冷冻透射电镜:从分子到系统

单颗粒电镜结合其他方法能够在(近)原子水平提供结构模型,已经成为一种研究大蛋白复合物的有效方法。该文将以两个大的蛋白裂解复合物——tripeptidyl peptidaseII(6MDa)和26S蛋白酶体(2.5MDa)举例说明。低温电子层析能进行非重复的超分子结构分析,如多核糖体和全细胞;能够为超分子组织提供前所未有的信息(可视化蛋白质组学)。     

植物性状研究的机遇与挑战:从器官到群落

植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional trait)通常是指植物对外界环境长期适应与进化后所表现出的可量度、且与生产力优化或环境适应等密切相关的属性。近几十年来,植物性状研究在性状-生产力、性状-养分、性状间相互关系、性状-群落结构维持等方面取得了卓越成就。然而,由于大多数性状调查都是以植物群落内优势种或亚优势种为对象,使其在探讨群落尺度的性状-功能关系、性状数据如何用于改进或优化模型、性状数据如何与遥感连接等问题时,存在空间尺度和量纲不匹配的极大挑战。为了破解上述难题,亟需发展新的、基于单位土地面积的群落性状(Community trait)概念体系、数据源和计算方法等,推动植物性状数据与快速发展的宏观生态学新技术(遥感、模型和通量观测等)相结合,既拓展了植物性状研究范畴,又可推动其更好地服务于区域生态环境问题的解决。所定义的群落性状(如叶片氮含量、磷含量、比叶面积、气孔密度、叶绿素含量等),是在充分考虑群落内所有物种的性状实测数据,再结合比叶面积、生物量异速生长方程和群落结构数据等,推导而成的基于单位土地面积的群落性状。受测试方法的影响,传统的直接算术平均法或相对生物量加权平均法所获得的群落水平的植物性状(如叶片氮含量g/kg或%),虽然可以有效地探讨群落结构维持机制,由于无法实现对群落性状在量纲上向单位土地面积转换,使它很难与模型和遥感数据相匹配。基于单位土地面积的群落性状,可在空间尺度匹配(或量纲匹配)的前提下实现个体水平测定的植物性状数据与生态模型和遥感观测相联系,更好地探讨区域尺度下自然生态系统结构和功能的关系及其对全球变化的响应与适应。同时,它也可更好地建立群落水平的性状-功能的定量关系(非物种水平),为更好地探讨自然群落结构维持机制和生产力优化机制提供了新思路。     

光合作用研究进展:从分子机理到绿色革命

根据国际科学期刊Nature,Science和PhotosynthesisResearch等近年发表的60多篇文献评论了过去5年来光合作用研究领域的研究进展.这篇评论由光合机构的精细结构与光合作用的反应机理、光合作用的调节机制与环境胁迫和光合机理知识的应用与绿色革命三部分组成.第一部分包括天线和反应中心的结构、放氧机理和ATP合成的分子机理;第二部分涉及二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶,光抑制,氧化还原调节和光合作用的高温抑制;第三部分讨论新绿色革命的特点和艰巨性,指出新绿色革命的中心问题是作物光合效率的改善,锐利武器是基因工程,新绿色革命的成功有赖于对光合作用的深入理解和分子生物学家、植物生理学家、生物化学家与农学家们的协同努力.     

全球变化下植物的碳氮关系及其环境调节研究进展——从分子到生态系统

在全球变化条件下,温度的升高和降水格局的变化,导致淡水资源更加匮乏。环境因子胁迫,如干旱和高温等,它们单独或联合的作用将导致作物大幅度减产,引发自然生态系统退化。植物的碳氮代谢及其分配相互联系、不可分割,其生物过程及外界环境调节共同决定着植物的净生产力和营养水平。该文试图从分子、组织、器官、个体和生态系统等层面上,就植物的碳氮关系及其环境调节(温度、水分和CO₂浓度等)进行综述,并提出了进一步展开相关研究应重点关注的几个方面。     

