天然冬虫夏草多菌共存生物体分子异质性的检验与讨论

中药冬虫夏草数百年来用于滋补保健、疾病防治和病后康复,但有关冬虫夏草菌的学术争议一直没有停止。中国被毛孢是冬虫夏草菌的无性世代学说较为流行,然而学界尚未获得证实这一学说的直接证据。部分间接证据来自于分子系统学微观和宏观研究。该文回顾了冬虫夏草分子系统学文献,讨论了微观研究和宏观研究的实验方法、数据分析方法及其结果。冬虫夏草分子生物学微观研究不断获得新证据,证明天然冬虫夏草基因组DNA的多元异质性,揭示冬虫夏草中含有的多种真菌和多种突变基因型冬虫夏草菌,证明冬虫夏草是多种真菌与蝙蝠蛾幼虫尸体构成的复杂的菌虫物种复合体。随着冬虫夏草的成熟,在僵虫体和子座中多种菌物的差异存在巨大的、非同步的动态变化。宏观分子系统学研究的丰度加权算法揭示在僵虫体、子座和子囊果中分子标记多态性的高度差异及其在冬虫夏草成熟过程中的动态变化。这些分子系统学研究结果支持冬虫夏草是"一个统一微生态系统"的学说。     

冬虫夏草成熟过程中冬虫夏草菌及其突变基因型在子座和僵虫体中的差异表达

文献报道了从冬虫夏草(Cs)中同时检出蝙蝠蛾拟青霉(Ph)、中华被毛孢(Hs)和冬虫夏草菌(Os)的多个基因型;Cs的成熟伴有化学成分的改变和僵虫体中Hs竞争性菌落形成能力的下降.同时检验了Cs成熟过程中Os突变基因型生物量的变化.应用Southern杂交检验发现:Cs的成熟伴有Ph和2组Os基因型生物量的显著增加.o...     

蝙蝠蛾幼虫肠道真菌复合体中的多菌种与中国被毛孢分生孢子联合侵染蝙蝠蛾幼虫提高侵染效能

应用真菌特异性引物PCR测序、克隆测序和SNP质谱基因分型法,鉴定2株蝙蝠蛾幼虫活体肠道的真菌分离株(CH1和CH2)中的多种菌物。应用这2株分离株与中国被毛孢分生孢子联合侵染蝙蝠蛾幼虫,观察其协同侵染活性。结果表明这2株分离株呈现中国被毛孢的体外培养生长和显微形态特征。通用引物ITS4/5和蝙蝠蛾拟青霉特异性引物Pp4/5扩增子测序检出蝙蝠蛾拟青霉和中国被毛孢ITS序列。扩增子克隆-测序和SNP基因分型法证实多种转换和颠换点突变基因型在2株分离株中共存。反复固体、液体培养证实蝙蝠蛾拟青霉和中国被毛孢ITS序列共存,并非真菌间DNA片段漂移。应用子囊孢子或中国被毛孢侵染4~5龄蝙蝠蛾幼虫,幼虫染菌率为1.37%~3.52%,幼虫变僵时间为35~50 d。应用2株分离株与中国被毛孢分生孢子联合侵染,幼虫变僵时间为5~8 d,染菌率达55.2%(P0.001),侵染效能提高15~39倍。蝙蝠蛾拟青霉和多种点突变基因型冬虫夏草菌(包括中国被毛孢)在蝙蝠蛾幼虫肠道以天然真菌复合体形式共存;多种菌物组成的侵染源联合侵染蝙蝠蛾幼虫大幅度提高侵染效能,呈现多菌协同侵染的共生关系。     

