机器学习在微生物组宿主表型预测中的应用

随着大数据时代的到来,如何将生物组学海量数据转化为易理解及可视化的知识是当前生物信息学面临的重要挑战之一.为了处理复杂、高维的微生物组数据,目前机器学习算法已被应用于人体微生物组研究,以揭示疾病背后的复杂机制.本文首先简述了微生物组数据处理方法及常用的机器学习算法,如支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和人工神经网络...     

作物育种学领域新的革命:高通量的表型组学时代

传统的表型组学研究已严重滞后于高速发展的基因组、转录组及蛋白质组学,这也制约了作物育种学、功能基因组学等领域研究的深入开展。为突破这一瓶颈,国内外科研工作者经不懈的努力开发出了各类具有自动化、高精度、高通量特点的表型组学分析平台,并将该平台与各类"组学"研究相结合,这将是作物育种学领域的一次新的技术革命。本文对植物表型组学的概念和研究意义进行了介绍和分析,并对高通量表型组学分析平台进行了详细介绍,同时对未来表型组学的发展和各类组学及生物大数据的综合利用进行了展望。     

新一代植物表型组学的发展之路

随着多种植物全基因组测序的完成, 科研人员越来越认识到植物表型研究的重要性, 并将其提升至“组学”的高度。植物表型组学是研究植物生长、表现和组成的科学, 能够有效追踪基因型、环境因素和表型之间的联系, 是突破未来作物学研究和应用的关键领域。该文介绍了植物表型采集分析经历的从手工测量计数的初始阶段到特定测量工具的辅助阶段再到高通量表型组学3个阶段; 提出了推动植物表型采集分析发展的3个要素: 表型组学研究设施、表型采集技术及图像数据分析方法; 进而详细阐述了表型组学设施的发展、国际上代表性的设施平台情况以及表型采集传感器和图像数据分析方法的发展, 并展望了植物表型组学未来的研究方向。     

新一代植物表型组学的发展之路

随着多种植物全基因组测序的完成, 科研人员越来越认识到植物表型研究的重要性, 并将其提升至“组学”的高度。植物表型组学是研究植物生长、表现和组成的科学, 能够有效追踪基因型、环境因素和表型之间的联系, 是突破未来作物学研究和应用的关键领域。该文介绍了植物表型采集分析经历的从手工测量计数的初始阶段到特定测量工具的辅助阶段再到高通量表型组学3个阶段; 提出了推动植物表型采集分析发展的3个要素: 表型组学研究设施、表型采集技术及图像数据分析方法; 进而详细阐述了表型组学设施的发展、国际上代表性的设施平台情况以及表型采集传感器和图像数据分析方法的发展, 并展望了植物表型组学未来的研究方向。     

基于Faster R-CNN的对虾生长性状表型高通量测定技术的建立及应用

为提高对虾外部生长性状表型数据的获取效率,利用拍照获得的对虾外部表型照片,采用基于区域生成网络RPN(Region Proposal Networks)的Faster R-CNN(Faster Region-convolutional neural networks)深度学习神经网络,通过对8400张对虾表型照片的学习和训练,构建了快速识别对虾全长并输出位置信息的模型。该模型可识别图片中的对虾并以识别框的形式表示出具体的位置。对于不同角度拍摄的对虾,模型生成识别框的长度或对角线长度与人工测量的对虾全长之间呈高度相关。研究以此建立了对虾全长性状表型数据高通量测定技术,该技术的建立可以在对虾生长性状表型数据测定中节省人工测量的时间,提高了对虾全基因组选择育种的效率。此外,该模型的建立也为对虾头胸部长度及不同体节长度等其他外部表型数据的测定提供了新的思路,为对虾生长性状表型组的建立奠定了重要基础。     

食用菌原生质体技术研究进展

着重介绍原生质体技术在食用菌应用中的相关技术问题的现状和进展。对该技术中有关溶壁、渗透稳定剂、细胞壁的形成、原生质体的再生、诱变与融合、融合子的选择标记、后代鉴别及育种的应用等技术环节做简要的概述。     

多组学大数据共享平台研究进展

高通量检测技术的快速发展催生了海量的多组学数据,数据驱动型研究规模正逐步超越传统假设型研究。不同层次组学数据的组合,通过对系统生物学和疾病发展更深入和全面的解读,持续改变生物医学研究方式。同时,多组学数据庞大的数据规模、异质的数据特性,以及强烈的数据共享内源性需求,都推动组学数据向规模化、平台化、标准化共享的方向发展。该文首先介绍了代表性的多组学平台和各组学数据的特点,接着以多维组学数据百科全书NODE为例,从多组学数据融合和多组学数据安全共享两方面对相应的方法和技术进行了细致的阐述,并展望了多组学数据平台未来的发展方向。     

食用菌育种技术的研究进展

食用菌育种技术近年有了很大进展。本文是对野生食用菌驯化、诱变育种、杂交育种、原生质体融合技术育种及食用菌“种”的鉴定方法方面研究进展的综合论述。     

食用菌原生质体技术的研究进展

综述了食用菌原生质体再生、诱变、融合技术以及原生质体技术与其他生物技术相结合的研究进展,提出了在现有研究中存在的问题,并展望了原生质体技术的发展趋势.     

