2023年整合生物学领域发展态势

自20世纪中叶以来,生命科学研究逐渐从单一的生物个体水平延伸到细胞、分子、基因等不同层次。面对生物体的复杂性和多样性,跨层级、多维度、全周期的生命结构与功能研究日益受到重视,整合生物学应运而生,旨在揭示生物体内部各种层次之间的相互关系和调控机制,以期深入了解生物体的功能和行为。回顾数十年整合生物学的发展历程,多学科交叉的工具为其提供了有力的支撑,跨层级的功能涌现现象是其研究的关键节点,其理论基础则在于揭示了非线性、不确定性和异质性等复杂科学特征,为生命健康解决方案的赋能提供了基础。2023年,整合生物学在研究生命系统的涌现现象、健康及生态环境方面取得了突破性进展,加深了我们对生命系统整体知识体系的理解,也促进了对生物体在健康和疾病状态下的生理和病理变化的全面了解。展望未来,整合生物学或将以更为综合的整体视角,深入解析生命系统的复杂性、临界条件的变化、无序与有序状态的转化过程,进而促进人类对于生命本质的更深认知,创新前所未有的技术策略。     

一个新水稻温敏感叶色突变体的遗传分析及其基因分子定位

在粳稻品种嘉花1号(Oryza sativa L. ssp. japonica ‘Jiahua No.1’)种子经⁶⁰Co γ射线辐照处理的后代中, 发现了1个低温敏感叶色突变体mr21。在较低温度(<25.0°C)条件下, 该突变体幼苗叶色呈黄色; 随着温度逐渐升高, 叶色由黄转绿,其临界温度约为27.5°C; 在低温条件下, 突变体幼苗总叶绿素含量以及叶绿素a、b的含量均较野生型嘉花1号明显下降, 表明该突变体的叶色性状具有明显的温敏感性。遗传分析表明, 该突变体叶色性状受1对隐性核基因控制, 暂将该突变基因命名为thermo-sensitive leaf-color 1(tsl-1)。以该突变体与籼稻9311(Oryza sativa L. ssp. indica ‘9311’)杂交的F₂代分离群体作为定位群体, 利用SSR分子标记将tsl-1基因初步定位在水稻(Oryza sativa)第1号染色体短臂上的MM1799与RM8132分子标记之间, 其遗传距离分别为2.4 cM和3.0 cM; 然后, 进一步利用扩大F₂代群体及新发展的分子标记将tsl-1基因定位在分子标记InDel2与InDel4之间的198 kb内。研究结果为今后对该基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

UV-B辐射方向对白三叶克隆整合的影响

增强UV-B辐射会对植物生长和生理生化过程产生有害效应。克隆植物中,相连的克隆分株对经常共享资源和激素,然而鲜有关于异质性UV-B辐射下UV-B辐射方向对克隆整合的影响及克隆植物形态结构变化的报道。模拟同质(克隆分株片段均处于自然背景辐射)和异质(克隆分株一端处于自然背景辐射,另一端处于补加的UV-B辐射)UV-B辐射,以克隆植物白三叶为材料,进行连接和隔断处理,研究UV-B辐射方向对克隆整合强度变化、叶片形态结构特化及生理可塑性的影响。结果表明:异质性UV-B辐射下,15N同位素标记端保留的15N百分比高于同质UV-B辐射处理,转移到无标记相连端的15N含量则降低,紫外辐射处理和同位素标记是否处于同一分株端对结果无显著性影响,说明克隆植物白三叶生理整合存在但整合强度降低,辐射方向与克隆整合强度无关;隔断处理组气孔长度增加,栅栏组织增厚,但连接处理组却无此变化,表明生理整合在白三叶叶片形态结构特化中发挥作用。UV-B辐射下,最小荧光、电子传递速率及光化学淬灭系数降低但非光化学淬灭系数升高,而生理整合却使结果相反;叶绿素和紫外吸收物可在异质性UV-B辐射相连的两端运输分享。以上均表明异质UV-B辐射环境中,UV-B辐射胁迫端克隆分株通过生理整合从非胁迫端获益,并以此提高胁迫环境中克隆植物对资源的利用效率。     

