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。     

利用光合细菌进行微生物修复：一种降低辛硫磷在养殖水中积累的低成本方法

[背景] 中国是农业生产大国,渔林农牧占比庞大。有机农药无论在畜牧业还是水产养殖业都有广泛的应用。有机磷农药（Organophosphorus Pesticide,OP）是应用最广泛的有机农药,具有低毒和不易残留的优点。OP在水体中大量积累可通过生物富集作用间接影响人体健康,由此产生的生殖毒性不容忽视。光合细菌作为环境友好型水体有益菌,部分菌种具有降解有机农药的功能。[目的] 自上海海洋大学明湖中分离纯化得到一株光合细菌（编号SPZ）。探究其对辛硫磷的耐受程度及降解效果,为养殖水体中有机磷农药的生物降解提供目的菌株。[方法] 利用16S rRNA基因序列分析方法对目标菌株进行种属鉴定;利用紫外分光光度法测定分离菌株SPZ和标准菌株ST在不同接种量下的OD₆₆₀并测定实验周期内光合细菌在不同浓度辛硫磷中OD₆₆₀的变化趋势,以示辛硫磷对光合细菌的毒性作用;利用高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography,HPLC）测定菌株对水体辛硫磷的降解能力;通过HPLC测定加热致死菌与活菌对水体辛硫磷的降解能力,确定菌株对辛硫磷的降解方式。[结果] 16S rRNA基因序列分析表明菌株SPZ与红假单胞菌属相似度高达99%以上,与沼泽红假单胞菌ATCC 17001菌株聚为一支,置信度为100%;菌株SPZ与菌株ST的适宜接种量为10%;菌株SPZ可耐受100 mg/L的辛硫磷,当浓度超过该值后,辛硫磷对光合细菌生长产生显著的抑制作用;当光合细菌进入生长稳定期后添加辛硫磷,1 d时可相对降解辛硫磷（12.97%-26.69%,20.0 mg/L;24.25%-32.85%,2.0 mg/L;16.66%-34.59%,0.2 mg/L）,3 d时可相对降解辛硫磷（46.63%-53.95%,20.0 mg/L;24.78%-30.34%,2.0 mg/L;31.92%-39.25%,0.2 mg/L）,5 d时可相对降解辛硫磷（93.65%-97.72%,20.0 mg/L;67.69%-74.41%,2.0 mg/L;10.34%-24.27%,0.2 mg/L）。[结论] 菌株SPZ作为一种常见光合细菌,能够有效去除水体中的辛硫磷农药,具有生物修复功能,在水产养殖和有机磷农药污染水处理中有广阔的前景。     

基于科研素质培养的“分子生物学”课程教学改革

作为迅速发展的前沿学科及连续性与承接性很强的实验性学科,"分子生物学"课程对于构建研究生知识体系、培养研究生的科研素养、创新意识和工程实践能力具有重要作用。为满足"新工科"人才培养的需求,我们基于成果导向教育(Outcome-Based Education,OBE)理念,整合教学内容,改革教学方法,借助现代信息化教学平台,以学习小组为单位,开展课堂竞猜、翻转课堂、课堂讨论等教学活动;运用基于问题的学习(Problem-BasedLearning,PBL)法,建立"互动式"的教学模式;设计过程化考核与终结性考核相结合的多元化考核体系,培养研究生的创新能力和工程实践能力,建立一种适合于本校生物工程专业研究生培养的"分子生物学"教学体系。研究生参与教学效果评估及科研成果随访的结果表明,该探索取得了良好的教学效果,为"新工科"背景下生物工程领域的研究型综合创新人才的培养奠定了基础。     

