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。     

密码子优化策略在异源蛋白表达中的应用

酶在医疗和生物药物方面有着广泛的应用,不仅可以用来治疗各种疾病,还在临床诊断和人体健康等方面有着重要的影响。利用微生物来表达异源蛋白已经成为获取酶最简单快速的方法。为获得高浓度和高质量的异源蛋白,常用的方法是对基因序列进行密码子优化。传统的密码子优化策略主要基于密码子偏好性和GC含量,忽略了翻译动力学和代谢水平等复杂多样的变化因素。文中从基因水平、转录水平、翻译水平、翻译后水平以及代谢水平等多方面考虑出发,提供了一个较为全面的密码子优化策略,主要包括密码子偏好性、密码子协调性、密码子敏感性、调整基因序列结构以及一些其他影响因素。同时对每种策略的内容、理论支持以及应用范围等方面作了全面的总结,并将各策略的优缺点进行了系统的比较,为异源蛋白表达提供了全方位、多层次、多选择的优化策略,也为酶工业和生物药物等方面提供参考。     

大口黑鲈池塘工程化循环水养殖系统的溶解氧时空变化及菌群响应特征

采用基于Illumina Miseq测序平台的高通量测序技术, 从不同角度(密度、区域、溶氧、季节)分析大口黑鲈(Micropterus salmoides)池塘工程化循环水养殖系统中溶解氧和水温对细菌群落结构和丰富度的影响。结果表明: 菌群丰富度在9月份最高, 在10月份最低。在昼夜变化中, 溶解氧最低时的菌群丰富度整体上高于溶解氧最高时。在不同区域中, 粪便收集区的菌群丰富度高于养殖区。在7—11月份的季节变化中, 变形菌、放线菌、拟杆菌和蓝细菌的相对丰度占据前四位; 在属水平上, 假单胞菌、黄杆菌和聚球菌为优势物种; 几乎每种细菌都具有显著或极显著的月份差异。假单胞菌的相对丰度与溶解氧和水温皆具有极显著的相关性。聚球菌、蓝细菌、CL-500_marine_group和Alpinimonas皆与水温具有极显著相关性。分枝杆菌、MNG7与溶解氧极显著相关。此外, 不同菌群之间也具有显著或极显著的相关性。实验结果表明放养密度、养殖区域、溶氧浓度和季节变化都会影响水体菌群丰富度。     

氨基酸代谢调控在大鳞副泥鳅应对氨暴露中的作用

将大鳞副泥鳅(Paramisgurnus dabryanus)暴露于30 mmol/L NH4Cl溶液中以研究高浓度环境氨对其血浆、肝脏及肌肉组织中游离氨基酸含量的影响。氨暴露会显著影响大鳞副泥鳅血浆、肝脏及肌肉组织中游离氨基酸含量(P0.05)。随着氨暴露时间的延长,大鳞副泥鳅血浆中丙氨酸的含量显著增加,且显著高于对照组(P0.05)。在氨暴露12h后,其肝脏组织中游离谷氨酸含量显著上升(P0.05),而在暴露72h后迅速下降(P0.05)。而游离丙氨酸含量在氨暴露的前24h内基本保持恒定,随后开始显著上升(P0.05)并持续至72h。在氨暴露大鳞副泥鳅12h后,肌肉中游离谷氨酸含量显著上升(P0.05),随后快速下降至初始水平并持续到实验结束(P0.05),且在暴露72h和96h时显著低于对照组(P0.05)。肌肉中游离丙氨酸含量随着氨暴露时间的延长呈现先上升后降低的趋势,并在暴露12h和48h时出现2个峰值,且显著高于对照组(P0.05)。在氨暴露下,其血浆、肝脏及肌肉中游离谷氨酸含量显著降低,且谷氨酰胺含量和谷氨酰胺合成酶活性显著提高,说明在高环境氨条件下,大鳞副泥鳅会利用谷氨酰胺合成酶将谷氨酸和NH_4~+合成无毒的谷氨酰胺以降低氨毒性。随着氨暴露时间的延长,大鳞副泥鳅血浆和组织有明显的丙氨酸累积且游离谷氨酸、精氨酸和脯氨酸含量显著降低,说明其可通过代谢这些特定氨基酸生成丙氨酸以降低体内氨的累积。     

基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。     

小黑麦对石油污染盐碱土壤细菌群落与石油烃降解的影响

为了研究小黑麦对石油污染盐碱土壤中的细菌群落与石油烃降解率的影响,采用高通量测序技术,设置0 g/kg,1 g/kg和5 g/kg三个石油浓度,以未种植小黑麦的土壤作为对照,对6组不同处理的盐碱土壤样品的细菌群落结构及其多样性进行测定,并分析土壤中的石油烃降解率。结果表明:在土壤石油浓度为1 g/kg和5 g/kg时,小黑麦根际土壤中的石油烃降解率相较对照组分别提高了36.67%和33.20%。从6个土壤样品中分别获得21398—27899条测序序列。在石油污染土壤中,小黑麦根际土壤的细菌群落多样性和丰度均大于对照组的土壤。同时,在"门","纲","属"的分类水平上,小黑麦根际土壤细菌群落中的一些根际细菌的相对丰度增加了,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、烷烃降解菌科-未命名菌属(Alcanivoracaceae_norank)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、亚硝化单胞菌-不可培养菌属(Nitrosomonadaceae_unculture)等。有一些相对丰度增加的根际细菌是以石油及石油分解物为碳源的微生物。本研究证明种植小黑麦改变了石油污染盐碱土壤根际土壤细菌群落结构组成和多样性,促进了降解石油微生物群落的构建,显著提高了盐碱土壤石油污染的降解效果。研究结果为石油污染盐碱土壤的植物修复奠定了理论基础。     