周边不同生境条件对茶园蜘蛛群落及叶蝉种群时空结构的影响

为利用天敌实施害虫生态控制,田间调查了周边不同生境条件对茶园蜘蛛及叶蝉种群结构的影响。结果表明:小乔木生境茶园(Ⅰ)和相思树生境茶园(Ⅲ)影响下茶园蜘蛛及叶蝉聚集程度较强,茶园Ⅰ叶蝉聚集数最多,为692头,但与其他生境茶园间差异不显著(P0.05);茶园Ⅲ蜘蛛聚集数量最多,为1155头,并与稻田生境茶园(Ⅱ)、生活区生境茶园(Ⅳ)的差异达到显著水平(P0.05);从蜘蛛功能群聚集情况来看,结网型蜘蛛相对较少,为295头;游猎型蜘蛛最多,为2957头;其中,茶园Ⅰ与茶园Ⅲ蜘蛛多样性指数和丰富度数值较大,对叶蝉的跟随效应明显,并与Ⅱ、Ⅳ茶园有显著差异(P0.05)。多元数据分析结果显示,茶园Ⅰ和茶园Ⅲ均能够明显提高蜘蛛群落聚集的时空分布水平;蜘蛛群落的聚集密度时空分布大小表现为:茶园Ⅰ茶园Ⅲ茶园Ⅳ茶园Ⅱ。由此可知周边生境结构植物丰富和相对稳定的茶园能通过和谐的生态过程影响蜘蛛和叶蝉的时空格局,提高蜘蛛对害虫叶蝉的自然控制能力。     

AAV-ITR单链DNA微载体在小鼠骨骼肌中的表达

AAV-ITR单链DNA微载体是一种基于腺相关病毒(AAV)倒置末端重复序列(ITR)的基因表达载体(AAV-ITR ss DNA mini vector)。前期研究已证明AAV-ITR单链DNA微载体在HEK 293T细胞中具有较高的转染、表达效率。本文中将相同拷贝数的AAV-ITR单链DNA微载体、3?-ITR末端错配的AAV-ITR单链DNA微载体(AAV-ITRmm ss DNA mutant vector)、AAV-ITR双链DNA和质粒分别用Turbo Fect转入小鼠骨骼肌中,比较检测AAV-ITR单链DNA微载体与其他基因表达载体在小鼠体内1周、1个月及3个月的表达效率。组织切片经荧光显微镜观察及荧光灰度值分析表明,相同分子摩尔数的AAV-ITR单链DNA微载体比AAV-ITR双链DNA和质粒在不同时期表达效率都要高且更稳定。提取注射3个月后的肌肉组织的DNA,用荧光定量PCR分析比较各载体的存留分子数。RT-PCR的结果显示AAV-ITR单链DNA微载体在注射3个月后的存留分子数较其他载体高。综合结果显示AAV-ITR单链DNA微载体在动物体内具有表达效率高和长久稳定的优势,有可能开发为基因治疗的一种高效、稳定的新型载体。     

EGCG对LPS刺激人肺腺癌A549细胞凋亡及CUGBP1蛋白表达的影响

目的:研究表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate,EGCG)对炎性刺激的人肺腺癌A549细胞增殖和凋亡的影响及与CUGBP1表达的关系。方法:MTT法检测EGCG和LPS刺激A549细胞增殖活性的影响;流式细胞仪检测细胞凋亡;免疫细胞化学检测EGCG对LPS刺激人肺腺癌A549细胞内CUGBP1蛋白的表达。结果:与对照组相比,LPS体外显著促进A549细胞增殖,其胞核胞质内CUGBP1表达明显增强(P0.01)。加入EGCG可拮抗LPS促A549细胞增殖的作用,促进其凋亡,明显抑制LPS刺激的A549细胞内CUGBP1的表达(P0.01)。CUGBP1蛋白定量分析可知EGCG和LPS共同孵育A549细胞4h、24h时,细胞中的CUGBP1蛋白表达量较单纯LPS作用时降低。但EGCG和LPS共同孵育A549细胞24h,A549细胞中胞核CUGBP1蛋白表达量(1210.565±3.46)较4h时胞核CUGBP1蛋白表达量(67.344±3.68)高,差异有统计学意义(t=927.164,P0.001)。结论:EGCG可能通过干扰CUGBP1基因的表达抑制炎症刺激人肺腺癌细胞A549的增殖,促进其凋亡。     

