基于PacBio测序数据的蜜蜂球囊菌转录因子、融合基因及RNA编辑事件的鉴定

【目的】本研究旨在利用已获得的PacBio单分子实时(single molecule real-time, SMRT)测序数据对蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis菌丝(AaM)和孢子(AaS)中的转录因子(TF)、融合基因和RNA编辑事件进行鉴定和分析,以期丰富蜜蜂球囊菌的相关信息,并为进一步探究它们的功能提供理论依据。【方法】利用BLASTx工具将AaM和AaS的全长转录本序列比对到Nr, Swiss-Prot和KEGG数据库以获得一致性最高的蛋白序列,再利用hmmscan软件将上述蛋白序列比对到Plant TFdb数据库以获得TF的分类及注释信息。采用TOFU软件中的fusion_finder.py程序进行融合基因的预测,进而分析融合基因的序列和位置信息。使用SAMtools预测AaM和AaS中的RNA编辑事件,再利用ANNOVAR软件对RNA编辑事件进行注释,进而采用相关生物信息学软件对RNA编辑位点基因进行GO功能和KEGG通路注释。【结果】在AaS中共鉴定到17个TF家族的213个TF,其中C2H2家族包含的TF成员最多。在AaM和AaS中分别鉴定到921和510个融合基因,二者共有的融合基因为510个,特有的融合基因分别为411和0个。在AaM和AaS中分别鉴定到547和191次RNA编辑事件,其中AaM中同义单核苷酸突变的数量最多,AaS中非同义单核苷酸突变的数量最多。此外,在AaM中鉴定到12种碱基替换类型,其中发生C->T的RNA编辑事件数量最多,达到158次;在AaS中鉴定到9种碱基替换类型,其中发生C->T和G->T的RNA编辑事件数量最多,均有42次。AaM和AaS中RNA编辑位点基因分别涉及19和24个GO功能条目;此外还能注释到11和20条KEGG通路。【结论】蜜蜂球囊菌的菌丝和孢子中含有丰富的TF、融合基因和RNA编辑位点;转录因子C2H2家族与蜜蜂球囊菌菌丝和孢子的生长发育和细胞活动具有潜在关联;RNA编辑事件的碱基替换类型在蜜蜂球囊菌和其他物种中具有物种特异性;RNA编辑可能在蜜蜂球囊菌菌丝和孢子的生长和代谢中发挥作用。     

基于单细菌共焦拉曼光谱的细菌快速检测

【背景】目前利用共焦拉曼光谱技术进行成像和成分鉴别方面的研究较多,但如何快速检测与鉴别多种细菌方面的研究较少。【目的】基于共焦拉曼光谱技术,建立一种在单细菌水平上实现病原微生物快速分类鉴定的方法。【方法】以大肠杆菌为研究对象,利用共焦拉曼光谱技术在单细菌水平上进行了激发波长的优化试验,并研究了大肠杆菌存放时间对单细菌拉曼光谱信息的影响。同时,对白色葡萄球菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和铜绿假单胞菌进行了共焦拉曼光谱测试,并对5种细菌进行单细菌拉曼光谱的归属分析,设计共焦拉曼光谱技术结合支持向量机(support vector machine,SVM)模型学习算法,进行了5种细菌的快速分类鉴别。【结果】对于单细菌拉曼光谱探测,532、633和785 nm这3种常见的拉曼探测波长中,532 nm具有更好的激发效率和光谱信噪比。结合SVM模型对5种细菌的识别分类,SVM模型的灵敏度和特异性达到了96.00%以上,整体准确率为98.25%。不同存放时间下大肠杆菌拉曼光谱的重复性和稳定性都很好,且SVM模型匹配率均在90.00%以上。【结论】单细菌拉曼光谱结合SVM模型可对5种细菌进行快...     

