薏米萌芽过程的代谢组学变化及特征分子筛选

药食同源是薏苡作物的天然禀赋,但是加工利用过程中往往存在适口性差、不易蒸煮等特点。种子萌芽是植物新一轮生命周期的开端,也是改善谷物口感与品质的重要手段。本研究旨在研究薏米萌芽前后特征代谢物的变化,为薏米功能食品的开发和利用提供理论依据。以兴仁白壳、黔薏2号、安国薏苡和日本薏米4份薏米材料进行萌芽,采用广泛靶向代谢组学分析方法对其萌芽后和萌芽前的代谢物进行比较分析,并对其差异代谢物进行鉴定和筛选。结果显示,4份薏米材料在萌芽前后共检测到590个代谢物,其中190个共有差异代谢物,2个黄皮品种聚在一起,2个红皮品种聚为一类。薏米萌芽后脂质、有机酸、生物碱、木质素和香豆素、酚酸类、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物整体上呈上调模式,而黄酮类则整体表现为下调模式。上调倍数最大的10个差异代谢物分子为N-苯乙酰甘氨酸、S-腺苷蛋氨酸、N-α-乙酰-L-精氨酸、甲基马来酸、丙氨酰亮氨酸、天冬氨酰苯丙氨酸、茶氨酸、L-苯丙氨酸-L-苯丙氨酸、对香豆酰基O-水杨酰奎尼酸、核酮糖-5-磷酸,下调倍数最大的代谢物分子为脯氨酸甜菜碱、甘草素-7,4-二葡萄糖苷、顺式玉米素、扁蓄苷、七叶苷、槲皮素-3-O-α...     

酶类药物现状、问题及展望

随着生物制药的迅速发展,许多酶类药物应运而生,在治疗代谢疾病、心血管疾病、癌症等诸多疾病上发挥着越来越重要的作用。但是酶类药物也存在一些不足,如潜在的免疫原性、较短的体内半衰期,以及较差的组织靶向性,影响了酶类药物的疗效和应用。为克服这些缺点,人们已开发出多种技术,如通过糖基化、聚乙二醇修饰等分子工程技术提升酶蛋白药效,另一方面酶基因疗法也已成功用于多种酶缺陷疾病的治疗。基于酶类药物的迅速发展和广泛的应用前景,本文对酶类药物的现状进行较详细的阐述,并对酶类药物的优势、所存在的问题及未来发展趋势进行分析和评述。     

定量分析调控人类免疫缺陷病毒潜伏与激活的动力学机制

目的 治疗艾滋病最大的障碍在于无法根除人类免疫缺陷病毒（HIV）潜伏于人体细胞所形成的病毒存储库。构建描述病毒存储库建立分子机制的动力学模型需考虑生物体内的噪声环境和多重影响因素,本文通过一种全新的动力学结构分解方法将随机微分方程的确定性部分与随机性噪声分开,从而在仅需分析常微分方程不动点的情况下即可判断不同药物靶点的作用效果。方法 使用连续的随机微分方程构建了HIV转录过程的动力学模型,简化了描述系统所需方程的维度,增大了模型的可探索空间,在此基础上,通过计算得到的势能函数和概率分布函数直观表示病毒潜伏与激活的不同表达状态以及它们之间的关系。结果 定量分析了不同动力学参数对系统稳态和势函数的影响程度,分别得到了系统处于双稳态和单稳态时的参数范围,并将不同因素对动力系统分岔的影响程度与生物学实验结果对比,验证了本工作的理论基础。结论 本文突破了以往离散、随机的方法,可以通过常微分方程定量分析HIV转录调控的动力学机制,有利于推广到处理高维情况,进一步研究艾滋病在生物体内的发生发展,从而指导设计实验寻找临床上的治疗方案。     

