火龙果转录组测序、基因表达与功能分析

利用高通量测序技术对火龙果(Hylocereus undulatus Britt)红肉品种‘大红二号’的花芽、果实和枝条不同发育阶段的基因表达进行研究。结果显示,转录组测序共获得468.68 Gb原始数据(Raw data),从头组装获得239 152条转录本和162 519条unigene,约53.74%的unigene得到注释。分别在43 506条和16 251条unigene中检测到600 283个SNP位点和56 147个SSR位点。基因表达分析结果表明,在火龙果不同组织Fl510、Fl513、Fl514、Fl518、F711、F715、S513、S419中分别有31、7、5、152、17、63、17、8个特异表达的unigene。通过GO和KEGG富集分析,发现了一些组织特异的GO条目和代谢通路,如在Fl510中富集的类萜骨架生物合成代谢通路等。本研究还对参与花发育的候选基因进行了鉴定和表达分析,他们包括COL基因、FT-like基因、分生组织决定基因和器官决定基因等。     

基于转录组学的白扁豆总皂苷抑制前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的机制研究

目的 白扁豆总皂苷是中药白扁豆经过提取分离纯化步骤制备得到,关于白扁豆的总皂苷成分如何影响前列腺癌细胞系PC-3细胞的生长情况缺少研究。因此,有必要探讨白扁豆总皂苷对前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的机制研究。方法 本研究采用CCK8方法检测不同浓度的白扁豆总皂苷对前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的影响。利用转录组学分析白扁豆总皂苷抑制前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的分子机制,并且进一步通过实时定量PCR（qRT-PCR）和蛋白质免疫印迹（Western blot）实验对相关差异基因的表达进行验证。利用Western blot和CCK8检测白扁豆总皂苷处理过表达醛脱氢酶7家族成员A1（ALDH7A1）的PC-3细胞存活率。结果 随着白扁豆总皂苷浓度升高,前列腺癌细胞PC-3的存活率显著下降,白扁豆总皂苷的IC₅₀值为1 086 mg/L。转录组学测序结果显示,与对照组相比,白扁豆总皂苷处理的细胞中有2 360个差异表达基因,其中1 982个基因上调,378个基因下调。基因功能注释（GO）结果显示,差异表达基因显著富集到与有丝分裂纺锤体检查点（mitotic spindle checkpoint）、纺锤体组装检查点（spindle assembly checkpoint）等一系列跟癌症的发生发展密切相关的生物学过程。此外,基因组京都百科全书（KEGG）分析结果也显示,差异表达基因富集在肿瘤代谢等信号通路。进一步对其中的差异基因进行验证,结果显示,与对照组相比,白扁豆总皂苷处理的前列腺癌细胞中ALDH7A1、甘氨酸C-乙酰转移酶（GCAT）和磷酸甘油酸变位酶家族成员4（PGAM4）的蛋白质表达水平明显降低（P<0.05）,而二甲基甘氨酸脱氢酶（DMGDH）和胱硫醚β合成酶样（CBSL）的蛋白质表达水平显著升高（P<0.001）。体外细胞实验结果表明,白扁豆总皂苷通过下调前列腺癌细胞中ALDH7A1的表达抑制PC-3细胞生长。结论 白扁豆总皂苷可能通过下调ALDH7A1表达从而在体外抑制前列腺癌细胞的生长。     

基于生态系统服务供需平衡的宁夏固原生态修复分区与优化策略

科学开展生态修复分区是落实差异化修复策略和促进区域提质建设的重要前提。本研究以宁夏固原市为例,基于多源数据,运用InVEST模型、耦合协调度模型、空间自相关等方法,以乡镇为尺度单元量化区域生态系统服务供给量和需求量,构建供需匹配与协调关系,划定生态修复分区,并根据分区内部自然资源和社会经济发展特征提出相应优化策略。结果表明: 固原市产水、固碳、土壤保持和生境质量4种服务供给较高的地区主要位于南部乡镇,人口密度、经济发展水平较高且对生态系统服务需求较大的地区主要位于中心城区和各县城政府驻地所在乡镇。各乡镇生态系统服务供需匹配关系以低供给-高需求和高供给-低需求的空间错配型为主导,且平均协调度指数为0.5,表现为供需关系基本协调。结合生态系统服务供需关系和区域自然地理格局,将固原市划分为生态重点修复区、生态潜在修复区、生态经济重整改造区、特色农业发展区、生态核心保护区和生态产业提质建设区6类,同时提出差异化生态修复路径,为针对性开展生态修复实践提供科学支撑。     

