Molecular evolution of cytochrome c oxidase: rate variation among subunit VIa isoforms

Cytochrome c oxidase (COX) consists of 13 subunits, 3 encoded in the mitochondrial genome and 10 in the nucleus. Little is known of the role of the nuclear-encoded subunits, some of which exhibit tissue-specific isoforms. Subunit VIa is unique in having tissue-specific isoforms in all mammalian species examined. We examined relative evolutionary rates for the COX6A heart (H) and liver (L) isoform genes along the length of the molecule, specifically in relation to the tissue-specific function(s) of the two isoforms. Nonsynonymous (amino acid replacement) substitutions in the COX6AH gene occurred more frequently than in the ubiquitously expressed COX6AL gene. Maximum-parsimony analysis and sequence divergences from reconstructed ancestral sequences revealed that after the ancestral COX6A gene duplicated to yield the genes for the H and L isoforms, the sequences encoding the mitochondrial matrix region of the COX VIa protein experienced an elevated rate of nonsynonymous substitutions relative to synonymous substitutions. This is expected for relaxed selective constraints after gene duplication followed by purifying selection to preserve the replacements with tissue-specific functions.      

百花山国家级自然保护区褐马鸡栖息地利用分析

栖息地破坏是生物多样性丧失的主要原因之一,对濒危物种的生存也构成严重威胁。褐马鸡(Crossoptilon mantchuricum)作为我国特有珍稀濒危物种,目前仅分布于山西、陕西、河北和北京地区。2013年10月至2014年6月,在北京百花山国家级自然保护区使用样线法进行野外调查,使用存在点与伪不存在点数据,结合海拔、坡度、坡向、距道路距离、距居民点距离和植被类型作为变量,运用CART、Random Forest、Tree Net三个机器学习模型对褐马鸡的上述6种栖息地因子重要性排序,结果显示,海拔是影响褐马鸡分布的最主要因子,其次是植被类型、距道路距离和距居民点距离。根据AUC值选择Tree Net模型为最适宜模型,划分褐马鸡的适宜栖息地类型,并计算适宜面积。本研究有助于了解重点栖息因子对北京地区褐马鸡的影响状况,利于褐马鸡保护管理对策的制定。     

温度和食物水平对海月水母螅状体无性繁殖的影响

水母暴发给近岸人类的生活、渔业资源以及海洋生态系统带来影响。这些近岸海域暴发的水母可以通过有性繁殖和无性繁殖来维持或扩大水母种群数量。在水母生活史中,螅状体的无性繁殖是决定水母体数量的关键阶段,因此对此阶段进行研究。设置了4个温度水平(9、12、15、18℃)、3个食物水平(5个卤虫/螅状体、20个卤虫/螅状体、40个卤虫/螅状体),在12个组合条件下研究温度和食物水平对海月水母螅状体无性繁殖能力和方式的影响。研究结果表明,在海月水母螅状体繁殖子体的各种方式中,匍匐茎生殖是主要的繁殖方式,出芽生殖次之,纵向分裂以及足囊出现几率极低。食物对海月水母螅状体产生总子体数影响显著,温度的影响不显著,食物水平越高,海月水母螅状体繁殖子体的能力越强。食物和温度对螅状体发生横裂均有影响,但温度对螅状体横裂的影响更大。温度对螅状体的横裂率影响显著,食物影响不显著。碟状体的释放发生在12、15、18℃的条件下,温度是影响海月水母螅状体通过横裂生殖释放碟状体数量的最重要因素。可见在螅状体无性繁殖阶段,温度和食物对繁殖方式的影响各不相同。     

农牧交错带县域农牧系统对气候波动的响应机制

农牧系统过程对气候波动的响应机制既是建立农牧耦合系统的主要科学问题又是农牧交错带可持续发展的关键问题之一。以盐池县1954—2013年气候和农牧系统过程为例,运用变异系数、逐步回归方法和经验模态分解法,分析了气候、农业、牧业系统12个指标的波动周期、振幅和方差贡献率,据此研究了它们之间的波动关系。结果表明:1)农牧系统受气候影响具有较大波动性。波动由强到弱依次为气候、农业、牧业,呈逐级传递的特性。三者的高频波动分量的方差贡献率依次减小,而中低频波动分量的方差依次增大。2)近60年农牧系统过程主要受经济系统驱动发生趋势性变化,同时受气候的驱动发生波动。农业在突变前受气候影响较大而突变后明显减小;同样牧业在突变前受农业影响大,突变后也明显减小。经济对农牧系统过程的影响逐渐增强。它在提高和稳定粮食总产量同时导致家畜数量特别是羊只总数的剧增,使得牧业波动加剧。3)农牧系统的波动差异、相互关联以及对气候的响应的分析表明,农牧耦合系统具有减少内部要素波动性的功能。因此,依据生态和经济规律设计具有健全正负反馈机制的农牧耦合系统是实现农牧交错带农牧业可持续发展的重要途径。     

