喂50%蔗糖溶液)相比显著降低。RNA-Seq测序结果显示饲喂意大利蜜蜂含4 ng吡虫啉蔗糖溶液后,处理组与对照组之间共有123个DEGs［校正后的P值(padj)<0.05)］,包括82个下调DEGs和41个上调DEGs。GO聚类分析发现下调DEGs主要富集在S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基转移酶活性、酸性磷酸酶活性、氧化还原酶活性、蛋白质异二聚化活性等,上调DEGs主要富集在跨膜受体活性、分子传感器活性、神经学系统过程等功能条目。KEGG富集分析显示下调DEGs主要富集在核糖体和溶酶体等细胞器、碳代谢和色氨酸代谢等代谢通路及Toll和Imd信号通路,上调DEGs未富集在KEGG代谢通路。荧光定量PCR结果显示测试的6个DEGs相对表达量变化趋势与RNA-Seq测序结果FPKM(fragments per kilobase million)值变化趋势一致,证明RNA-Seq测序结果可靠。【结论】亚致死剂量吡虫啉胁迫意大利蜜蜂成年工蜂显著降低意大利蜜蜂的嗅觉学习能力,影响意大利蜜蜂脑部免疫解毒等相关基因的表达和酶活性及氧化还原等生物代谢过程;亚致死剂量吡虫啉短时胁迫会刺激意大利蜜蜂的嗅觉感觉过程及神经信号传导过程。     

柞蚕微粒子病潜在生物标志物的挖掘

【目的】挖掘柞蚕Antheraea pernyi微粒子病的潜在生物标志物,为开发该病害检测方法及研究柞蚕被微孢子虫Nosema pernyi侵染后体内代谢产物的差异及功能奠定基础。【方法】利用高效液相色谱和高分辨率质谱进行非靶向代谢组学分析,调查健康和患微粒子病柞蚕雌成虫血淋巴中代谢物差异。【结果】正离子模式下从健康和患微粒子病柞蚕雌成虫血淋巴中共获得8 870个代谢物,注释代谢物5 390个,筛选到差异表达代谢物472个(上调260个,下调212个),其中二级鉴定差异表达代谢物12个(上调8个,下调4个);负离子模式下获得6 716个代谢物,注释代谢物3 848个,筛选到差异表达代谢物301个(上调207个,下调94个),其中二级鉴定差异表达代谢物9个(上调8个,下调1个)。正离子模式下二级鉴定的差异表达代谢物包括缬氨酸(valine)、苯并噻唑(benzothiazole)、3-脱羟基肉碱(3-dehydroxycarnitine)、1 甲基鸟嘌呤(1-methylguanine)、2-乙氧基萘(2-ethoxynaphthalene)、N6-乙酰基-L-赖氨酸(N6-acetyl-L-lysine)、生物素(biotin)、桑色素(morin)、噻吗洛尔(timolol)、酰基肉碱15∶0(acylcarnitine 15∶0)、酰基肉碱18∶4(acylcarnitine 18∶4)和异槲皮苷(isoquercitrin);负离子模式下二级鉴定的差异表达代谢物包括二甲基丙二酸(dimethylmalonic acid)、戊二酸(glutaric acid)、2,5-二羟基苯甲酸(2,5-dihydroxybenzoic acid)、1,3-二乙酰基丙烷(1,3-diacetylpropane)、3-(4-羟基苯基)乳酸(DL-p-hydroxyphenyllactic acid)、泛酸(pantothenate)、荧光素(fluorescein)、飞燕草素-3-O-beta-吡喃葡萄糖苷(delphinidin-3-O-beta-glucopyranoside)和溶血磷酯酰肌醇16∶1 (lysoPI 16∶1)。【结论】健康与患柞蚕微粒子病的柞蚕雌成虫血淋巴内代谢物具有显著差异,通过代谢组学挖掘出21个二级鉴定的差异表达代谢物,这些代谢物可作为潜在生物标志物用于开发柞蚕微粒子病的检测方法。     