胡麻亚麻酸亚油酸相关KASP标记的开发

胡麻是北方地区特有的、富含不饱和脂肪酸的油料作物。培育高亚麻酸品种、高亚油酸品种是胡麻品质育种的主要目标。分子标记辅助选择能提高胡麻育种效率,缩短育种年限。本研究进行了胡麻资源材料自然群体多年多点脂肪酸检测数据的统计分析和基因分型、群体构建、亚麻酸、亚油酸相关SNP位点的KASP基因分型及其验证等研究,取得了以下几个方面的结果：（1）检测246份胡麻种质资源材料多年多点5种脂肪酸成分,并对其进行了统计分析。相关性分析结果显示,亚麻酸与其他成分之间呈极显著负相关,尤其是亚麻酸和亚油酸之间负相关性最高;（2）对5种脂肪酸表型数据进行统计分析,确定了亚麻酸、亚油酸相关SNP标记分型群体：包括49份高亚麻酸（≥54%）材料、36份低亚油酸（≤13.5%）材料,及8号（CH-89）和254号（CI637PI91037）高亚油酸低亚麻酸材料;（3）验证并确定了7个SNP位点：g6-6229142、g10-19305239、g9-18961021与亚麻酸显著关联;g6-19208888、g9-14900088、g15-22369840和g2-7680441与亚油酸显著关联;（4）对确定的7个SNP位...     

Are herbal sRNAs really novel precision medicines?

<正>Dear Editor,In 2012, Zhang et al.(2012) published an interesting and widely cited article in Cell Research. They reported that exogenous plant miR168a could enter mammals through oral food intake to regulate the expression of mammalian LDLRAP1 gene.     

CRISPR/Cas9技术在工业微生物中的应用

近年来,通过基因编辑技术对工业微生物底盘细胞改造从而获得的优良细胞工厂,促进了农业、医学、环境、能源等领域的可持续发展,提高了人民的生活水平。微生物底盘细胞的改造离不开基因编辑,作为现阶段主要的基因编辑技术,规律间隔成簇短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR）/Cas9系统自被发现以来,依靠其低成本、高效率等编辑优点,被广泛用于工业微生物底盘细胞的改造。本文主要简述了以CRISPR/Cas9为基础而衍伸出的各种基因编辑技术,提出了常用的工业微生物对应底盘细胞的改造策略,以期为研究者在进行微生物底盘细胞改造时选择出合适的基因编辑方法。最后指出了CRISPR基因编辑技术面临的PAM位点的依赖性、脱靶效应和应用广泛性等问题。     

沙子岭猪肝脏细菌和脂质图谱研究

近年来,有研究提示动物内脏组织含有少量细菌,它们参与了脏器组织生理代谢反应.本实验以成年沙子岭猪和大白猪为实验模型,比较了二者肝脏细菌组成以及脂质代谢图谱,并通过Pearson关联分析解析二者之间的互作关系. 16S rDNA测序提示,沙子岭猪和大白猪肝脏均含有一定丰度的细菌,且二者细菌组成存在明显差异.在门水平上,沙子岭猪肝脏变形菌门(Proteobacteria)和衣原体(Chlamydiae)丰度显著高于大白猪;在属水平, 14种细菌在沙子岭猪和大白猪肝脏存在显著差异.沙子岭猪和大白猪肝脏脂质组学筛选出37个差异代谢脂质,其中6个脂质在脂肪型沙子岭猪肝脏显著富集, 31个脂质在瘦肉型大白猪肝脏富集; Pearson关联分析证实,肝脏细菌可能参与脂质代谢,其中13种差异细菌与35种差异代谢脂质显著相关.综上所述,不同代谢类型动物模型肝脏细菌组成存在差异,且可能对脂质代谢具有重要的作用,并影响动物代谢表征.     

小麦根系响应高盐胁迫的时序转录组分析

小麦是重要的粮食作物,盐胁迫严重影响小麦的生长发育,小麦的耐盐机制尚不完全清楚。本研究以济麦19为材料,采用NaCl处理和时序RNA测序技术（time course RNA-seq）分析小麦根系响应高盐胁迫的分子机制。与盐胁迫0 h相比,不同处理时间下小麦根中响应盐胁迫的差异表达基因总数为5526个。通过Gene Ontology(GO)和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)分析发现,在盐胁迫处理较早时期（2 h与6 h）,差异表达基因在植物激素信号转导、氨基酸代谢、次级代谢等类别中显著富集。盐胁迫处理6 h之后,参与逆境应答过程的差异表达基因开始富集。随着胁迫时间的延长,对植物伤害加剧,与高分子配合物、DNA构象变化、蛋白质-DNA结构变化相关的差异表达基因在盐处理48 h和72 h时富集。参与信号传导,抗氧化胁迫,渗透胁迫,离子平衡和氨基酸合成的多个基因在盐胁迫处理不同时期都有差异表达,其中后三者多为盐胁迫诱导表达的差异表达基因。这些结果为小麦耐盐分子机制的研究提供了有价值的信息。     