主体功能区划中限制开发生态区的细分方法——以宁夏回族自治区为例

限制开发生态区是主体功能区划中介于优先开发区和禁止开发区间的一大类生态区,在实际管理中往往存在区域范围大、实施操作困难等问题,因此非常必要对限制开发生态区进行细化。在总结现有县域尺度主体功能区划研究方法基础上,构建了细分限制开发生态区的生态保护导向和生态优先原则,提出了利用综合指数法和景观指数法分别细化限制开发生态区,二者细化结果叠加后,通过专家系统和政策需求修正,形成了限制开发生态区四类区域单元:禁止开发区、强限制开发区、中限制开发区和弱限制开发区,作为现有主体功能区划方法的补充,从更为微观的尺度反映了主体功能的差异和发展潜力,促进主体功能区划方案的进一步推广和实施。并以宁夏回族自治区的限制开发生态区为案例进行了研究,取得了较好的细分结果。     

京族药用红树林民族植物学知识及现状

京族是我国唯一的海洋民族,在长期与红树林为伴的生存环境中,积累了丰富的利用红树林植物的民族植物学知识。然而,这些知识至今仍不为外界所知。为掌握京族药用红树林民族植物学知识和现状,该研究采用民族植物学和植物分类学方法,调查京族药用红树林知识中的红树林植物种类,记录其具体药用用途,并分析其生存现状及其中包含的可持续利用红树林植物资源经验。结果表明:共记录到京族药用红树林植物15种隶属于10科,具体药用用途共49种。其中,20种已有报道,29种未见报道;通过京族对红树林药用知识认知程度和依赖程度的调查还表明,京族历史上依赖本民族草医的情形已经基本消失,对红树林医药的依赖性和需求性也在消失。最后,剖析了京族在药用红树林植物选择与采集中的可持续利用经验。该研究结果不仅补充和拓宽了红树林民间药物的利用知识,而且为红树植物资源的管理与可持续利用提供了新视角。     

高丹草杂种和亲本叶片基因差异表达研究

以4份高粱不育系和5种类型苏丹草为亲本,按照NCⅡ设计配制成20个杂交组合,分析各组合及亲本的表型值和中亲及超亲优势并筛选出8个优势强的组合为试材,利用cDNA-AFLP技术,分析杂种与亲本苗期叶片基因差异表达类型与主要产量性状的杂种表现及杂种优势的关系。研究表明:(1)12对引物共扩增出315条TDFs,杂种与亲本间基因表达类型有:单亲表达一致一型(P1F1型)和二型(P2F1型)、杂种特异表达类型(F1型)、单亲表达沉默一型(P1型)和二型(P2型)、双亲共沉默类型(P1P2型)和杂种亲本表达一致型(P1F1P2型)7种。(2)在差异展示类型与产量构成因素的相关分析中,有效分蘖数与P1F1型(0.726**)呈极显著正相关,单株鲜重与P1P2型(0.659*)、叶长与P2型(0.647*)呈显著正相关,成株期叶片数与F1型(-0.81**)呈极显著负相关。在与中亲优势相关分析中发现,单株鲜重与P1(0.695*)、P2(0.637*)呈显著正相关,单株鲜重与P1F1P2型(0.743**)呈极显著正相关,叶宽与P1P2型(-0.619*)呈显著负相关。在与超亲优势进行相关分析后发现,穗长与P2F1型(0.732**)呈极显著正相关,叶宽与P2F1型(-0.731**)以及P1P2型(-0.731**)呈极显著负相关。(3)差异展示类型P1F1、P2F1、P1和P2是显性效应类型,共占总检测的91.4%。差异展示类型F1和P1P2表现超显性,共占总检测的4.8%,说明各个性状的杂种表现主要受到的是(超)显性效应影响。(4)对8个与高丹草杂种优势相关的TDFs进行回收及BLAST分析均得到同源核苷酸,并且找到7个同源蛋白,这些蛋白质在控制植物生长发育方面具有重要作用。(5)将克隆测序获得差异片段的核苷酸序列,采用半定量RT-PCR进行了验证。本研究为进一步揭示高丹草杂种优势的分子机制和提高高丹草强优势组合的筛选效率以及种质资源的创建提供依据。     

