普氏蹄蝠下丘谐波主频神经元的时程选择性

为探讨下丘(Inferior colliculus,IC)回声定位信号主频范围内的神经元的时程选择性,在自由声场刺激条件下,我们在4 只普氏蹄蝠的IC 采用不同时程的声刺激,研究了神经元的时程选择性。通过在体细胞外记录,共获得56 个声敏感下丘神经元,其记录深度、最佳频率和最小阈值的范围分别为1547 - 3967 (2878. 9 ±629.1)μm,20 -68 (49.0 ± 11. 1)kHz 和36.5 -95. 5 (59. 8 ±13. 0)dB SPL。根据所记录到的下丘神经元对不同时程的声刺激的反应,即对不同时程的选择性(Duration selectivity),将其分为6 种类型:短通型(Short-pass,SP,n = 11/56)、带通型(Band-pass,BP,n = 1/56)、长通型(Long-pass,LP,n = 5 /56)、反带通型(Band-reject,BR,n = 3 /56)、多峰型(Multi-peak,MP,n =6 /56)和全通型(All-pass,AP,n =30 /56)或非时程选择型(Nonduration-selective,NDS)。通过比较普氏蹄蝠下丘谐波主频内和主频外神经元的时程选择性,我们发现处于回声定位信号主频范围内神经元(n =32)比主频外神经元(n = 24)具有更短的最佳时程和更高的时程选择性。结果提示,在普氏蹄蝠回声定位过程中谐波主频内神经元较谐波主频外神经元发挥了更为重要的作用。     

普氏蹄蝠下丘单反应和双反应神经元加工多普勒频移补偿信号的特点及生理机制

恒频-调频(constant frequency-frequency modulation,CF-FM)蝙蝠独特的多普勒频移补偿(Doppler-shift compensation,DSC)行为可保证其对回声信息的精确提取.那么听中枢加工DSC信号的适应性机制是什么?本实验模拟CF-FM蝙蝠DSC后的回声定位信号,研究下丘(inferior colliculus,IC)神经元加工DSC信号的特点及生理机制.实验共获得117个IC神经元,在CF-FM声刺激下,神经元表现为single-on(SO,n=83)和double-on(DO,n=34)两种反应模式.无论是在蝙蝠的正向还是负向补偿过程中,SO和DO神经元对回声反应恢复到50%时的双声刺激间隔(inter-pulse interval,IPI)值,均会随补偿条件的改变而发生变化.当双声刺激由无补偿转变为最佳补偿条件时,两类神经元的50%IPI显著缩短(P0.001),但SO神经元50%IPI缩短率超过70%的神经元数目较DO神经元多,且偏好正向补偿的IC神经元中,SO神经元的平均DSC范围也要显著宽于DO神经元(P0.05).该研究结果提示,IC中SO神经元可能较DO神经元更能充分利用蝙蝠DSC行为,来提高对回声反应的恢复能力,以最大程度地获取猎物信息并准确判断与猎物的相对速度.     

普氏蹄蝠下丘CF-CF联合敏感神经元的声反应

为了研究普氏蹄蝠(Hipposideros pratti)下丘(IC)中恒频-恒频(CF-CF)联合敏感神经元声反应特性,以及易化型和抑制型CF-CF联合敏感神经元在IC高频表征区神经元中所占的比例,实验记录了普氏蹄蝠IC神经元在不同频率和声强下的单声反应以及在不同延迟下的双声反应。本实验采用在体细胞内电生理技术从7只听力正常的蝙蝠上共获得77个IC声敏感神经元。所获得的数据经过处理并应用Sigma Plot 10.0软件作图。研究结果显示,77个神经元中37(48.1%)个为CF-CF联合敏感神经元,且多数为抑制型(24/37),少数为(13/37)易化型。实验结果说明普氏蹄蝠IC中既存在易化型也存在抑制型CF-CF联合敏感神经元,其中抑制型CF-CF联合敏感神经元比易化型所占比例更高。这些CF-CF联合敏感神经元有助于蝙蝠在巡航过程中处理回声信息时进行频谱和时相的整合。     

普氏蹄蝠下丘对回声定位信号恒频成分的群体加工

利用听觉诱发电位和计算机叠加平均技术研究了普氏蹄蝠下丘(Inferior colliculus,IC)500-4 000 μm 记录深度间,神经元群对3 个谐波恒频(Constant frequency,CF) 声刺激(CF1 -CF3 )的反应。结果显示,在蝙蝠回声定位信号CF 成分刺激下,其IC 的诱发电位包括2 -4 个波,在1 000 μm 以下的记录区域,3 种刺激均能诱发on-off 反应,on-反应的幅度均在3 000 μm 达最大之后减小(P < 0.001),而潜伏期则逐渐缩短(P < 0.001);CF2 能诱发大幅度的off-反应,而CF1 、CF3 诱发的off-反应幅度较小,随着记录深度的增加,CF2 (P <0. 001)的off-反应潜伏期逐渐缩短,而CF1 (P > 0. 05)和CF3 (P >0. 05)的潜伏期则无此单调性。结果表明神经元群体加工CF1 - CF3 的on-反应存在一致性变化,提示其对行为相关的声信号加工可能存在频率层间复杂的相互作用;对CF 信号加工的off-反应对主频附近声较敏感,提示其可能在恒频-调频蝙蝠的多普勒频移、捕获振翅昆虫信息或种间交流中起着某种作用。     

