中国生物多样性核心监测指标遥感产品体系构建与思考

生物多样性的稳定维持关乎人类生存发展与地球健康。生物多样性核心监测指标(Essential Biodiversity Variables, EBVs)旨在结合地面调查与遥感技术, 为大尺度、长时间序列的生物多样性监测提供新的解决方案。然而, 目前学界仍然缺乏一套国家尺度标准化EBVs遥感监测产品数据集, 以进行生物多样性评估。本研究旨在对中国生物多样性核心监测指标遥感产品进行体系构建与思考, 首先综述了目前EBVs的遥感研究概况, 并根据EBVs研究文献的数量进行调研分析; 同时, 本文在已有遥感生物多样性产品优先标准的基础上, 添加了“可重复性”的新标准, 并据此构建了中国EBVs遥感产品体系与监测数据集的指标清单, 最终对中国EBVs遥感研究存在的问题进行思考与讨论。本研究可为中国的生物多样性遥感监测提供科学依据, 有望为中国生物多样性政策的制定提供支撑。     

长江源区同域分布兔狲、藏狐和赤狐的时空重叠度

兔狲(Otocolobus manul)、藏狐(Vulpes ferrilata)和赤狐(V. vulpes)是青藏高原三江源区域分布的重要小型食肉兽。本研究于2014年6月至2019年9月在青海省长江源区沱沱河和通天河沿岸选取208个位点布设红外相机, 通过所获取的时空分布数据比较了上述3种同域分布小型食肉兽的时空利用情况。通过空间重叠度系数的比较分析, 兔狲和藏狐、兔狲和赤狐以及藏狐和赤狐之间的空间重叠度系数分别为0.25、0.48和0.17, 这表明兔狲、藏狐和赤狐三者在空间利用上存在一定的差异。通过核密度估计方法分析, 兔狲和藏狐属典型的昼行性动物, 而赤狐以夜行性活动为主。兔狲、藏狐和赤狐每个物种在冷暖两季的日活动节律重叠指数分别为0.83、0.78和0.88。两两比较分析表明, 兔狲和藏狐二者的日活动节律重叠指数最高(0.84), 兔狲和赤狐在夜间活动时段存在一定重叠(0.63), 而藏狐和赤狐的时间生态位分化最明显, 重叠指数最低(0.48)。此外, 在暖季, 两两物种之间的日活动节律重叠指数均小于其冷季的重叠指数。综上所述, 长江源区兔狲、藏狐和赤狐3种小型食肉兽可通过空间和时间资源的利用差异来降低物种间的干扰和竞争, 从而达到同域物种共存的目的。     

古尔班通古特沙漠固定沙丘上白梭梭和梭梭的空间分布及种间关联性

为了探讨沙漠中固沙灌木种群共存和演替机制, 本文基于古尔班通古特沙漠东南缘固定沙丘上白梭梭(Haloxylon persicum)和梭梭(H. ammodendron)种群的地理位置和生长发育阶段信息(幼株、营养株、生殖株和死株), 采用点格局分析方法(g(r)函数)及Monte-Carlo随机模拟检验和零模型选取的方法, 分析了固沙灌木白梭梭和梭梭种群不同生长发育阶段在0-20 m尺度内的空间分布格局及种间关联性。结果表明: (1)两个种群在研究尺度范围内呈聚集分布, 随着尺度的增大, 其聚集强度逐渐减弱; (2)两个种群整体上呈负关联关系, 尺度越大负关联关系越显著; (3)白梭梭种群生长发育阶段相差越大, 个体间正关联关系越显著; 梭梭种群生长发育阶段越接近, 个体间正关联关系越显著; (4)两个种群中龄级较大的个体(如营养株、生殖株和死株)会对对方种群中龄级较小的幼株产生一定的抑制作用; 同时, 随着两个种群中个体的成长, 双方受到的抑制作用逐渐减弱, 主要表现为正关联和无关联。总体而言, 古尔班通古特沙漠固定沙丘白梭梭和梭梭种群的分布格局整体上为聚集分布, 随龄级增加聚集性减弱, 受生境异质性和扩散限制的影响明显。种间关系多为负相关, 种内不同生长发育阶段之间均为正关联关系。     