呼和浩特市大青山白桦根际土壤细菌群落结构研究

采用高通量测序技术对天然次生林生态系统演替过程中先锋树种白桦的根际土壤细菌多样性及群落结构进行了分析。研究结果表明:白桦根际土壤细菌隶属于28门、90纲、126目、213科、286属,在3个采样地中排名前8的优势细菌门的相对丰度均大于1%,分别为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。各样地中前3个门的相对丰度之和均在60%以上。对白桦根际土壤细菌的α多样性指数、门水平的聚类热图以及PCoA聚类结果的分析表明,3个采样地中,小井沟(B2)和哈达门森林公园(C2)白桦根际土壤细菌的物种组成更为接近,与井儿梁(A2)的物种组成有一定差异;且小井沟和哈达门森林公园的物种多样性及丰度(ACE指数)显著高于井儿梁,表明细菌对不同环境的适应能力有明显差异。对细菌群落结构与土壤理化性质的RDA分析及相关性分析表明,环境因子对白桦根际土壤细菌的影响顺序为:全氮TN酸碱度pH含水量WC速效钾AK硝态氮NN铵态氮AN有机质OM有效磷EP,其中,TN、pH和WC是白桦根际土壤优势细菌的主要影响因子。研究结果为深入认识森林生态系统中根际土壤细菌的群落结构和影响因子提供了理论依据。     

肿瘤治疗中细胞因子递送策略的研究进展

细胞因子多数是由机体免疫细胞和某些非免疫细胞产生的,对细胞的生长、增殖、分化均有调节作用的一类具有生物活性的蛋白质。在肿瘤治疗中,细胞因子作为一种蛋白质药物,具有体内半衰期短、全身毒副作用大等特点,因而选择细胞因子递送策略时需考虑以上因素。文章简要介绍了几种常见的细胞因子,并综述了近年来在肿瘤治疗中细胞因子递送策略的研究进展。     

小兴安岭大亮子河国家森林公园不同生境下土壤细菌多样性和群落结构

土壤细菌是森林生态系统的一个重要组成成分, 是生态系统中物质循环和能量流动的重要参与者, 细菌群落组成和生物多样性是反映土壤生态功能的重要指标。本文利用高通量测序技术分析了大亮子河国家森林公园内红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、蒙古栎(Quercus mongolica)林、枫桦(Betula costata)林、针阔混交林、灌木林和草甸等7种不同生境土壤细菌群落组成和多样性的差异性, 探讨该地区土壤细菌群落对不同生境的响应, 为地区森林生态系统的经营管理及生态系统稳定性的维护提供科学理论基础。在门的水平上, 各生境的细菌群落组成基本一致, 其中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)在7种生境土壤中相对丰度均大于10.0%, 是细菌中的优势菌门。在属的水平上, 共测得245个菌属, 各样地共有属118个, 占总属数的48.2%, 占总相对丰度的97.8%; 优势菌属分别为Spartobacteria_ genera_incertae_sedis、Gaiella、Gp16、Gp4, 占总相对丰度的47.0%, Spartobacteria_genera_incertae_sedis在7种生境土壤中丰度均最高。7种生境下的土壤细菌多样性和土壤理化因子存在着显著的差异, 红松林的土壤细菌群落多样性和丰富度均高于其他生境。土壤pH是大亮子河森林公园影响土壤细菌多样性的关键因子。     

直刺变豆菜叶绿体全基因组及其特征

直刺变豆菜(Sanicula orthacantha)是中国广泛分布的多年生草本植物, 也是一味著名的民族药。本文通过二代高通量测序平台Illumina HiSeq PE150对直刺变豆菜叶绿体全基因组进行测序, 并通过生物信息学方法对其结构特征进行分析。结果表明: 直刺变豆菜叶绿体全基因组大小为157,163 bp, 包括大单拷贝区(large single copy, LSC)、小单拷贝区(small single copy, SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat sequence, IRa和IRb), 长度分别为87,547 bp、17,122 bp和26,247 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构; 共注释得到129个基因, 包括8个核糖体RNA (rRNA)基因、37个转运RNA (tRNA)基因和84个蛋白质编码基因。直刺变豆菜在叶绿体基因组结构、基因种类、排列顺序上与其他伞形科植物基本一致。直刺变豆菜叶绿体全基因组测序的成功为变豆菜属植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析提供了新的方法。