黄土高原苜蓿-粮食作物轮作下土壤细菌群落特征和生态功能预测

为揭示多年种植苜蓿后轮作不同作物对黄绵土细菌群落的影响,本研究通过布设在黄土高原雨养农业区的长期定位试验,采用16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt方法探究苜蓿(LC)、苜蓿-休闲-小麦(L_FW)、苜蓿-休闲-玉米(L_FC)、苜蓿-马铃薯(LP)与苜蓿-谷子(LM)对土壤细菌群落结构和多样性的影响,并利用PICRUSt法预测了其生态功能。结果表明: 半干旱区黄绵土细菌优势门为放线菌门(20.3%～32.0%)、变形菌门(19.2%～23.0%)、酸杆菌门(12.4%～14.2%)和绿弯菌门(11.0%～12.7%),其中苜蓿翻耕轮作玉米土壤优势细菌属为芽孢杆菌属(1.9%),其余处理土壤细菌优势属均为假节杆菌属(2.5%)。多年生苜蓿翻耕轮作不同粮食作物后显著降低了放线菌门相对丰度,但显著提高了绿弯菌门和厚壁菌门的相对丰度。冗余分析表明,影响苜蓿及轮作作物土壤细菌群落结构的主要环境因子是硝态氮、铵态氮和全氮。PICRUSt功能预测结果表明,新陈代谢(78.6%～79.1%)为黄绵土细菌群落的主要功能,苜蓿翻耕轮作作物显著降低了土壤细菌碳水化合物代谢功能基因丰度,但明显提高了土壤细菌辅助因子和维生素代谢、神经退行性疾病、免疫系统等功能基因丰度。综上,多年生苜蓿翻耕轮作一年生作物改变了土壤细菌群落结构和生态功能,该结果可为黄绵土细菌群落演替特征的探索和苜蓿适宜后茬作物的确定提供理论参考。     

中印度洋与南海西部表层海水细菌多样性

细菌在海洋生物地球化学循环中发挥着重要作用。为更好地了解海洋细菌的特征及其在海洋环境中的潜在作用, 本文利用纯培养与16S rRNA基因高通量测序技术对中印度洋与南海西部海域表层海水细菌多样性进行研究。纯培养结果表明, 自中印度洋与南海西部表层海水中共分离275株可培养海洋细菌, 隶属于4门49属75种。变形菌门是绝对优势类群(占总株数的68.7%), 其次是放线菌门(21.5%)、拟杆菌门(9.1%)和厚壁菌门(0.7%)。在属水平, 微杆菌属(Microbacterium)与弧菌属(Vibrio)是主要的优势属, 共占总株数的30.0%。在3种分离培养基中, 自1/10 × 2216E培养基中分离细菌的数目与种类最多(89株, 30属); 分离菌株中的细菌菌株有7、9与3个属分别仅在2216E、1/10 × 2216E及葡萄糖甘露糖(glucose-mannose, GM)培养基中生长。此外, 共分离培养出50株细菌(26种)可能代表潜在新分类单元。高通量测序结果显示, 中印度洋和南海西部表层海水中共有23个门531个属。优势门类为变形菌门(72.2%)和拟杆菌门(15.3%), 优势属为嗜冷杆菌属(Psychrobacter, 24.4%)、盐单胞菌属(Halomonas, 16.3%)和亚硫酸杆菌属(Sulfitobacter, 13.9%)。此外, 中印度洋表层海水细菌Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数显著高于南海西部(P < 0.05), 且细菌群落结构显著不同(P < 0.05)。综合纯培养与原位细菌数据得出, 中印度洋与南海西部海洋细菌具有丰富的多样性, 具有进一步开发研究的价值。     

