CRISPR-Cas核酸酶及其人工改造变体和单碱基编辑器在植物中的应用

规律间隔成簇短回文重复序列(CRISPR)-CRISPR相关蛋白(Cas)和单碱基编辑器是植物基因编辑的基本工具。来自酿脓链球菌的Cas9(SpCas9)可以识别NGG前间区序列邻近基序(PAM),是一种广泛应用于活细胞基因组编辑的核酸酶。Cas12a核酸酶最近也在多种植物中实现了靶向识别富含T的PAM序列。     

三阴性乳腺癌免疫微环境及免疫治疗研究进展

三阴性乳腺癌(TNBC)是一组高度异质性的恶性肿瘤,目前缺乏明确治疗靶点。随着TNBC基因组学、蛋白质基因组学、免疫微环境和免疫治疗研究取得突破性进展,人们更深入地认识了TNBC的生物学机制,推动TNBC转化医学研究与精准诊疗,但关于TNBC生物学特征及临床进程的许多科学问题仍亟待解决。现对TNBC分子分型、基因组学研究、免疫微环境及免疫治疗进展进行综述。     

表型特征结合基因组分析鉴定不同菌落形态Bacillus velezensis ACCC 19742

在中国农业微生物菌种中心(ACCC)菌株的定期转接保藏过程中,发现解淀粉芽孢杆菌ACCC 19742在同一培养基上出现两种不同的菌落形态,将这两个不同形态的菌株编号为19742-1和19742-2。通过形态学、生理生化及基因组分析相结合鉴定不同菌落形态ACCC 19742,并进一步确定该菌株的分类地位。首先将菌株进行分离与纯化,其次将纯化后的菌株进行16S rRNA及gyrB基因扩增及序列分析,通过MEGA 7.0软件构建系统发育树;API 20NE、BIOLOG及脂肪酸等分析菌株的生理生化特性;全基因组分析菌株的ANI和DDH值。两株菌在API 20NE中,仅葡萄糖酸盐同化反应存在差异;脂肪酸检测中主要组成相同,仅是百分含量方面略有差别;两株菌的16S rRNA基因相似性为100%,gyrB基因的相似性为99.4%;全基因组测序表明,两株菌的ANI值为99.95%,DDH值为99.62%。综合遗传学特征和表型特征,证实两者为来源于同一菌株不同的形态变异型,而并非污染所致。同时,19742-1和19742-2与Bacillus velezensis NRRL_B 41580~T的ANI及DDH值最高,分别为97%和77%,且16S rRNA和gyrB系统进化分析也表明,该菌株在分类地位上属于贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis),而非解淀粉芽孢杆菌。这为菌株的保藏提供了一定的参考价值。     

青藏高原牦牛遗传资源保护和利用:问题与展望

牦牛是青藏高原牧民生产生活中必不可少的特有家畜,对青藏高原区域经济发展与生态文明建设具有不可替代的重要意义。近年来,随着牦牛饲养数量增加,草地退化程度加剧,牦牛生产性能也在不断下降,青藏高原原有的土-草-畜循环和草畜平衡被打破,影响了青藏高原生态系统的协调、稳定发展。本文从牦牛的分布区域、数量变化、品种分类、品种退化、品种改良、基因组研究进展、问题对策与展望等方面,综合阐述了近年来我国牦牛遗传资源保护与开发利用的相关研究进展,为今后的牦牛科研工作和生产实践提供参考。     

基于BSA-seq法的油菜野芥胞质雄性不育恢复基因的分析

细胞质雄性不育是利用杂种优势创制油菜杂交种的重要途径之一。而恢复系的选育及恢复基因的研究有利于提高细胞质雄性不育系的应用价值。该研究以甘蓝型油菜细胞质雄性不育系1193A和恢复系15-R1为亲本,以F_2群体构建了2个极端性状混池,采用BSA-seq技术方法,对恢复基因进行定位分析。结果表明:(1)不育系1193A与恢复系15-R1之间共获得非同义突变的SNPs共33 883个,混池间共有7 996个非同义编码突变。(2)InDel检测与注释结果表明,亲本间引起移码突变的有2 918个,混池间引起移码突变的有840个。(3)综合SNP和InDel的关联分析结果,将恢复基因定位于C09染色体上的0～880000区域,总长度为880 kb。(4)对候选区域的SNP和InDel注释发现,亲本间存在非同义突变的SNP共40个,混池间存在非同义突变的SNP共65个,亲本间存在移码突变的InDel共7个,混池间存在移码突变的InDel共11个;对候选区间内的编码基因进行注释,结果共注释到162个基因,其中存在非同义突变基因11个,移码突变基因5个,这些基因可能与育性恢复有关。     

