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。     

草酸青霉可重复利用筛选标记5'氟乳清酸的构建

草酸青霉是纤维素酶高产真菌,也是科学研究的重要真菌之一.借助基因工程技术手段对工业真菌进行分子改造,可以有效提高菌株在工业生产中的经济效益,对工业菌株进行基因改造需要大量的筛选标记,目前草酸青霉中可用的筛选标记较少,因此需要构建一个草酸青霉可重复利用筛选标记转化系统.本研究构建以乳清酸核苷-5'-磷酸脱羧酶基因(pyrG)作为选择标记,以草酸青霉pyrG缺失菌株为宿主菌构建转化系统.首先,构建了含有草酸青霉pyrG表达框及其终止子TT1重复序列的可重复利用pyrG筛选标记.然后,以pyrG筛选标记作为选择标记,以草酸青霉pyrG缺失菌株Δku70ΔpyrG(pyrG∷kan)为受体菌株,敲除Δku70ΔpyrG(pyrG∷kan)菌株中的kan基因,获得菌株Δku70Δkan(kan∷R-pyrG).最后,利用筛选标记中的pyrG终止子重复序列发生自我剪切,利用氟乳清酸(5-FOA)的筛选,获得pyrG缺失,kan抗性基因缺失菌株Δku70ΔR-pyrG.本研究成功建立以pyrG为筛选标记,草酸青霉pyrG缺失菌株为受体菌的可重复利用筛选系统.     

蛹虫草原基分化的差异蛋白质组学研究

蛹虫草子实体形成及发育的蛋白分子机制尚不清楚,本研究引入SWATH非标记定量蛋白质组学技术,对蛹虫草Cordyceps militaris 905菌株的菌丝体（mycelium,My）、原基（primordium,Po）、生长期子实体（developmental fruiting body,DF）和成熟期子实体（mature fruiting body,MF）进行了比较蛋白质组学分析。经搜库比对,从蛹虫草的My、Po、DF和MF中依次鉴定蛋白1 136个、1 090个、1 018个和997个（global FDR 1%）,经维恩分析后获得C. militaris 905蛹虫草表达蛋白1 578个。在此基础上,SWATH非标记技术定量蛋白1 109个。本研究获得了蛹虫草Po期与My期、DF期与Po期、MF期与DF期的差异表达蛋白,依次为115个、352个和104个,并对菌丝体分化形成原基的差异表达蛋白进行了重点解析。GO注释结果表明,Po期与My期差异表达蛋白以有机含氮类化合物代谢为主,其中AMP（活性成分虫草素合成的中间产物）从头生物合成途径富集最为显著。约1/5的差异表达蛋白参与氧化还原反应,还原酶活性的蛋白在原基中几乎都上调表达,而氧化功能的蛋白受到抑制,表明蛹虫草原基分化可能受到氧化应激的诱导。蛋白互作网络分析结果进一步表明,氧化还原反应与核苷类物质代谢相关联,可能通过影响AMP从头生物合成途径来调控虫草素的生物合成。对蛹虫草子实体系统的蛋白质组学研究和解析有利于揭示子实体形成的蛋白分子机制,为蛹虫草的基础和栽培研究提供了理论支撑。     

荒漠植物四合木(Tetraena mongolica Maxim.)EST-SSR标记的识别与开发

四合木(Tetraena mongolica Maxim.)是内蒙古东阿拉善-西鄂尔多斯地区的特有珍稀植物,为古地中海孑遗物种。自然环境恶化和人类活动干扰,使其生境发生了严重的破碎化,甚至消失。有限的分子标记限制了对该植物种质遗传多样性和生存现状的认识。本研究通过转录组测序,构建了含有119603条Unigenes的四合木表达序列文库,系统识别了表达序列标签简单重复序列(EST-SSR,expressed sequence tag-simple sequence repeat),进行了SSR位点的特性分析和标记开发。结果显示,在21065条Unigenes中共检测出25721个SSR位点;SSRs在四合木转录组中的出现频率为21.51%,单、二和三核苷酸重复最丰富的类型为A/T、AG/CT和ATC/ATG;在选取的39个SSR中,32个具有多态性,在48个个体中共鉴定出140个条带,Ho和He的变化范围分别为0.167~0.792和0.252~0.789,均值分别为0.462和0.579,PIC值变化范围为0.218~0.746,均值为0.518。本研究所开发SSR标记可进一步应用于四合木遗传结构和适应进化机制的研究中,能推动该种质资源的保护、开发与利用。