全基因组测序与生物信息学分析在细菌耐药性研究中的应用

随着耐药细菌的大量出现及广泛传播,细菌耐药性成为全球备受关注的问题。耐药细菌的特征如耐药基因、毒力因子、质粒分型等以及不同菌株间亲缘关系对于细菌耐药性流行病学及分子生物学的研究有着十分重要的意义。但是传统的技术手段如聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)和脉冲场凝胶电泳(Pulsed field gel electrophoresis,PFGE)等得到的结果不够全面且精确度低,对于现有的研究存在很大的局限性。全基因组测序技术(Whole genome sequencing,WGS)和生物信息学分析(Bioinformatics analysis)由于能够快速详尽地得到耐药细菌的特征,也能更加精细地判断不同菌株间的进化关系,逐渐成为更加有效的技术手段,为耐药性研究提供了有效的帮助。因此,文中系统地介绍全基因组测序分析流程中的各个步骤,主要包括文库构建、平台测序以及后期数据分析三大方面的不同方法和其相应的特点,期望相关研究人员对此能够有更全面的了解,并得到一定的帮助。     

景观生态学在风景园林领域应用的研究进展

作为我国风景园林学科的三大基础理论之一,景观生态学是风景园林师从经验规划/设计转向循证规划/设计的利器.本文根据国内外已有研究,挖掘景观生态学在风景园林领域的应用优势与必要性;基于文献分析法,从规划设计研究主体、科学基础以及景观性能与人类福祉三方面总结景观生态学在风景园林领域的研究热点与进展,并提出面向规划设计实践需求的景观生态学应用研究优先议题,包括服务多学科与多部门的景观内涵与分类体系研究、面向管理决策的景观性能评估与参数量化研究、应对人居环境与规划设计不确定性的景观格局-生态过程研究,以及提升人类福祉的景观格局-过程-服务耦合研究.开展景观生态学与风景园林领域的交叉融合研究,有利于深化并推动景观生态学综合研究成果向应用实践的转化,对于构建风景园林领域实践性科学研究体系具有重要参考价值.     

转mCry1Ac基因玉米BT799对斑马鱼的生态毒理学效应

转基因作物的饲用安全性问题一直是人们关注的焦点之一.为评估转mCry1Ac基因玉米BT799对鱼类的生态毒理效应,本研究以斑马鱼为受试动物,设置5个处理:含20%转基因玉米膨化饲料组(GMF)、含20%亲本玉米膨化饲料组(PF)、转基因玉米粉(GMM)、亲本玉米粉(PMM)以及商业饲料对照组(CF),通过98 d的喂养试验,调查斑马鱼的生长表现、组织病理、繁殖、肝脏中抗氧化酶活性及敏感蛋白mRNA的表达水平.结果表明:转mCry1Ac基因玉米对斑马鱼的各项生长指标、肝脏、脑和肠道的组织病理、产卵量、受精卵孵化率、肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及SOD、CAT、热激蛋白70(HSP70)和卵黄蛋白原(VTG)mRNA表达量均无显著影响.但在试验后期,饲料组(GMF和PF)和玉米粉组(GMM和PMM)斑马鱼的体重、体长和特定生长率显著低于商业饲料组;饲料组斑马鱼的孵化率显著低于玉米粉组和商业饲料组;饲料组(3.85±0.76)雄鱼肝脏中的VTG mRNA表达量显著高于玉米粉组(1.60±0.56).研究表明,转mCry1Ac基因玉米对斑马鱼没有明显生态毒理效应,但由于配制的膨化饲料与商业饲料在营养成分和适口性上的差异,可能导致个别指标与商业饲料组相比有显著差异.     

洞察景观环境影响蜜蜂之新视角: 肠道微生物

作为生态服务提供者的传粉蜜蜂与景观生态息息相关, 而以农田为主的景观组成显著降低了传粉蜜蜂的多样性。目前调查研究显示, 农田的扩张与蜜蜂多样性下降相关, 且农药残留对蜜蜂损害严重。景观中的开花植物决定了蜜蜂的食物(营养)组成, 其中花粉蛋白含量与蜜蜂的生长发育紧密相关。尽管研究已证实景观环境会显著影响蜜蜂蜂群的发展和个体的生长繁殖能力, 但未来还需要加强景观组成变化直接作用于蜜蜂的机制研究。另一方面, 大量研究表明蜜蜂肠道共生菌是影响宿主健康的重要因素: 可促进宿主吸收营养和抵抗病原菌。作为传粉者, 蜜蜂接触到的主要外部环境——花粉和花蜜都含有特殊的微生物, 很多研究暗示花源微生物是蜜蜂肠道菌来源之一。研究表明景观环境相关的食物(营养)、农药残留以及环境微生物都会显著影响肠道微生物。现有少量的研究证明不同景观的蜜蜂肠道微生物有差异, 景观环境可能通过作用于蜜蜂肠道微生物进而影响蜜蜂健康。然而不同景观环境中的微生物, 尤其是花源微生物和蜜蜂肠道菌之间的关联有待证明。景观对蜜蜂肠道微生物的影响值得研究, 希望可以从肠道菌的视角鉴别对蜜蜂友好的景观环境, 进而指导土地合理利用和蜜蜂保护。     