大兴安岭林草交错带草地退化成因分析及其应对策略

近年来随着气候波动和人类农牧业对土地利用强度的增加,我国北方林草交错带面临严峻的草地退化问题.然而利用长期气候、放牧和开垦数据分析北方高纬度寒区林草交错带草地退化原因的研究还很薄弱.本研究利用63年长期数据,以大兴安岭林草交错带典型区域额尔古纳市和陈巴尔虎旗为研究对象,分析导致该区域草地退化的主导因素.结果表明,自1957年到2019年,两个地区的年均温都呈现极显著上升,平均升高2.9℃～3.1℃;降水量在150～550 mm呈剧烈式波动,但在2000年以后均呈下降趋势.不同经营主体的家畜放牧密度差异巨大,国有农场家畜密度由建厂初期不足每公顷1个羊单位上升到现在每公顷2～5个羊单位,而个人牧户的家畜密度从1980年每公顷0.5个羊单位增至2019年的每公顷7个羊单位,造成该区域严重的草畜失衡.随着土地利用政策变化,国营上库力农场和陶海牧场的播种面积先呈波动式上升,至2014年剧增至峰值37000和7000 hm²,以后由于退耕还林政策实施播种面积逐年下降.通过对气候、放牧和开垦数据的主成分分析表明,在区域气候逐渐变暖和干旱化的背景下,超载过牧是导致本区域草地退化的...     

依加利塞（Eganelisib）的抗炎及其PI3Kγ选择性抑制机制研究

目的 磷脂酰肌醇3激酶γ (PI3Kγ)在免疫系统的调节中发挥重要作用,使其成为一个炎症治疗的潜在药物靶点。目前选择性PI3Kγ抑制剂用于治疗炎症的研究较为匮乏,PI3Kγ抑制剂的炎症治疗效果有待进一步揭示。因此,本课题选择目前已进入临床研究的PI3Kγ抑制剂依加利塞（Eganelisib）进行抗炎作用及PI3Kγ选择性机制研究。方法 首先通过脂多糖（LPS）诱导RAW264.7细胞,构建炎症细胞模型检测依加利塞的抗炎作用及机制。随后,通过联用分子共同特征药效团、受体-配体复合物药效团、分子动力学的计算模拟方法,在分子水平揭示依加利塞的PI3Kγ选择性作用抑制机制。结果 依加利塞可以通过抑制炎症细胞中的PI3K信号通路来抑制细胞炎症因子的释放;药效团模型揭示氢键及疏水是依加利塞产生PI3Kγ选择性抑制的关键药效团特征;分子动力学模拟发现了抑制剂与PI3Kγ蛋白选择性结合的关键氨基酸,包括Val882、Met804、Trp812、Ile963。结论 本研究初步验证了依加利塞的抗炎作用,并在分子水平揭示了抑制剂与PI3Kγ选择性结合机制,为抗炎PI3Kγ抑制剂的开发提供一定的指导作用。     

中国水青冈属植物分类及分布区界定的分子证据

物种分类地位和分布区的准确界定是保护生物学和生物多样性科学的研究基础.水青冈属(Fagus)植物是北半球落叶阔叶林重要树种,在我国具有较高的物种多样性.然而,水青冈属的属下分类界定仍不清晰,一些类群的归并问题有待商榷,缺乏遗传数据支持,导致物种分布的界限也不明确,妨碍对其进行有效保护.本研究使用水青冈属141个个体的重测序数据,进行了遗传分组分析,比较了几对姐妹类群间的遗传分化,讨论水青冈部分类群的归属问题,并计算了每个物种的遗传多样性(π).结果显示,巴山水青冈(F. pashanica)应作为一个独立物种,而不是台湾水青冈(F. hayatae)的亚种,分子证据支持曾被鉴定为浙江水青冈(F. hayatae subsp. zhejiangensis)的种群和四川省平武地区分布的疑似平武水青冈(F. chienii)种群均很有可能是巴山水青冈.天台水青冈(F. tientaiensis)可能是长柄水青冈(F. longipetiolata)的一个地理种群.根据更新的物种界定,台湾水青冈仅分布于我国台湾岛北部,巴山水青冈则呈带状间断分布于中国大陆几个隔离的山区.水青冈属植物遗传多样性均...     

