微生物性状揭示物种分布格局、群落构建机制和生态系统功能

微生物性状是指与其存活、生长和繁殖紧密相关的一系列核心属性,这些属性能够反映微生物对环境变化的响应,进而影响微生物的物种分布格局、群落构建机制以及相应的生态系统功能。越来越多的研究表明,相比于微生物分类学信息,微生物性状可以在种群、群落和生态系统尺度等视角扩展我们对微生物生态过程的理解,并提供生态模式的机理性解释。本文回顾微生物性状研究的发展历程,总结近年来基于微生物性状研究的前沿科学问题,比如微生物性状的分类和测定方法、基于性状的功能多样性定义及应用、性状与物种分布格局和群落构建机制的关系、性状对生物多样性和生态系统功能的影响以及对环境变化的响应等。尽管微生物性状研究已经延伸到生态学领域的各个方面,有力推动着各个前沿科学问题的研究发展,但是仍然面临很多机遇与挑战。因此,本文也从研究方法和研究方向等方面对未来基于微生物性状的研究提出了展望。     

西藏横断山区溪流细菌beta多样性组分对气候和水体环境的响应

理解沿环境或空间梯度的群落组成变化(即beta多样性)一直是生态学和保护生物学的中心问题, 且beta多样性的形成机制及其对环境的响应已成为当前生物多样性研究的热点问题。本文以西藏横断山区怒江和澜沧江两个流域入江溪流中的细菌为研究对象, 使用Baselga的beta多样性分解方法, 基于Sørensen相异性指数将细菌的beta多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分, 探究了细菌beta多样性及其分解组分随海拔距离的分布模式, 并且衡量了环境、气候和空间因子的相对重要性。结果表明, 两个流域中细菌的群落结构显著不同。两个流域的细菌总beta多样性和周转组分随海拔距离的增加而增加, 周转组分占总beta多样性的比例较大。气候和环境因子是两个流域中细菌总beta多样性及周转过程的重要预测因子, 并且所有的显著因子均为正相关, 其中环境因子中相关性最高的为海拔距离(R ²= 0.408, P < 0.001), 而气候因子中相关性最高的为年均温差(R ²= 0.417, P < 0.001)。方差分解结果暗示嵌套组分主要受空间扩散的影响; 总beta多样性和周转组分在环境较恶劣的澜沧江主要受环境过滤的影响, 而在环境较温和的怒江主要受空间扩散和环境过滤的共同影响。此外, 较为恶劣的环境条件会增加细菌的总beta多样性和周转率, 并且会形成更强的环境筛选作用去影响细菌群落的物种组成。我们的研究表明对西藏横断山区水体细菌多样性的保护需要从整个流域入手, 而非少量的生物多样性热点地区。     

老年2型糖尿病患者血清BGP、ghrelin、YKL-40水平与胰岛素抵抗及认知功能损害的关系研究

摘要 目的：研究老年2型糖尿病（T2DM）患者血清骨钙素（BGP）、生长激素释放多肽（ghrelin）及人软骨糖蛋白-39（YKL-40）水平与胰岛素抵抗及认知功能损害的关系。方法：选择2018年1月～2019年12月我院收治的老年T2DM患者100例记作病变组,选择同期于我院进行体检的老年健康志愿者100例作为对照组。比较两组血清BGP、ghrelin及YKL-40水平,血糖、血脂、胰岛素抵抗相关指标及简易智力状态检查量表（MMSE）评分情况,并分析各指标的相关性。结果：病变组血清BGP、ghrelin水平低于对照组,而YKL-40水平高于对照组（P＜0.05）。病变组空腹血糖（FPG）、糖化血红蛋白（HbA1c）水平及胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）均高于对照组,而空腹胰岛素（FINS）水平低于对照组（P＜0.05）。病变组除语言、延迟记忆评分与对照组对比差异无统计学意义（P＞0.05）,其他各项MMSE评分均低于对照组（P＜0.05）。经Pearson相关性分析可得：老年T2DM患者血清BGP、ghrelin水平和FPG、HbA1c、HOMA-IR均呈负相关,与FINS及MMSE评分均呈正相关（P＜0.05）;而血清YKL-40水平和FPG、HbA1c、HOMA-IR均呈正相关,与FINS及MMSE评分均呈负相关（P＜0.05）。结论：老年T2DM患者的血清BGP、ghrelin存在明显低表达,而血清YKL-40水平呈明显高表达,且上述血清学指标水平均与胰岛素抵抗和认知功能损害密切相关。     