冬虫夏草成熟过程中中国被毛孢和蝙蝠蛾拟青霉DNA共存及竞争增殖力、化学成分变化

文献报道从冬虫夏草中分离得到蝙蝠蛾拟青霉和中国被毛孢,本研究检测了蝙蝠蛾拟青霉和中国被毛孢真菌及其DNA在冬虫夏草中的共存,同时检测了2个真菌在冬虫夏草成熟过程中的竞争增殖力。应用色谱法和质谱法检测了冬虫夏草及中国被毛孢和蝙蝠蛾拟青霉菌丝体的化学成分指纹谱。在冬虫夏草中检测到蝙蝠蛾拟青霉和中国被毛孢活菌,在虫体和子座中检测到这两个真菌的DNA。从子座露出地表后,冬虫夏草的成熟伴有蛋白质和小分子有机化合物指纹谱的动态变化,中国被毛孢竞争增殖力下降(P<0.001)。中国被毛孢和蝙蝠蛾拟青霉菌丝体的化学成分指纹谱均不能与冬虫夏草的成分完全重叠,与中国被毛孢相比,蝙蝠蛾拟青霉菌丝体与冬虫夏草的指纹谱更相似。结论:中药冬虫夏草的成熟伴有蝙蝠蛾拟青霉和中国被毛孢真菌共存于它的虫体和子座,也伴有冬虫夏草化学成分的变化和中国被毛孢竞争增殖力的下降。     

辽宁绒山羊IGF-Ⅰ基因5′调控区多态性与产绒性状相关

根据表型性状选取少量辽宁绒山羊个体,直接进行类胰岛素生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ) 基因5′调控区克隆测序以确定单核苷酸多态(SNP)位点,共发现4个SNPs,分别是G→C (388 bp)、A→G (668 bp)、A→C (719 bp)、G→A (752 bp)的突变,导致5′调控区305～800 bp中比野生型个体减少一个CdxA转录因子结合位点,但C/EBP的值 (89.2)高于野生型 (88.5)．然后通过引入错配碱基创造酶切位点技术和多聚酶链反应-限制性片段长度多态性 (PCR-RFLP)方法,对520只辽宁绒山羊进行基因型检测,结果表明,每个SNP位点在本群体中都有AA (野生型)、AB和BB (突变型) 三种基因型,且4个SNPs位点共有13种单倍型组合．将不同SNP的基因型及单倍型组合与绒产量、绒纤维细度和绒纤维长度进行关联分析发现,SNP2位点的AA基因型绒纤维细度极显著低于AB型和BB型 (P < 0.01),而SNP4位点AA基因型产绒量显著高于AB型和BB型 (P < 0.05),单倍型组合H7H7与产绒量和绒纤维细度均有显著相关(P < 0.05)．IGF-Ⅰ基因可能是影响绒山羊产绒性状的主要候选基因．     

冬虫夏草不同发育时期蛋白质组iTRAQ质谱分析

本文选定冬虫夏草寄主昆虫幼虫（S1）、僵虫（S2）、子座初期（子座<1cm,S3）、子座早期（1cm<子座<3cm,S4）、成熟冬虫夏草（子座>7cm,S5）、商品冬虫夏草菌核（S6）、商品冬虫夏草子座（S7）及商品冬虫夏草（中期子座≈5cm,S8）8个样品,用定量蛋白质组学方法iTRAQ分析技术对冬虫夏草不同生长发育阶段的差异蛋白质组进行比较。共计获得9 924个不同肽段,鉴定到1 809个蛋白质,其中差异比值1.5倍以上,P<0.05蛋白个数506个,以商品冬虫夏草样本（S8）为参照,比较差异蛋白数量,寄主幼虫（S1）、僵虫（S2）、子座初期（S3）、子座早期（S4）、成熟冬虫夏草（S5）、商品冬虫夏草菌核（S6）及商品冬虫夏草子座（S7）阶段差异蛋白数分别为104、102、34、35、49、46和136个,说明昆虫幼虫、僵虫及子座与商品冬虫夏草样品差异显著。对鉴定蛋白质数据进行了主成分分析（principal component analysis,PCA）,在第三主成分（component 3）上的显著差异,表明成熟冬虫夏草（S5）的蛋白组成不同于商品虫草,说明成熟虫草品质下降。层次聚类（hierarchy clustering）分析结果表明所有样品分为两支,僵虫（S2）和商品冬虫夏草菌核（S6）与寄主幼虫（S1）聚在了一个分支上,而不同发育阶段样品（S3、S4和S5）与商品虫草子座（S7）聚在一个分支上,说明商品冬虫夏草菌核中还残留有寄主昆虫蛋白。冬虫夏草菌核部位的蛋白到子座部位的蛋白呈现由寄主幼虫蛋白向真菌蛋白发育过渡的聚类关系。子集嵌套关系同步子实体生长发育阶段蛋白组成变化随时间的程序性变化的规律。K-均值（K-means）聚类和Gene Ontology（GO）注释分析,提供了冬虫夏草成熟过程中能量代谢通路的变化趋势以及与真菌侵染昆虫和有性生殖相关蛋白质信息。研究结果为理解寄主昆虫对冬虫夏草功能的潜在贡献、子实体形成和发育的分子机制提供借鉴,并为蛋白质组作为冬虫夏草质量标准提供了科学参考。     