空气微生物群落解析方法:从培养到非培养

随着世界范围内流行性疾病以及我国空气雾霾事件的不断发生,空气生物性污染的研究开始受到高度重视,其研究方法也随着分子生物学技术的快速发展而不断更新,由早期以生化技术为基础的研究方法转变为以现代分子生物学技术为基础的研究方法。综述了空气微生物群落多样性解析方法从培养到非培养的发展过程,包括培养技术法、BIOLOG技术、生物标记法、基因指纹图谱技术、核酸杂交技术、实时荧光定量PCR、空气微生物宏基因组学及基因芯片技术,阐述了这些技术的基本原理,比较了各种技术的优缺点并重点介绍了它们在空气微生物群落多样性研究中的应用概况,最后展望了空气微生物学研究的发展方向。     

家蚕遗传育种:从传统杂交到分子设计

蚕桑丝绸是我国人民的伟大发明,是中华民族的重要文化标识,我国也长期保持着世界产业中心的地位。家蚕早期遗传育种研究高度发达,形成了完善、科学的蚕种繁育和保存体系,但是也提前进入了育种技术的发展瓶颈,如传统遗传资源已被充分挖掘,品种同质化程度高等。进入21世纪以来,我国蚕桑丝绸产业面临着前所未有的巨大挑战。近年来,随着分子生物学、基因组学、转基因、基因组编辑技术的蓬勃发展及其快速应用,家蚕遗传育种迎来了良好的发展势头。本文综述了家蚕遗传育种的发展历程,尤其是转基因和基因组编辑技术在现代家蚕品种改良中的应用潜力和现状,展望和讨论了家蚕遗传育种未来研究和应用的重点。     

土壤微生物群落多样性解析法:从培养到非培养

土壤微生物群落多样性是土壤微生物生态学和环境科学的重点研究内容之一.传统的土壤微生物群落多样性解析技术是指纯培养分离法(平板分离和形态分析法以及群落水平生理学指纹法).后来,研究者们建立了多样性评价较为客观的生物标记法(磷脂脂肪酸法和呼吸醌指纹法).随着土壤基因组提取技术和基因片段扩增(PCR)技术的发展,大量的现代分子生物学技术不断地涌现并极大地推动了土壤微生物群落多样性的研究进程.这些技术主要包括:G+C％含量、DNA复性动力学、核酸杂交法(FISH和DNA芯片技术)、土壤宏基因组学以及DNA指纹图谱技术等.综述了这些技术的基本原理、比较了各种技术的优缺点并且介绍了他们在土壤微生物群落多样性研究中的应用,展望了这些技术的发展方向.     

运动裨益心血管健康:从分子机制到临床应用

缺乏体力活动是心血管疾病的重要危险因素之一.运动能够显著改善心血管代谢和功能,降低多种危险因素,防治心血管疾病,且简单易行、身心愉悦.运动裨益心血管健康是一种全身系统性效应,其主要机制包括减轻氧化应激及慢性炎症状态,激活Akt-eNOS为主的"生存信号"改善心血管胰岛素敏感性和机体代谢,促进干细胞动员,增强自噬及心肌线粒体功能,提高心血管抗损性等,其中,运动改善线粒体功能在运动健康效应中发挥关键作用.近年研究表明,机体自带"内源性药箱",运动促进多种组织器官分泌运动因子,通过内分泌或旁分泌方式介导组织器官间交互作用,参与代谢及心血管保护.在临床实践中,适当的运动干预目前已成为多种心血管疾病治疗和康复的必要辅助手段.但心血管疾病防治的运动处方,尤其是个体化的具体运动方式选择及运动量的掌控等问题尚待解决.通过多组学等方法进一步阐明运动裨益心血管健康的分子机制不仅有助于人们深入认识运动的健康效应,还可为通过调动机体内源性保护机制防治心血管疾病和制定更精准的心血管康复运动处方提供科学依据和新思路.     

从皮层细胞骨架到信号分子:ERM蛋白质的调控魔力

埃兹蛋白(Ezrin)、根蛋白(Radixin)和膜突蛋白(Moesin)(ERM)广泛分布于细胞基质、微绒毛和粘着连接处。其N、C末端分别包含与膜蛋白、肌动蛋白相结合的位点,两端之间以α-螺旋区相连。ERM通过分子内N、C两端的相互作用而维持休眠状态,特异有序的信号作用能解除这种分子内作用使其活化。ERM介导着肌动蛋白-膜蛋白的连接并调控信号分子的传导,因此参与了细胞膜的组建、细胞黏附、细胞迁移,甚至肿瘤发展等生理过程。     