黄淮海大豆种质农艺与品质性状分析及综合评价

以303份黄淮海地区大豆种质资源为研究对象,利用变异系数和Shannon-Weaver多样性指数对11个农艺性状和2个品质性状进行多样性分析,通过主成分、相关性以及逐步回归分析对大豆种质资源进行综合评价和评价指标筛选,为黄淮海大豆种质创新和品种选育提供参考。结果表明：13个性状变异系数的变化范围为5.52%～27.61%,生育日数、每荚粒数、蛋白含量、脂肪含量等4个性状较稳定,株高、单株粒数、单株荚数、单株粒重、百粒重等5个性状变异丰富;13个性状多样性指数变化范围为1.9906～2.0956。聚类分析将303份大豆种质资源分为7个类群,其中第Ⅴ类群综合性状最好,可作为黄淮海大豆育种的优质亲本。主成分分析将13个性状简化为4个主成分,累积贡献率为75.051%,第1主成分与单株荚数、粒数有关;第2主成分与蛋白质、脂肪含量有关;第3主成分与籽粒大小有关;第4主成分与单株产量有关。303份大豆种质资源综合评价F值均值为0.549,ZDD04189涟水天鹅蛋的F值最高（0.935）,ZDD23089晋品42的F值最低（0.207）。通过逐步回归分析得到生育日数、株高、单株粒数、单株粒重、蛋白...     

桧木醇铁螯合物诱导乳腺癌细胞铁死亡机理研究

为了探讨Fe(hino)3诱导乳腺癌细胞铁死亡机理,本文研究了Fe(hino)3对乳腺癌细胞的增殖活性、细胞内亚铁离子含量、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量、活性氧(reactive oxygen species, ROS)含量、细胞脂质过氧化变化和GSSG/GSH比值变化的影响;采用实时荧光定量PCR和Western blot研究了Fe(hino)3对乳腺癌细胞内Nrf2,HO-1, NQO1和Keap1基因和蛋白表达的影响,研究了纳米颗粒PLGA-Fe(hino)3对小鼠移植瘤增殖作用的影响.结果发现Fe(hino)3诱导乳腺癌细胞株MDA-MB-231和MCF7/ADR细胞铁死亡,铁死亡抑制剂DFO, Fer-1, Lip-1可显著抑制Fe(hino)3诱发的细胞死亡;细胞内亚铁离子含量、MDA含量、ROS含量、GSSG/GSH比值与Fe(hino)3的作用时间和浓度成正比; Fe(hino)3上调Nrf2, HO-1和NQO1基因和蛋白的表达,下调Keap1蛋白的表达; PLGA-Fe(hino)3抑制了小鼠移植瘤的增殖, PLGA-Fe(hino)3给药...     

未来气候变化情景下的中国种子植物受威胁等级评估

未来气候变化是全球生物多样性面临的重要威胁之一,给全球生物多样性维持和生态系统稳定带来了巨大挑战.为降低生物灭绝风险并维持生态系统稳定,优先保护受威胁物种成为全球生物多样性保护的共识,而完善的受威胁物种名录对生物多样性保护有基石意义.本研究基于28450种中国种子植物(约占中国种子总数的82.3%)的10 km×10 km分布数据,通过物种分布模型预测了这些物种的未来分布区并计算了其未来分布区面积的变化;进而基于IUCN红色名录A3c的判断标准,评估了受未来气候变化情景下的种子植物受威胁等级;整合本文的评估结果和现有受威胁物种名录,提出了新的中国种子植物受威胁等级和名录.更新后的受威胁名录共包含34550种中国种子植物(约为现有全部中国种子植物).在3种未来气候变化情景(SSP126, SSP245和SSP585)和3种物种扩散情景(完全扩散、每10年扩散20 km和不扩散)下,受威胁种子植物数量为4444～11467种,占中国种子植物总数的12.9%～33.2%;其中木本植物1878～4330种,占全部木本植物总数的14.8～34.1%.草本植物2566～7137种,占全部草本植物总...     