冬虫夏草不同生长阶段甾醇类含量分析

冬虫夏草是一味传统名贵中药材,甾醇类成分是其重要的活性成分之一。为了探讨冬虫夏草不同生长阶段甾醇类成分的变化,本研究采用高效液相-蒸发光散射检测器技术对冬虫夏草5个不同阶段样品（冬虫夏草发酵菌丝体、僵虫、1cm子座冬虫夏草,4-6cm子座冬虫夏草,孢子弹射冬虫夏草）和对照样品（蝙蝠蛾幼虫）中麦角甾醇、胆甾醇和谷甾醇的含量进行了分析。结果显示4-6cm子座冬虫夏草样品总甾醇含量较高,该结果为冬虫夏草采收期的选择提供了参考。     

冬虫夏草MYB家族基因鉴定及其在生长发育中的表达分析

MYB蛋白是一类广泛存在于真核生物中的转录因子,在真菌的生长发育中发挥调控作用。本研究对冬虫夏草菌中的潜在MYB转录因子家族基因进行了全基因组鉴定和生物信息学分析,并研究了MYB家族成员在冬虫夏草生长发育不同阶段和不同部位的表达模式。结果表明,冬虫夏草MYB转录因子家族包含3个1R-MYB和3个2R-MYB;6个MYB转录因子蛋白均包含近50个保守氨基酸序列,形成螺旋-转角-螺旋的结构。通过分析MYB转录因子基因在不同发育阶段（MYB-1-6）和子实体不同部位（MYB-1、3、6）的相对表达量,发现MYB-1在冬虫夏草整个发育阶段表达较为稳定,MYB-3在子实体成熟阶段（MF）表达量最高,远高于其他阶段,且在MF的顶部可育部分MF-3高表达,表明其可能参与冬虫夏草子实体的有性发育;MYB-6在子座发育初期（YF）的中部YF-2表达量最高,为菌丝阶段（HY）的5倍,表明MYB-6可能参与子座柄部的伸长。     

