工业微生物的噬菌体感染与防治策略

以细菌为基础的生物技术在蓬勃发展的同时也不断受到噬菌体感染的威胁,噬菌体感染已成为微生物发酵过程中的一个顽疾,其实质是噬菌体与细菌之间复杂的共进化关系。在漫长的进化过程中,噬菌体已经形成了多种针对细菌抗性系统的逃逸机制。合理的工厂设计、菌株的轮换策略和传统的基因工程方法能在一定程度上降低噬菌体感染的风险,但仍然无法避免。基于CRISPR-Cas系统的防治策略仅需噬菌体的序列信息就可以理性设计噬菌体抗性菌株,且可以通过叠加效应不断增强菌种抗性,从而避免噬菌体的逃逸;群体感应信号分子则可以从整体水平上调节细菌的噬菌体抗性。这些新发现为噬菌体感染问题的解决带了新的希望,而噬菌体基因组编辑技术和合成生物学的快速发展则将进一步加深人们对噬菌体感染防治领域的认识。     

青藏高原东南部山丹nrDNA ITS和cpDNA petB/petD 序列的分子进化特点

采用改良CTAB法提取青藏高原东南部山丹25个居群所有个体的基因组DNA,选取核基因ITS和叶绿体petB/petD区域进行PCR扩增、纯化和测序。对所有序列对位排列,其中ITS序列总长696bp,变异位点有4处,共产生7种单倍型,变异位点百分率为0.72%,（G+C）含量60.4%;petB/petD序列总长616bp,仅1处变异位点和2种单倍型,变异位点百分率为0.16%,（G+C）含量34.6%。表明山丹中,petB/petD区域较ITS序列保守,变异速率较慢。对ITS序列单倍型进行失配分布和中性检验分析发现,山丹现有分布范围可能经历了近期居群小范围扩张,AMOVA分析发现山丹居群的遗传变异主要存在于居群内,N_ST >G_ST（P>0.01）,表明山丹的遗传变异有着不显著的谱系地理结构。因此,山丹ITS序列适合该种的谱系地理学研究。     

基于mtDNA COⅠ基因的十种长小蠹分子系统进化研究（鞘翅目：长小蠹科）

全世界记录的长小蠹（鞘翅目：长小蠹科）有1 500余种,其分类地位一直存在争议。本研究通过分子基因信息探讨长小蠹科昆虫的分子系统进化关系,测定了中对长小蠹Euplatypus parallelus（Fabricius）、希氏长小蠹E. hintzi Schaufuss、散对长小蠹E. solutus Schedl、杯长小蠹Dinoplatypus cupulatus Chapuis、小杯长小蠹D. cupulatulus Schedl、芦苇黄截尾长小蠹D. calamus Blandford、五棘长小蠹Diapus quinquespinatus Chapuis、锥长小蠹Treptoplatypus solidus Walk、栎长小蠹Platypus quercivorus Murayama和东亚长小蠹P. lewisi Blandford等长小蠹科5属10种mtDNA COⅠ基因部分序列（549 bp）;采用MEGA3.1分析了序列组成及遗传距离,应用PAUP4.0分别构建了长小蠹NJ,MP和ML等3种分子系统树,同时结合长小蠹的形态分类,探讨10 种长小蠹及其所在属的系统进化。结果表明：长小蠹科昆虫在碱基使用频率上有很大的偏向性;长小蠹科与外群小蠹科松瘤小蠹Orthotomicus erosus Wollaston之间的遗传距离（0.288～0.338）远大于科内种间距离（0～0.226）;Diapus属分化最早,Euplatypus属独成一支,Treptohlatypus, Dinoplatypus和Platypus 3属分化为一支。长小蠹科分子系统进化研究结果与Wood（1993）新修订的分类系统基本一致,说明长小蠹科的分类系统更趋于合理。     