基于机器学习框架QRIS研究影响逆转录病毒整合偏好性的因素

逆转录病毒的活动和多种疾病的发生密切相关,其可通过整合自身基因组到宿主基因组中进行大量有害扩增.与此同时,宿主细胞可根据逆转录病毒的整合位置来启动相关通路抑制其活动.因此整合位点的选择是决定逆转录病毒和宿主命运的关键步骤.尽管国际上已有报道称逆转录病毒在宿主基因组上整合并不随机,并发现了跨逆转录病毒种属的不同DNA基序偏好性,但是这些不足以解释一些基序偏好较弱的逆转录病毒如何获得整合特异性. DNA结构特征,如DNA形状被提出可以影响DNA结合蛋白与DNA结合的亲和力,但DNA形状对不同逆转录病毒整合的影响机制尚不清楚.本研究通过构建QRIS(quantify the retrovirus integration specificity)机器学习框架,定量评估了DNA形状对逆转录病毒整合位点的影响.通过系统地研究跨越四个种属的六种逆转录病毒,本研究发现, DNA形状可以独立地或与DNA基序协同调控逆转录病毒的整合.基于此,可将六种逆转录病毒分为三类:“强兼性偏好型”“弱兼性偏好型”和“强形状偏好型”逆转录病毒.此外本研究发现,即使没有特定偏好的DNA基序,“强形状偏好型”逆转录病毒也可...     

人类小腿肌肉对运动训练生理响应的电学特性研究

目的 运动训练已被证明能够改善许多慢性肌肉功能疾病,被用于治疗衰老型肌萎缩。本文采用电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)研究人类小腿肌肉对运动训练生理响应的电学特性,旨在使用EIT方法可视化运动训练对人类小腿响应肌肉隔室内肌肉纤维体积增加的效果。方法 实验对象被要求在连续5个实验日进行左、右腿单侧提踵训练,应用EIT检测每日运动训练前和运动训练后小腿肌肉的电导率分布。为了定量分析运动训练对响应肌肉隔室的作用,使用配对样本t检验分析EIT重建图像的空间平均电导率<σ>。结果 运动训练后,由小腿腓肠肌组成的M₁肌肉隔室空间平均电导率<σ>_M1显著增加。此外,连续5个实验日的EIT测量结果显示,运动训练前的空间平均电导率<σ^pre>_M1呈上升趋势。所有实验对象在实验日1早晨进行实验前的腿部瘦体重与<σ>_M1呈线性关系,即<σ>_M1随腿部瘦体重增加而增加;运...     

通过尿蛋白质组探索两种中成药对机体的整体影响

中药学作为一种独特的医学体系,是世界传统医学的重要组成部分.然而,中药组分的复杂性和多味中药的配伍应用使其发挥功效的作用机制尚不完全明确,在一定程度上阻滞了中药的现代化发展.尿液不受体内稳态的调节,这使得其能够敏感反映机体发生的变化.本研究分别建立两种中药(复方丹参滴丸和藿香正气口服液)的大鼠灌胃模型,收集健康大鼠灌胃前后的尿液,并使用液相色谱串联质谱技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS/MS)对提取的尿蛋白进行分析,并对差异蛋白进行生物学通路的分析.与灌胃前比,在复方丹参滴丸灌胃模型组中鉴定到84个差异蛋白,在藿香正气口服液灌胃模型组中鉴定到64个差异蛋白.其中,复方丹参滴丸组差异蛋白富集到的生物学通路与其治疗心血管疾病的作用机制有关,如糖酵解、脂类代谢等.结果表明,尿液蛋白质组学可以直接系统反映中药对机体的整体影响,这提供了一种研究中药作用功效的新方法.     