TNF-α基因多态性及其与奶牛乳房炎的相关性分析

以417头中国荷斯坦奶牛为研究对象,根据体细胞评分(Somatic cell score,SCS)的大小将该奶牛群体划分为感染牛群(100头)和健康牛群(317头)。通过PCR-RFLP和CRS-RFLP方法检测了肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)基因在荷斯坦奶牛群体中的多态性,并分析这些多态位点和奶牛乳房炎的相关性。研究发现了3个单核苷酸多态位点(Single-nucleotide polymorphism,SNP):第2外显子39bp处G→A的突变;第4外显子293bp处C→T的突变;5′侧翼区(5′-flanking region,5′UTR)C→G的突变。这3个突变位点分别是DraⅠ、AfaⅠ和DdeⅠ限制性内切酶的酶切多态位点,其中DraⅠ为创造酶切位点。经过基因型分析与χ2检验表明:3个酶切多态位点在荷斯坦奶牛群中均未达到Hardy-Weinberg平衡状态。运用SPSS13.0软件,采用最小二乘拟合线性模型分析3个酶切多态位点与SCS的关系,结果表明:AA基因型个体在DraⅠ酶切位点中的SCS显著大于BB及AB基因型个体(P0.05),BB基因型表现出乳房炎抗性。AfaⅠ酶切位点中BB基因型个体的SCS显著大于AA及AB基因型个体(P0.05),AA基因型表现出乳房炎抗性。DdeⅠ酶切位点中,AB基因型个体的SCS显著低于AA基因型个体(P0.05),AB基因型为优良基因型。因此BB、AA、AB基因型分别为DraⅠ、AfaⅠ、DdeⅠ酶切位点中的优良基因型,可作为分子标记应用于奶牛乳房炎抗性筛选。     

基于连接酶—ELISA反应的单核苷酸多态性分型新方法

随着大量与人类疾病和药物治疗相关的单核苷酸多态性（Single-nucleotide polymorphism,SNP）的发现,出现了多种SNP分型检测的方法和技术。然而,大多数方法由于受限于检测灵敏度低或对检测设备和实验条件要求较高,不适宜于在一般实验条件下进行常规临床检测。通过建立一种基于连接酶-ELISA的SNP快速分型新方法,以非小细胞肺癌个体化治疗中,酪氨酸激酶抑制剂药物的生物标记基因—表皮生长因子受体基因（EGFR）为检测对象,对EGFR,c.2573T〉G（L858R）,EGFR,c.2582T〉A（L861Q）和EGFR,c.2155 G〉T（G719C）3个SNP位点进行了突变检测。经过18~28个循环的PCR扩增,能够通过琼脂糖凝胶电泳和ELISA反应,根据电泳条带的有无和ELISA显色值清晰判断检测位点的基因型,并且能够从混合等位基因样本中检测出5%的突变型等位基因。结果表明,方法具有较高的特异性和灵敏度,适合于在常规实验条件下从不均一的样本中进行突变等位基因的检测。     

Altered Proteomic Polymorphisms in the Caterpillar Body and Stroma of Natural Cordyceps sinensis during Maturation

Objective

To examine the maturational changes in proteomic polymorphisms resulting from differential expression by multiple intrinsic fungi in the caterpillar body and stroma of natural Cordyceps sinensis (Cs), an integrated micro-ecosystem.

Methods

The surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (SELDI-TOF MS) biochip technique was used to profile the altered protein compositions in the caterpillar body and stroma of Cs during its maturation. The MS chromatograms were analyzed using density-weighted algorithms to examine the similarities and cluster relationships among the proteomic polymorphisms of the Cs compartments and the mycelial products Hirsutella sinensis (Hs) and Paecilomyces hepiali (Ph). Results: SELDI-TOF MS chromatograms displayed dynamic proteomic polymorphism alterations among samples from the different Cs compartments during maturation. More than 1,900 protein bands were analyzed using density-weighted ZUNIX similarity equations and clustering methods, revealing integral polymorphism similarities of 57.4% between the premature and mature stromata and 42.8% between the premature and mature caterpillar bodies. The across-compartment similarity was low, ranging from 10.0% to 18.4%. Consequently, each Cs compartment (i.e., the stroma and caterpillar body) formed a clustering clade, and the 2 clades formed a Cs cluster. The polymorphic similarities ranged from 0.51% to 1.04% between Hs and the Cs compartments and were 2.8- to 4.8-fold higher (1.92%–4.34%) between Ph and the Cs compartments. The Hs and Ph mycelial samples formed isolated clades outside of the Cs cluster.