外源供氮水平对大豆生物固氮效率的影响

采用稳定性同位素15N自然丰度(15N natural abundance)技术,以小麦为参照植物,研究了盆栽条件下,在外源供氮0、0.8、2.0、4.0 mmol·L-1水平下大豆的生物固氮百分率以及生物固氮数量对植物氮的贡献.结果显示:(1)0～2.0 mmol·L-1外源供氮可显著提高大豆的生物量和固氮百分率,且于2.0 mmol·L-1处理下地上生物量最高,达104 g·m-2,比CK增加了48%;(2)在0.8 mmol·L-1的供氮水平下大豆生物固氮量最高,为1.318 g·m-2,占大豆植株总吸氮量的70.4%,而在4.0 mmol·L-1供氮水平下生物固氮量仅占植株总吸氮量的44%;随供氮水平的升高,大豆生物固氮量占总吸氮量的比重下降,说明在高水平外源氮下,大豆生物固氮能力受到抑制;(3)大豆生物固氮百分率、固氮数量及吸氮数量与地上生物量间均呈显著正相关关系.结果表明,应用稳定性15N同位素技术可以定量大豆的生物固氮效率,根瘤菌接种配合低浓度外源氮有利于大豆生物固氮潜能的释放,对提高大豆产量、减少化肥投入有积极的指导意义.     

人群变异的分子基础:从单核苷酸多态性到单氨基酸多态性

单核苷酸多态性可以划分为位于基因编码区的SNP和非编码区的SNP两大种类;而在基因编码区的SNP还可以进一步划分为两个亚类:不改变氨基酸序列的同义SNP和改变氨基酸序列的非同义SNP.显然,非同义SNP将导致氨基酸序列的改变,即形成单氨基酸多态性.基于蛋白质组学方法,对亚洲人群血浆样本中的SAP进行了系统研究,发现某一特定SAP在纯合人群和杂合人群中可能与生理或病理性状有着不同的关联.更为重要的是,近期有研究发现,在生物体中广泛存在着RNA序列与DNA序列不一致的现象.导致这种差异的主要原因是在转录水平上存在着规模化的RNA编辑(被称为RNA编辑组,RNA editome).该发现表明,个体拥有的SAP中可能有一部分与基因组SNP无关,而是源于RNA编辑组.进一步推论,可能在翻译水平上存在着不依赖DNA和RNA序列的全新的SAP.     

城市化对鸟类的影响：从群落到个体

世界范围急剧的城市化进程所带来的生态问题,尤其是城市化对鸟类的影响引起了生态学家越来越多的关注。关注点从最初的群落水平,逐渐向种群水平和个体水平深入。在群落水平上,现有的研究展示了城市化对鸟类群落组成、物种的丰富度、多度、生物量和多样性等多方面存在的不同程度的影响;而物种水平的研究探讨了城市化影响鸟类群落格局的内在原因:不同的鸟类物种对城市化具有不同的反应;而个体水平的研究,更是进一步从鸟类行为、生活史特征等方面揭示城市化压力和鸟类的适应对策。大量的证据说明,城市化所带来的土地使用的改变、人为干扰、热岛效应、食物资源改变、巢捕食、夜间灯光等,不同程度地对城市鸟类产生了影响。     

光合作用研究进展：从分子机理到绿色革命

根据国际科学期刊Nature,Science和Photosynthesis Research等近年发表的60多篇文献评论了过去5年来光合作用研究领域的研究进展。这篇评论由光合机构的精细结构与光合作用的反应机理,光合作用的调节机制与环境胁迫和光合机理知识的应用与绿色革命三部分组成。第一部分包括天线和反应中心的结构,放氧机理和ATP合成的分子机理;第二部分涉及二磷酸核酮糖化酶／加氧酶,光抑制,氧化还原调节和光合作用的高温抑制。第三部分讨论新绿色革命的特点和艰巨性,指出新绿色革命的中心问题是作物光合效率的改善,锐利武器是基因工程,新绿色革命的成功有赖于对光合作用的深入理解和分子生物学家,植物物理学家,生物化学家与农学家们的协同努力。     

系统生物学--从生物分子到机体反应过程

目　　录一、后基因组时代二、老生常谈的问题———定量问题三、模型与模拟四、从何着手五、结论2 0 0 3年 9月 15日 ,美国国立卫生研究院 (NIH)的官方网站上发布了这样一组消息和相关评论(Changingthefaceofbiology :NIGMSfundscentersofexcellenceatHarvardandMITseekingtou     