二化螟CsCncC和CsKeap1基因的克隆与mRNA表达分析

核因子E2相关因子2(Nrf2)-Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)信号通路可调控抗氧化酶和代谢酶基因的表达,在机体适应氧化和化学胁迫过程中具有重要作用,克隆二化螟Chilo suppressalis CsCncC和CsKeap1基因可为研究二化螟的代谢抗性机制奠定基础.本研究采用RT-PCR和RACE技术克隆了二化螟CsCncC和CsKeap1基因全长cDNA,利用生物信息学方法对其结构特征进行了分析,并利用实时定量PCR检测了基因表达模式.结果表明,CsCncC包含一个长度为2160 bp的开放阅读框,编码719个氨基酸;CsKeap1包含一个长度为1923 bp的开放阅读框,编码640个氨基酸.序列分析发现,CsCncC和CsKeap1都具有保守性结构域和特征性基序.表达分析发现,CsCncC和CsKeap1分别在蛹末期和成虫初期表达水平最高,CsCncC在中肠和马氏管中的表达水平最高,CsKeap1在脂肪体中的表达水平最高.进一步研究发现,在0.47 mg/L氯虫苯甲酰胺处理36 h后,二化螟3龄幼虫的CsCncC和CsKeap1的表达量显著上调,但在0.092 mg/L处理36 h后CsCncC无明显变化,CsKeap1的表达量显著下调,表明诱导效应具有剂量依赖性.本文研究结果表明,CsCncC和CsKeap1参与的信号通路在二化螟适应化学胁迫过程中具有重要作用.     

温度锻炼对西花蓟马温度耐受性及繁殖的影响

西花蓟马Frankliniella occidentalis(Pergande)是危害蔬菜和观赏植物的一种重要害虫,其种群数量随季节的变化而波动。温度被认为是影响种群动态的重要因子。为探究不利温度对对西花蓟马的影响,本研究将3日龄成虫置于18或31℃下分别锻炼1,2,3d后,检测了其温度耐受性和繁殖力。结果表明,在18℃下的持续锻炼明显提高了西花蓟马的耐寒性与耐热性,这证实了高低温胁迫间存在交互抗性;虽然经31℃的锻炼明显提高了其耐热性,但耐寒性未得到相应的增强。经18℃锻炼后,西花蓟马的繁殖力显著下降,31℃锻炼对其繁殖力没有明显影响。本研究结果表明温度的交互抗性可能有利于昆虫在自然界的存活,但这种获得的耐受性是以繁殖力的降低为代价的。     

舞毒蛾卵寄生蜂大蛾卵跳小蜂发育与温度的关系及利用替代寄主柞蚕卵繁育的子代品质评价

舞毒蛾Lymantria dispar (L.)是国际性检疫害虫。大蛾卵跳小蜂Ooencyrtus kuwanae (Howard)是舞毒蛾卵的重要寄生蜂, 对舞毒蛾有一定的控制作用。为了在规模化繁育大蛾卵跳小蜂时控制小蜂的发育进度, 设置不同的温度梯度研究了该蜂发育与温度的关系; 同时, 为了对替代寄主繁育出的天敌质量进行评价, 对利用其自然寄主舞毒蛾卵和替代寄主柞蚕Antheraea pernyi卵繁育出的子代成蜂的寿命、 胸宽、 雌雄性比进行了比较。结果显示： 大蛾卵跳小蜂的发育起点温度和有效积温分别为10.50±1.41℃和260.74±25.09日·度, 温度与发育速率的关系为T=10.50+260.74V。当采用30%的蜂蜜水饲喂成蜂时, 柞蚕卵繁育出的大蛾卵跳小蜂雌、 雄蜂的平均寿命分别为15.01和10.38 d, 采用原寄主舞毒蛾卵繁育出的雌、 雄蜂平均寿命分别为20.94和15.95 d, 两者差异显著; 采用柞蚕卵繁育出的雌蜂个体显著大于用舞毒蛾卵繁育出的雌蜂个体; 柞蚕卵和舞毒蛾卵繁育出的大蛾卵跳小蜂雌雄性比没有显著差异, 分别为2.42∶1和2.57∶1。结果表明, 在野外开展舞毒蛾的生物防治时, 释放利用柞蚕卵繁育出的大蛾卵跳小蜂具有可行性。     