基于16S rDNA 和COI 基因序列初步探究角壳网纹溞的分类地位

在安徽升金湖中首次发现了角壳网纹溞。利用特异性分子标记, 对角壳网纹溞的16S rDNA 和COI 基因进行了PCR 扩增和测序, 并进行了相关的分子遗传学分析。结果表明: 角壳网纹溞的16S rDNA 和COI 基因中A+T 含量均超过60%, 明显高于C+G 的含量。角壳网纹溞不仅在形态上与其他同属种类相差校大, 在分子进化中也与其他同属种类的遗传距离相差较大。通过K-2P 双参数模型计算, 角壳网纹溞COI 基因的种间平均遗传距离高达20%, 种间遗传距离的范围为16.7%-23.9%。因此, 结合其形态学和分子遗传学的特征暗示角壳网纹溞的进化地位应为网纹溞属中一个相对独立的分支。     

植菌昆虫及共生真菌共生机制

大约4-6千万年前,3种昆虫类群：白蚁、蚂蚁及食菌甲虫独立进化了培植真菌作为食物的能力,完成了从收集、捕获到主动种植真菌作为食物的生活方式的转变。“耕种”的生活方式最终使得这些昆虫占据重要的生态位。这3类昆虫种植真菌的过程具有明确的人类农业的特点,包括接种、培育、收获以及对培养物的营养依赖。围绕这些环节,昆虫适应不同的功能而进行分工合作,同时通过与一类放线菌共生,利用其产生抗生素来保护菌圃。切叶蚁（attine ant）及其共生真菌、白蚁（termite）及其共生蚁巢伞、食菌甲虫（ambrosia beetles）及其共生真菌是典型的被广泛研究的真菌和昆虫共生体系。而这种培植真菌的能力并不仅仅存在于以上3类昆虫中。植菌卷叶象甲Euops chinensis精心制作叶苞并接种储菌器真菌;蜥蜴甲虫Doubledaya bucculenta以及树蜂Sirex spp.也存在接种共生真菌作物的行为。从本质上讲,昆虫的真菌培植体系与人类的农业体系非常类似,因此对于种植真菌昆虫的系统研究能够为应对全球粮食短缺和农业持续高产提供一些有价值的参考。     

舌瓣鼠尾草退化杠杆雄蕊的相关花部特征及传粉机制

杠杆状雄蕊是鼠尾草属(Salvia)物种形成的关键性状, 背部杠杆传粉模式作为该属植物与传粉者精确互作的经典案例被广泛深入研究, 但是在该属物种中还存在许多非典型的杠杆结构和传粉模式。雄蕊结构及其与传粉者互作的多样性, 使得鼠尾草属成为研究植物传粉模式转变的模式材料, 舌瓣鼠尾草(S. liguliloba)即是一种具非典型的退化杠杆状雄蕊结构和传粉特征的代表性物种。该文着重对舌瓣鼠尾草的花器官结构和传粉特征进行研究, 并与具有短药隔杠杆的毛地黄鼠尾草 (S. digitaloides)做比较分析, 以期揭示退化杠杆可能的进化选择压力及其生态学意义。结果表明, 舌瓣鼠尾草具有较短的花冠、更窄的冠筒和较短的雄、雌蕊(p < 0.05)。退化萎缩的雄蕊下臂, 冠筒内的狭小空间限制了唯一的有效传粉昆虫——三条熊蜂(Bombus trifasciatus)推动雄蕊做杠杆状运动, 而是靠近花药直接利用头部完成授粉。相比经典的杠杆状雄蕊结构及其传粉过程, 小型花冠和退化杠杆雄蕊是对专一性和活跃度较高传粉昆虫的适应, 可能具有完全不同的进化途径和繁殖策略。     

葡萄生长素响应基因家族生物信息学鉴定和表达分析

生长素响应基因家族能调节植物体内生长素平衡和生长素信号途径。文章采用生物信息学方法检索获得葡萄(Vitisvinifera L.)基因组数据库中的生长素响应基因,通过分析其染色体定位、基因共线性和系统进化,发现葡萄基因组含有25个AUX_IAA基因、19个ARF基因、9个GH3基因、42个LBD基因。这些生长素响应基因不均匀分布在葡萄的19条染色体上,部分家族基因在染色体上形成基因簇。葡萄芯片数据结果表明,生长素响应基因在葡萄不同时期的果实和叶芽中均有表达,尤其在果实转色期、叶芽萌发或休眠期表达量急剧变化。研究结果为葡萄生长素响应基因在叶片和果实发育过程中的功能研究提供参考。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据中LPAAT基因家族的发掘及其同源基因在陆地棉材料中的表达分析