10株铜绿假单胞菌的全基因组序列分析

目的 了解不同分离来源铜绿假单胞菌的全基因组基本特征,以此分析基因组多态性及其遗传进化关系。方法 选择10株医源性和食源性来源的铜绿假单胞菌代表性菌株,应用Solexa高通量测序技术对其进行全基因组测序,以此进行多位点序列分型(multilocus sequence typing, MLST),比较各菌株基因组中携带的耐药基因、毒力基因及插入序列(insertion sequence, IS)元件,并通过比较基因组学分析方法拟合泛基因组和核心基因组积累曲线,筛选核心基因SNP构建系统发育分子进化树。结果 10株菌的基因组从6.3～7.0 Mbp大小不一,包含5 868～6 598个基因,平均G+C含量为67.1%;发现10个菌株各具不同的ST型。在这10个菌株的基因组中,共检测到75种耐药基因,包括抗β-内酰胺酶类、抗氨基糖苷类、抗氟喹诺酮类等;共发现188种毒力基因,不同来源菌株间无明显差异;各菌株之间IS元件种类和数量差异较大。分析发现,铜绿假单胞菌具有开放型泛基因组和稳定型核心基因组;10株菌可分为3个进化分支,且不同分离时间和来源无明显相关性。结论 本研究获得10株不同分离来源的铜绿假单胞菌的全基因组序列,初步证实食品及患者分离来源菌株基因组数据无明显相关性,为后续铜绿假单胞菌的分子流行病学和致病性机制研究提供数据参考。     

千渭之会国家湿地公园典型植物底泥真菌群落结构及功能研究

通过研究陕西省宝鸡市千渭之会国家湿地公园不同植被类型的底泥中真菌群落结构、多样性及功能差异,为千渭之会国家湿地公园水生植物的优化选择提供依据。以芦苇、香蒲、白茅、水葱、荷花等典型湿地植物底泥样本为研究对象,采用高通量测序技术对底泥样本DNA的ITS1片段进行基因测序,获取底泥中真菌群落结构组成并预测其功能信息,测定样本理化性质及酶活性。结果表明,测序共获得11 778个OTUs（Operational Taxonomic Units）,划分为34个门、58个纲、134个目、244个科、599个属;真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为主;芦苇底泥样品的真菌多样性最低;子囊菌门的相对丰度与蔗糖酶、磷酸酶活性呈显著正相关（P<0.05）,担子菌门的相对丰度与总碳、总有机碳含量以及蔗糖酶活性呈显著正相关（P<0.05）;底泥真菌群落主要包括3类营养型和6类互有交叉营养型功能菌群。探讨了湿地中不同植物群落的底泥中真菌群落结构、多样性以及潜在功能的差异,分析相关理化性质的影响,以期为筛选人工湿地植物、有效利用湿地资源和生态修复提供参考。     

常绿阔叶林中壳斗科树种细根形态与养分含量的序级变化特征

以福建省建瓯万木林自然保护区的天然常绿阔叶林内8种壳斗科树种为研究对象,对细根形态和化学计量性状的序级和种间变异规律进行定量研究。结果表明：8个壳斗科树种直径、组织密度、比根长、N含量以及C/N在1～5序级间呈现出规律的变化;直径、组织密度、C/N随序级的增大而增大,比根长和N含量随序级的增大而降低,C含量没有随序级呈现出明显变化趋势;影响树种间比根长变异的因素随序级而异,低级细根比根长变异主要由直径引起,较高级细根比根长变异主要由组织密度引起。此外,壳斗科树种细根并不符合单一轴的“根经济谱”,而与全球尺度上发现的两个变异维度类似,即“自己动手vs.菌根依赖”维度和“资源获取vs.保存”维度;不同壳斗科树种细根生态策略仍存在明显差异。     

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。     

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。