体内连续进化技术的研究进展

实验室进化是遗传育种、提高微生物性能的重要方式。近几十年来,实验室进化的方法快速发展,应用也越来越广泛,但是常见的菌株进化策略以及针对特定蛋白的进化存在突变过程不连续,需要多轮操作、工作量大等缺点。微生物突变和筛选技术的进步促进了体内连续进化的发展,大大提高了实验室进化的效率。体内连续进化技术实现了体内突变,完美地把突变与筛选相结合,以最少的人工干预进化出特定表型。文中总结了近年来在微生物底盘中开发的基因组范围的体内连续进化技术,以及独立于基因组的针对特定蛋白的体内连续进化技术,主要对这些技术实现体内连续突变的原理及其相关应用进行了介绍。在此基础上,分析了现有技术的优缺点,并对体内连续进化技术的发展进行了展望。     

CRISPR在食源性致病菌进化分析、检测分型及毒力耐药调控中的应用进展

规律成簇间隔的短回文重复序列 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR) 与其相关蛋白基因系统可通过限制基因的水平转移而有效防御噬菌体等外源基因元件的入侵,不同细菌之间的CRISPR结构有所差异。基于CRISPR系统的差异性,文中对近几年CRISPR在食源性致病菌进化分析、检测与分型、毒力与耐药中的应用研究进行概述,并对基于CRISPR序列特点开发的细菌检测分型方法以及CRISPR与食源性致病菌的毒力、耐药性之间的相关性进行重点总结分析。此外,文中探讨了CRISPR在进化分析、检测与分型、毒力与耐药应用中的不足,提出将CRISPR分型方法标准化、完善与扩充致病菌CRISPR数据库、进一步探究噬菌体与细菌之间的共进化关系等建议,为进一步探索CRISPR功能提供参考。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

重庆地区眉溪小车轮虫及其与近缘种的比较

通过活体显微观察和银染法, 文章对采自重庆地区不同宿主的眉溪小车轮虫Trichodinella myakkae (Mueller, 1937) ?rámek-Hu?ek, 1953的3个株系进行了详细的形态学描述, 并与近缘种周丛小车轮虫Trichodinella epizootica (Raabe, 1950) ?rámek-Hu?ek, 1953和纤细小车轮虫Trichodinella subtili (Lom, 1959) Lom & Haldar, 1977进行了比较。结果显示: 眉溪小车轮虫各株系在形态上无明显差异, 但与周丛小车轮虫及纤细小车轮虫有明显差异。基于所获眉溪小车轮虫的分子数据, 详细分析了眉溪小车轮虫的分子特征, 研究了眉溪小车轮虫种内分化, 结果显示: 眉溪小车轮虫各株系的18S rDNA序列相似度为99.2%—100%, 遗传距离为0.000—0.003, T. myakkae (HM)与T. myakkae (AN)的18S rDNA几乎一致, 但T. myakkae (PP)与T. myakkae (HM和AN)的18S rDNA存在7个变异位点, 且在18S rRNA 四个高变区 (V3、V4、V5和V7) 均具有一致的二级结构构型, 表明三株系的18S rDNA相似度和遗传变异属于种内水平, 但T. myakkae (PP)与T. myakkae (HM和AN)则显示出分子分化。系统发育分析显示: 眉溪小车轮虫与周丛小车轮虫相互独立, 眉溪小车轮虫各株系与其宿主鱼一致的系统发育关系显示出两者具有协同进化的趋势。     

