荻草谷网蚜唾液蛋白基因Sm13498的克隆及功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi为我国小麦Triticum aestivum主产区麦蚜优势种;Sm13498蛋白是在荻草谷网蚜唾液腺中特异表达的唾液蛋白。本研究旨在探析荻草谷网蚜功能未知的Sm13498在调节植物防御反应中的潜在作用。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组测序数据,PCR克隆Sm13498的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;采用RT-qPCR测定Sm13498在取食小麦叶片不同时间的荻草谷网蚜无翅成蚜中的表达动态;通过酵母分泌系统验证Sm13498蛋白信号肽的分泌功能;利用根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导在本氏烟Nicotiana benthamiana中瞬时表达技术鉴定Sm13498蛋白功能及亚细胞定位。【结果】克隆获得了荻草谷网蚜Sm13498 cDNA全长序列(GenBank登录号：MW346655),开放阅读框(ORF)全长783 bp,编码260个氨基酸,预测蛋白分子量28.01 kD,第1-22位氨基酸为N端信号肽。系统进化树显示,Sm13498与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum的功能未知蛋白LOC100159087precursor(GenBank登录号: NP_001313548.1)亲缘关系最近(氨基酸序列一致性为71.7%)。RT-qPCR结果表明,Sm13498在荻草谷网蚜无翅成蚜取食小麦叶片12 h时表达水平达到最高。含有Sm13498信号肽片段的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae YTK12可在YPRAA培养基正常生长,并可将无色2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原为不可溶的暗红色的氯化三苯基四氮唑(TTF),证实其信号肽具有分泌活性。经根癌农杆菌介导在本氏烟瞬时表达Sm13498蛋白可抑制Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein, BAX)及病原菌激发子INF1诱导的程序性细胞死亡。亚细胞定位结果表明,Sm13498-GFP融合蛋白定位于本氏烟叶片细胞膜。【结论】结果说明荻草谷网蚜唾液蛋白Sm13498可抑制植物防御反应。本研究为发掘荻草谷网蚜唾液中效应子, 深入解析麦蚜对小麦品种强适应性奠定了基础。     

双委夜蛾气味结合蛋白AdisOBP6的原核表达抗体制备及表达谱分析

【目的】本研究旨在对双委夜蛾Athetis dissimilis气味结合蛋白OBP6进行原核表达、抗体制备以及表达谱分析,便于今后对AdisOBP6功能展开研究。【方法】利用生物信息学软件分析AdisOBP6蛋白结构特征;利用通过原核表达获得的重组蛋白4次免疫新西兰大白兔,制备AdisOBP6抗体;采用荧光定量PCR和Western blot技术检测AdisOBP6在双委夜蛾雌雄成虫触角、不同时期精巢以及受精卵和未受精卵中的表达情况。【结果】同源建模预测显示,AdisOBP6具有6个保守半胱氨酸残基和7个α-螺旋结构,并 折叠成一个结合口袋。原核表达结果显示,在20℃下0.5 mmol/L IPTG诱导重组蛋白表达量最多、最稳定。4次免疫重复中,抗体效价分别超过1∶512 000, 1∶512 000, 1∶512 000和1∶64 000。Westernblot检测获得的抗体与AdisOBP6蛋白能够特异性结合。荧光定量PCR结果显示,AdisOBP6在双委夜蛾精巢中的表达量远高于在触角中的,在幼虫期精巢中AdisOBP6就已经开始表达,在蛹期精巢中表达量低于在幼虫期的, 成虫羽化后精巢中的表达量逐渐进入高峰,在未受精卵和受精卵中几乎不表达或表达量极低。Western blot分析发现,AdisOBP6蛋白也主要在精巢中表达,在雌雄成虫触角、受精卵和未受精卵中表达量很低。【结论】本研究实现了AdisOBP6的原核表达,成功地制备了抗体;并证实AdisOBP6在双委夜蛾精巢中大量表达,成虫羽化后表达量达到高峰,推测AdisOBP6可能参与了授精过程。本研究结果为今后进一步研究AdisOBP6的功能奠定了基础。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