Conclusion

Proteomic polymorphisms in the caterpillar body and stroma of Cs change dynamically during maturation. The proteomic polymorphisms in Hs and Ph differ from those in Cs, suggesting the presence of multiple Cs-associated fungi and multiple Ophiocordyceps sinensis genotypes with altered differential protein expression in the Cs compartments during maturation. In conjunction with prior mycological and molecular observations, the findings from this proteomic study support the integrated micro-ecosystem hypothesis for natural Cs.     

Ancestral Alleles in the Human Genome Based on Population Sequencing Data

Ancestral allele information is useful for genetics studies. Previously, the identification of ancestral alleles was primarily based on sequence alignments between species. Alternative ways to identify ancestral alleles were proposed in this study based on population sequencing data. The methods described here utilized the diversity between haplotypes harboring ancestral and newly emerged alleles. Simulations showed that these methods were reliable for identifying ancestral alleles when the variants had not aged too greatly. Application to the human genome sequencing data suggested the role of indels in maintaining the GC content in the human genome. The deletion-to-insertion ratios and GC proportions were correlated depending on the sizes of insertions and deletions in the direction of increasing GC content. There were GC-biased fixations in single base-pair insertions and AT-biased fixations in single base-pair deletions in the results based on the proposed methods. In the current study, GC-biased gene conversions in nucleotide substitutions were very slight or insignificant. In the variants of several quantitative trait loci (QTLs), slight GC-biased gene conversion was observed in nucleotide substitutions. For the QTL indels, insertions were observed more often than deletions, and deletion-biased fixation was observed, providing new insights into the evolution of functional genes.     

κ中国荷斯坦奶牛κ-酪蛋白基因第四外显子多态性与产奶性状的关联分析

摘要: 以544头中国荷斯坦奶牛为研究对象, 以k-酪蛋白基因为产奶性状的候选基因, 扩增779 bp的片段, 结合测序结果采用PCR-RFLP方法来检测k-酪蛋白基因3个位点的多态性。结果在exon 4的第10 891 bp、10 927 bp和10 988 bp处分别发生了T/C、C/A错义突变和G/A同义突变, 据此分别选择了TaqⅠ、HindⅢ、 PstⅠ等 3种限制性内切酶检测了其多态性。发现3个位点的A、B等位基因在群体中都有分布, 且处于低度多态; A 和B 等位基因的频率分别为86.03%和13.97%; AA, AB和BB基因型频率分别为73.71%, 24.63%和1.66%; c2适合性检验表明, 该群体在这3个位点的突变达到Hardy-Weinberg平衡状态(P > 0.05); BB和AB基因型个体乳脂率显著高于AA基因型个体(P<0.05), AB基因型个体脂蛋白比显著高于AA基因型个体(P < 0.05), 但不同基因型对产奶量和乳蛋白率没有显著影响; 3个位点的酶切多态性在所研究群体中是紧密连锁的。说明在中国荷斯坦奶牛群体中, κ-酪蛋白B等位基因可作为改良奶牛乳脂率性状的分子遗传标记。     

IGFBP-3基因多态性及其与中国美利奴羊部分羊毛性状的关联性分析

采用PCR-SSCP方法对中国美利奴羊和哈萨克羊中IGFBP-3基因的多态性进行了检测, 并对不同基因型与中国美利奴羊部分羊毛性状间的关联性进行了分析。结果在位于内含子1区的一段178 bp的扩增产物经SSCP分析后出现了3种基因型, 基因型AA、AB和BB及等位基因A、B在中国美利奴羊中的频率分别为0.70、0.24、0.06和0.82、0.18; 在哈萨克羊中的频率分别为0.87、0.13、0.00和0.93、0.07。序列分析发现: 在该序列的122位碱基表现多态性 (g.122 G>T)。所研究的两个群体在该位点上均处于Hardy-Weinberg不平衡状态(P<0.01)。不同基因型对部分羊毛性状有一定的影响: 不同基因型个体在剪毛后体重和净毛率上没有明显差异。AA、AB及BB基因型个体的羊毛伸直长度逐渐变短, 其中AA与AB基因型之间差异极显著(P<0.01)。AA型个体的剪毛量和羊毛密度要明显低于AB型(P<0.01)和BB型个体(P<0.05); 羊毛纤维直径则明显高于AB型(P<0.01)和BB型(P<0.05)个体。     