大蹄蝠多普勒正负补偿效应的声波特征与比较

利用单摆装置模拟大蹄蝠的飞行状态并实时记录其回声定位信号,以研究其多普勒频移补偿行为。与其静息状态下的超声波特征比较,发现大蹄蝠在接近目标的过程中有多普勒正补偿效应:叫声频率随相对速度改变而成正相关变化;当相对速度最大时,其叫声频率相对静息状态频率降低最多,而相对速度为零时,叫声频率回复到静息时频率。而当大蹄蝠远离目标时,有多普勒负补偿效应:叫声频率随相对速度改变成正相关变化,叫声频率在相对速度最大时,升高最多,但相同速度下升高之值较正补偿值低得多。另外,负补偿效应出现的频率较正补偿值低,这可能是由蝙蝠生理结构的限制以及自然状态下罕见的多普勒负补偿条件所决定。     

恒频-调频蝙蝠下丘神经元的恢复周期决定声脉冲跟随率

为探究恒频-调频蝙蝠下丘神经元恢复周期特点及其对声脉冲跟随率的影响,实验采用模拟的大蹄蝠(Hipposideros armiger)自然状态下的恒频-调频发声信号为声刺激,在5只听力正常的大蹄蝠上记录了下丘神经元的声反应和恢复周期(n = 93)．结果发现,根据神经元恢复率达50%时的双声刺激间隔(inter pulse interval,IPI),可将其分为长时恢复型(long recovery,LR;47.4%)、中等时间恢复型(moderate recovery,MR;35.1%)和短时恢复型(short recovery,SR;17.5%)．每种类型依据其恢复率随IPI增加而呈现的不同变化又可进一步分为单IPI反应区神经元,多IPI反应区神经元,以及单调IPI反应神经元．LR,MR和SR型神经元恢复率达50%时的平均IPI分别为(64.0 ± 24.8),(19.6 ± 5.8)和(7.1 ± 2.4) ms (P < 0.001),相对应的平均理论每秒声脉冲数分别为(18.2 ± 7.0),(55.4 ± 15.7)和(171.3 ± 102.9) Hz (P < 0.001)．结果提示,单IPI和多IPI反应区神经元具有特殊IPI反应特性,能对蝙蝠捕食和巡航期间所处的时相做出准确判断,而单调IPI反应神经元对IPI变化的敏感性较强,但时相判断性较差．另外LR,MR和SR型神经元恢复周期和理论脉冲跟随率的平均结果均能与这种蝙蝠回声定位期间3个时相的发声行为相匹配,且神经元恢复周期参与决定声脉冲跟随率,满足了蝙蝠巡航、捕食的行为学需要．     

马尾松细胞分裂素羟化酶基因PmCYP735A克隆与表达分析

该文首次在针叶树种马尾松(Pinus massoniana)中采用cDNA末端快速克隆(RACE)技术克隆,并鉴定出1个CYP735A基因。结果表明:马尾松CYP735A基因(PmCYP735A) cDNA全长为1 744 bp,包括1 647 bp的开放阅读框,44 bp的5'端非翻译区和53 bp的3'端非翻译区。该基因编码蛋白由548个氨基酸残基组成,其二级结构含有丰富的α-螺旋和无规则卷曲。该基因编码蛋白不含跨膜区域,且无信号肽酶切位点,在399～406个和475～484个氨基酸残基存在P450超家族保守特征序列ETLRLYP(ExxRxxP)和血红素结合区域(Heme-binding region) FSFGPRKCVG (FxxGxRxCxG)。系统进化树分析表明,马尾松PmCYP735A与水稻、玉米、拟南芥CYP735A蛋白归属于同一小的进化枝,可可、毛果杨、麻风树和橡胶树等的CYP735A同源蛋白相对集中的定位于另一进化分支。实时定量PCR检测发现,PmCYP735A基因在马尾松根和茎中的表达量显著高于叶,该基因响应外源生长素NAA诱导表达,随着诱导时间呈现先上升再下降的表达趋势。以上结果有助于深入探究CYP735A基因家族的生物学功能及其在物种间的表达调控异同,为进一步挖掘马尾松优异基因资源奠定基础。     