Relationships between stream macroinvertebrates and environmental variables at multiple spatial scales

1. Aquatic communities are structured by multiple forces, and identifying the driving factors over multispatial scales is an important research issue. The East Asian monsoon region is globally one of the richest environments in terms of biodiversity, and is undergoing rapid human development, yet the river ecosystems in this region have not been well studied. We applied a hierarchical framework to incorporate regional and local environmental effects on stream macroinvertebrate communities in this region. The knowledge gained is expected to improve the understanding of the importance of spatial scale on regional and local diversity in the East Asian monsoon region. 2. A national data set of benthic macroinvertebrates and environmental variables (geographical, land‐use, hydrological, substratum and physicochemical elements) in Korean rivers was used to determine the habitat preferences of macroinvertebrates. 3. Latitude, proportion of forest coverage, riffle habitat, silt substratum and temperature were the most important determinants for the ordinations of macroinvertebrate communities in each category evaluated by canonical correspondence analysis (CCA). The optimal habitats for stream macroinvertebrates are not the same for all species, and overall community metrics and abundance of sensitive species tended to be lower in open agricultural and urban streams than in forested streams. The sensitivity of mayflies and stoneflies to anthropogenic disturbances implicated them as good indicators to assess the effects of urban and agricultural activities. 4. A partial CCA was used to evaluate the relative importance of macrohabitat and microhabitat variables on community composition at three spatial scales (whole country, the large Han River basin and two small sub‐basins in the lowlands and highlands). The majority of community variation (17–22% for each environmental element) was explained by macrohabitat variables at the regional spatial scale. In contrast, large proportions (15–18%) were explained by microhabitat variables at the local spatial scale. 5. Our findings indicate that the relative importance of habitat scales should be determined by geographical size and that comprehensive understanding of multispatial scale patterns can be important for implementing sound biodiversity conservation programmes.     

基于质谱技术的蛋白质互作研究进展

蛋白质作为生命活动的执行者,其功能往往体现在与其他蛋白质的相互作用中,研究蛋白-蛋白相互作用对于人们深入了解和预防传染病、靶向治疗多基因疾病、阐明蛋白质的分子作用机制及各种复杂的生命现象具有重要意义。目前,有多种技术被用来研究蛋白间的相互作用,研究难点在于实时捕获瞬时或弱蛋白质间的相互作用,质谱技术（mass spectrometry, MS）可在某种程度上解决该难点。由于质谱技术可研究简单的蛋白质复合物再到大规模的蛋白质组实验,基于质谱技术研究蛋白质间相互作用被越来越多地应用于科学研究中。综述了蛋白质间相互作用检测方法的研究进展,重点介绍了氢氘交换质谱法和化学交联质谱法研究蛋白质间相互作用的优缺点及其应用,最后对基于质谱技术研究蛋白质间相互作用进行了总结与展望,以期为深入开展相关研究提供借鉴。     

LED红、蓝、白组合光对茄子幼苗质量和果皮品质的影响

本试验采用发光二极管(LED)精准调控光源环境,以‘改良大龙茄’为试材,在前期探明红/蓝组合光(R/B)=3/1有利于培育茄子壮苗基础上,以R/B=3/1(9/3,CK₁)和LED白光(W,CK₂)为对照,分别设定LED红蓝白组合光为: R/B/W=3/1/1(9/3/3,T₁)、R/B/W=9/3/8(T₂)、R/B/W=3/1/6(9/3/18,T₃)和R/B/W=3/1/16(9/3/48,T₄),研究其对茄子幼苗生长、根系发育及定植后茄子产量和品质的影响,以期为茄子集约化高效育苗和设施生产补光提供理论依据和技术指导.结果表明: R/B/W=9/3/8组合光处理下,茄子幼苗株高、茎粗、壮苗指数、地上部干重、根干重、根系发育,以及定植后茄皮花青素、类黄酮含量和前期产量均较高;R/B/W=3/1/1组合光处理下,幼苗根冠比、定植后茄皮总酚和果肉中可溶性糖含量较高;而R/B/W=3/1/6组合光处理下,全株叶面积及定植后茄子果肉中游离氨基酸含量较高;R/B/W=3/1/16组合光处理下,定植后茄子果肉中可溶性蛋白含量较高.不同红蓝白组合光可不同程度提高茄子幼苗质量及定植后茄子前期产量和品质,以R/B/W=9/3/8组合光效果最显著.