2021-01期目录

为研究团头鲂(Megalobrama amblycephala) 5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)羟基化酶TET1(Ten eleven translocation 1)基因的功能及其表达特性, 采用整胚原位杂交、qRT-PCR技术进行了胚胎、组织表达分析及其在急性低氧胁迫下的基因响应研究。序列分析结果表明, 团头鲂TET1基因全长为5526 bp, 编码1841个氨基酸。qRT-PCR结果表明, 团头鲂TET1广泛表达于各个组织中, 并在脑组织中高度表达。在胚胎发育过程中, TET1基因从受精卵开始就有表达, 并在受精后20—44h (20—44 hpf)都维持在一个较高水平。原位杂交结果表明, TET1基因在12 hpf信号相对微弱, 在24和36 hpf信号逐渐增强, 并且都集中在头部表达。通过qRT-PCR检测急性缺氧处理TET1的表达量, 结果表明, TET1基因在鳃和脾等组织中表达显著升高(P<0.01), 在脑、皮肤、眼和肾脏中表达显著降低(P<0.01)。在胚胎中, TET1基因相对表达量明显高于对照组, 尤其在24 hpf低氧处理组的表达量显著地高于对照组(P<0.001)。结果表明TET1基因在低氧应答反应中发挥着重要的作用。该研究结果为TET1基因在低氧响应及功能的保守与分化方面提供了新的视角。     

牙形动物取食方式推测——来自华北寒武纪晚期−奥陶纪早期牙形刺化石的证据

牙形刺作为牙形动物的咽部进食器官,具有其独特的生物学特征。基于山东青州尧王山寒武系-奥陶系剖面产出的较丰富的牙形刺化石资料,本文讨论了牙形刺在牙形动物行使滤食等进食功能时产生的生理性磨损,与前人对石炭纪牙形刺的磨损类型的三种:破裂(指牙形刺的突出部分受外力而折断、脱离牙形刺主体的现象)、剥落(外层的生长层被剥落,而露出内层的生长层)、磨光(指牙形刺表面的纹饰在磨蚀作用下变浅或变得光滑)进行了对比,并提出一种新的磨损方式:磨花(与磨光类似,然而原有纹饰变浅或消失之后,继续磨蚀而使刺体表面变得不光滑的现象),以及磨损后修复的现象。根据磨损类型分析,将牙形动物的取食方式分为"沙粒翻找型"与"浮游捕食型"两种。为推测牙形动物的取食方式提供佐证。     

丽江乌头根中的二萜生物碱成分研究

为了寻找丽江乌头中结构新颖的化合物,丰富丽江乌头的化学成分多样性,本文对丽江乌头(Aconitum forrestii Stapf)根部的化学成分进行研究,采用硅胶柱层析从其乙醇提取物中分离得到14个化合物。通过HR-ESI-MS、1D和2D NMR等波谱技术鉴定了它们的结构,其中化合物1是一个新的乌头碱型二萜生物碱,命名为8-O-methyl-14-O-anisoylchasmanine(1)。其余13个化合物均为已知化合物:14-acetoxy-8-O-methylsachaconitine(2)、14-acetyltalatizamine(3)、talatisamine(4)、chasmanine(5)、ezochasmanine(6)、crassicautine(7)、geniculatine C(8)、cammaconine(9)、vilmoraconitine(10)、aconitramine A(11)、vilmorrianine G(12)、hemsleyaconitine G(13)和heterophylloidine(14)。测试了所有化合物对阿霉素诱导的H9c2心肌细胞损伤的保护活性,结果显示化合物3、10、11和12表现出一定的保护作用。     