中国沙棘HrANR基因及黄酮类累积与抗旱的关系

花青素还原酶(anthocyanidin reductase, ANR)是合成黄酮类物质的关键酶之一,为明确其编码基因结构及干旱胁迫下的表达模式和黄酮类物质含量及二者之间的相关性,该文从中国沙棘转录组数据中筛选获得1个ANR基因,命名为HrANR基因。采用生物信息学软件对基因序列及编码蛋白进行分析,并对不同胁迫下各组织中HrANR基因的表达量和叶中黄酮类化合物含量进行相关性分析。结果表明:(1)中国沙棘HrANR基因ORF为1 017 bp,编码338个氨基酸,为稳定的亲水性蛋白,其ANR同源蛋白具有明显的科属特性。(2)干旱胁迫下HrANR基因在中国沙棘根、茎、叶中均有表达,但表达趋势不同,其中在根中的表达呈先升高后降低再升高的趋势,在茎中呈持续下降的趋势,在叶中呈先升高后持续降低的趋势。(3)通过芦丁标准曲线获得不同胁迫程度下中国沙棘叶内黄酮类的含量,表明黄酮类含量呈先持续上升,随后略有下降,复水后上升至最高点的变化趋势,表明干旱胁迫初期叶黄酮类含量与干旱胁迫呈正相关,在严重胁迫下黄酮类含量与胁迫呈负相关。(4)叶和茎的HrANR基因表达量与黄酮类含量呈负相关(P_叶=-0.751,P_茎=-0.934),根中呈正相关(P_根=0.444)。综上表明,中国沙棘HrANR基因的表达及黄酮类含量变化与其抗旱性密切相关,其结果为中国沙棘抗旱机制的阐明提供了依据。     

西番莲PeERG基因克隆及其表达模式分析

ERA(Eecherichia coli Ras-like protein)蛋白是与已知异三聚体G蛋白和小分子G蛋白不同的一种新的GTP结合蛋白。为了在木本植物中开展其同源基因ERG(ERA-like GTPase)克隆和功能验证的相关研究,该文首次在西番莲新品种‘平塘1号’中采用cDNA末端快速克隆(RACE)技术克隆鉴定1个ERG基因。结果表明:西番莲PeERG基因cDNA全长为1 518 bp,包括1 260 bp的开放阅读框、38 bp的5'-端非翻译区和220 bp的3'-端非翻译区,该基因编码蛋白由420个氨基酸残基组成,其二级结构含有丰富的α-螺旋和延伸链。PeERG蛋白不含跨膜区域,也不存在信号肽酶切位点,既在其N端有典型的GTPase保守结构域(GTPase domain)又在其C端有独特的RNA结合结构域(KH domain)。系统进化树分析表明,西番莲PeERG蛋白和水稻OsERG1、拟南芥AtERG1、大肠杆菌ERA位于同一进化分枝。实时定量PCR检测揭示PeERG基因在西番莲根、茎、叶、花、果中均有表达,叶中表达最高;同时该基因响应低温胁迫信号,其表达呈动态变化模式。该研究首次鉴定和描述了木本植物西番莲的ERG基因,为深入挖掘西番莲特异基因资源提供参考,也有助于进一步探究ERG基因在植物中的生物学功能及其作用机制。     

贵州楼梯草属(荨麻科)植物种类组成及分布格局

荨麻科(Urticaceae)楼梯草属(Elatostema)植物种类繁多、形态相似、关系密切,是植物分类学界公认的疑难分类群之一。贵州省地理位置特殊,水热条件较好,喀斯特地貌复杂多变,是我国楼梯草属植物的重要分布区,但一直以来种类不清,分类不明。为进一步理清资源本底及分布特征,该文通过近年调查和查阅资料形成贵州楼梯草属植物名录,分析其物种组成,并基于分布地及海拔数据分析空间分布特征,以期为贵州植物多样性保护以及区系研究提供进一步的基础资料。结果表明:全省赤车类群植物有1组1系7种,楼梯草类群有5组20系69种,分别占全国种类的17.94%、20.78%。楼梯草属植物共76种,其中13种为贵州楼梯草属特有种。在地理分布上,赤车类群主要见于黔北-黔东-黔南部分地区,沿赤水、桐梓、习水、正安-江口、印江-剑河-都匀、荔波-望谟一线,总体分布反呈“C”状; 楼梯草类群植物主要分布在黔北-黔东-黔南-黔西南大部分地区,沿赤水、正安、江口-七星关、开阳、施秉、黄平-兴义、兴仁、安龙、贞丰、望谟、独山、荔波一带分布较多,总体分布呈“三”字状; 楼梯草属特有植物总体呈点状、不均匀分布。该属植物主要分布在海拔600～1 000 m的范围内。     