草菇热激蛋白60基因(Vvhsp60)生物信息学分析及低温下的表达

【背景】生物受到温度胁迫时,热激蛋白被诱导并在短时间内大量产生,可以使受损的蛋白质恢复正常构象,增强生物对逆境胁迫的耐受性。【目的】初步探究草菇热激蛋白60(Vvhsp60)与低温耐受性的关系,为深入开展草菇不耐低温特性的遗传改良奠定理论基础。【方法】对Vvhsp60进行生物信息学分析,以低温敏感型草菇菌株V23及耐低温菌株VH3为实验材料,利用实时荧光定量PCR技术分析低温胁迫及热激诱导后在低温下草菇菌丝体中Vvhsp60基因的表达水平。【结果】草菇Vvhsp60编码蛋白不存在信号肽,不属于分泌蛋白,在线粒体和细胞质内发挥生物学作用,属于双向跨膜蛋白。低温处理显著提高了V23与VH3菌丝体中Vvhsp60基因的表达量,而且VH3中的表达量显著高于V23,推测Vvhsp60基因的表达量高可能有助于增强草菇对低温胁迫的耐受性。经热激处理后两菌株Vvhsp60基因的表达量显著高于各自未热激处理的对照组,表明热激处理可诱导Vvhsp60基因的表达。【结论】Vvhsp60与草菇低温耐受性相关,并且热激可以诱导Vvhsp60基因的表达。     

患子宫内膜炎母猪产道致病菌谱分析及卟啉单胞菌的分离鉴定

【背景】子宫内膜炎是规模化养殖场母猪常患的生殖道疾病之一,对养殖业造成的经济损失较大,细菌感染是常见的病因之一,但具体病原及致病机制尚未完全明确。【目的】探究产道菌群对母猪子宫内膜炎的影响。【方法】采用第三代细菌16S rRNA基因全长高通量测序技术进行对比,研究健康和患有子宫内膜炎母猪产道菌群差异,并依据菌群分析结果对子宫内膜炎母猪产道分泌物进行细菌分离。建立荧光定量PCR计数方法测定母猪产道样品中的卟啉单胞菌数。【结果】健康和患子宫内膜炎母猪产道菌群的丰富度和多样性差异显著;与健康组母猪相比,患子宫内膜炎母猪产道菌群变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门相对丰度显著增加(P<0.05)。在属分类水平上,健康母猪产道的主要优势菌属为金黄杆菌属、芽孢杆菌属、毛螺菌属等,这些优势属在患子宫内膜炎母猪产道丰度降低,患子宫内膜炎母猪产道丰度最高的菌属为埃希氏菌属(Escherichia)、Rodentibacter和卟啉单胞菌属(Porphyromonas)。在种水平上,Porphyromonas somerae是患子宫内膜炎母猪产道的主要条件性致病菌。依据菌群分析结果,本研究从子宫内膜炎母猪产道分泌物中分离到一株卟啉单胞菌,经鉴定该菌16S rRNA基因与Porphyromonas somerae DSM 23386 strain JCM 13867(NR_113090.1)相似性达99.04%。荧光定量PCR计数方法测定,子宫内膜炎母猪产道卟啉单胞菌数量显著高于健康母猪(P<0.05),推测卟啉单胞菌与该批次母猪子宫内膜炎病因有关。【结论】本研究为子宫内膜炎母猪的病因和发病机制奠定基础,并为其治疗提供理论依据。     

猪链球菌和猪多杀性巴氏杆菌多重实时荧光PCR方法的建立

【背景】猪链球菌(Streptococcus suis,SS)和猪多杀性巴氏杆菌(Pasteurella multocida,Pm)都是能引起宿主致病的人畜共患病原菌,常出现混合感染,临床诊断上易与猪瘟、猪丹毒等混淆。【目的】快速、有效鉴别猪链球菌病和猪多杀性巴氏杆菌病,建立一种能同时检测2种病原的多重实时荧光定量PCR检测方法。【方法】基于猪链球菌的gdh基因和猪多杀性巴氏杆菌的plpE基因,设计2对特异引物及TaqMan探针,以细菌16S rRNA基因设计通用引物及探针,通过对反应条件优化,建立了一种能同时检测猪链球菌和猪多杀性巴氏杆菌的多重实时荧光定量PCR检测方法。【结果】该方法能够特异性地检测猪链球菌和猪多杀性巴氏杆菌,与细菌分离后的测序结果验证完全一致。此方法对重组质粒标准品的最低检出浓度分别为4.53×10²copies/μL和3.97×10²copies/μL。重复性试验结果显示,该方法的组内和组间变异系数均小于3%。【结论】本实验所建立的方法准确、简便、可靠,能够用于2种病原菌的同时检测,为猪链球菌病和猪多杀性巴氏杆菌病的防治提供了有效的检测工具,具有重要的流行病学意义和临床应用价值。     

