冬虫夏草分子遗传的研究进展

冬虫夏草是一种名贵的药用真菌,由于其多功能的药用价值而成为各国研究的热点。本文对冬虫夏草遗传多样性、冬虫夏草系统发生、冬虫夏草的酶和文库的研究做了综述,并对冬虫夏草的研究做了展望。     

冬虫夏草菌和蛹虫草菌的研究现状、问题及展望

冬虫夏草菌和蛹虫草菌是两种最著名的虫草菌。从分类学地位、分布、生活史及有性生殖类型、寄主范围、遗传多样性、分子遗传学和基因组学、生态学、人工栽培及产品开发等方面对冬虫夏草菌和蛹虫草菌的研究现状进行总结,指出了研究中存在的一些问题,并对研究前景进行展望。     

微生物分子生态学发展历史及研究现状

微生物群落多样性是微生物生态学和环境学研究的重点之一。分子生物学方法应用于微生物群落结构分析使得对环境样品中占大多数的不可培养微生物的研究成为了可能。由于功能上高度保守,序列上的不同位置具有不同的变异速率,核糖体RNA（rRNA）是目前在微生物分子生态学上最为有用以及应用最广泛的分子标记,通过rRNA序列比对,可以分析不同分类水平的系统发育关系。元基因组学研究方法通过对环境样品中的各种微生物群落的总的基因组进行分析,充分展示了环境微生物代谢途径,极大地扩展了对微生物的认识。快速发展的高通量测序极大地促进了各项微生物生态学技术的发展,带来了新的突破。     

微生物生态学研究方法的新进展

微生物生态学是研究微生物群体与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。近些年 ,在此领域的方法学上有许多新的进展。通过各种荧光染料对微生物进行直接染色或定量 PCR的方法可进行微生物现存量的研究。测定整个群落的碱基组成和 DNA的复杂性或者自然环境样品中直接扩增的 16 Sr DNA的分析可估计出总的群落的遗传结构及其复杂性。在单个细胞水平上分析微生物群落结构多是采用 FISH(荧光原位杂交 )的方法。     

微生物分子生态学研究方法及其存在的缺陷

微生物群落多样性是微生物生态学和环境学研究的重点之一.分子生物学方法应用于微生物群落结构分析使得对环境样品中占大多数的不可培养微生物的研究成为了可能.然而,PCR过程中的偏差(bias)会引起结果并不能如实地再现原始的群落结构,随着多个宏基因组项目的研究,发现所谓的“通用引物”并不能覆盖全部的微生物类型,即使可以添加简并碱基,也无法与通过宏基因组得到的rRNA序列完全匹配,这导致了在诸多研究中会忽略环境中的微生物群落.即使是不经过PCR扩增的元基因组和元转录组学研究方法,对于分子微生物群落也存在着一定的问题.     

青海冬虫夏草资源及生物学特性的初步研究

本文研究了青海冬虫夏草自然资源及生物学特性,结果表明,青海冬虫夏草多分布在海拔４２００—４６００ｍ的区域内,具有垂直地带性分布特征。最适生长程度为７—１２℃,最适生长温度８０－９５％,土壤湿度为４０—６０％．蝙蝠蛾幼虫主要啃食头花蓼、珠芽蓼和小大黄等植物的地下部分。５月下旬至６月下旬采集的虫草品质最优。     

PCR-DGGE技术及其在微生物生态学中的应用

现代分子生物学技术PCR-DGGE是一种分析微生物群落的有效工具,可以用于研究生态系统中微生物多样性和群落动态性。本文简要介绍了PCR-DGGE技术原理及其在微生物生态学领域的应用,并对该技术的局限性进行了评价。     

景观基因组学方法在保护生物学研究中的应用与前景

生物多样性是人类生存与发展的基础,全球气候的快速波动正对生物多样性造成严重威胁。保护生物学旨在研究全球生物多样性面临的危机及如何更加有效地进行生物多样性保护。景观基因组学（Landscape genomics）研究通过解析基因型与环境因子之间的关联性,揭示物种响应气候变化的适应性遗传变异与适应性进化,推动了保护生物学的快速发展。本文简要阐述了景观基因组学解析物种适应性遗传变异空间分布格局的主要研究方法,总结了近年来景观基因组学方法在动植物保护研究中的应用案例,并针对景观基因组学方法在保护生物学研究中存在的问题及未来研究方向提出了建议。     

