基于微信的“微生物遗传育种实验”混合式教学模式探究

随着互联网的飞速发展,传统课堂教学与互联网相结合的混合式教学模式越来越受到人们的关注。微信作为使用最广泛的即时通讯软件,其公众号功能非常适合作为移动学习的平台。本文介绍了将微信应用到“微生物遗传育种实验”的教学实践,探索线上和线下结合的混合式教学模式。以“绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)的基因定点突变实验”为例,从教学设计、建立公众号及推送素材、课前预习、课堂学习、课后复习及反馈等5个方面详细介绍混合式教学过程。GFP基因定点突变实验在引物上引入一个GFP突变位点(Y66H),以质粒pGFPuv为模板,经PCR扩增后,以DpnⅠ消化原始质粒,并转化大肠杆菌筛选蓝色荧光蛋白突变株。采用微信与课堂教学结合的模式,既方便学生与老师交流互动,又有利于学生利用碎片化时间学习,使得“教与学”更加顺畅。实践证明,这种混合式教学模式深受学生喜爱,增强了学生学习兴趣与学习自主性,显著提高了教学效果。     

黄酒酵母一个新基因的鉴定及其对酵母抗逆性能的影响

该文鉴定了一个来自黄酒酵母菌株D2的新基因g5170,并研究了其对黄酒酵母环境胁迫耐受性与发酵性能的影响。生物信息学分析发现,此基因编码的蛋白质含有酰胺酶(amidase)保守功能域,并在YPD培养条件下有较高的基因表达量。利用Cre/lox P系统构建了基因g5170的敲除菌株,通过扩增带有g5170基因上下游同源序列和kanr筛选标记的基因敲除组件,并通过醋酸锂法转化到黄酒酵母菌株D2获得阳性克隆子,然后将质粒p SH65转到阳性克隆子中,半乳糖诱导p SH65表达Cre酶切除kanr筛选标记。重复此实验过程,最终获得两个g5170基因拷贝完全缺失菌株D2?g5170。梯度生长实验显示,与原始菌株相比,敲除菌株对高糖浓度、高温耐受性无明显变化,但对乙醇胁迫的耐受性显著降低,而过表达g5170的重组酵母菌株对乙醇的耐受性明显比对照菌株强。模拟黄酒发酵实验结果表明,敲除菌株D2?g5170的生长速率、乙醇产量及理化指标与原始菌株相似。因此,g5170基因可能与黄酒酵母适应乙醇胁迫有关,并有助于提高酵母的黄酒发酵性能。     

酿酒酵母的"组学"技术研究进展及其在工程菌株构建中的应用

酿酒酵母是真核模式生物,已被广泛用于 "组学"水平的研究。"组学"技术主要由基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学构成。综述了酵母菌"组学"的研究进展,并论述了酵母菌"组学"技术在酵母菌菌株改造中的应用,包括酒类及生物燃料乙醇工业生产菌株的基因工程改造等。     

机器学习在微生物组宿主表型预测中的应用

随着大数据时代的到来,如何将生物组学海量数据转化为易理解及可视化的知识是当前生物信息学面临的重要挑战之一。为了处理复杂、高维的微生物组数据,目前机器学习算法已被应用于人体微生物组研究,以揭示疾病背后的复杂机制。本文首先简述了微生物组数据处理方法及常用的机器学习算法,如支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)等,然后对机器学习的工作流程及其要点进行阐述,并探讨了机器学习算法在基于微生物组数据预测宿主表型方面的应用。最后以唾液微生物组数据预测口腔异味为例,实现了机器学习算法的模型构建与评估分析,并提供了可用于微生物组研究实践的R/Python代码(https://github.com/LiLabZSU/microbioML)。     

Windows下16S rRNA基因扩增子测序数据分析的简易流程

微生物组数据分析需要掌握Linux系统操作,这对缺乏计算机知识的生物研究人员是一个很大的障碍。为此我们设计了一套在Windows的Linux子系统(WSL)下分析16S rRNA基因扩增子高通量测序数据的简易流程。本流程整合常用的开源软件VSEARCH与QIIME等,能对16S rRNA测序数据进行质量控制、OTU聚类、多样性分析及结果可视化呈现。以唾液微生物组分析为例,详细介绍从原始数据到多样性统计分析过程的参数和命令,及结果解读。教学实践证明,此流程易于学习,并有助于掌握微生物组的基本概念与方法。利用Windows系统最新的WSL功能,本流程方便Windows用户使用大量在Linux上运行的生物信息工具,有助于促进微生物组研究的发展。流程的安装程序与测序数据可从网址(http://www. ligene. cn/win16s/)免费下载使用。     