福建省输入性D8基因型麻疹病毒分子流行病学特征

为分析福建省输入性D8基因型麻疹病毒分子流行病学特征,采集咽拭子标本采用实时荧光定量反转录-聚合酶链反应(Real-time RT-PCR)筛查麻疹病毒核酸.用反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)扩增麻疹病毒核酸筛查阳性咽拭子及Vero/Slam细胞培养阳性产物,对麻疹病毒核蛋白(Nucleoprotein,N)羧基(COOH)端634个核苷酸(Nucleotides,nt)片段进行测序分析,构建系统进化树.最终分离获得1株麻疹病毒株,26条麻疹病毒N蛋白羧基末端450个nt序列.亲缘性分析发现,所有福建麻疹毒株与WHOD8基因型参考株(MVi/Manchester.GBR/30.94)在亲缘关系树上同属一个大分支,两者核苷酸序列和氨基酸(Amino acid,aa)序列同源性分别为96.4％～99.1％和96.7％～98.0％.其中2014年的福建毒株 MVs/Fujian.CHN/28.14和 MVs/Fujian.CHN/30.14与越南胡志明市2014年分离株MVs/HoChiMinh.VNM/11.14及美国纽约2013年分离株MVs/New.York.USA/19.13的nt同源性为 100％;2019年的毒株MVs/Fujian.CHN/25.19与泰国龙仔厝府2018年分离株MVs/Samut.Sakhon.THA/8.18的nt同源性为100％;而剩余的23个监测毒株则与日本神户2019年分离株MVs/KobeC.JPN/28.19的核苷酸同源性和氨基酸同源性最高,分别为99.6％～100.0％和99.3％～100.0％.在病毒N蛋白羧基端150个氨基酸位点上,福建株与WHO D8参考株存在3～5个氨基酸位点差异.而与现用的疫苗株(Shanghai-191)相比,存在17～19个氨基酸变异位点,其中有14个氨基酸位点为所有福建株共有的变异位点,这些位点的变异总体上未对编码蛋白的氨基酸造成明显改变.结论是福建省成功分离获得1株D8基因型麻疹毒株.D8基因型为福建省发现的输入性麻疹基因型,病毒N蛋白羧基端氨基酸位点上与疫苗株相比均出现了差异位点.     

LPS诱导脓毒症小鼠脾组织microRNA表达的筛选研究

目的采用Small RNA测序技术检测脓毒症小鼠24 h脾组织microRNA(miRNA)的表达变化,并从非编码基因层面分析脓毒症脾功能损伤的可能机制。方法将30只SPF级健康BALB/C小鼠随机分为对照组和脓毒症组,每组15只。脓毒症组采用LPS 10 mg/kg腹腔注射进行建模,对照组仅予等量生理盐水腹腔注射。两组术毕均行肌肉注射平衡液5 ml/kg,并于术后24 h各组随机取5只小鼠的脾组织提取RNA,采用Small RNA测序技术进行miRNA检测,然后应用生物信息学软件分析脓毒症小鼠脾组织的miRNA表达差异及靶基因预测。结果小鼠建模后24 h,与对照组相比,脓毒症小鼠脾脏组织已知及未知miRNA表达上调数分别为39个、3个,下调数分别为16个、3个。其中已知miRNA表达上、下调倍数最大的前5个基因分别为Rno-miR-217-5p,rno-mir-216a-5p,rnomiR-216b-5p,rno-miR-375-3p,rno-mir-216b-3p。下调倍数前5的miRNA:Rno-miR-138-5p,rno-miR-451a-3p,rno-miR-138-1-3p,rno-miR-202-5p,rno-miR-592。结论LPS诱导脓毒症小鼠可出现miRNA表达量的改变,其上、下调倍数最显著的miRNA可能对预测LPS诱导的脓毒症脾功能损伤有一定指导意义。     