鱼类卵子质量研究及其关键科学问题

卵子质量(卵质)是一种复杂的生物学特性, 是决定雌性动物生殖能力的主要因素。鱼类卵质通常指卵子的受精能力及支持胚胎正常发育的能力, 它直接关系到受精卵的形成、胚胎的早期发育及仔、稚、幼鱼的成活与生长, 是决定鱼类繁育成功和养殖效率的首要环节。对卵质进行客观而准确的评估, 提升卵子质量, 以获得大量高质量的成熟卵, 是水产种业和养殖业发展的重要前提。理论上, 鱼类的卵质由卵子中所储存的所有母源物质的集合及其时空分布格局所共同决定。文章综述了鱼类卵子的发生和成熟及鱼类卵质评估标准的研究现状, 重点评述了以斑马鱼为模型所开展的母源因子对卵子质量的调控研究。最后, 提出了鱼类卵质研究中亟待研究和解决的重要科学问题, 即需要重点研究卵原细胞-卵母细胞转换、卵母细胞-卵子转换、卵-胚转换、胚胎-仔鱼转换、仔-稚鱼转换等决定卵质和受到卵质影响的关键生物学事件。     

油藏微生物多样性的分子生态学研究进展

油藏微生物是一类宝贵的资源,在油层生态系统的物质循环和能量流动中发着主导作用.传统上,主要依赖纯培养技术,使得大部分油藏微生物都没能得到充分认识.分子方法克服了纯培养方法中遇到的问题,能更好地了解环境微生物群落多样性.近年来,在油藏微生物群落多样性研究中的应用进展迅速,对油藏微生物学和生态学的发展产生了重要影响.文中评述了近年来国内外在油藏微生物分子生态方面的研究进展,并对进一步的研究提出了展望.     

一株产虫草素的冬虫夏草内生真菌 Bionectria ochroleuca OS17

虫草素是一种核苷类似物,具有多种药理作用。利用虫草素产生菌发酵的方式获得虫草素,可能是产生虫草素的一种新方法。为筛选能产虫草素的内生真菌,从中国传统的中药冬虫夏草子实体中共分离得到42株真菌,经PDB液体培养后,采用高效液相色谱（HPLC）鉴定其代谢产物。结果表明：菌株OS17的代谢产物中含有虫草素,且虫草素产量为40.16 mg/L。基于形态学特征和ITS序列分析,菌株OS17被鉴定为淡色生赤壳菌(Bionectria ochroleuca)。这是首次从冬虫夏草中分离得到能产虫草素的生赤壳属,表明了内生真菌具有产生多种生物活性物质的潜力。     

土壤微生态环境对冬虫夏草寄主蝙蝠蛾幼虫病原菌粉棒束孢宿存及毒力的影响研究

测定了温度、含水量、土壤微生物三个因素以探讨蝙蝠蛾幼虫生长过程中微生态环境对粉棒束孢(Isaria farinose)宿存及毒力的影响。结果表明粉棒束孢30℃保存6个月的宿存量降低至10~3个/g以下。随着保存温度降低,宿存量的下降速度变缓,粉棒束孢在-18℃保存1年后,宿存量仍基本维持在10~6个/g以上。粉棒束孢在低湿环境下(含水量35%)保存1年的宿存量维持在10~4个/g,含水量45%～65%,粉棒束孢宿存量会先增加后降低,降低的速度基本随湿度的增加而增加,1年后宿存量降低至10~3个/g以下。土壤微生物对粉棒束孢的宿存具有明显抑制作用,野外高山草甸土壤中微生物显著抑制粉棒束孢萌发,不利于粉棒束孢的宿存,而室内饲养土壤由于幼虫排泄物、饲料腐殖质可能有利于粉棒束孢的宿存。上述研究结果为进一步制定粉棒束孢防治方法,同时也为粉棒束孢作为生防菌的有效保存提供了参考。     

