基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

黄河三角洲芦苇湿地底栖无脊椎动物与环境因子的关系研究——以石油开采区与淡水补给区为例

分别于2018年5月和8月对黄河三角洲芦苇湿地19(淡水补给区11处,石油开采区8处)处采样点的底栖无脊椎动物和水体理化指标进行调查采样,运用统计方法分析两个区域物种组成、优势种、多样性、群落结构以及与环境因子的关系。结果表明:两季共采集到底栖无脊椎动物54种,主要以水生昆虫、腹足纲和软甲纲为主,淡水补给区和石油开采区各类群组成差异明显。独立样本T检验表明淡水补给区和石油开采区水体理化指标间差异显著(P0.05)。双因子方差分析显示,昆虫纲和腹足纲密度在两区域差异显著(P0.05),软甲纲和腹足纲密度在季节上差异明显(P0.05)。底栖无脊椎动物优势种共10种,淡水补给区指示物种8种,而石油开采区未发现有指示物种。聚类和非参数多维排序(nM DS)显示,底栖无脊椎动物群落结构相似性较低; RDA结果表明:淡水补给区底栖无脊椎动物群落结构主要受Cond,TDS,Sal,pH,Eh,HCO_3~-,SO_4~(2-)等环境因子的影响。石油开采区底栖无脊椎动物群落结构影响较大的环境因子为HCO_3~-、NH_4-N。     

乌苏里江洪泛湿地蜻蜓目幼虫对水文连通阻断的生态响应

大型底栖动物的群落组成完整性能够指示和预测水生态环境的健康程度和变化趋势,已经在大量研究中得到验证。然而,群落水平的全部样品采集过程的复杂性并不利于它们的便捷应用。蜻蜓目幼虫是大型底栖动物中相对易于捕捉和识别的类群,并且拥有特别的两栖生命周期,它们的多样性特征以及对水体性质变化的敏感反应,使其成为湿地生态系统中非常广泛且适宜的指示生物。本研究通过比较乌苏里江人工堤坝内外两侧不同河段的河滨湿地中蜻蜓目幼虫的群落组成,分析堤坝阻隔对河滨湿地的生态影响,评估蜻蜓目幼虫对河滨湿地的环境指示特征。结果表明,随着乌苏里江由上游至下游,河滨湿地蜻蜓目幼虫的多样性愈加丰富;阻隔水文连通对蜻蜓目幼虫的生存繁育产生负面的作用,且越趋近下游,蜻蜓目幼虫受到人工堤坝的影响程度越显著;堤坝两侧不同物种的密度变化差异较小,主要区别在于直接与河流水文连通的样点多样性指数值的波动范围相对较大。     

烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶共表达对大肠杆菌BA002产丁二酸的影响

大肠杆菌BA002是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。pncB是烟酸转磷酸核糖激酶 (NAPRTase) 的编码基因,通过过量表达pncB基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+,从而恢复了厌氧条件下重组菌E. coli BA014 (BA002/pTrc99a-pncB) 的生长和产丁二酸的性能。然而,BA014在厌氧发酵过程中有大量丙酮酸积累,为进一步提高菌株的丁二酸生产能力,减少副产物丙酮酸的生成,共表达NAPRTase和来自于乳酸乳球菌 NZ9000中丙酮酸羧化酶 (PYC) 的编码基因pyc,构建了重组菌E. coli BA016 (BA002/pTrc99a-pncB-pyc)。3 L发酵罐结果表明,BA016发酵112 h后,共消耗了35.00 g/L的葡萄糖。发酵结束时,菌体OD600为4.64,产生了25.09 g/L丁二酸。通过共表达pncB和pyc基因,使BA016的丙酮酸积累进一步降低,丁二酸产量进一步提高。     

MicroRNA-21与平滑肌蛋白22α在哈萨克族食管癌组织中的表达及其临床病理学意义

目的探讨microRNA21与SM22a基因在哈萨克族食管癌发生发展中的作用及临床意义。方法免疫组织化学法检测162例石蜡包埋食管鳞状细胞癌组织及RT-PCR方法检测47例哈萨克族食管癌标本中microRNA21、SM22a表达水平,分析这些基因与临床病理特征的关系。结果SM22a在162例食管鳞癌组织中的阳性表达率(87.0%)显著高于食管正常黏膜组织(36.0%);在47例哈萨克族食管癌组织中,SM22a表达水平较远端无癌组织增高。与远端无癌组织相比,microRNA21在哈萨克族食管癌组织中表达水平增高。MicroRNA21高表达与分化程度、淋巴结转移、临床分期相关,SM22a高表达与临床分期相关、淋巴结转移相关;microRNA21与SM22a的表达呈正相关。结论MicroRNA21、SM22a协同高表达共同参与哈萨克族食管癌的侵袭发展过程。     

小鼠休眠胚胎与正常胚胎冻融后体内外发育潜力的比较

目的检验小鼠休眠胚胎冻融后的质量及体内外发育潜力,为胚胎休眠技术的生产应用提供必要的参考。方法采用常规冷冻方法将正常孵化期胚胎和休眠胚胎进行冷冻,之后分别进行体外复苏培养实验和胚胎移植实验。随后利用双重荧光染色的方法分别对冻融前后的小鼠休眠胚胎与正常孵化期胚胎进行细胞计数,观察两种胚胎冻融前后的质量变化。结果休眠胚胎的冷冻解冻回收率、发育率均极显著高于孵化期胚胎(72.1%vs 50.2%,P<0.01;94.2%vs 73.9%,P<0.01)。休眠胚胎的移植妊娠率显著高于孵化期胚胎(40.8%vs 30.1%,P<0.05)。休眠胚胎的内细胞团细胞数显著高于孵化期胚胎(27.83 vs 19.53,P<0.05),滋养层细胞数差异不显著。冻融培养后休眠胚胎的内细胞团数,滋养层细胞数均显著高于孵化期胚胎(25.18 vs 14.68,P<0.05;114.09 vs 73.88,P<0.05)。结论小鼠休眠胚胎冻融后胚胎质量及体内外发育潜力均优于小鼠正常孵化期胚胎。     