食用菌鲜味物质研究进展

本文介绍了食用菌鲜味物质的研究进展,可以为食用菌调味品的开发提供理论基础和指导。文章主要综述了食用菌鲜味物质氨基酸和核苷酸的组成、呈鲜特点、提取以及食用菌在调味品中的开发现状。食用菌中氨基酸和核苷酸类的含量都比较高,是食用菌重要的鲜味物质。这些鲜味物质的酶法提取比传统方法的效果好、提取率高。当今食用菌调味品生产工艺简单,大多为粗加工品,且食用菌中的鲜味物质和其它的功能性成分没有充分释放出来,需要研发新方法来充分释放其中的鲜味物质及其它的营养成分,并且要加强食用菌抽提物产品研制的新技术。     

食用菌病毒的研究进展

病毒是引起食用菌发生病害的重要病原之一,由于其具有潜隐性、不易辨认的特点,因而难以被人们所察觉,一旦发病就难以控制。在食用菌研究领域中,食用菌病毒使食用菌产量严重下降,引起的病害越来越受人们的重视,逐步成为该领域的研究热点。因此,本文主要针对食用菌病毒的结构与分类、危害、传播方式、检测方法以及食用菌病毒的脱毒技术等方面进行了综述,并对其存在的问题和前景进行了展望。这为食用菌病毒的检测、脱毒和无毒菌种的生产提供了理论依据,并为食用菌病毒的深入研究提供参考。     

Biotechnology,Big Data and Artificial Intelligence

Developments in biotechnology are increasingly dependent on the extensive use of big data, generated by modern high‐throughput instrumentation technologies, and stored in thousands of databases, public and private. Future developments in this area depend, critically, on the ability of biotechnology researchers to master the skills required to effectively integrate their own contributions with the large amounts of information available in these databases. This article offers a perspective of the relations that exist between the fields of big data and biotechnology, including the related technologies of artificial intelligence and machine learning and describes how data integration, data exploitation, and process optimization correspond to three essential steps in any future biotechnology project. The article also lists a number of application areas where the ability to use big data will become a key factor, including drug discovery, drug recycling, drug safety, functional and structural genomics, proteomics, pharmacogenetics, and pharmacogenomics, among others.     

人工智能算法与生态环境模型耦合研究进展

人工智能算法在生态环境领域已有广泛应用,但在揭示自然科学现象规律时存在泛化能力不足、可解释性差等问题。为弥补这些不足,实现优势互补,将人工智能算法与具有物理机制的生态环境模型耦合研究已成为近些年快速发展的一种新型研究方法。本文从应用在生态环境领域的人工智能算法出发,概述了其分类和应用情况,重点梳理了人工智能算法与生态环境模型耦合研究的发展、现状及不足,提出了一个将人工智能与机理模型紧密耦合以重构机理过程的思路,分析了该网络部分参数的理论意义,提高可解释性和泛化能力的可行性,以及模拟机理过程运行的应用前景,并展望了人工智能算法与生态环境模型耦合研究的发展趋势。     

近十年中国重要食药用菌研究进展

食用菌跻身我国第五大农作物,我国已经成为名副其实的食药用菌大国。本文对近十年来食药用菌重要种类名称变更、人工培植或栽培技术的突破和基因组学研究的进展进行了综述。随着分子系统学研究的深入,灵芝、黑木耳、毛木耳、桑黄等重要种类的名称得到更正和完善;冬虫夏草、羊肚菌、暗褐网柄牛肝菌等难栽培种类在全世界范围内首次实现人工栽培;大多数常见食药用菌种类完成了基因组解析。分析了分类和系统发育研究、生物学研究、组学研究与食药用菌产业发展的关系,基础研究促进食药用菌产业发展,同时产业发展为基础研究提出更多的科学问题。     

食用菌培植业思考与展望

食用菌生产应该与种植业、养殖业并驾齐驱,称之为食用菌培植业,是农业生产领域内的三大基础产业。解决野生食用菌的产量、质量问题,是野生食用菌产业化开发的瓶颈;必须另辟蹊径,发展食用菌原生态野生化生产,实现野生食用菌的规模化、产业化发展。对双孢蘑菇野生化生产和菌菜轮作进行了探讨,为我国双孢蘑菇的生产发展另辟蹊径;建议我国的双孢蘑菇生产朝两化一作的方向发展。     

Impact of Mushrooms’ Vegetative Places and Morphological Parts of a Fruiting Body on the Fatty Acids Profile of Wild Leccinum aurantiacum and Leccinum versipelle