黄顶菊对不同入侵地植物群落及土壤微生物群落的影响

为明确不同入侵地植物群落和土壤生态对黄顶菊入侵的反馈机制,选取天津静海(JH)、河北沧州(CZ)、河北衡水(HS)及河南安阳(AY)4个黄顶菊入侵典型区域,研究黄顶菊对不同入侵地植物群落多样性、土壤理化及土壤微生物群落结构的影响,并进一步揭示植物群落、土壤养分和土壤微生物之间的相关关系。结果表明,黄顶菊入侵显著降低了JH、CZ和HS的植物群落多样性指数(P0.05),改变了四个地区的土壤理化性质,显著升高了不同入侵地真菌PLFA的含量、总PLFA的含量、真菌/细菌和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌(P0.05),降低了土壤微生物的Margalef丰富度指数(P0.05),但均存在地区间差异;RDA和相关分析的结果表明,硝态氮、全氮的含量对植物群落的影响较大,而铵态氮的含量对土壤微生物群落结构的影响较大,除丰富度指数外,植物群落与土壤微生物群落的多样性指数之间存在显著的负相关关系(P0.05)。总之,黄顶菊改变了入侵地植物群落多样性,并且对入侵地土壤理化性质和土壤微生物群落结构产生了显著影响,且存在地区差异。本研究将为更好的理解外来植物的入侵机制及制定相应的防控策略提供理论依据。     

不同来源植物乳杆菌基因组结构和功能差异的比较研究

[目的] 本试验研究不同来源植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）基因特点以及在不同环境下其基因多样性,探究2株L.plantarum A8和P9在肠道生境及植物表面适应性的异同,为优良菌株的开发提供理论基础。[方法] 本研究对从动物肠道和植物表面分离获得的L.plantarum A8和L.plantarum P9的基因组进行分析,利用第二代测序技术（NextGeneration Sequencing,NGS）,基于Illumina NovaSeq测序平台,同时利用第三代单分子测序技术,基于PacBio Sequel测序平台,对L.plantarum A8和L.plantarum P9进行测序。采用Carbohydrate-active enzymes（CAZy）、Koyto encyclopedia of genes and genomes（KEGG）和Clusters of orthologous genes（COG）数据库对基因组进行功能注释;采用CGView软件绘制菌株的基因组环形图谱。应用比较基因组学与已经公开发表的其他L.plantarum基因组进行比较分析。[结果] 由研究可知L.plantarum A8和L.plantarum P9基因组大小存在差异,通过构建系统发育树发现2株菌与其他来源的L.plantarum分在同一分支,并且L.plantarum P9与母乳来源的L.plantarum WLPL04菌株距离最近,而L.plantarum A8与L.paraplantarum DSM10667距离最近。通过基因家族分析可知,2株菌共有基因为2643个,其中包括一些抗应激蛋白如热休克蛋白、冷休克蛋白。L.plantarum A8和P9独特基因分别为321和336个,L.plantarum A8中独特基因主要参与DNA复制、ABC转运系统（ABC transfer system）、PTS系统（phosphotransferase system）、磺酸盐转运系统、氨基酸生物合成等代谢通路;L.plantarum P9的独特基因以参与碳水化合物的运输和代谢基因居多,例如rpiA基因、lacZ基因、FruA基因等。[结论] 通过比较基因组学方法解析L.plantarum的基因组信息,发现动物肠道来源的L.plantarum具有较好的氨基酸转运能力,植物表面附着的L.plantarum菌株具有较好碳水化合物利用能力,从而为益生菌的开发与利用提供理论依据。     

rDNA-targeted PCR primers and FISH probe in the detection of Ophiocordyceps sinensis hyphae and conidia