探究式教学在基因组学课程中的实例研究:基于比较基因组学鉴定大肠杆菌致病因子

基因组学是现代生命科学中众多"组学"研究方法的核心,越来越受到高校生物教学的重视,但目前关于其教学方法的研究报道较少。文章以大肠杆菌致病因子的比较基因组学教学作为一个专题教学实例,展示探究式教学法在基因组学课程中的应用。学生首先以Mauve软件比较不同大肠杆菌的基因组,分析基因的保守性,并以BLAST检索基因的功能注释信息,从而鉴定其是否为致病因子基因。在该专题教学中,整个教学过程通过情境、资源、任务、过程、评价5个模块来组织实施。教学效果表明,通过探究式教学的应用,学生在掌握基因组学课程知识与专业技能的基础上,提高了科研兴趣与自主学习能力。此外,该专题教学内容还可应用于其他相关课程如微生物学、生物信息学、分子生物学及食品安全检测技术等。     

醋酸菌中CRISPR位点的比较基因组学与进化分析

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)是近几年发现的一种广泛存在于细菌和古菌中,能够应对外源DNA干扰(噬菌体、病毒、质粒等),并提供免疫机制的重复序列结构。CRISPR系统通常由同向重复序列、前导序列、间隔序列和CRISPR相关蛋白组成。本研究以醋酸发酵中常见3个属醋杆菌属(Acetobacter)、葡糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)和葡糖杆菌属(Gluconobacter)的48个菌株为研究对象,通过其基因组上CRISPR相关基因序列的生物信息学分析,探索CRISPR位点在醋酸菌中的多态性及其进化模式。结果表明48株醋酸菌中有32株存在CRISPR结构,大部分CRISPR-Cas结构属于type I-E和type I-C类型。除了葡糖杆菌属外,葡糖醋杆菌属和醋杆菌属中的部分菌株含有II类的CRISPR-Cas系统结构(CRISPR-Cas9)。来自不同属菌株的CRISPR结构中重复序列具有较强的保守性,而且部分菌株CRISPR结构中的前导序列具有保守的motif (与基因的转录调控有关)及启动子序列。进化树分析表明cas1适合用于醋酸菌株的分类,而不同菌株间cas1基因的进化与重复序列的保守性相关,预示它们可能受相似的功能选择压力。此外,间隔序列的数量与噬菌体数量及插入序列(Insertion sequence, IS)数量有正相关的趋势,说明醋酸菌在进化过程中可能正不断受新的外源DNA入侵。醋酸菌中CRISPR结构位点的分析,为进一步研究不同醋酸菌株对醋酸胁迫耐受性差异及其基因组稳定性的分子机制奠定了基础。     

下调microRNA-34a增强对人脂肪干细胞成骨诱导分化作用的初步探索

目的:颅颌面临界骨缺损是整复外科常见疾患,常常给患者的身心带来障碍和压力。为解决骨形成不足这一难题,我们拟通过表观遗传修饰的手段,调节microRNA-34a在人脂肪干细胞中的表达,来探讨microRNA-34a对人脂肪干细胞成骨诱导分化的影响。方法:分离培养原代人脂肪干细胞,以慢病毒为转染载体,分三组对其进行上调、下调microRNA-34a的表达及阴性对照。然后对其进行成骨诱导培养,于诱导的第7天行碱性磷酸酶(ALP)染色,第14天行茜素红(Alizarin Red)染色,定性比较转染后人脂肪干细胞成骨诱导分化的效果。结果:成功分离和培养原代人脂肪干细胞,并以慢病毒高效率转染调控microRNA-34a的表达。对比碱性磷酸酶和茜素红染色可见下调microRNA-34a组成骨效率最高,其次是阴性对照组,上调组效率最低。结论:1.人脂肪干细胞通过慢病毒转染获得高效率的表观遗传修饰;2.下调microRNA-34a的表达对人脂肪干细胞成骨的诱导分化有一定的促进作用。