超声介入治疗常见妇科囊性炎症包块的疗效评价*

摘要目的：比较超声引导介入治疗盆腔脓肿、输卵管积脓、输卵管积液、包裹性积液及宫颈囊肿的临床效果,了解超声引导介入 治疗常见的妇科囊性炎症包块的临床价值。方法：选取我院妇科门诊2007 年1 月～2011 年3月收治的常见妇科囊性炎症包块共 108例,其中盆腔脓肿11 例、输卵管积脓19 例、输卵管积液43 例、盆腔包裹性积液31 例、宫颈囊肿4 例,给予超声实时引导抽囊 液、甲硝唑冲洗治疗,治疗后3 个月内复查超声评价和比较疗效。结果：盆腔脓肿、输卵管积脓、盆腔包裹性积液包块均明显缩小 (12/43)或消失(29/43),治疗有效率100%;输卵管积液包块治疗有效率95％(41/43),宫颈囊肿均痊愈。各组间比较无统计学差异 （P>0.05）。结论：超声引导介入治疗对输卵管积脓、盆腔脓肿、盆腔包裹性积液均有显著的疗效,且治疗效果无差异,值得推广应 用,代替传统的非必要的手术治疗。     

视网膜静脉阻塞与颈动脉狭窄的相关性研究

目的:探究视网膜静脉阻塞与颈动脉狭窄的相关性研究,并为其临床检测、治疗与预后提供参考。方法:选择我院55例视网膜静脉阻塞患者(55只眼)为研究组,对其裸眼视力、矫正视力、眼压、眼底血管荧光造影(FFA)等检查资料进行分析,并进行多普勒彩超检查,记录其颈动脉狭窄情况,并对两种疾病之间的关系进行分析。同时选取55例健康人作为对照组。结果:研究组55例患者确诊为视网膜静脉阻塞(RVO),多普勒结果显示患者患侧与健侧劲动脉血流动力学各项差异不明显(P0.05);其IMT值较之对照组显著增高(P0.05);其PSV与EDV值有所降低,差异具有统计学意义(P0.05)。结论:视网膜静脉阻塞患者大多存在颈动脉狭窄,因此检测颈动脉血流动力学对于诊断与预防视网膜静脉阻塞有着重要作用。     

细胞生物学教学改革初探

细胞生物学是生命科学专业的一门必修的专业基础课,占有非常重要的地位。鉴于我院细胞生物学课程课时安排少、实验少、与已修课程有重复内容、相关科学前沿知识不能及时更新、"填鸭式"教学模式和传统的以"讲"为主的教学方法等严重影响该课程教学质量的教学现状,提出了从课程结构体系、课程教学内容,教学方法及考核方式等方面的一系列改革探究,课程结构体系方面由专业任选课变更为专业基础课,适当增加了理论课时;从课程内容来看,取缔与已修课程的重复内容,适当补充最新科研动态、介绍相关的诺贝尔奖,积极鼓励学生参与教师的相关科研项目和申报大学生科研创新活动项目,培养学生的科研创新能力;从教学模式来看,教师要积极利用图文并茂的多媒体教学、适时放映学生喜欢看的相关电教视频、课堂上多以讨论和提问的方式教学;考核采用平时成绩加期末成绩的方式,不断提高教学效率和课堂管理水平,促进教学质量的提高。     

孕激素暴露致食蚊鱼形态雄性化的生物学效应

目的：研究不同浓度孕酮（ PRO）暴露对雌性食蚊鱼（ Gambusia affinis）的形态雄性化生物学效应。方法将性未成熟的雌性食蚊鱼个体分别静水暴露于0.5、5、50和500 nmol/L不同浓度的PRO实验组中,并设置对照组和平行组。持续暴露42 d后观察与测定食蚊鱼的体长、体重、臀鳍第3鳍条和第14,15,16椎肋骨形态雄性化变化等指标,同时观察卵巢发育状况。结果食蚊鱼暴露42 d后,与对照组相比,50和500 nmol/L实验组食蚊鱼的体长（ BL）有极显著减少（分别P＜0.01）;无论是低浓度组还是高浓度组,暴露实验后体重（ BW）都有显著性或极显著下降（P＜0.05或P＜0.01）;PRO暴露对食蚊鱼身体健康指数（CF）的影响,只有在5 nmol/L浓度时差异有显著性（P＜0.05）;500 nmol/L浓度处理后,第3臀鳍条分节数（FJ）、长度（FL）和最宽处宽度（FW）差异有显著性（P＜0.05）,表明形态雄性化变化明显;其他浓度组则无明显区别（P＞0.05）;500 nmol/L PRO实验组中,雌性食蚊鱼的第14,15,16椎肋骨的L值、D值和L：D值都出现极显著性差异（分别P＜0.01）,表明形态雄性化变化明显;组织切片观察揭示,暴露组食蚊鱼卵巢中的卵母细胞发育受到不同程度的抑制,II、III时相卵母细胞胞核发生肿胀现象。结论孕激素暴露诱导雌性食蚊鱼形态雄性化的生物效应十分明显。