Ophiocordyceps sinensis (Berk.) Sung, Sung, Hywel-Jones & Spatafora (syn. Cordyceps sinensis) one of the entomopathogenic fungi, is a rare Traditional Chinese Medicine (TCM) found in the Qinghai-Tibetan Plateau. Polymerase Chain Reaction (PCR) and Fluorescence in situ hybridization (FISH) methods are necessary to identify the mycelia or spores of O. sinensis from its habitat and to monitor its dispersal, colonization and infectivity. To develop both primers and probe specific to O. sinensis, ribosomal DNA (rDNA) amplified with universal primers from O. sinensis genomic DNA and seven closely related fungi were sequenced. According to these sequences, the upper and lower primers (OsT-F and OsT-R) were designed within internal transcribed spacer region 1 (ITS1) and ITS2 and flanked by universal primers ITS5 and ITS4, respectively. The designed primers were used for general PCR, touchdown PCR, or both together with the universal primers for nested-touchdown PCR. The results showed that only the extracted DNA of O. sinensis was specifically amplified. The sensitivity of nested-touchdown PCR with extracted DNA of O. sinensis is as low as 10⁻¹⁴ g (10 fg) and at least 1000 times higher than the other PCR methods. In addition, Cy5-labeled probe (OsLSU) for cytoplasmic LSU rRNA was hybridized with the ascospores of O. sinensis. It showed a strong red fluorescence throughout the whole cell but did not cross-react with other entomopathogenic fungi. Taken together, these methods were useful for studying the biology and ecology of O. sinensis.     

19个茶树杂交新品系主要性状比较及其遗传多样性分析

为探讨茶树（Camellia sinensis）种质资源的遗传背景,加快新品种选育进程,对19份区试茶树新品系的农艺性状进行观测,结合SSR标记进行遗传多样性分析。结果表明,新品系1001 （‘春绿2号’）、1017、46-6为特早生种,萌发期比对照‘福鼎大白’早10 d以上;除1001是小乔木外,其余品系均为灌木;新品系叶形多为长椭圆形,1017品系为近圆形,1011与1012品系为近椭圆形。利用48对SSR引物对19个茶树新品系进行扩增,共扩增出231个等位基因（Na）,每对引物平均扩增出4.8个;多态性信息含量（PIC）为0.14~0.85,平均0.55,PIC超过平均值（0.55）的有28对引物,占引物总数的58.33%。聚类分析表明,在遗传距离为0.32时,29份种质资源可分为4类,第一类有1009、‘黄玫瑰’、‘黄旦’和‘黄观音’等4个,第二类有1011、1008、1014等16个,第三类有‘福鼎大白’、‘福云6号’、1017、1019、1015等5个;第四类有1001与‘早春毫’。这为茶树新品种的选育提供了种质资源。     

皂荚种质资源SCoT遗传多样性分析及指纹图谱的构建

采用SCoT标记分析了18个皂荚种质的遗传多样性,并采用UPGMA法对18个皂荚种质进行了聚类分析。在此基础上,通过筛选出的多态性条带构建了18个皂荚种质的SCoT指纹图谱。扩增结果表明:从51个SCoT引物中筛选了15个引物进行PCR扩增,共扩增出226条带,其中多态性条带216条,多态性比率为96.61%。各引物多态性信息含量(PIC)、观测等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Nei’s基因多样性指数(H)和Shannon’s信息指数(I)的平均值分别为0.875 9、1.964 9、1.440 1、0.272 6、0.426 1。18个皂荚种质的遗传相似系数在0.491 4~0.938 1之间,表明供试材料之间具有较丰富的遗传多样性。聚类分析结果表明:在遗传相似系数为0.60处可将18个皂荚种质分为3组,其中野皂荚单独为一组,山皂荚和皂荚-T聚为一组,其它皂荚材料聚为一组。利用3个引物扩增的8个多态性位点构建了18份皂荚种质资源的DNA指纹图谱,可以将其区分并精准鉴定。该研究结果为皂荚种质的鉴定和新品种选育提供了一定的理论依据。     