趋磁细菌多样性与应用研究进展 *

趋磁细菌是一类可以沿磁场方向进行运动的微生物统称,在细胞内合成由生物膜包被、链状排列、纳米级、单磁畴的磁铁矿 (Fe₃O₄) 或胶黄铁矿 (Fe₃S₄) 的磁小体颗粒。趋磁细菌在自然界分布广泛且多样性丰富,不仅在水环境和沉积环境的铁、硫、碳、氮、磷等元素生物地球化学循环中发挥重要作用,而且在污染治理、疾病诊断和治疗等方面有较好的应用。趋磁细菌磁小体由生物膜包被并在细胞调控下合成,是一类新型的生物源磁性纳米材料。相比常规化学合成的磁性纳米颗粒,磁小体具有大小均一、生物相容性高、兼具化学修饰和基因工程修饰功能等特点,在磁性分离、固定化酶、食品检测、环境监测、医学诊断、磁共振成像、磁热疗和靶向治疗等方面具有广阔的应用前景。在介绍趋磁细菌多样性研究的基础上,综述了趋磁细菌和磁小体的制备、修饰及其应用的最新进展,并对未来的研究进行了展望。     

棉铃虫剂量补偿相关基因Hamsl1的鉴定与功能分析

【目的】棉铃虫Helicoverpa armigera的剂量补偿(dosage compensation, DC)分子机制尚不清楚。本研究旨在通过克隆棉铃虫雄性特异性致死(male specific lethal, msl) 基因Hamsl1,利用RNA干扰技术明确其是否参与调控棉铃虫剂量补偿。【方法】利用RT-PCR同源克隆棉铃虫Hamsl1基因全长cDNA; 利用qPCR技术研究Hamsl1基因在棉铃虫不同发育时期的表达谱;通过显微注射Hamsl1 siRNA到棉铃虫3龄幼虫中对Hamsl1基因进行RNA干扰后,利用qPCR技术检测15个Z染色体基因的表达情况,分析Hamsl1是否调控Z染色体基因剂量。【结果】成功克隆了棉铃虫Hamsl1基因的cDNA序列,鉴定出Hamsl1基因mRNA存在2种剪接体,分别命名为Hamsl1a(GenBank登录号: MK564008)和Hamsl1b(GenBank登录号: MK564009)。功能域分析发现HaMSL1含有典型的PEHE和coiled-coil功能域,具有MSL1蛋白的特征。qPCR分析表明,Hamsl1基因位于棉铃虫Z染色体上;棉铃虫Hamsl1a与Hamsl1b基因表达均具有发育时期特异性,在成虫期表达量最高,且雌雄化蛹后基因表达量差异显著,具有性别特异性。通过同源比对和qPCR分析,在DNA水平鉴定了15个Z染色体候选基因。显微注射Hamsl1 siRNA于3龄幼虫体内72 h,干扰效率为36.01%~64.27%,并未发生雄性致死现象;与对照组相比,Hamsl1 RNAi处理组中棉铃虫15个Z染色体基因在雄性个体中整体呈现表达量上调趋势,而在雌性个体中平均表达水平差异不显著。【结论】本研究初步探明Hamsl1基因位于棉铃虫Z染色体上,且该基因可能通过抑制雄性棉铃虫Z染色体基因表达,调控棉铃虫Z染色体剂量补偿。本研究为深入研究棉铃虫剂量补偿分子机制和绿色防控棉铃虫提供了理论基础。     