2017–2019年我国南方地区高致病性H5N6亚型禽流感病毒血凝素蛋白分子特征分析

【背景】自2014年以来,H5N6禽流感病毒在我国家禽和活禽市场持续进化,成为人类和动物健康的重大威胁。【目的】对2017-2019年中国南方地区93株高致病性H5N6禽流感病毒的HA基因进行分子进化分析。【方法】接种9-11日龄鸡胚分离核酸检测阳性的H5N6标本,运用下一代测序平台对病毒分离物进行全基因组测序,从NCBI和GISAID数据库下载参考序列,利用BLAST、MEGA6.1及Clustal X等软件进行序列分析。【结果】2017-2019年,从189份江苏省H5亚型禽类/环境标本和1名H5N6患者咽拭子标本中共分离到43株病毒,完成了33株H5N6病毒的全基因组测序。下载网上同时期中国其他地区流行的H5N6毒株序列,对总计93株H5N6病毒的HA基因进行分子进化分析。93株H5N6病毒中有78株属于Clade 2.3.4.4h,9株病毒属于Clade 2.3.4.4e,4株H5N6病毒属于Clade 2.3.4.4b,1株属于Clade 2.3.4.4f,1株属于Clade 2.3.4.4g。所有93株病毒HA蛋白的裂解位点含有多个碱性氨基酸,表明它们都属于高致病性禽流感病毒。所有93株病毒HA蛋白的Q222和G224位氨基酸没有发生突变,保留了禽类受体α2-3半乳糖苷唾液酸(SAα2-3Gal)结合特性;158位点丧失糖基化,同时124位出现一个新的潜在糖基化位点。【结论】2017-2019年间中国南方地区H5N6病毒进化活跃,具有明显的基因多样性,需要加强对病毒分子进化的监测。     

小麦/玉米轮作田根际微生物多样性分析

[背景] 小麦/玉米轮作是中国粮食作物主要种植模式之一,目前对小麦/玉米轮作田根际土壤微生物差异变化缺乏全面的了解。[目的] 明确小麦/玉米根际土壤微生物差异变化并了解其潜在功能。[方法] 以小麦/玉米根际土壤为材料,运用细菌16S rRNA基因和真菌rDNA ITS基因测序,分析小麦/玉米根际土壤微生物多样性。[结果] 玉米季微生物丰富度高于小麦季,而多样性无明显差异。放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）为小麦季和玉米季根际土壤的优势细菌门,优势真菌门为子囊菌门（Ascomycota）。小麦季和玉米季共有细菌和真菌分别是631个和261个,小麦季特有细菌和真菌分别是38个和58个,玉米季特有细菌和真菌分别是25个和39个。LEfSe分析（LDA阈值为2）细菌和真菌表明,放线菌纲（Actinobacteria）和微囊菌目（Microascales）在小麦季富集,鞘脂单胞菌目（Sphingomonadales）和银耳纲（Tremellomycetes）在玉米季富集。小麦季、玉米季微生物代谢功能不同,与小麦季相比,玉米季养分循环的代谢通路丰富度较高,而参与氧化应激的代谢通路丰富度较低。[结论] 该研究结果对指导小麦/玉米轮作田管理具有理论和实践意义。     

基于工程教育认证的“发酵工程”课程教学设计与实践

"发酵工程"是生物工程专业的核心主干课程,实践性和应用性较强。基于工程教育认证的产出导向理念,设定了"发酵工程"合理具体的课程目标,聚焦学生的工程知识掌握及问题分析、工程设计及研究能力培养。针对不同课程内容模块,以课程目标达成为导向,对教学内容及方法、教学设计与实施过程进行整合并优化,采用了多元化、注重课程形成性评价的考核方式。构建了课程目标达成评价模式,形成了"设计—实施—考核—评价—改进"闭环运行的课程质量保障体系。课程教学改革有效提高了学生理解、分析、设计、研究发酵工程问题的能力,增强了学生的科研兴趣和创新能力。     

慕课背景下“微生物工程”实验课开放式教学模式探索

慕课等线上学习平台是教育信息化的结果,结合慕课对传统教学进行突破是近年来教学改革的热点之一。"微生物工程"课程是高等院校生物技术、生物工程专业的必修课,该课程具有很强的应用性和实践性。为了加深学生对理论知识的理解、培养学生的科研思维,我们在微生物工程实验课的教学中引入了一种基于慕课教学资源的开放式教学模式。结果表明,这种慕课背景下的开放式教学在提升学生学习兴趣、锻炼学生创造性思维、增强学生科研素养、培养学生团队协作能力等方面都具有很好的效果。     

