线粒体蛋白质组及蛋白质量控制

线粒体是哺乳动物细胞内重要细胞器,不仅通过氧化磷酸化产生ATP为细胞提供能量,也参与调节钙离子稳态、活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生、细胞应激反应和细胞死亡等过程,其功能障碍不仅导致多种人类疾病的发生,而且也能降低动物卵母细胞质量和早期胚胎发育能力。大量证据表明,线粒体的功能依赖于线粒体蛋白质组完整性和稳态。基于此,该文综述了线粒体蛋白组、线粒体蛋白转运,聚焦蛋白酶、分子伴侣、线粒体囊泡、线粒体自噬和线粒体未折叠蛋白反应在帮助正确的蛋白质折叠,去除错误折叠或聚集的蛋白质和清除功能失调的线粒体方面的作用,为调控线粒体蛋白质量,从而维持线粒体健康、降低疾病发生提供理论依据。     

荒漠植物四合木(Tetraena mongolica Maxim.)EST-SSR标记的识别与开发

四合木(Tetraena mongolica Maxim.)是内蒙古东阿拉善-西鄂尔多斯地区的特有珍稀植物,为古地中海孑遗物种。自然环境恶化和人类活动干扰,使其生境发生了严重的破碎化,甚至消失。有限的分子标记限制了对该植物种质遗传多样性和生存现状的认识。本研究通过转录组测序,构建了含有119603条Unigenes的四合木表达序列文库,系统识别了表达序列标签简单重复序列(EST-SSR,expressed sequence tag-simple sequence repeat),进行了SSR位点的特性分析和标记开发。结果显示,在21065条Unigenes中共检测出25721个SSR位点;SSRs在四合木转录组中的出现频率为21.51%,单、二和三核苷酸重复最丰富的类型为A/T、AG/CT和ATC/ATG;在选取的39个SSR中,32个具有多态性,在48个个体中共鉴定出140个条带,Ho和He的变化范围分别为0.167~0.792和0.252~0.789,均值分别为0.462和0.579,PIC值变化范围为0.218~0.746,均值为0.518。本研究所开发SSR标记可进一步应用于四合木遗传结构和适应进化机制的研究中,能推动该种质资源的保护、开发与利用。     

云南新平铁坚油杉森林群落结构特征

摸清珍稀濒危抗旱植物铁坚油杉(Keteleeria davidiana)的种群数量及其分布情况, 能够为珍稀濒危物种保护工作提供基础数据。该文对云南省新平县6个乡镇铁坚油杉群落进行样方调查分析, 每个乡镇设置3个样方, 样方面积为20 m × 20 m, 记录样方生境信息、统计群落物种组成及其数量特征, 对群落类型及其结构特征进行了统计和分析。主要结果: (1)在调查样地内, 共有维管束植物163种, 隶属于58科131属; (2)植物群落区系分布类型有12种, 以热带成分和中国特有种为主, 热带成分占优势; (3)群落内乔木和灌木植物最多, 占62.58%, 其次是多年生草本植物; (4)按照建群种和生活型, 可将18组植被样方数据划分为3个群系17个群落类型; (5)年龄结构不合理, 铁坚油杉种群结构呈衰退趋势, 自然居群已成为小种群。如果铁坚油杉群落没有足够的幼苗进行更新和补充, 铁坚油杉将退出当前的群落。     

黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应

青藏高原黄河上游河岸带是典型的生态脆弱区, 然而近年来气候变暖加剧了该地极端旱涝事件的频繁发生, 高原河岸带生态脆弱区植被是否能够应对极端旱涝事件的干扰成为流域生态环境管理工作所关注的重点问题。为了研究黄河上游河岸林中主要树种对极端旱涝的响应, 该研究选取青海省同德县和兴海县3处河岸林中的47株甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica), 分别从树干面向邻近山体一侧及与之垂直的一侧分别获取1根树轮样本, 分析其历史生长。通过对比两个方向上的生长速率判断甘蒙柽柳是否受到地质灾害影响从而将其划分为受伤组和对照组, 分析两组甘蒙柽柳在过去63年中径流极值年的抵抗力状况及两个方向的生长差异。研究发现, 甘蒙柽柳对干旱和洪涝均有着很强的抵抗力, 河岸带多样化的水分来源有助于甘蒙柽柳在极端干旱环境中较好地生长; 但洪涝伴随泥石流等地质灾害的频发使甘蒙柽柳面向山体侧面受到严重的生长抑制, 表现出显著的方向性差异, 从而影响甘蒙柽柳的形态。较长的创伤恢复期带来的遗留效应可能造成甘蒙柽柳对外界干扰的较高敏感性。研究黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应, 将有助于评估生态脆弱区生态弹性过程, 同时为高原河岸带生态建设和恢复提供科学依据。     