浙江天童常绿阔叶林林冠结构与群落物种组成的关系

森林林冠结构能改变林下微气候条件, 可能会形成独立于地面生境的空间结构, 进而影响群落物种组成差异。该研究利用机载激光雷达获取浙江天童20 hm²常绿阔叶林样地的高精度林冠结构信息, 初步探讨了林冠结构与群落物种组成差异的关系, 结果表明: (1)未考虑林冠结构时, 独立于地面生境的空间结构是天童样地群落物种组成差异的重要影响因子, 在100 m²、400 m²、2 500 m²样方尺度上, 其对群落物种组成差异的解释率分别为25.2%、28.1%、8.0%。(2)考虑林冠结构后, 林冠结构使独立于地面生境的空间结构对群落物种组成差异的解释率降低了约1/3 (26.2%-36.0%)。(3)林冠结构因子中, 林冠高度对群落物种组成差异影响最大, 其次为林冠内部结构; 随样方尺度增大, 林冠高度对群落物种组成差异的影响降低, 林冠内部结构的影响逐渐增加。该研究结果证明了林冠结构是独立于地面生境的空间结构的主要驱动因子, 对天童植物群落物种组成差异具有不可忽视的重要作用。这些结果明晰了林冠结构因子中林冠高度和内部结构的重要性。     

十字花科植物PEBP基因家族的分子进化

近年来植物基因组测序物种数量的指数增长, 为我们对植物环境适应性状的遗传和变异的全面理解提供了保障。磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-binding protein, PEBP)在植物的开花转变和株型建立中起着重要作用, 一直是植物生物学研究关注的热点领域之一。然而对该家族并没有利用新近测序的基因组数据进行比较基因组分析, 制约了对其在分子水平上的进化研究。为了确定PEBP基因家族的分子进化机制, 本研究利用生物信息学方法开展了7种十字花科植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、琴叶拟南芥(A. lyrata)、小鼠耳芥(A. pumila)、亚麻荠(Camelina sativa)、甘蓝(Brassica oleracea)、白菜(B. rapa)和油菜(B. napus)的PEBP基因家族成员的全基因组鉴定、结构特征和比较进化分析。从7个物种中共鉴定出91个PEBP基因, 系统进化分析表明它们分属5个亚家族: MFT、FT/TSF、TFL1、CEN和BFT。基因结构分析发现甘蓝、白菜和油菜的CEN基因内含子明显比其余4个物种的内含子长。蛋白结构域分析表明MFT比其他4个亚家族成员少了一个motif 2, TFL1比其他亚家族多了motif 8。选择压力分析发现7个物种PEBP同源基因均受到较强的纯化选择, 其中TFL1亚家族受到的纯化选择最弱。共线性分析表明十字花科植物PEBP基因家族随古代多倍体事件发生不同程度的扩张, TSF在甘蓝、白菜和油菜中丢失。非生物胁迫下, 在拟南芥中过量表达小鼠耳芥的一个MFT基因, 转基因拟南芥种子的萌发率明显低于野生型, 暗示MFT基因在调控种子萌发上的功能保守。本研究为深入研究十字花科植物PEBP基因的进化特征和生物学功能奠定了基础。     

三种蚜虫的线粒体基因组数据

完整的线粒体基因组已被广泛应用于分子进化、基因组学、系统发育等方面的研究。蚜虫是一类重要的农林业害虫, 但目前公开报道的蚜虫完整线粒体基因组非常有限, 因此获得更多的基因组数据对相关研究具有重要价值。本文报道了榕毛管蚜(Greenidea ficicola)、橘二叉蚜(Aphis aurantia)和油杉纩蚜(Mindarus keteleerifoliae) 3种蚜虫的完整线粒体基因组的序列、详细注释信息、基因结构图、密码子使用情况等。该数据集可为昆虫系统发育关系、种群分化格局、害虫防治等方面的工作提供帮助。     

