粪产碱杆菌的分离鉴定及其生物转化作用

【背景】硫化氢(H2S)作为畜牧生产过程中释放的一种有毒有害气体,严重危害畜禽和人类的健康,因此降解硫化氢特别是生物氧化法转化硫化氢已成为当前研究热点。【目的】筛选高效硫氧化菌株并研究其生物转化作用。【方法】以长春市某养鸡场采集的新鲜粪便为材料,分离鉴定硫氧化菌株。采用单因素分析法优化其生长条件,研究生物转化效率,检测soxY、soxZ基因m RNA表达水平。【结果】获得一株高效硫氧化菌株JF9,经鉴定为粪产碱杆菌。最佳生长条件:底物浓度0.5 g/L,温度35°C,初始pH 7.0,在此条件下Na2S去除率达94%以上。菌株JF9存在soxY和soxZ基因,其转录水平在硫源诱导前后差异显著(P0.05)。【结论】分离得到的粪产碱杆菌具有良好的硫化物转化能力,脱硫过程中硫氧化基因高效表达。     

不同身体质量指数人群肠道菌群结构及共存网络解析

[背景] 人体能量稳态失衡表现为体重过轻、超重和肥胖,肠道菌群与人体能量稳态的维持有关,但不同身体质量指数（Body Mass Index,BMI）人群的肠道菌群特征仍需进一步探究。[目的] 基于美国肠道计划公开数据库,解析4类BMI人群肠道菌群的特征,并探究4类BMI人群肠道菌群共存网络特征及差异,为基于肠道菌群来干预肥胖及体重过轻等不健康状态提供新的理论依据。[方法] 从美国肠道计划数据集中筛选具有BMI信息的肠道菌群样本,并根据世界卫生组织规定的BMI划分标准将筛选后的样本分为4类：体重过轻（BMI<18.5 kg/m²）,正常体重（18.5 kg/m²2）,超重（25 kg/m²2）,肥胖（BMI>30 kg/m²）;通过计算和比较肠道菌群的α多样性和β多样性探究4类BMI人群肠道菌群的整体结构特征及差异;通过多元线性回归模型对不同BMI分类与肠道菌群进行相关性分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正;采用SparCC分别计算4类BMI人群肠道菌群中菌属相关性,并分别构建肠道菌群共存网络。[结果] 经过Wilcoxon秩和检验,发现体重过轻、超重、肥胖人群的肠道菌群α多样性都显著低于正常体重人群;β多样性分析结果表明4类BMI人群肠道菌群的整体结构存在显著差异;4类BMI人群肠道中厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对含量无显著差异;通过MaAsLin分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正,共得到49个与BMI类型显著相关的物种;4类BMI人群肠道菌群共存网络的拓扑结构具有一定差异,体重过轻和正常体重人群肠道菌群共存网络的复杂度较高,超重和肥胖人群肠道菌群共存网络的复杂度较低。[结论] 4类BMI人群肠道菌群的多样性、整体结构和共存网络间均存在差异。     

一株稀有海洋真菌Stachybotrys longispora FG216的De Novo测序及基因组学分析

【背景】长孢葡萄穗霉菌(Stachybotrys longispora) FG216是一株稀有海洋真菌,其次生代谢产物FGFC1具有纤溶活性。进行S. longispora FG216的基因组序列分析,将充实和促进海洋微生物功能基因和次生代谢产物合成生物学的基础研究和应用研究。【目的】解析S. longispora FG216的基因组序列,分析基因组生物功能和同源相似性关系,分析次生代谢产物纤溶活性化合物FGFC1的相关基因。【方法】基于Illumina HiSeq高通量测序平台对S. longispora FG216菌株进行De Novo测序,使用SSPACE、Augustus等软件进行组装、编码基因预测、基因功能注释、物种共线性分析以及预测FGFC1次生代谢产物合成基因簇。【结果】S. longispora FG216的基因组测序总长度为45622830bp,共得到605个Scaffold,GC含量为51.31%,注释预测得到13329个编码基因和169个非编码RNA。基因组测序数据提交至国家微生物科学数据中心(编号为NMDC60016264),其中13 053、8 422、8 460、7 714和2 847个基因分别能够在NR、KEGG、KOG、GO和CAZy数据库匹配到注释信息。比较基因组学分析发现,Stachybotrys具有保守性,核心基因占基因家族总数目的71.44%,S. longispora FG216与S. chlorohalonata IBT 40285的相似性最高;同时,预测得到101个次生代谢产物合成基因簇,其中18个基因簇与已知的化合物相匹配。通过antiSMASH预测,Cluster57是编码合成FGFC1母核结构异吲哚啉酮的基因簇,与S.chlorohalonataIBT40285中的基因簇相似度为40%。【结论】海洋稀有真菌S.longisporaFG216的基因组信息已上传至国家微生物科学数据中心公开使用,为Stachybotrys种属的研究提供了重要的参考意义,同时发现了S. longispora FG216次生代谢产物纤溶活性化合物FGFC1母核部分编码基因是Cluster 57。     

以CasX为例简述新型CRISPR-Cas系统的基本属性和研究方法

在细菌与古菌中广泛存在的CRISPR-Cas系统,作为目前发现的原核生物唯一的适应性免疫系统,抵御着病毒和质粒的入侵。自20世纪80年代首次被发现至今,CRISPR-Cas系统的基本情况逐渐清晰,包括名称缩写、分类、进化关系等方面。近年来,由于第二类CRISPR-Cas系统作为一种有潜力的基因编辑工具而逐渐成为应用研究被关注,对CRISPR-Cas系统的基础研究热度也持久不衰。为了使此类基因编辑工具在实际应用领域更加安全便捷,针对已发现的CRISPR-Cas系统在根据基础研究领域的成果进行优化的同时,对新型CRISPR-Cas系统的发掘工作也同等重要。本文以2017年发现的CasX为例,简要概述针对一种新发现的CRISPR-Cas系统需要研究确定的基本属性及相关研究方法。     