北京松山落叶阔叶林生态系统水热通量对环境因子的响应

温带森林生态系统水热通量在多时间尺度上受各种生物物理因子的影响。该研究假设这些因子对水热通量的影响机制具有时间尺度分异性, 通过涡度相关法(EC)于2019年全年对北京松山典型天然落叶阔叶林生态系统蒸散发(ET)、显热通量(H)、潜热通量(LE)、土壤热通量(G)、饱和水汽压差(VPD)、空气温度(T_a)、光合有效辐射(PAR)、归一化植被指数(NDVI)及10 cm深度土壤水分(VWC)等要素进行原位连续监测, 使用小波分析的方法分析了日、季节尺度上生物与非生物因子对生态系统能量分配与水汽交换的调控机制。主要研究结果: 2019年松山天然落叶阔叶林生态系统年均波文比(β)为1.53。ET具有明显的季节变化特征, 从第100天开始逐渐增加, 7月达到峰值, 第300天下降到最低水平。ET最大日累计值为5.01 mm·d^-1, 年累计值为476.2 mm, 年降水量为503.3 mm。在日尺度上水热通量与VPD间滞后时间最短, 为3.36 h。在季节尺度上与PAR间滞后时间最短, 为8天。季节尺度上PAR通过VPD来对ET造成间接影响, 而对β造成直接影响。该研究发现不同时间尺度上水热通量与环境因子间的时滞关系, 为选择模型在不同时间尺度下北方温带落叶阔叶林生态系统过程的最佳输入参数提供科学支持。     

黑沙蒿光合能量分配组分在生长季的相对变化与调控机制

为了探明典型荒漠灌木优势物种黑沙蒿(俗名油蒿, Artemisia ordosica)光合过程能量中分配对环境波动的相对变化及其长期调节机制, 该研究于2018年4-10月在宁夏盐池毛乌素沙地, 同时使用MONITORING-PAM多通道荧光监测仪和LI-6400XT便携式光合测量仪对黑沙蒿叶片的最小荧光产量(F_o)、最大荧光产量(F_m)、稳态荧光产量(F_s)、光下最大荧光产量(F_m′)、净光合速率(P_n)、暗呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(E)和叶片气孔导度(g_s)进行现场测定, 在实验室内计算比叶面积(SLA)、单位面积氮含量(N_area)、叶绿素含量(C_Chl)和叶绿素a/b (Chl a/b), 分析黑沙蒿光合过程能量分配中固碳耗能占比(Φ_A)、光呼吸耗能占比(Φ_PR)、调节性热耗散耗能占比(Φ_NPQ)和非调节性热耗散耗能占比(Φ_NO)与环境参数和叶性状参数之间的关系以及能量分配各组分之间的相对变化。结果表明, 光化学反应组分(Φ_A、Φ_PR)和热耗散组分(Φ_NPQ、Φ_NO)之间呈负相关竞争关系, 两组分内部呈正相关协同关系, E和Φ_A、Φ_PR正相关, 和Φ_NPQ、Φ_NO负相关。在低土壤含水量(SWC)和高饱和水汽压差(VPD)环境条件下, 黑沙蒿Φ_A、Φ_PR和SLA显著降低, Φ_NPQ和Φ_NO显著增加。研究认为, 在长期干旱或高蒸散条件下, 黑沙蒿通过降低SLA等途径避免水分的过度流失, 同时将部分过剩光能由光呼吸代谢途径转移到热耗散组分进行耗散。波动环境下黑沙蒿形态性状的变异和光合过程能量分配的长期调节机制, 反映了其利用形态与生理的协同可塑性对逆境的适应。     