乳酸菌胆盐水解酶和共轭脂肪酸产生及对宿主脂代谢影响的研究进展

乳酸菌是一类影响宿主脂代谢的人体肠道益生菌。乳酸菌对脂代谢的影响作用与其产生胆盐水解酶(bile salt hydrolase,EC3.5.1.24,BSH)及共轭转化多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)关系密切。菌株差异、菌群分布和饮食差异是影响BSH及共轭脂肪酸产生的重要因素。本文重点阐述了两类物质对宿主脂代谢的影响机制,以期为后续研究提供借鉴。BSH能够降解肝脏分泌的胆汁酸(bile acids,BAs),降低脂类物质的吸收。BAs的降解产物胆汁酸脱氧胆酸(deoxycholic acid,DCA)和石胆酸(lithocholic acid,LCA)能够通过机体信号通路法尼类X受体(farnesoid X receptor,FXR)、小异二聚体伴侣(small heterodimer partner,SHP)及肝脏X受体(liver X receptor,LXR)等信号通路进行调控,促进胆固醇转运及向BAs转化。此外,BSH还能够通过下调固醇调节元件结合蛋白1c (sterol regulatory element binding protein 1c,SREBP-1c)、上调5ʹ-腺苷单磷酸激活蛋白激酶α(5ʹ-AMP activated protein kinase,AMPKα)和过氧化物酶体增殖物激活受体α (peroxisome proliferator-activated receptor α,PPARα)抑制脂质合成,促进脂质的分解。PUFAs可被乳酸菌转化产生共轭脂肪酸,如共轭亚油酸(conjugated linoleic acid,CLA)和共轭亚麻酸(conjugated linolenic acid,CLNA),CLA/CLNA能够促进机体产生瘦素(leptin,LP),抑制食欲、促进能量消耗;CLA/CLNA还可以通过激活PPARα进行调控,促进人体脂质的氧化分解。乳酸菌通过以上多种途径共同作用调节宿主的脂代谢,对深入理解乳酸菌调控脂代谢机制及临床应用有着重要意义。     

棉铃虫雌雄性腺转录组的比较分析

【目的】棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)是我国重要的农业害虫,生殖力强是其发生为害的内在生物学基础,而已知的与棉铃虫生殖相关的基因信息相对较少,本研究旨在筛选棉铃虫性腺发育的相关基因。【方法】通过高通量测序技术对棉铃虫成虫的卵巢和精巢进行转录组测序。【结果】共获得100 603条unigenes,平均长度为666.05 bp,其中N50为1 114 bp。经同源性比对,52 071条unigenes获得注释信息,其中注释到Nr数据库的序列最多。通过比较转录组分析发现,在棉铃虫精巢和卵巢中存在7 714个差异表达的基因（Differentially expressed genes,DEGs）,其中3 288个DEGs表达水平在卵巢中上调,4 426个DEGs在精巢中上调。差异基因富集结果涉及到生殖系统发育的相关通路有mTOR信号通路、卵母细胞减数分裂、促性腺激素释放激素信号通路和胰岛素信号通路等。同时筛选得到部分与性腺发育相关的基因,包括vitellogenin(Vg)、vitellogeninreceptor(Vg R)、chorion-relatedgene、testis-specific serine/threonine-protein kinase和spermatogenesis-associated protein等。选取其中12个DEGs用实时荧光定量检测其表达量,结果表明RT-qPCR与RNA-Seq的结果一致。【结论】本研究获得了棉铃虫雌雄性腺的转录组数据及主要性腺发育相关基因,将有助于丰富棉铃虫繁殖相关的基因资源,为进一步研究棉铃虫生殖调控机理提供基础数据。     