Komagataeibacter rhaeticus 3-15全基因组及葡萄糖脱氢酶基因缺失体的构建

细菌纤维素(BC)是一种新型的可再生、可降解的生物高分子材料。为了最大程度的发挥BC生产菌株K.rhaeticus 315的生产能力,本文首先对K.rhaeticus 315进行全基因组测序,通过功能基因的注释、分析碳源代谢流向。结果显示,该菌株碳代谢特征之一是缺乏磷酸果糖激酶的编码基因,不能通过EMP途径代谢糖类碳源,而是主要通过PPP途径和TCA途径代谢碳源,维持菌体生长和BC合成。由于葡萄糖脱氢酶的存在,该菌株在合成BC的同时生成大量副产物—葡萄糖酸。为此,本文通过敲除葡萄糖酸合成酶相关基因,即葡萄糖脱氢酶基因gcd,构建葡萄糖脱氢酶基因缺失重组株(gcd^-),将葡萄糖酸的生成量降低了77%。     

幽门螺杆菌感染与胃癌相关基因的筛选及预后分析

目的通过分析幽门螺杆菌感染胃黏膜组织和胃癌细胞系后的差异基因变化,并在癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库和肿瘤基因芯片(Oncomine)数据库进行验证,探究幽门螺杆菌导致胃癌发生、发展的分子机制。方法分析基因表达汇编(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库幽门螺杆菌感染相关芯片集GSE5081与GSE70394,绘制维恩图查找幽门螺杆菌感染后共同上调的差异基因。对共同上调的差异基因进行功能富集分析。通过TCGA和Oncomine数据库验证差异基因在胃癌中的表达。利用Kaplan-Meier Plotter数据库和GEPIA数据库分析差异基因表达高低与胃癌患者预后是否存在相关性。结果通过差异基因筛选和维恩分析,两个芯片集共有21个共同上调差异基因。GO分析发现共同上调差异基因主要富集在对细菌来源分子的反应、趋化因子CXCR受体结合、中性粒细胞趋化作用等相关的基因功能上;KEGG通路主要富集在癌症通路、TNF信号通路、趋化因子信号通路等。STRING以及PPI数据库分析发现21个基因中PRDM1、IL10、NRP1、BIRC3、GNG13、CXCL1、CXCL2、CXCL3、CXCL8基因存在有网络关系,属于关键枢纽基因。通过TCGA和Oncomine数据库筛选及验证,发现在胃癌组织中NRP1、CXCL1、CXCL8基因明显上调,结果差异有统计学意义(TCGA数据库中,三者P值均小于0.05,Oncomine数据库中,NRP1:t=4.607,P0.01;CXCL1:t=5.854,P0.01;CXCL8:t=5.316,P0.01)。在Kaplan-Meier Plotter数据库(210615-at芯片:P0.01;210510-s-at芯片:P0.01;212298-at芯片:P0.01)以及GEPIA数据库(P0.01)两个数据库中,NRP1的高表达均与胃癌的预后负相关。结论不同的数据库均显示NRP1、CXCL1、CXCL8三个基因与幽门螺杆菌感染相关,同时在胃癌中高表达,并且NRP1的高表达与胃癌的不良预后相关,这些结果为进一步探究幽门螺杆菌导致胃癌发生、发展的分子机制提供了重要基础。     