Leptin基因的PCR-SSCP与牛体重、体尺指标的相关性

利用PCR—SSCP技术研究了南阳牛、秦川牛、郏县红牛、西镇牛、鲁西牛和荷斯坦奶牛6个牛品种539个个体leptin基因的遗传多态性。结果表明,PCR扩增产物大小为330bp,PCR—SSCP分析表现出多态。南阳牛、秦川牛、郏县红牛、西镇牛、鲁西牛和荷斯坦奶牛的A等位基因频率分别为0．558,0．492,0．571,0．658,0．591,0．615;B等位基因频率分别为0．442,0．508,0．429,0．342,0．409,0．385。不同基因型与体重、体尺等生长性状指标相关性分析的结果表明：南阳牛群体内除12月龄的体高和日增重、18月龄的坐骨端宽和日增重外,BB型个体的六月龄、十二月龄、十八月龄、二十四月龄体斜长、胸围、体重、坐骨端宽、体高和日增重均显著的大于AB和AA型个体（P〈0．05）;秦川牛群体内BB基因型个体十字部高上显著高于群体AA、AB型个体（P〈0．05）,即BB〉AA、AB,可作为秦川牛体尺指标（十字部高）候选基因之一,但在体重、胸围、体长指标上均无显著差异（P〉0．05）,所以不宜作为体重、胸围、体长指标候选基因;郏县红牛群体内AB与BB基因型个体在十字部高和坐骨端宽上显著高于群体AA型个体（P〈0．05）,而群体内不同基因型在体重和体尺指标（体高、体斜长、胸围）上无显著差异（P〉0．05）。序列分析表明,leptin基因多态是第66位发生G→T、第67位发生A→C及299位发生新的单核苷酸突变C→T所造成。     

CXCR2基因多态性与奶牛乳房炎和乳品质的关联

采用PCR-SSCP技术研究了荷斯坦牛、西门塔尔牛和通江黄牛3个品种共160头个体CXCR2基因多态性与乳房炎抗性性状和对牛奶品质性状的遗传效应。结果表明: CXCR2基因有3个SNP多态位点, 分别位于序列的第685 bp、777 bp和861 bp位点, 确定了5个等位基因A、B、C、E和F。685 bp位点表现为BC和CC基因型, 777 bp位点表现为AA和AB基因型, 861 bp位点为CC和BC基因型。与奶牛乳房炎敏感性有关的基因型主要是BC、CC和FF, 可能对乳房炎有抗性的是AA、AB和EE基因型。据不同基因型对乳品质的遗传效应分析来看, AA、AB和EE基因型的乳品质性状极显著或显著优于其他基因型。     

红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)MC4R基因的多态性分析

采用PCR-SSCP(single strand conformation polymorphism)技术和DNA测序方法分析红鳍东方鲀MC4R(Melanocortin-4receptor)基因编码区多态性。在MC4R基因编码区48 nt和264 nt均发生了碱基的转换突变(G→A),两个突变位点分别位于M1和M2引物扩增产物中。引物M1扩增产物SSCP分析得到两种基因型:AA基因型和AB基因型,并且AA基因型和A等位基因频率明显高于AB基因型和B等位基因。引物M2扩增产物也得到两种基因型:CC基因型和CD基因型,CC基因型和C等位基因频率明显高于CD基因型和D等位基因。遗传变异结果分析表明,两个突变位点均属于低度多态性,而且群体遗传杂合度较低,反映了该群体的遗传一致性较高。