溶血磷脂酸酰基转移酶(Lysophosphatidic acid acyltransferase, LPAAT)是油脂合成途径中的一个关键酶,能催化溶血磷脂酸转变为磷脂酸。本研究从雷蒙德氏棉(G. raimondii, D5)和亚洲棉(G. arboreum, A2)的基因组数据中得到17个LPAAT基因家族成员。利用生物信息学方法对二倍体棉花LPAAT基因进行基因结构、染色体分布以及系统进化分析。结果表明,LPAAT基因家族根据亲缘关系的远近可以分为不同的亚家族,各亚家族中LPAAT基因具有相似的基因结构;LPAAT家族基因编码的氨基酸序列具有3个保守基序,其中包括ΦFPEGTR-G结合位点和Φ-NHQS-ΦDΦΦ催化位点;通过对不同物种的LPAAT基因家族进行系统进化分析可知,不同物种中的LPAAT在进化中存在较大差异。基于陆地棉(G. hirsutum)不同发育时期的胚珠RNA-seq数据库和qRT-PCR表达分析,发现LPAAT基因可能对脂肪积累起到积极作用。本研究结果有助于了解棉属植物LPAAT基因家族的功能,以期从中选取较好的LPAAT基因进行进一步功能验证。     

水稻Trihelix转录因子家族全基因组分析及功能预测

Trihelix转录因子家族在植物生长发育以及响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用,但目前基于水稻全基因组水平鉴定和分析该基因家族的研究尚未见相关报道。本文利用生物信息学方法在水稻基因组数据库中鉴定到Trihelix家族成员31个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族(Ⅰ~Ⅴ)。通过与拟南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚类分析发现,这4个物种中Trihelix家族的分类相一致,但每个物种均含有不同亚家族的成员,表明该基因家族的分化早于物种的分化。基于MEME程序分析水稻Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析结果具有较高的一致性。染色体区段复制分析表明,部分Trihelix家族成员在水稻以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的染色体区段复制;生物芯片数据分析发现,Trihelix基因家族在水稻不同组织中、以及对6种不同植物激素的响应呈现多样化的表达谱。采用RiceFREND在线数据库分析发现,水稻Trihelix转录因子家族的20个成员与其他蛋白存在互作关系。本研究结果初步明确了水稻Trihelix转录因子家族的进化特点、染色体分布、染色体区段复制关系、组织表达、激素应答,以及该家族蛋白与其他蛋白质的互作情况,为进一步揭示Trihelix转录因子家族的分子进化规律和生物学功能奠定了基础。     

棉属四倍体AD1与二倍体A2、D5基因组的同源SSR分析

SSRs(Simple sequence repeats)是一类广泛存在于动植物基因组的DNA短串联重复序列,是重要的基因组分子标记。比较不同基因组同源SSR的差异,有利于了解相近物种间的进化过程。文章使用雷蒙德氏棉基因组(D₅)、亚洲棉基因组(A₂)全基因组序列和陆地棉(AD₁)的限制性酶切基因组测序数据,进行全基因组SSR扫描,比较了A组和D组的SSR分布情况,通过识别3个基因组之间的同源SSR,比较它们之间同源SSR重复序列的差异。结果发现,A组和D组同源SSR的分布规律非常相似,但A组与AD组的同源SSR保守性比D组与AD组同源SSR的保守性强。与AD组同源SSR相比,A组中重复序列长度增长的SSR数量约为长度缩短的SSR数量的5倍,在D组中这一比值约为3倍。可以推测,四倍体AD组在与A组、D组的平行进化过程中,由于基因组融合,导致SSR的重复序列长度变化速率与二倍体A、D组有差异,同时这种差异可能导致了AD组SSR重复序列长度在进化过程中与二倍体相比有变短的趋势。文章首次对3个棉花基因组的同源SSR进行了系统地比较,发现了同源SSR在棉属四倍体基因组和二倍体基因组中的显著差异,为进一步揭示棉属基因组的进化规律提供了基础。