基于pDS132的基因敲除中创伤弧菌氯霉素的耐药性变化及影响

【背景】基于自杀载体的基因敲除在单基因敲除上的应用较为常见,但在多基因敲除过程中细菌耐药性的变化及对后续敲除的影响尚未明确。【目的】探究基于自杀载体pDS132的创伤弧菌vvhA与rtxA1双基因敲除株构建过程中,创伤弧菌对氯霉素耐药性的变化及对后续基因敲除的影响。【方法】基于自杀载体pDS132的同源重组法构建创伤弧菌YJ016的单基因敲除株YJ016-ΔvvhA、YJ016-ΔrtxA1和双基因敲除株YJ016-ΔvvhAΔrtxA1,记录单交换筛选时的氯霉素浓度与筛选平板上成功重组的菌株所占比例。琼脂稀释法测定野生型与敲除株的氯霉素最低抑菌浓度(Minimum InhibitoryConcentration,MIC)和抗性突变频率,纸片扩散法测定菌株对其他药物的敏感性,分析其对单交换筛选的影响。【结果】单基因敲除株的氯霉素MIC及氯霉素抗性突变频率高于野生型;双基因敲除株的庆大霉素抑菌圈直径小于野生型。单基因敲除时,单交换重组菌株的占比为100%(20/20);在YJ016-ΔvvhA上敲除rtxA1基因,氯霉素筛选浓度为2、4μg/mL时,单交换重组菌株的占比分别为40%(8/20)、5%(1/20);在YJ016-ΔrtxA1上敲除vvhA基因,氯霉素筛选浓度为2、4μg/mL时,单交换重组菌株的占比均为0%(0/20)。【结论】基于自杀载体pDS132的基因敲除中创伤弧菌氯霉素的耐药性升高,可能影响后续单交换重组的筛选,该结果为基于自杀载体的同源重组技术应用于多基因敲除提供了参考。     

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。     

编辑MSTN半胱氨酸节基元促进两广小花猪肌肉生长

肌生长抑制素(myostatin,MSTN)是转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)家族成员之一,是一种肌肉生长抑制因子。解除MSTN的生长抑制功能是提高畜禽肌肉产量的一种有效途径。TGF-β的半胱氨酸节结构基元(cystine knot motif)能够稳定MSTN蛋白结构,对MSTN生物学功能的发挥具有重要调控作用。本研究应用CRISRP/Cas9基因编辑技术在两广小花猪肾细胞(Liang Guang small spotted pig kidney cells,LPKCs)中对MSTN基因外显子3进行编辑,破坏了其半胱氨酸节基元,以解除MSTN对靶基因的抑制功能。将流式分选获得的混合阳性MSTN编辑LPKCs作为供体细胞进行核移植和胚胎移植,获得8头MSTN基因编辑两广小花猪仔猪,其中2头存活至10日龄,经鉴定这2头均为基因编辑杂合子,它们在构成MSNT蛋白半胱氨酸节基元的两个半胱氨残基C106和C108编码序列附近分别发生碱基的缺失与替换,导致移码突变,使C106和C108突变为其他氨基酸。MSTN基因编辑两广小花猪杂合子肩部和臀部肌肉较为发达。H&E切片分析显示,MSTN基因编辑猪肌纤维横截面积显著减少,肌纤维数量显著增多。Western Blot分析结果显示,C106和C108缺失对MSTN蛋白表达无显著性影响,但显著促进其靶基因Myf5、MyoD和Myogenin等成肌相关因子的表达。本研究获得的基因编辑猪模型没有造成MSTN表达完全缺失,可保留MSTN其他生物学功能,在促进两广小花猪肌肉生长的同时还消除了MSTN完全缺失可能对小花猪造成的潜在影响。     

Evidence of horizontal gene transfer between land plant plastids has surprising conservation implications

Background and AimsHorizontal gene transfer (HGT) is an important evolutionary mechanism because it transfers genetic material that may code for traits or functions between species or genomes. It is frequent in mitochondrial and nuclear genomes but has not been demonstrated between plastid genomes of different green land plant species.MethodsWe Sanger-sequenced the nuclear internal transcribed spacers (ITS1 and 2) and the plastid rpl16 G2 intron (rpl16). In five individuals with foreign rpl16 we also sequenced atpB-rbcL and trnL_UAA-trnF_GAA.Key ResultsWe discovered 14 individuals of a moss species with typical nuclear ITSs but foreign plastid rpl16 from a species of a distant lineage. None of the individuals with three plastid markers sequenced contained all foreign markers, demonstrating the transfer of plastid fragments rather than the entire plastid genome, i.e. entire plastids were not transferred. The two lineages diverged 165–185 Myr BP. The extended time interval since lineage divergence suggests that the foreign rpl16 is more likely explained by HGT than by hybridization or incomplete lineage sorting.ConclusionsWe provide the first conclusive evidence of interspecific plastid-to-plastid HGT among land plants. Two aspects are critical: it occurred at several localities during the massive colonization of recently disturbed open habitats that were created by large-scale liming as a freshwater biodiversity conservation measure; and it involved mosses whose unique life cycle includes spores that first develop a filamentous protonema phase. We hypothesize that gene transfer is facilitated when protonema filaments of different species intermix intimately when colonizing disturbed early succession habitats.     

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。