濒危植物金毛狗的化学成分及其药理活性研究进展

本文综述了我国不同民族对濒危药用植物金毛狗的传统用途,介绍了从金毛狗中分离得到的蕨素类、萜类、甾体、黄酮类、芳香族、吡喃酮类等化学成分,并探讨了其在止血、抑菌、防治骨质疏松、抗癌、保肝等方面的药理活性,为更好地保护以及合理开发利用该濒危植物提供理论依据。     

组合蛋白质工程和代谢工程设计全细胞催化剂合成靛蓝和靛玉红

从嗜高温放线菌Thermobifida fusca中分离得到的苯基丙酮单加氧酶主要催化芳香族化合物的Baeyer-Villiger氧化反应。对该酶的结构和功能进行研究时,发现位于底物结合口袋的Met446位点突变可以赋予突变酶催化C-H键活化的新功能,氧化吲哚合成靛蓝和靛玉红,但产量仅为1.89 mg/L。为了获得合成靛蓝和靛玉红的全细胞催化剂,直接补加吲哚并不能提高细胞合成效率,补加吲哚的前体物质L-色氨酸可以使细胞合成靛蓝和靛玉红的能力提高4.5倍,达到8.43 mg/L。为了进一步提高细胞的生物合成效率,通过代谢工程改造大肠杆菌的糖代谢途径,阻断葡萄糖异构酶基因pgi,使磷酸戊糖途径代替糖酵解途径成为葡萄糖的主要代谢通路,从而为细胞提供更多氧化吲哚所需的辅因子NADPH,导致细胞合成靛蓝和靛玉红的效率进一步提高3倍,达到25 mg/L。通过组合蛋白质工程和代谢工程设计全细胞催化剂不仅可以高效地合成靛蓝和靛玉红,而且设计理念为相关全细胞催化剂的开发提供了一种新的策略。     

粘虫颗粒体病毒增效蛋白基因片段优化及功能

【目的】研究转宿主粘虫颗粒体病毒(Pseudaletia unipuncta granulovirus,Pu GV-Ps)增效蛋白基因截短片段优化及其增效作用,探索增效蛋白基因的合理利用途径。【方法】生物信息学分析增效蛋白结构域,构建增效蛋白基因截短片段原核表达载体,分析目的基因片段表达产物的表达水平、围食膜蛋白降解效能和增强活性,进一步明确Pu GV-Ps增效蛋白基因的功能区域。【结果】Pu GV-Ps增效蛋白含有M60-like结构域、锌离子催化域和糖蛋白结合域,并包含13个潜在的糖基化位点。以此为依据设计P69(短截M60-like结构域)和P77(短截糖蛋白结合域)2个截短片段,构建了表达载体p ET15b-P69和p ET15bP77,原核表达量明显高于全长基因P104。表达产物纯化蛋白围食膜降解活性表明,P69对斜纹夜蛾围食膜大分子蛋白降解程度高于P77,但两者均低于P104。病毒增强苏云金杆菌(Bt)实验表明,截短片段的表达产物提高了Bt对小菜蛾的毒力,但增强活性显著低于P104。【结论】研究结果表明,Pu GV-Ps增效蛋白基因N端M60-like结构域和C端糖蛋白结合域对其增效作用的发挥都具有一定功能,这些结构对维持增效蛋白的构象也发挥了一定的作用,截短片段P69有利于保持Pu GV-Ps增效蛋白的活性、提高表达水平。该研究结果对增效蛋白的工业化生产具有一定的指导意义。     

piggyBac转座子及其在转基因昆虫中的应用

piggyBac是一种从粉纹夜蛾Trichoplusiani.中分离到的、具有TTAA插入位点特异性的DNA转座子。piggyBac可在昆虫基因组中准确切离,转化频率较高,并且不受宿主因子的限制,是目前转基因昆虫研究中应用最广的转座子载体。近年来的研究发现,piggyBac类转座子广泛分布于昆虫和其他生物基因组中。文章从piggyBac的结构、转座特性、在转基因昆虫中的应用以及piggyBac类转座子的分布等几个方面综述了piggyBac的研究进展。