成都地区19个木芙蓉品种的孢粉学研究及其分类学意义

为了解成都地区木芙蓉(Hibiscus mutabilis)品种间的亲缘关系,采用扫描电镜观察了19个木芙蓉品种的花粉显微结构,并探讨其分类学意义。结果表明,19个木芙蓉品种的花粉均为大粒,主要为圆球形,具散孔,外壁纹饰均为刺状纹饰,表面具有颗粒状突起。木芙蓉品种间在花粉粒大小、外壁纹饰上具有一定差异,可以作为品种分类的重要依据。聚类分析可以将19个木芙蓉品种划分为3大类,类型I和II的花粉较大,刺细尖;类型III的花粉较小,刺短粗,刺间距离较小。这为木芙蓉品种间亲缘关系研究和品种分类提供了孢粉学依据,也为新品种的选育提供了理论参考。     

基于CRISPR/Cas9基因编辑技术的本科教学实验体系的创建与实践

CRISPR/Cas9是新兴的基因编辑技术,在生命科学研究中发挥着重要的作用。将它引入本科生的实验教学,使本科生了解这项前沿科研技术很有意义。我们创建了一个基于CRISPR/ Cas9技术的本科教学实验体系。该实验体系侧重CRISPR/Cas9技术在哺乳动物细胞中的应用,选用一株基因组上被插入mCherry基因的小鼠胚胎成纤维细胞为实验材料,命名为STO-82。首先设计靶向mCherry的sgRNA,构建CRISPR-Cas9/sgRNA共表达质粒。经测序验证无误后,转染到STO-82细胞。采用流式细胞仪分析检测mCherry阴性和阳性两群细胞,分选出阴性单细胞并扩大培养。最后用测序检验单克隆细胞中靶标DNA序列的编辑情况。结果显示,靶位点有插入或缺失突变,说明体系创建成功。该实验体系将sgRNA设计、CRISPR-Cas9/sgRNA共表达质粒的构建、细胞转染、单细胞分选、单克隆细胞培养、测序序列分析等内容融合为一个综合实验,用于高年级本科生的实验教学。根据实际情况,将教学实践内容分解分块教学,也可以做完整性项目教学。本教学实践采用10人左右的小班分块教学,2人一组,经过3个班（共13组）的实践,绝大部分学生都能完成实验,得到预期结果。通过这个实验,学生加深了对CRISPR/Cas9技术的原理和实验流程的理解,锻炼了实验操作能力和严谨的科研思维,也使学生对该技术的医疗应用风险有了一些认识。     

网隔栽培法对生姜姜瘟病防治及产量的影响

姜瘟病是由青枯雷尔氏菌(Ralstoniasolanacearum)引起的一种细菌性病害,被称为生姜种植产业的“癌症”.本试验设计了一种“网隔栽培法”,并探索其对土传姜瘟病发病率和生姜产量的影响.结果表明,经过连续3年的田间验证,相比传统栽培法,“网隔栽培法”种植可显著降低姜瘟病的发病率,平均减少了6.08个百分点,平均防治效果达到了48.33%;同时,生姜产量平均增加了13.21%.这种“短行播种、纵横开沟、深沟隔病”的“网隔栽培法”为姜瘟病的绿色防控提供了新方案,也为其他蔬菜、中药材等植物的土传病害防治提供了新的借鉴思路.     

HIV-1 Vpu蛋白的原核表达、鉴定和纯化

目的：克隆、表达、纯化人免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-1）Vpu蛋白,为其功能及免疫学研究奠定基础。方法：PCR扩增Vpu基因,纯化、酶切后克隆到原核表达载体pET32a中,转化大肠杆菌BL21（DE3）菌株获得表达工程菌株,IPTG诱导蛋白表达,免疫印迹鉴定目的蛋白,亲和层析纯化蛋白。结果：构建了HIV-1Vpu蛋白的原核表达载体Vpu-pET32a,并在大肠杆菌中高效表达,目的蛋白呈可溶性形式存在,免疫印迹检测显示为目的蛋白,经Ni—NTAAgarose纯化获得了高纯度的目的蛋白。结论：在原核表达系统中表达了可溶性HIV-1Vpu蛋白,为进一步进行HIV-1Vpu蛋白的免疫原性和功能研究奠定了基础。