The aim of this study was to indicate potential differences in composition of fatty acids between two mushroom species as well as to examine the impact of mushrooms’ vegetative places and morphological parts of a fruiting body on the fatty acids profile. The research material consisted of 72 samples of wild Leccinum aurantiacum and Leccinum versipelle in the form of caps and stipes, collected from three selected regions of Poland. Determination of the examined compounds was performed by gas chromatography (FID). Linoleic (C18 : 2), oleic (C18 : 1) and palmitic (C16:0) acids were the predominant compounds in all samples under study. The profile of fatty acids in Leccinum aurantiacum and Leccinum versipelle was varied depending on mushroom species, a region and morphological parts of a fruiting body. The high content of polyunsaturated fatty acids in polish L. aurantiacum and L. versipelle provides that the mushroom may be recommended in different types of diets.     

基于植保大数据的病虫害移动智能采集新设备

为提高农作物重大病虫害发生信息自动化、智能化采集能力,全面提升监测预警水平,笔者基于大数据、人工智能和深度学习技术,研发了一款农作物病虫害移动智能采集设备——智宝,主要实现了3个方面的功能:一是病虫害发生信息自动采集上报.通过该产品进行人工拍照,可实现对田间农作物重大病虫害发生图像、发生位置、发生数量、微环境因子等数据的实时采集和上报.二是自动识别计数.基于植保大数据与人工智能技术,通过构建病虫害自动识别系统,可实现重大病虫害精准识别与分析,只要拍摄照片,即可快速、精确地识别病虫害种类,并自动计数、上报到指定的测报系统.三是自动分析判别分级.针对拍摄采集上报的重大病虫害发生信息,系统可在自动识别和计数的基础上,进一步对病虫害发生严重程度进行智能判别分级,甚至根据相关预测模型,对病虫害的发生趋势进行辅助分析预测,提出预测建议.通过2016—2019年组织多地植保机构进行试验改进,该技术产品日趋成熟,有望在未来的农作物病虫害发生信息采集和预测预报工作中推广使用.     

侧耳属真菌次级代谢产物化学及其生物学活性研究进展

对侧耳属真菌次级代谢产物的化学及其生物学活性进展进行了综述。化学研究表明侧耳属真菌中蕴含有萜类、甾体类、酚酸衍生物、聚炔等多种结构类型的天然产物,这些化合物所具有的生物活性包括抗细菌、抗线虫、抗炎和抗肿瘤等。作用机制研究表明截短侧耳素类物质通过抑制肽酰转移酶活性而产生强抗菌作用;pleuroton B通过Bax/Bak通路诱导肿瘤细胞凋亡。     

食用菌菌糠综合利用研究进展

中国是食用菌生产第一大国,每年产生约1亿多t菌糠,菌糠中含有大量的粗纤维和多糖等物质,但大部分菌糠都被当作废弃物直接丢弃或焚烧,造成严重的环境污染和资源浪费,同时也不符合我国新时期的环保政策,如何变废为宝,科学、环保、经济、合理地利用菌糠成为食用菌产业健康发展的重要环节。本文通过对食用菌菌糠综合利用的方式和现状进行阐述,探讨菌糠利用存在的主要问题,对未来菌糠利用的方向和发展趋势进行展望,为食用菌菌糠的高效利用提供参考和理论依据。     

Effects of spawn,supplement and phase II compost additions and time of re-casing second break compost on mushroom (Agaricus bisporus) yield and biological efficiency

Three cropping experiments (0710, 0803 and 0805) were conducted to determine the effect of adding spawn, various levels of delayed release nutrient, and phase II compost to 2nd break mushroom compost (2BkC) on mushroom yield and biological efficiency (BE). We also investigated the effect of delaying time of re-casing non-supplemented and supplemented 2BkC on mushroom yields and BEs. The addition of 14.6% spawn to nutrient-supplemented 2BkC (w.w./d.w) increased yield by 11.1% over the control (no spawn) but did not affect BE. The addition of delayed release supplements to 2BkC increased maximum yields by 29–54%, depending on the treatment. Substitution of 15% phase II compost in 2BkC (15/85) did not significantly affect mushroom yields. However, use of 15% phase II compost in 2BkC increased the response of the mixture to delayed release supplement. Yield response to increasing levels of supplement was greater in the 15/85 mixture compared to 100% 2BkC. Yields also increased as time of re-casing was delayed up to 10 days. Mushroom yields increased approximately 2.1% for each day re-casing was delayed. Overall yields were generally higher from commercial 2BkC compared to 2BkC originating from the Penn State Mushroom Research Center (MRC) probably due to nitrogen (N) content of the 2BkC. Nitrogen content in commercial 2BkC (Crop 0805) was 3% while N content in 2BkC from Crops 0710 and 0803 was 2.2% and 2.1%, respectively. By optimizing supplement levels and adding 15% phase II compost to commercial 2BkC, or by delaying casing by 5–10 days, it was possible to obtain BEs that were equivalent to supplemented phase II compost.