偏头痛患者体感刺激下脑电信号的功能连接（英文）

目的 偏头痛是一种复杂的脑功能障碍性疾病,全球范围内患病率为14.4%。功能连接测量两个神经信号之间的统计学相互依赖性,不同的功能连接反映了大脑区域协同工作的不同模式。因此,研究不同脑区的功能连接对于理解偏头痛的病理生理机制具有十分重要的意义。以往基于脑电图对偏头痛患者脑功能连接的分析主要集中在视觉和疼痛刺激。本文尝试研究偏头痛患者在发作间期对体感刺激的皮质反应,以进一步了解偏头痛的神经功能障碍,为偏头痛的预防和治疗提供线索。方法 招募23例无先兆偏头痛患者,10例有先兆偏头痛患者,28名健康对照者。所有受试者均进行详细的基本资料和病史采集,完善量表评估,在正中神经体感刺激下进行脑电图记录。计算68个脑区的相干性作为功能连接,并评估功能连接与临床参数的相关性。结果 在正中神经体感刺激下,无先兆偏头痛和有先兆偏头痛患者的脑电功能连接与对照组相比存在差异,异常的脑电功能连接主要位于感觉辨别、疼痛调节、情绪认知和视觉处理等区域。无先兆偏头痛和有先兆偏头痛患者的大脑皮层对体感刺激可能具有相同的反应方式。偏头痛患者的功能连接异常与临床特征之间存在相关性,可以部分反映偏头痛的严重程度。结论 本研究...     

基于果蝇口腔感染的肠道训练免疫模型研究（英文）

目的 利用果蝇作为遗传工具从个体和分子层面研究果蝇的训练免疫效应,并为后续深入研究其分子机制提供依据。方法 首先构建无菌果蝇模型,在此基础上构建果蝇成虫及跨发育阶段训练免疫模型,用两种革兰氏阴性菌——胡萝卜软腐欧文氏菌（Erwinia carotovora carotovora 15）及铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）分别经口腔感染果蝇。在第一次感染完全消退后进行再次感染,然后通过比较果蝇在两个感染阶段的存活率和细菌量来衡量训练免疫的潜在效果。通过实时荧光定量PCR检测相应先天免疫相关基因的表达水平,研究革兰氏阴性菌对免疫缺陷（IMD）通路的诱导作用。结果 果蝇成虫及幼虫初次感染均可提高二次感染后的生存率、细菌清除效率及死亡时能承受的最高细菌负荷;二次感染的果蝇中,IMD通路中免疫反应基因的基础表达比未感染的高,这提供了获得感染抗性的分子基础;果蝇的免疫反应主要发生在中肠,二次免疫比初次免疫的效应更迅速且剧烈;二次免疫的果蝇中,肠道干细胞的数量显著多于初次感染。结论 果蝇肠道中强大的训练免疫可由同源或异源革兰氏阴性菌口腔感染引发,且免疫记忆可在整个发育阶段持...     

黄海沉积物柱状样中有孔虫古DNA的提取和PCR扩增的方法学初探

海洋沉积物柱状样有孔虫古DNA是近年来国际新兴的研究技术,对于解释海洋全球变化可以获取到传统形态学检获不到的遗传信息,并对其进行比较和补充。目前国际上有孔虫古DNA的研究主要开展于深海和极地等有利于DNA保存的环境,但对于近海陆架海域尚无相关有效的技术研究。为了探索适合提取和扩增陆架浅海环境沉积物柱状样中的有孔虫古DNA的方法,本实验以采自山东半岛附近的黄海沉积物柱状样为研究对象,通过改进DNA提取过程的涡旋震荡时间和洗脱液体积、比较不同的PCR扩增条件和引物对,对陆架浅海地区沉积物柱状样中有孔虫古DNA提取和PCR扩增的方法进行了探索。借助ImageJ软件对PCR产物的凝胶电泳图像进行了定量分析与比较。研究结果显示,延长涡旋震荡时间和减少洗脱液体积可以提高对海洋沉积物环境总古DNA的提取效能,使用引物对s14F0和s15以及优化后的PCR条件能成功扩增陆架浅海环境沉积物中的有孔虫古DNA。本文探索了适用于陆架浅海环境沉积物柱状样的有孔虫古DNA的研究技术,可为古海洋和古环境研究提供新的研究思路。