地黄C3H基因的克隆及生物信息学分析

香豆酸-3-羟化酶属于植物中最大的蛋白酶细胞色素P450家族之一,在植物生命活动中发挥着重要作用。为了解地黄香豆酸-3-羟化酶基因RgC3H合成毛蕊花糖苷的功能,该研究基于地黄代谢组学分析获得KEGG途径中的C3H,采用多重比对在NCBI中获得同源基因的一个保守序列,并基于该保守序列和地黄SRA数据库,采用电子克隆和RT-PCR克隆技术获得地黄C3H基因全长CDS(RgC3H),对其进行生物信息学分析。结果表明:RgC3H基因全长为1 530 bp,且编码一个含509个氨基酸、分子量为57.91 kD、无信号肽的蛋白质; 基于氨基酸序列的结构分析显示,RgC3H有一个保守区域-P450结构域; 系统进化分析结果显示,RgC3H与芝麻和猴面花的C3H基因具有很高的同源性。上述结果为进一步研究RgC3H基因在地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中的作用奠定了基础。     

碳酸氢盐处理下桑树和构树的生长、光合和抗逆性差异

为探究喀斯特生境中,在碳酸氢盐的胁迫下HCO^-₃对植株生长及生理特性的影响,该文以构树和桑树幼苗为研究对象,对不同浓度NaHCO₃溶液(0、15、30 mmol·L^-1)处理下植株的生长情况、光合能力、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量和细胞膜系统损伤情况进行研究。结果表明:(1)在HCO^-₃处理下,构树和桑树的生长和光合能力均受到抑制,叶片细胞内均发生显著的抗氧化和抗渗透胁迫生理响应。(2)HCO^-₃对构树和桑树生长的抑制作用与其浓度有关,并有显著差异性(P<0.05)。(3)30 mmol·L^-1 HCO^-₃处理对植株生长、光合、抗氧化酶系统和渗透调节系统的抑制作用以及植物细胞的损伤情况要显著强于15 mmol·L^-1 HCO^-₃处理的效果。(4)同等浓度的HCO^-₃处理下,构树的生长、光合能力、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量显著高于桑树,其叶片细胞损伤情况显著低于桑树。综上结果均表明,构树对碳酸氢盐胁迫的耐受能力要优于桑树。该研究为阐明桑科植物对喀斯特环境适应机制提供科学支撑。     

柠条锦鸡儿F3H基因克隆及功能分析

柠条锦鸡儿为豆科灌木,对各种环境胁迫具有较强的适应能力,类黄酮是天然的抗氧化剂,花青素属类黄酮化合物,逆境胁迫会影响植物体内花青素的合成,而黄烷酮3-羟化酶(F3H)是花青素生物合成所必需的一种关键酶。该研究成功分离克隆了柠条锦鸡儿的F3H基因,命名为CkF3H。CkF3H基因的开放阅读框(ORF)为1095 bp,编码364个氨基酸,推测的蛋白质分子量为41.3 kDa,理论等电点为5.9。生物信息学分析发现,CkF3H基因序列与其它植物F3H有较高的一致性,推测CkF3H蛋白与其它植物F3H蛋白具有相似的功能。利用染色体步移法克隆得到CkF3H起始密码子ATG上游468 bp的启动子序列,PlantCARE软件分析表明,该序列具有启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box以及多种与逆境胁迫相关的顺式调控元件。实时荧光定量PCR分析表明,CkF3H在柠条的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;CkF3H的表达受低温、高盐、干旱和高温胁迫的诱导,并且在低温胁迫下,CkF3H的表达还受到光周期的影响。综上所述,研究结果表明CkF3H基因在柠条锦鸡儿适应低温、高盐、干旱和高温胁迫的过程中发挥作用。     

表皮葡萄球菌SarA对atlE、lipA和zinC基因表达调控的研究

表皮葡萄球菌 (Staphylococcus epidermids) 是一种条件致病菌，SarA(Staphylococcal accessory regulator A)是该菌中一个全局性调控因子，它控制着细胞中许多与毒性相关的基因表达. 报道了SarA在转录水平直接调控atlE、lipA和zinC基因的表达. RT-PCR和lacZ报告基因的分析结果显示，在表皮葡萄球菌ATCC35984中，SarA对atlE (自溶酶基因) 表达起负调控作用，而对lipA (脂肪酶基因) 和zinC (膜相关锌金属蛋白酶基因) 的表达则有正调控作用. 生物信息学分析表明，SarA控制atlE，lipA和zinC 3种基因表达可能是通过与被调控基因上游的特定DNA序列的结合来实现的，该DNA结合区保守并富含AT碱基. 根据已报道的金黄色葡萄球菌中SarA的结合位点序列，利用Omiga软件分析并推测了SarA结合atlE，lipA和zinC的可能区域. 基于SarA是一种多功能的毒素相关调控因子，结果提示，SarA能调控众多因子，可以作为防治表皮葡萄球菌感染的一个药物筛选靶点.