小地老虎食诱剂糖醋酒液配方筛选及发酵增效作用

【目的】为筛选和规范诱集小地老虎Agrotis ipsilon成虫的最佳糖醋酒液配方及最佳发酵时间,确定发酵液中的挥发物成分。【方法】优选以单一纯物质糖、醋、酒和水进行混配的配方A, B, C和D, 其配比分别为蔗糖(g)∶乙酸(mL)∶无水乙醇(mL)∶纯水(mL)(m/v/v/v)=3∶1∶3∶80, 3∶1∶3∶160, 3∶1∶6∶80和1∶1∶3∶80及常见配方E［白糖(g)∶白醋(mL)∶白酒(mL)∶自来水(mL)= 6∶3∶1∶10(m/v/v/v)］,分别并采用Y型嗅觉仪及GC-MS测试和分析小地老虎成虫对发酵1~15 d后的糖醋酒液的趋性及发酵液中的挥发物成分。【结果】趋性试验结果表明,糖醋酒液B配方对小地老虎诱集效果显著优于A, C, D和E配方,C配方次之。小地老虎成虫对B和C这两种配方发酵8 d发酵液的选择反应率均显著高于对未发酵及发酵5 d和7 d外的其他发酵时间发酵液的选择反应率。挥发物成分组成分析结果显示,糖醋酒液B配方发酵8 d发酵液的挥发物共有41种化合物,主要包括17种烃类化合物、8种醛类化合物、2种酮类化合物、4种醇类化合物、5种酯类化合物和5种醚类化合物。而且发酵8 d的糖醋酒液B配方与其未发酵以及发酵4 d和发酵12 d的糖醋酒液B配方之间的挥发物成分差异较大。【结论】优选并明确单一物质糖、醋、酒和水进行混配的小地老虎食诱剂配方(3∶1∶3∶160, m/v/v/v),其糖醋酒液通过发酵可以产生增效作用,最佳发酵时间为8 d。     

茚虫威亚致死浓度对茚虫威敏感性降低的棉铃虫生物学参数及解毒酶活性的影响

【目的】本研究旨在明确茚虫威亚致死浓度对茚虫威敏感性降低的棉铃虫Helicoverpa armigera生物学参数及解毒酶活性的影响,以科学有效防治这一害虫,避免其对茚虫威的抗性快速发展。【方法】采用浸叶法测定了茚虫威对棉铃虫茚虫威抗性汰选种群(TP)及其同源对照种群(CP)3龄幼虫的毒力;用两性生命表分析LC₂₀浓度茚虫威对TP种群当代(F₀)生命表参数的影响,并测定了LC₂₀浓度茚虫威处理48 h后CP和TP种群棉铃虫3龄幼虫体内解毒酶［多功能氧化酶(MFO)、羧酸酯酶(CarE)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)］及乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性。【结果】茚虫威对棉铃虫CP种群和TP种群3龄幼虫的LC₂₀分别为2.27和9.91 mg/L。LC₂₀茚虫威处理TP种群后,48 h的生长量、化蛹率、羽化率和成虫畸形率均显著低于未用药对照,而特定年龄生命期望值e_xj高于未用药对照;TP种群棉铃虫3龄幼虫体内GST和MFO活性与CP种群相比显著升高,CarE活性显著降低。【结论】本研究结果表明棉铃虫TP种群在LC₂₀浓度茚虫威胁迫下存在明显的生长与繁殖不利性,同时对其也产生了适应能力。LC₂₀浓度茚虫威处理后,棉铃虫TP种群的GST和MFO活性被显著诱导,说明这两种酶可能与棉铃虫对茚虫威产生抗药性密切相关;而CarE活性被显著抑制,说明该酶可能参与了茚虫威转化成N-脱甲氧羰基代谢物(DCJW)的活化过程。     

酿酒酵母DNA复制的精确时空控制

DNA复制是最基本的生命活动之一。DNA复制本身的错误及其过程控制的异常是细胞内基因组不稳定的主要来源,会导致细胞生长异常、衰老、癌变乃至死亡。为了保证基因组DNA能够精确且完整的复制,DNA复制受到严格的调控。在G1期,DNA复制解旋酶的核心组分Mcm2-7复合体被招募到复制起点,获得复制许可资格。进入S期后,在两个周期性蛋白激酶及多个支架蛋白的作用下,复制解旋酶的激活因子Cdc45和GINS复合体被招募至Mcm2-7,形成解旋酶全酶Cdc45-Mcm2-7-GINS (CMG)复合体。随后,众多复制相关蛋白在精准的时空控制下被招募至CMG平台并组装成复制机器,起始DNA双向复制。当相向而行的两个复制叉相遇,复制机器会从DNA链上解离下来,从而完成DNA复制。关于DNA复制过程的研究在近十年来取得了跨越式的突破。本文以酿酒酵母为例,围绕所有真核生物中都高度保守的DNA复制控制开关——CMG解旋酶,对真核生物DNA复制的最新进展进行综述。     

微生物组学研究的“淘金时代”

人体及动物肠道中生存着数量庞大的共生微生物;这些微生物无时无刻不参与着宿主的生命活动。揭示这些共生微生物在宿主体内的变化规律、与宿主之间的依存和博弈关系等,将使人类更加全面的认知高等生物体的生命本质。本专刊从肠道微生物与疾病、肠道微生物群落结构、肠道微生物与宿主互作、肠道微生物资源和肠道微生物研究方法 5个层面展示了我国科研工作者在肠道微生物研究领域的新进展及新观点。