美洲大蠊成虫肠道抗细菌共生放线菌的筛选及鉴定

【目的】鉴于野外美洲大蠊Periplaneta americana对恶劣环境适应性强,本研究旨在从云南省大理州的野外美洲大蠊成虫肠道中分离、筛选出抗细菌活性放线菌,为抗生素开发提供菌种资源。【方法】采用涂布平板法和平板划线法对美洲大蠊成虫肠道放线菌进行分离;以金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa、粪肠球菌Enterococcus faecalis、大肠杆菌Escherichia coli和鼠伤寒沙门氏菌Salmonella typhimurium共6种人体病原细菌为指示菌株,采用牛津杯法对分离自这些放线菌的次生代谢产物进行抗菌活性测定;通过形态学特征和16S rRNA基因序列分析,对具有广谱和明显抗菌活性的放线菌进行鉴定,并经16SrRNA基因序列的BlAST同源性比对及系统发育分析确定它们的分类地位。【结果】从美洲大蠊成虫肠道共分离获得41株放线菌。抗菌活性测定结果表明,34株(82.9%)放线菌对至少1种指示病原细菌具有抑制作用,其中有7株对3种以上病原细菌具有抑制作用,9株表现出明显的抗菌活性。根据系统发育分析结果,这些放线菌均被鉴定为链霉菌属Streptomyces spp.。【结论】野外美洲大蠊成虫肠道含有丰富的抗细菌活性的放线菌资源,为后续挖掘新型抗生素提供重要的微生物资源。     

全基因组重测序揭示青藏高原东缘及东南缘东方蜜蜂遗传多样性与适应性进化

【目的】对青藏高原东缘和东南缘及邻近地区东方蜜蜂Apis cerana样本进行群体遗传多样性与适应性进化研究,为进一步解析青藏高原东方蜜蜂的遗传资源多样性、种群扩散规律以及适应高原生境的分子进化机制提供参考。【方法】对青藏高原东缘和东南缘及邻近地区77群东方蜜蜂样本进行全基因组重测序;运用群体遗传学方法,基于群体结构、主成分分析、系统进化树、遗传分化指数、线粒体基因组单倍型以及选择信号分析对东方蜜蜂这77群及GenBank数据库下载的90群的全基因组重测序原始数据进行分析。【结果】这167群东方蜜蜂区分出来自川西高原、藏南高原、滇北高原和川北高原的4个高原型群,分属于两个进化支,平均遗传分化指数(Fst=0.1178)高于非高原型群的(Fst=0.0411)。基于种群间最小遗传距离分析,东南缘的藏南高原群、滇北高原群与滇南群具有更近的遗传关系;东缘的川西高原群、川北高原群分别与川西山地和秦巴群具有更近的遗传关系。结合线粒体基因组单倍型分析,初步推断出青藏高原东缘及东南缘高原型群体祖先单倍型及来源。选择性分析鉴定到了潜在的参与脂肪酸代谢、光转导、温度适应、卵巢发育等信号通路相关的潜在受选基因。在藏南高原和滇北高原群体中发现两个共同受选择基因ISL-1和FOXO,主要参与胰岛素分泌以应对细胞压力,暗示它们在东方蜜蜂适应青藏高原东南缘生境中发挥着重要作用。【结论】青藏高原东方蜜蜂遗传多样性丰富,东南缘的藏南高原和滇北高原群体以及东缘的川西高原和川北高原群体在遗传分化上明显区分,这4个高原群是由邻近地区非高原群扩散后的地理隔离形成了种群分化;初步筛选获得东方蜜蜂高原环境适应性潜在基因。本研究为进一步探析青藏高原东方蜜蜂适应高原生境下的分子进化机制奠定了基础。     

基于分子标记的入侵陕西草地贪夜蛾种群生物型分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda J. E. Smith是一种世界性入侵害虫,为了明确入侵陕西的草地贪夜蛾的种群生物型并了解其发生及扩散规律,本研究对采集自陕西省8个地市180个草地贪夜蛾样本分别进行了基于COI和Tpi分子标记的生物型鉴定。分析发现入侵陕西的草地贪夜蛾84%是水稻型母本与玉米型父本杂交形成的杂合玉米型草地贪夜蛾。COI分子标记的结果显示,样本中水稻型占比为84.44%,玉米型为15.56%;基于Tpi基因片段的结果表明除商洛样本SL-3外,其它样本均为玉米型。值得注意的是,SL-3与非洲特异型序列同源性达100%,此非洲特异单倍型为陕西省内首次、国内第2次出现。本研究为草地贪夜蛾的迁飞扩散规律及早期预警提供了新的理论基础。