利用超数排卵方法高效获取小鼠休眠胚胎

目的为提高小鼠休眠胚胎的制备效率,尝试用超数排卵方法获取小鼠休眠胚胎。方法超排小鼠在注射孕马血清促性腺激素(PMSG)后,按照是否注射抗孕马血清(anti-PMSG serum或A-PMSG)以及注射的不同时间分为5组:在母鼠合笼前注射A-PMSG、在母鼠见栓后注射A-PMSG、在见栓第四天卵巢摘除手术后注射A-PMSG、不注射A-PMSG的超排组和不超排组。结果见栓后注射抗PMSG组的平均出胚数(9.4枚/只)最高,显著高于其他实验组。结论常规超排处理结合注射抗PMSG血清法能有效提高小鼠休眠胚胎的回收率。     

寄主植物物理性状及营养物质对地红蝽寄主选择性的影响

【目的】地红蝽Pyrrhocoris tibialis是一种重要的农业植食性害虫,寄主范围广泛。本研究测定地红蝽对不同植物的取食偏好及分析寄主植物物理性状和营养物质在地红蝽成虫寄主选择行为中的作用,以期从寄主理化性状的角度来探讨地红蝽寄主选择行为机制,为指导作物抗虫育种提供依据。【方法】通过自由选择方法研究地红蝽成虫对5种寄主植物(谷子Setaria italica、高粱Sorghum bicolor、绿豆Vigna radiata、大豆Glycine max和玉米Zea mays)叶片的取食选择性;使用Y型嗅觉仪进一步检测地红蝽对5种植物叶片气味的趋性反应;测定分析5种植物叶片物理性状及主要营养物质含量与地红蝽取食选择性的相关性。【结果】地红蝽成虫对5种寄主植物叶片的取食选择率存在显著性差异,依次为谷子＞高粱＞绿豆＝大豆＞玉米,与对这5种寄主植物叶片气味的趋性反应百分率结果一致。相关性分析表明,地红蝽成虫的取食选择性与叶片长宽比、含水量和背面茸毛密度呈显著正相关,相关系数分别为0.881, 0.884和0.906,而与地红蝽成虫取食前后寄主植物叶片可溶性糖含量变化和总蛋白质含量变化呈显著负相关,相关系数分别为-0.915和-0.951。通径分析表明,寄主植物叶片背面茸毛密度和总蛋白质含量变化是地红蝽寄主选择性的重要决定因素。【结论】地红蝽成虫对不同寄主植物存在取食选择和趋向性差异,地红蝽成虫取食选择与寄主植物叶片长宽比、背面茸毛密度、含水量以及可溶性糖和总蛋白质含量变化有关。     

260例浅部真菌病及致病菌种分析

目的了解新疆乌鲁木齐市浅部真菌病发病情况及其病原菌的菌种分布。方法对2004年2月至2010年08月在新疆医科大学第一附属医院皮肤科门诊就诊,临床拟诊为头癣、甲癣、体股癣、手足癣的1 308例患者取病发、皮屑、甲屑行真菌镜检、培养。培养阳性标本在形态学鉴定的基础上行核糖体DNA(rDNA)ITS区序列测定确切鉴定菌种。使用SPSS 17.0统计软件对于结果进行统计分析。结果真菌镜检培养均为阳性患者260例,头癣培养阳性率最高,占33.1%,其次为体股癣占28.8%、甲癣占21.5%、手足癣占16.5%;菌种鉴定:红色毛癣菌为最常见的致病菌(28.5%),其次为须癣毛癣菌(22.3%)、犬小孢子菌(18.8%)、断发毛癣菌(10.0%)。犬小孢子菌为头癣最主要致病菌(16.2%)。统计学分析显示:不同性别、族别间体股癣、手足癣发病率有统计学意义(P<0.05),均好发于男性,汉族发病率高于维吾尔族。不同年龄头癣、甲癣、体股癣、手足癣发病率差异也均有统计学意义(P<0.05),甲癣、体股癣、手足癣好发于中青年,头癣好发于儿童。结论乌鲁木齐市浅部真菌病主要致病真菌是红色毛癣菌。头癣是本地区最主要的儿童浅部真菌病,主要病原菌为犬小孢子菌。     

甘肃、新疆、内蒙苹果蠹蛾成虫消长规律

苹果蠹蛾Cydia pomonella(L.)是我国重要的果树害虫和检疫对象。2005年至2010年,本研究在甘肃、新疆及内蒙古的不同区县选取了16个果园,使用性信息素诱捕器对其中的苹果蠹蛾成虫发生规律进行长期监测。结果表明,苹果蠹蛾在西北地区每年发生2.5个世代;在正常气候条件下,3个成虫发生高峰分别出现在5月上旬、7月中下旬和8月中下旬,但不同地区及同一地区不同果园之间存在较大差异;化学防治、迷向防治等防治措施对苹果蠹蛾成虫捕获量的影响较大,因此生活史研究为主的监测并不适合在上述果园中开展。综合上述研究结果,未对苹果蠹蛾的季节动态进行准确的预测,需要对苹果蠹蛾除成虫外的其他虫态的季节性变化进行详细研究,并建议选择3个以上的果园进行监测,综合各个果园的监测结果并得出结论。