家蚕5龄幼虫精巢和卵巢microRNA芯片及转录组比较分析

【目的】本研究旨在通过对家蚕Bombyx mori 5龄幼虫精巢和卵巢组织微小RNA (microRNA, miRNA)基因芯片及转录组进行分析,找到参与家蚕性腺发育相关的miRNA分子及可能的靶基因。【方法】采用新一代高通量测序平台对家蚕5龄幼虫精巢和卵巢(分别定义为Test和Control)进行miRNA基因芯片检测及转录组测序分析,根据P＜0.05且log₂(fold change, FC)≥2的标准,通过比较筛选出Test vs Control的差异表达miRNA;根据q≤0.05且|log₂(fold change)|≥1的标准,通过比较筛选出Test vs Control的差异表达基因 (differentially expressed genes, DEGs);随机选取8个上调和12个下调差异表达miRNA,对其表达及其预测的5个靶基因进行qRT-PCR验证;对DEGs以及差异表达miRNA的靶基因进行KEGG通路富集分析。【结果】从精巢和卵巢样本中(Test vs Control)分别鉴定出68个差异表达miRNA和3 991个DEGs,其中上调和下调miRNA分别为36和32个,上调和下调DEGs分别为2 033和1 958个。差异表达miRNA的qRT PCR验证结果均与芯片数据一致。KEGG通路富集分析结果显示DEGs在新陈代谢及核糖体的信号通路显著富集。对差异表达miRNA在DEGs中的可能靶基因进行预测,结果找到了4组表达趋势相反的miRNA与靶基因：分别是bmo-miR-2774a与LOC101745556;bmo-miR-92b与LOC101735954以及bmo-miR-3266与LOC733130和LOC778467;1组表达趋势一致的miRNA与靶基因：bmo-miR-3321与LOC101744895。5个靶基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。【结论】本研究获得了家蚕5龄幼虫精巢和卵巢转录组及miRNA芯片数据,筛选并验证了4组差异表达和1组一致表达miRNA及潜在靶基因,为探究家蚕精巢和卵巢发育差异奠定了基础。     

基于转录组的池蝶蚌系统发育及其遗传分析

池蝶蚌(Hyriopsis schlegelii)和三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)的亲缘关系一直存在争议, 为了更深入地对淡水珠蚌进行系统发育分析, 研究对池蝶蚌及其3个近缘物种三角帆蚌、褶纹冠蚌(Cristaria plicata)和背角无齿蚌(Anodonta woodiana)的转录组进行了比较分析。对它们共有单拷贝同源基因进行多序列联配后计算这4种淡水珠蚌之间的遗传距离, 结果表明池蝶蚌和三角帆蚌的遗传距离只有0.00746(小于1%), 而其他淡水珠蚌之间的遗传距离几乎是它的10倍(平均大于6%)。系统发育分析表明, 小方蚌亚科与无齿蚌亚科大约在5144万年前发生分歧, 而池蝶蚌和三角帆蚌发生分化的时间大约在424万年前。进一步的遗传差异分析鉴定了池蝶蚌转录组中的特有基因, 其中KEGG 通路富集的结果表明这些基因主要富集在免疫细胞膜分子和蛋白消化吸收等通路上。同时, GO注释结果表明有很多特有基因与池蝶蚌的优良性状相关, 如与发育相关的生长发育、系统发育和动物器官发育等生物学过程, 及与免疫相关的免疫系统过程、抗原处理和呈递等生物学过程。以上结果表明, 池蝶蚌和三角帆蚌具有更近的亲缘关系, 它们可能是同一物种的不同亚种或不同种群, 这对淡水珠蚌种质资源的保护和遗传育种具有重要参考意义。此外, 相比于三角帆蚌, 池蝶蚌可能具有一些与生长发育及免疫相关的特有基因, 这为探究相关的分子机制提供了线索。