植物乳杆菌CCFM8724抑制双菌生物膜的成分初探

[背景] 植物乳杆菌是一种重要的益生菌,本实验室前期研究表明植物乳杆菌CCFM8724发酵液可抑制变异链球菌和白色念珠菌双菌生物膜,但植物乳杆菌发酵液中起作用的具体物质尚不清楚。[目的] 评价植物乳杆菌CCFM8724发酵液抑菌成分的特性,初步探究其物质基础。[方法] 探索温度、pH等因素对抑菌物质的影响,采用气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS）联用技术分析植物乳杆菌代谢物的组成,进一步通过有机溶剂萃取、超滤等方法初步分离纯化发酵液中抑制双菌生物膜的成分,并采用液相色谱-质谱（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,LC-MS）联用技术进行鉴定。[结果] 通过多元统计分析,发现植物乳杆菌发酵液的主要差异标志物为有机酸（如苯乳酸、乙酸、羟基己酸和甘油酸等）,经过初步提取鉴定并进行功能验证,其中有效成分主要为有机酸和环肽类化合物。[结论] 植物乳杆菌CCFM8724发酵液主要通过多种有机酸和环肽类的协同作用抑制变异链球菌和白色念珠菌生物膜,该研究为植物乳杆菌发酵液进一步的分离纯化和有效成分的生产应用提供理论依据。     

不同身体质量指数人群肠道菌群结构及共存网络解析

[背景] 人体能量稳态失衡表现为体重过轻、超重和肥胖,肠道菌群与人体能量稳态的维持有关,但不同身体质量指数（Body Mass Index,BMI）人群的肠道菌群特征仍需进一步探究。[目的] 基于美国肠道计划公开数据库,解析4类BMI人群肠道菌群的特征,并探究4类BMI人群肠道菌群共存网络特征及差异,为基于肠道菌群来干预肥胖及体重过轻等不健康状态提供新的理论依据。[方法] 从美国肠道计划数据集中筛选具有BMI信息的肠道菌群样本,并根据世界卫生组织规定的BMI划分标准将筛选后的样本分为4类：体重过轻（BMI<18.5 kg/m²）,正常体重（18.5 kg/m²2）,超重（25 kg/m²2）,肥胖（BMI>30 kg/m²）;通过计算和比较肠道菌群的α多样性和β多样性探究4类BMI人群肠道菌群的整体结构特征及差异;通过多元线性回归模型对不同BMI分类与肠道菌群进行相关性分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正;采用SparCC分别计算4类BMI人群肠道菌群中菌属相关性,并分别构建肠道菌群共存网络。[结果] 经过Wilcoxon秩和检验,发现体重过轻、超重、肥胖人群的肠道菌群α多样性都显著低于正常体重人群;β多样性分析结果表明4类BMI人群肠道菌群的整体结构存在显著差异;4类BMI人群肠道中厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对含量无显著差异;通过MaAsLin分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正,共得到49个与BMI类型显著相关的物种;4类BMI人群肠道菌群共存网络的拓扑结构具有一定差异,体重过轻和正常体重人群肠道菌群共存网络的复杂度较高,超重和肥胖人群肠道菌群共存网络的复杂度较低。[结论] 4类BMI人群肠道菌群的多样性、整体结构和共存网络间均存在差异。     

根癌农杆菌介导真菌遗传转化的研究及应用

根癌农杆菌介导转化法（Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT）具有转化效率高、遗传稳定、适用范围广等诸多优点,已成为真菌遗传转化研究中的强有力手段,在真菌基因资源开发、真菌性疾病研究和外源蛋白表达研究中发挥巨大作用。本文概述了根癌农杆菌转化法在真菌转化中的研究进展、技术优缺点、转化机制、实验方法和应用现状,着重介绍影响其转化效率的因素并对优化方法进行探讨,展望了该技术在真菌基因资源发掘、基因编辑等方面的应用前景,为今后真菌的遗传转化研究提供参考。