不同林龄桉树根际及非根际土壤微生物群落结构及功能

桉树(Eucalyptus spp.)是最重要的速生人工林树种之一,但其导致的不良生态效应使其备受争议。桉树对土壤微生物群落的影响尚缺乏研究。以2、7、12、17和22年的桉树人工林为研究对象,利用宏基因组测序技术探究根际和非根际微生物群落结构、多样性及功能对桉树林龄的响应。结果表明:土壤理化性质及多样性随林龄呈现先降低后升高的趋势。根际土真菌群落多样性在12年最低,非根际土细菌、根际及非根际土古菌群落均在7年最低。不同林龄间桉树根际及非根际土的微生物群落组成均存在显著差异,但并未改变真菌群落优势菌属(根孢囊霉属,Rhizophagus)。然而,根际土的细菌与古菌群落优势菌属与非根际土存在显著差异,根际土的优势细菌菌属分别为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)及拟杆菌属(Bacteroides),优势古菌菌属为Candidatus-Nitrosotalea属及甲烷粒菌属(Methanocorpusculum)。真菌对硝态氮,细菌、古菌群落α多样性及群落组成对pH有较大响应。此外,古菌α多样性及群落组成对有效磷有较大响应。真菌、细菌、古菌的功能在根际及非根际间存在显著差异,且细菌群落的变异最大。研究揭示了不同林龄桉树土壤微生物群落的动态变化规律,为桉树人工林提质增效、多功能经营提供理论依据。     

云南中华按蚊的遗传变异和种群结构

为了掌握云南省各地中华按蚊种群间的遗传变异和种群结构特征,测序并分析了采自云南9个样本点5个种群组的89头中华按蚊的线粒体COII基因。结果表明这些中华按蚊种群的COII基因序列平均单倍型多样性指数和核苷酸多样性指数分别为h=0.933,π=0.00406,共有51个变异位点,占分析的739个碱基总数的6.9%;定义了39个单倍型,有2个频率最高的单倍型H1和H9,分别占个体序列数的20.2%和12.4%;系统发育分析表明单倍型与地理位置没有明显的对应关系,单倍型网络图显示大部分单倍型分布没有明显的亲缘地理格局,主要以单倍型H1、H9、H4、H33和H2为中心呈星状分布,但元江和元阳构成的种群组(YU)单倍型存在明显地域分布特征;AMOVA结果表明种群组间遗传变异为12.58%,达到显著水平(P=0.04888),地理种群组间具有明显种群遗传结构。不同地区两两种群组间的Fst值和Nm值显示大部分种群组间存在基因交流,没有形成明显的遗传分化,但YU种群组和其他种群组间缺乏明显的基因交流,这主要是因为哀牢山的阻隔,使云南东西部形成两种不同的气候,产生了明显的遗传分化;歧点分布图显示为明显单峰分布,中性检测结果均为显著负值,说明云南省的中华按蚊种群在近期经历过复杂的种群扩张事件。掌握中华按蚊遗传多样性及分化特征,对中华按蚊及疟疾控制具有重要的作用。     

Genetic diversity and structure of Cordyceps sinensis populations from extensive geographical regions in China as revealed by inter-simple sequence repeat markers

Cordyceps sinensis is one of the most valuable medicinal caterpillar fungi native to China. However, its productivity is extremely limited and the species is becoming endangered. The genetic diversity of eighteen C. sinensis populations across its major distributing regions in China was evaluated by inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. A total of 141 markers were produced in 180 individuals from the 18 populations, of which 99.3% were polymorphic. The low average of Shannon (0.104) and Nei index (0.07) of the 18 populations indicates that there are little genetic variations within populations. For all 18 populations, estimates of total gene diversity (H_T), gene diversity within populations (H_S), coefficient of genetic differentiation (G_ST), and gene flow (Nm) were 0.170, 0.071, 0.583, and 0.357, respectively. This pattern suggests that the genetic diversity of C. sinensis is low and most of the ISSR variations are found among populations with little gene exchange. The 18 populations are divided into five groups based on the genetic distance and the grouping pattern matches with the geographic distribution along the latitudinal gradient. The five groups show obvious difference in the G_ST and Nm values. Therefore, the genetic diversification of C. sinensis populations may be determined by geographic isolation and the combined effects of life history characters and the interaction with host insect species. The information illustrated by this study is useful for selecting in situ conservation sites of C. sinensis.