喀什边境口岸陆运卡车及集装箱污染的新冠病毒基因特征分析

新疆维吾尔自治区喀什地区作为我国与中亚和欧洲的重要陆路货运口岸,来往货物运输频繁,引入新型冠状病毒(SARS-CoV-2)风险大,对我国新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情防控造成压力.2020年11月我国新疆维吾尔自治区喀什地区发生输入SARS-CoV-2导致的本土聚集性COVID-19疫情.为明确货物运输载体携带SARS-CoV-2的基因特征以及边境快速物流系统作为SARS-CoV-2传播载体的可能性,本研究对2020年11月6日-2020年11月10日期间在喀什边境口岸货运卡车及运输的集装箱采集的35份SARS-CoV-2核酸阳性样本进行SARS-CoV-2全基因组序列测定和比对分析.结果 显示,35份样本ORFlab基因Ct值的中位数(最小值～最大值)为37.64(28.91～39.81),N基因Ct值的中位数(最小值～最大值)为36.50(26.35～39.30),Reads数匹配率的中位数(最小值～最大值)为51.95％(0.86％～99.31％),病毒载量较低;35份样本中基因组覆盖度达到70％以上的共计18份.基于Pango命名法,18条SARS-CoV-2基因组序列分别属于B.1、B.1.1、B.1.9、B.1.1.220、B.1.153和B.1.465共6个不同的基因型,其中3个基因型(B.1、B.1.1和B.1.153)在喀什边境接壤或邻近的四个国家同期采集的病例样本中也有发现.核苷酸突变位点和系统进化树分析显示,同一个地点采集的样本病毒基因组相似程度高;18条序列中的4条与喀什COVID-19疫情毒株代表序列处在同一个进化分支;其中1条序列与喀什COVID-19疫情毒株基因组存在1个或2个核苷酸突变位点差异,高度同源.本研究证实喀什COVID-19疫情期间边境货运卡车和集装箱存在境外多种基因型病毒的污染,其中存在喀什COVID-19疫情毒株的祖父代病毒,高度提示边境快速物流系统卡车及集装箱作为载体携带SARS-CoV-2病毒入境造成了本土疫情,这些数据为我国边境口岸地区的新冠防控策略制定及后续疫情溯源提供了关键的参考依据.     

陆地生态系统环境控制实验的研究方法及技术体系

生物及生态系统与环境变化间的反馈关系及其过程机制是生态学研究的重要内容。不同类型的生物环境因素控制实验以及大尺度的联网野外控制实验被认为是认识生态系统响应和适应环境变化过程机制、精细定量表达的有效手段及认知过程的加速器。近年来发展了大型野外物理模拟实验装置网络(如ECOTRON)、生态系统分析与实验平台(AnaEE)、国际干旱实验研究网络(Drought Network)、氮沉降联合实验网络(Nutrient Network),以及基于各区域性生态观测实验站的联网控制实验(如USA-ILTER)。发展大陆尺度联网实验研究平台事业正日益受到学术界的重视,将会在认知生态系统环境响应过程机制方面发挥更重要的作用。基于以上背景,本文综述了生态系统环境控制实验的研究方法和实验体系的发展,明确指出各种类型的生物环境控制实验需要形成联合协作体系,共同解决生态系统对环境变化的响应及适应的基本科学问题。目前的控制实验包括: 1) 实验室封闭装置内的生物生理生态学控制实验;2) 野外实验场的半开放部分环境要素控制实验;3) 近自然状态的野外环境控制实验;以及4) 基于野外生态站的联网控制实验。进而,本文还深入讨论了陆地生态系统的环境响应及适应过程机制实验系统设计的发展趋势,分析了基于大尺度自然环境梯度实验及生态站尺度的要素控制实验的优势,提出了整合两种实验技术、发展新一代的野外联网实验体系的科学设想,讨论了基于野外联网控制实验的研究体系,论证了研究生态系统对环境变化短期响应和长期适应的规律和机制、生态系统环境响应定量表达的技术途径。若本文提出的控制实验体系设计方案能够得以实施,必将大大促进我国乃至全球生态系统和环境变化科学的研究水平,对我国应对气候变化和生态环境建设具有重要的科学意义。