基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学研究的焦点和难点。植物功能多样性是影响生态系统功能的重要指标, 开展植物功能多样性的研究对了解生物多样性与生态系统功能之间的关系有着重要意义。传统的草地植物功能多样性研究多以实地调查为主, 不仅费时费力, 而且由于受到时空的限制, 很难拓展到大尺度的研究中。遥感技术的发展为评估草地功能多样性提供了一种经济、有效的手段。该研究选取内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖管理区草甸草原为研究区, 利用Sentinel-2卫星影像和野外实测数据, 选取了波段及植被指数等46个特征变量, 探讨了逐步回归、偏最小二乘法(PLSR)和随机森林(RFR)等3种不同方法对草地植物功能丰富度(FRic)、功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv)的反演精度, 并基于PLSR反演草地地上生物量, 进一步分析了研究区功能多样性与生产力的关系。研究结果表明: (1)波段B11、优化型土壤调节植被指数(OSAVI)、水波段指数(WBI)对FRic解释度最高; 波段B6、B10、B12、类胡萝卜素反射指数1 (CRI1)、双峰光学指数(D)、归一化差值指数45 (NDI45)等6个特征变量对FEve解释度最高; 波段B5、B9、B10、B11、加权差分植被指数(WDVI)、凸包面积等对FDiv解释度最高; (2)基于十折重复交叉验证, 利用逐步回归估算的FRic和FEve反演精度远高于其他两种回归方法, R²分别为0.52和0.44; 而利用PLSR方法估算的FDiv反演精度最高(R² = 0.61); (3)群落地上生物量反演精度为R² = 0.61; FRic与地上生产力的关系最好(R² = 0.40), 其次为FDiv (R² = 0.28)和FEve (R² = 0.27)。研究发现, 基于Sentinel-2卫星影像能较好地反演草地功能多样性和生产力, 为下一步能在大尺度上进行草地功能多样性估算及其与生产力关系研究提供了参考和依据。     

10株铜绿假单胞菌的全基因组序列分析

目的 了解不同分离来源铜绿假单胞菌的全基因组基本特征,以此分析基因组多态性及其遗传进化关系。方法 选择10株医源性和食源性来源的铜绿假单胞菌代表性菌株,应用Solexa高通量测序技术对其进行全基因组测序,以此进行多位点序列分型(multilocus sequence typing, MLST),比较各菌株基因组中携带的耐药基因、毒力基因及插入序列(insertion sequence, IS)元件,并通过比较基因组学分析方法拟合泛基因组和核心基因组积累曲线,筛选核心基因SNP构建系统发育分子进化树。结果 10株菌的基因组从6.3～7.0 Mbp大小不一,包含5 868～6 598个基因,平均G+C含量为67.1%;发现10个菌株各具不同的ST型。在这10个菌株的基因组中,共检测到75种耐药基因,包括抗β-内酰胺酶类、抗氨基糖苷类、抗氟喹诺酮类等;共发现188种毒力基因,不同来源菌株间无明显差异;各菌株之间IS元件种类和数量差异较大。分析发现,铜绿假单胞菌具有开放型泛基因组和稳定型核心基因组;10株菌可分为3个进化分支,且不同分离时间和来源无明显相关性。结论 本研究获得10株不同分离来源的铜绿假单胞菌的全基因组序列,初步证实食品及患者分离来源菌株基因组数据无明显相关性,为后续铜绿假单胞菌的分子流行病学和致病性机制研究提供数据参考。     

STING信号通路的研究进展

干扰素基因刺激因子(Stimulator of interferon gene,STING)作为固有免疫系统的关键性接头蛋白,在外源或内源DNA介导的免疫应答中发挥重要作用,广泛参与宿主体内的多种信号传导过程。概述了STING信号通路分子机制及其在抗病毒感染、自身免疫疾病、神经系统疾病和肿瘤中的作用,介绍了常见的STING激动剂和抑制剂,以期为STING的进一步研究提供参考。     

利用 CRISPR/Cas9 系统定向编辑黑腹果蝇Osiris24基因

Osiris基因在几丁质沉积过程中表达,可能参与昆虫表皮的发育。本研究利用CRISPR/Cas9 基因编辑系统对Osiris24基因进行编辑,进而观察Osiris24突变体果蝇的性状并且检测Osiris24的表达特征。在Osiris24第1外显子设计2个sgRNA靶位点,插入到pCFD4敲除载体骨架中,同时构建酵母Gal4蛋白序列的供体(donor)载体,将2个载体同时注射到nos-Cas9胚胎中获得G0代转基因果蝇。结果显示,G0代基因编辑阳性率为92.8%,Osiris24纯合突变体在胚胎或1龄幼虫期致死,杂合突变体未观察到可见表型。将阳性G0代雄虫与UAS-GFP雌虫杂交,检测不同龄期和不同组织GFP信号表达情况。结果发现,Osiris24在不同龄期幼虫中均有表达,幼虫期主要在体壁、气管、前肠和后肠高表达,蛹期主要在体壁和翅上表达,推测其在果蝇发育中发挥重要作用,本研究为深入探究Osiris基因功能提供了研究模型。