PhageGT：dsDNA噬菌体基因组末端分析软件

【背景】随着测序费用的降低,越来越多的科学家选择利用高通量测序技术研究噬菌体的基因组序列。通过对这些基因组数据的分析和研究,一些科学家也开发出了判断dsDNA噬菌体末端序列的方法,但这些方法是基于Linux系统下的命令,并没有在Windows操作系统下的软件。【目的】在Windows平台下开发一款免费的、可以在高通量测序获得的庞大序列文件中找到dsDNA噬菌体基因组末端序列的软件PhageGT。【方法】使用Visual Studio 2019开发一个基于对话框的微软基础类库(Microsoft Foundation Classes,MFC)应用程序。软件使用C++语言开发,逐行读取序列文件中的每条Reads,并设计相应的算法进行统计、计算。【结果】软件PhageGT可在高通量测序文件中提取出不同序列出现的频率、排序,并利用提取序列的最高频率和序列平均频率的比值(R值)判断噬菌体基因组是否存在末端序列。【结论】软件PhageGT的使用比较方便、简单。软件PhageGT和本文所利用的所有测试数据均可从https://zenodo.org/record/4674231#.YHADb-gzZxc免费获得。     

解淀粉芽孢杆菌生防菌BS-3全基因组测序及生物信息分析

【背景】解淀粉芽孢杆菌BS-3是从健康橡胶树树根中分离获得的一株对真菌具有较强抗菌活性的内生细菌,有作为生物农药的潜力。【目的】解析菌株BS-3的基因组序列信息,以深入研究该菌株防病促生机制及挖掘次级代谢产物基因资源。【方法】采用第二代BGISEQ与第三代Pac Bio平台相结合的测序技术,对生防菌BS-3进行全基因组测序,并对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、共线性分析及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】BS-3全基因组大小为3 870 130 bp,平均GC含量为46.88%,共编码4 161个基因;含有92个t RNA基因、28个r RNA、10个sRNA;含有122个串联重复序列、98个小卫星DNA、2个微卫星。在COG、GO、KEGG、NR和Swiss-Prot数据库分别注释到基因2 875、2 620、1 885、4 040和3 328个。同时,预测到BS-3中有10个次级代谢产物合成基因簇,编码表面活性素、丰原素、多烯类、儿茶酚型嗜铁素等抑菌物质。基因组测序数据提交至NCBI获得GenBank登录号为CP060384。【结论】为基因组层面上解析菌株BS-3具有良好防病效果的内在原因提供基础数据,为深入了解解淀粉芽孢杆菌次级代谢合成途径提供参考信息,对菌株BS-3后续相关研究具有重要意义。     

一株猪源化脓隐秘杆菌的鉴定、生物学特性研究与基因组分析

[背景] 化脓隐秘杆菌作为一种条件致病菌,常与蓝耳病病毒、猪圆环病病毒、巴氏杆菌等混合感染猪,引起各种非特异性化脓性感染,部分临床症状与副猪嗜血杆菌相似。本试验从江西某猪场一起因呼吸道症状急性死亡病猪的肺脏分离到一株具有β溶血特性、疑似化脓隐秘杆菌的细菌病原。[目的] 鉴定该病原的菌属种类、生物学特性及基因组特征,为该菌疾病的基础研究与临床防控奠定理论基础。[方法] 采用透射电镜、扫描电镜结合PCR鉴定等方法对菌属种类进行鉴定;通过动物实验、药敏试验,分析菌株的生物学特性;借助全基因组测序、生物信息学等技术发掘该菌的基因组特征。[结果] 形态观察、16S rRNA基因鉴定及系统发育分析证实,该分离菌株是化脓隐秘杆菌,命名为JX18;药敏试验表明,该菌株对克林霉素和林可霉素不敏感,对其余所选药物均敏感;动物实验结果显示,对小鼠腹腔攻毒后,小鼠腹部出现明显脓肿病灶,最高剂量组的小鼠全部死亡;全基因组测序结果表明,该菌株携带plo、nanH、nanP、fimA、fimC、fimE等重要毒力基因,并且与其他化脓隐秘杆菌菌株毒力基因的相似性较高;根据同源基因数据库（Cluster of Orthologous Groups,COG）预测,菌株JX18中参与碳水化合物代谢的基因占比最高;通过毒力基因数据库（virulence factor database,VFDB）、UniProtKB/Swiss-Prot等数据库预测,JX18菌株基因组中携带有多个组氨酸激酶、反应调节因子等与细菌双组分调控系统相关基因,以及多种与粘附、侵入及分泌系统相关的毒力基因。[结论] 在江西省分离鉴定出一株猪源强致病性化脓隐秘杆菌,丰富了猪源化脓隐秘杆菌病原信息,为进一步开展猪源化脓隐秘杆菌相关研究与防控奠定了理论依据。