蔷薇科果树类受体激酶的研究进展

类受体激酶(receptor like kinase,RLK)参与调控植物几乎所有的生命活动,是植物生长发育和环境适应的“中央处理器”。该文对近年来国内外有关蔷薇科果树RLK基因鉴定、进化特征及其在各器官生长发育、非生物和生物逆境中的作用及调控机制等方面的研究进展进行了综述。蔷薇科果树基因组中存在数目庞大的RLKs,不同树种间的RLK数目和各亚家族成员数目都存在较大差异,而且蔷薇科果树RLK存在极为普遍的部分重复和串联重复现象,是导致家族成员迅速变化的重要原因。有研究发现,一些RLKs调控蔷薇科果树器官发育和对环境的适应性。在器官发育方面,LRR RLK亚家族成员调控根系发育,CrRLK1L、LysM RLK和LRR RLK亚家族部分成员参与调控果实发育,CrRLK1L亚家族成员参与调控花粉管发育,LRR RLK、LysM RLK、L LEC RLK和B Lectin RLK亚家族部分成员调控蔷薇科果树对生物逆境的适应。今后RLK功能研究可侧重于蔷薇科果树特色性状,通过提高目标基因的筛选和验证的效率,加速主效RLKs的筛选进程,并通过筛选主效RLKs诱导方式和加速分子育种进程等途径,将研究成果应用于实际生产。     

丽水市早期新冠肺炎无症状感染者SARS-CoV-2全基因组序列分析

对1例新型冠状病毒肺炎疫情流行早期的无症状感染者临床标本进行SARS-CoV-2实验室鉴定和全基因组测定,在分子水平了解新型病毒的基因特点和变异情况,追溯病毒潜在来源.实时荧光定量PCR扩增丽水市庆元县首例确诊患者密切接触者的痰液标本SARS-CoV-2核酸,阳性RNA逆转录为cDNA构建文库后进行基于NGS的宏基因组深度测序,生物学软件分析处理数据.该密接无任何症状及体征,痰液标本SARS-CoV-2核酸阳性.测序数据包含有足够的病毒序列,组装成功后hCoV-19/Lishui/LS556/2020长29 887bp,G+C含量37.99％,在ORF1ab和N区域发现4个SNP,对应1个错义突变和3个同义突变.LS556与SARS-CoV-2参考序列核苷酸/氨基酸同源性在99.2％/97.4％以上,不同序列之间存在4～17个核苷酸差异,与蝙蝠病毒RaTG13核苷酸差异仅3.7％,存在1141个SNP,与穿山甲病毒Guangdong/1相似性90.9％.LS556属于β冠状病毒Lineage B谱系,与LS003和ZJU-06共享完全相同的病毒,与蝙蝠/穿山甲冠状病毒进化上最相关.结合流行病学、核酸诊断、病毒溯源判定其为无症状感染者.LS556组成和结构符合SARS-CoV-2典型的基因特征,为高覆盖率序列,在流行早期与其他SARS-CoV-2基因组具有高度的同一性,突变率保持在较低水平,多数导致氨基酸位点保守置换.     

喜旱莲子草对模拟全天增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

植物可以通过关键功能性状的表型可塑性来适应气候变暖背景下环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说(evolution of increased phenotypic plasticity hypothesis)认为外来植物在引入地进化出了更强的表型可塑性。以往对该假说的验证多集中于外来植物对光照、水分、养分、邻体以及天敌等的可塑性进化, 而对增温条件下植物生长和功能性状可塑性进化的研究相对较少。仅有的几项研究多集中在温带地区, 且多集中于研究植物生长相关的性状, 而对植物的抗性和草食作用对增温的响应的关注相对较少。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)引入地(中国)和原产地(阿根廷)各8个种群的生物量、功能性状和草食作用在热带地区(广州市增城区)对模拟全天增温2℃的响应差异。结果表明: (1)模拟全天增温显著降低了喜旱莲子草总生物量(-7.8%)、贮藏根生物量(-12.8%)、分枝强度(-11.6%)和茎端取食率(-34.4%)。(2)模拟全天增温造成的引入地种群总生物量降低幅度大于原产地种群; 模拟全天增温使引入地种群的比茎长和茎端取食率降低, 而原产地种群则相反。(3)无论是否模拟全天增温, 引入地种群的贮藏根生物量(+31.5%)、分枝强度(+38.5%)、比茎长(+30.2%)、根冠比(+24.5%)和比叶面积(+20.0%)均高于原产地种群, 茎端取食率则低于原产地种群(-35.8%)。这些结果表明, 热带地区全天增温2℃对喜旱莲子草是一种胁迫; 引入地种群的生物量对模拟全天增温2℃的响应更强, 而其株形相关性状(比茎长)和草食作用(茎端取食率)对模拟全天增温的可塑性方向与原产地种群相反。由于引入地种群在热带地区模拟全天增温条件下生物量的下降和草食作用的增加明显高于原产地种群, 因此在未来全球气候变暖的背景下, 热带地区温度升高可能不利于喜旱莲子草种群多度的增加。     