活性氧:从毒性分子到信号分子--活性氧与细胞的增殖、分化和凋亡及其信号转导途径

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是生物体有氧代谢产生的一类活性含氧化合物的总称,主要包括O2·-、H2O2、·OH等,机体细胞通过多种途径维持ROS产生与消解的动态平衡。近年的研究揭示ROS参与细胞正常的生理过程,与细胞的增殖、分化及凋亡密切相关。不同刺激诱导细胞产生的内源性ROS可作为第二信使,通过改变氧化还原状态调节增殖、分化和凋亡相关的信号转导通路中多种靶分子的活性,最终决定细胞的命运。     

构建“小”的艺术——从分子开关到分子马达

生物体的复杂结构和功能为我们提供了启发和挑战,即如何在分子水平构建纳米结构,并控制它的功能。通过＂自下而上＂的路线,我们着重在以下方面进行了探索：组装对外界刺激具有响应性的纳米体系,其中关键是在分子和超分子水平控制它的动态过程。分子开关是受外界刺激控制的单元,并可作为分子存储和电子元件。本文介绍了一类受光控制的分子开关,由于光控的简单性和高效性,此类光分子开关有望在分子水平的信息存储领域展现重要的应用价值。此外,通过将另一类光分子开关螺吡喃与通道蛋白结合,成功实现了蛋白孔的光控开关,可以被称为＂分子阀门＂,对未来的可控药物释放提供了很好的模型。分子马达是对纳米科学的巨大挑战,并将是未来分子机器的核心组成部分。本文介绍了新型的光驱动分子马达,对外界能量的利用使马达能够进行循环的定向运动,并且对马达分子结构的设计,能够构建出速度更快的第二代光驱动分子马达。然后,通过化学方法能够将该马达固定在纳米颗粒以至宏观界面的表面上,马达仍然能够受光驱动而高效运行。最后,本文展示了分子马达的一些应用,例如,马达的运动能够引起与之结合的高分子体系、液晶,甚至宏观物体的变化。     

胰岛素与心血管保护:从基础到临床

胰岛素是经典的代谢调节激素,新近研究表明胰岛素除调节代谢外,还可直接激活细胞"生存信号",发挥心血管保护作用,提示糖尿病与心血管病之间有内在联系;胰岛素抵抗致该保护机制受损是糖尿病促发心血管疾病的一个重要机制。结合本研究组在此方面的工作,本文简要综述代谢相关心血管病发病机制及胰岛素在心血管保护方面的研究进展。     

群落生态学与有害生物防治(四):群落演替与群落多样性

一、演替的概念和类型群落也像个体一样具有由低级到高级、由简单到复杂的发育过程,具有发生、发展和消亡的新陈代谢过程。这种在同一地带由不同发育阶段的群落彼此替代的现象,称为演替。其中一系列先后出现的演替阶段,称为演替系列。演替的起因涉及内因和外因。内因主要是随着群落的发展,引起内部环境和种间竞争关系的变化;外因是自然因素的改变和人为干预以及外来种的入侵。由于不同生物的生态幅度不同,环境的改变就导致群落中优势种类的改     

从功能基因到生物学性状:大丽轮枝菌致病性形成的分子基础

大丽轮枝菌为典型的土传维管束病原真菌,针对其致病相关基因的挖掘与功能解析一直是植物病理学研究的热点.大丽轮枝菌具有定殖维管束、"毒素"致萎、形成微菌核、种群分化多元化等特征,这些性状最终支撑或决定了病原对寄主的致病性基础.从进化角度来说,功能基因决定生物学性状.截至目前,在大丽轮枝菌中已鉴定出上百个功能基因;但针对其与...     

分子遗传学:从实验室走向田间

第五届国际固氮会,是一次多学科综合性会议,内容从氮化合物的配位化学到固氮微生物的生态学,目的在于将对固氮的各个领域有兴趣的科学家们召集起来进行交流。很明显,目前分子生物学技术对在农业上的生物固氮作用正发生重大影响。对Klebsiella pneunoniae固氮分子遗传学的基础研究,已经被应用于较不易进行遗传操作的细菌的固氮分析,如念珠藻和根瘤菌,二者都是农业上重要的共生参与者。