喜旱莲子草在青藏高原对模拟增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

气候变暖背景下植物可通过关键性状的表型可塑性来适应环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说预测定植到新环境中的入侵植物种群具有演化出更强表型可塑性的潜力。此前对可塑性进化的研究涵盖了外来植物性状对水分条件、光照变化、土壤养分、邻体根系以及天敌防御等的响应, 而较少有研究关注增温条件下植物重要性状的可塑性进化。已有的部分研究多集中在温带和热带地区, 而较少关注入侵植物在高寒地区对增温的响应; 且研究多集中在植物生长相关性状, 较少关注功能性状和防御性状。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草6个引入地(中国)种群和6个原产地(阿根廷)种群, 在西藏拉萨模拟全天增温2℃处理下的适合度性状、功能性状和防御性状的响应差异。结果表明: (1)高寒地区模拟全天增温显著提高了喜旱莲子草总生物量(+36.4%)、地上生物量(+34.5%)、贮藏根生物量(+51.4%)和毛根生物量(+33.6%), 降低了分枝强度(-19.8%)和比茎长(-30.2%); (2)模拟全天增温使引入地种群的比叶面积和黄酮含量增加, 而原产地种群则相反。这些结果表明高寒地区全天增温2℃对喜旱莲子草可能是一种有利条件。引入地种群的适合度性状对模拟全天增温2℃的响应比原产地种群更强, 而其光能利用相关性状和防御性状的响应可能提升了其在高寒地区的适合度。因此, 在未来全球气候变暖的背景下, 高寒地区温度升高可能更有利于喜旱莲子草引入地种群的定植和扩散。     

动物眼睛的起源与进化研究进展

动物眼睛的起源与进化过程是人类在探索自然奥秘过程中遇到的一个非常有趣且引人注目的研究热点,目前这方面的研究已取得了丰硕的成果。从眼睛出现的过程、眼睛进化所需的时间、眼睛的单起源论、眼睛的类型与进化、光感受器与眼睛进化的关系、光感受器和视蛋白的类型与进化这6个方面简要概述了动物眼睛起源与进化的主要研究进展。     

加拿大引进的二倍体燕麦种质的核型鉴定

采用常规压片法对砂燕麦、西班牙燕麦和短燕麦3个二倍体燕麦种进行了核型研究。结果表明:砂燕麦染色体核型公式为2n=2x=14=10m+4sm(2SAT),具近中部和中部着丝点染色体,第4对染色体组的短臂上有1对随体,核不对称系数为68.17%;西班牙燕麦染色体核型公式为2n=2x=14=10m+4sm(2SAT),具近中部和中部着丝点染色体,第7对染色体短臂上有1对随体,核不对称系数为59.31%;短燕麦染色体核型公式为2n=2x=14=6m+4sm+4st(2SAT),具近端部、近中部和中部着丝点染色体,第6对染色体组的短臂上有1对随体,核不对称系数为63.91%。虽然3个燕麦种的核型均为2A,但它们的染色体形态有明显不同,比较认为砂燕麦相对进化,短燕麦次之,西班牙燕麦较原始。本研究对燕麦种质资源的核型分析及进化地位研究具有参考价值。