迁飞昆虫生物学参数反演及种类辨识分析

虫害严重威胁着我国的粮食安全,迁飞昆虫中有许多是农业害虫,其远距离迁飞是导致虫害异地暴发的重要原因.昆虫雷达是观测昆虫迁飞最有效的工具,在迁飞昆虫的监测和预警中发挥着越来越重要的作用,但传统昆虫雷达不能准确获取昆虫的各项生物学参数,因此无法实现昆虫种类的精确识别.随着雷达技术的创新和发展,通过昆虫雷达获得较为准确的昆虫生物学参数成为可能,为基于昆虫雷达实现迁飞昆虫个体种类辨识提供了依据.本文综述了从雷达回波中提取多频和极化散射参量,然后基于不同的电磁散射反演昆虫生物学参数的方法,并对比分析了基于不同方法的昆虫体重、体长、体宽和振翅频率的反演精度.最后基于生物学参数,采用5种机器学习算法以高精度实现了 23种迁飞昆虫的种类辨识,并分析了昆虫生物学参数的测量误差对迁飞昆虫种类辨识精度的影响,初步验证了利用雷达实现高精度迁飞昆虫种类辨识的可行性.     

Evolutionary divergence of the APETALA1 and CAULIFLOWER proteins

Abstract APETALA1 (AP1) and CAULIFLOWER (CAL) are a pair of paralogous genes that were generated through the pre‐Brassicaceae whole‐genome duplication event. AP1 and CAL have both partially redundant and unique functions. Previous studies have shown that the K and C regions of their proteins are essential for the functional divergence. However, which differences in these regions are the major contributors and how the differences were accumulated remain unknown. In the present study, we compared the sequences of the two proteins and identified five gaps and 55 amino acid replacements between them. Investigation of genomic sequences further indicated that the differences in the proteins were caused by non‐synonymous substitutions and changes in exon–intron structures. Reconstruction of three‐dimensional structures revealed that the sequence divergence of AP1 and CAL has resulted in differences between the two in terms of the number, length, position and orientation of α‐helices, especially in the K and C regions. Comparisons of sequences and three‐dimensional structures of ancestral proteins with AP1 and CAL suggest that the ancestral AP1 protein experienced fewer changes, whereas the ancestral CAL protein accumulated more changes shortly after gene duplication, relative to their common ancestor. Thereafter, AP1‐like proteins experienced few mutations, whereas CAL‐like proteins were not conserved until the diversification of the Brassicaceae lineage I. This indicates that AP1‐ and CAL‐like proteins evolved asymmetrically after gene duplication. These findings provide new insights into the functional divergence of AP1 and CAL genes.     

鲽科10种鱼类核糖体ITS2序列比较分析

为了解鲽科鱼类ITS2序列的多态性特征,本研究获得了鲽科10种鱼类310条ITS2序列,长度在419 ~ 486 bp之间。种内序列长度差异最小的为粒鲽（Clidoderma asperrima）（419 ~ 420 bp）和太平洋拟庸鲽（Hippoglossoides elassodon）（419 ~ 420 bp）,其次为北岩鲽（Lepidopsetta polyxystra）（447 ~ 452 bp）和刺黄盖鲽（Limanda aspera）（457 ~ 463 bp）,松木高眼鲽（Cleisthenes pinetorum）（452 ~ 462 bp）和圆斑星鲽（Verasper variegatus）（465 ~ 479 bp）的种内序列差异分别为10 bp和14 bp;其余4种鱼类根据长度差异（14 ~ 32 bp）分型为长（A型）、短（B型）序列类型,同时检测存在重组类型（R型）,其中长度差异最大的是钝吻黄盖鲽（Pseudopleuronectes yokohamae）（454 ~ 486 bp）,其次为尖吻黄盖鲽（P. herzensteini）（433 ~ 458 bp）、虫鲽（Eopsetta grigorjewi）（420 ~ 439 bp）、星突江鲽（Platichthys stellatus）（466 ~ 480 bp）。通过双参数模型（K2P）计算遗传距离可见,种内遗传距离多集中于0.002 ~ 0.027之间,仅星突江鲽和尖吻黄盖鲽因类型差异导致较高数值（0.043和0.053）;不同物种间遗传距离在0.046 ~ 0.180之间。10种鱼类ITS2的GC含量为63.95% ~ 70.16%;9种鱼类的二级结构均为具有5个分支（HelixⅠ ~ Ⅴ）的闭合环状结构,仅圆斑星鲽中由于存在Helix Ⅳ变异形成Helix Ⅳ-a和Helix Ⅳ-b而具有6个分支。基于ITS2构建的鲽科10种鱼类的系统进化树显示,不同种鱼类的克隆序列均单独聚支。序列的多态性特征分析表明,在具有不同序列类型的虫鲽、星突江鲽、尖吻黄盖鲽和钝吻黄盖鲽4种鲽科鱼类中,ITS2以非协同进化的方式存在,而其他6种鱼类为协同进化;虽然存在种间K2P遗传距离小于种内的个例,但ITS2在属间不同物种的区分上具有适用性。本研究结果丰富了鲽形目鱼类的ITS2数据,也将为鱼类的核糖体RNA序列多态性的研究提供科学依据。     

植物抗寒基因表达调控研究进展

低温胁迫是植物生长过程中的主要非生物胁迫因子之一,也是影响农作物生产的主要因素之一。研究表明,在植物体内存在着一个复杂的对低温胁迫信号感知及传导的网络系统,该系统中大量的相关基因已有报道,这些基因不仅仅涉及植物激素的应答,还涉及到植物基因的转录调控及转录后的修饰与调控等各个方面。该文就近年来国内外有关植物抗寒基因表达调控的研究进展进行综述。     

用模块化分子元件调控和编程生物系统

合成生物学的目标包括“通过合成来理解生命”以及用现代工程学方法设计合成复杂生物系统．其工程学目标的实现依赖于可集成、可调控、可重用、功能多样的蛋白质、RNA、DNA等基本分子元件．以分子机制为基础,合理设计与实验室进化相结合,改造和创建生物分子的相互作用特异性、调控方式、定量活性等,是实现生物系统人工调控与编程的重要策略,同时为自下而上设计合成日益复杂的人工生物系统奠定基础．     

基于文献计量学的百合属植物研究态势分析

基于Web of Science（简称WoS）核心数据库检索了1998-2018年间百合属植物文献,利用CiteSpace软件从国家、机构、作者、期刊以及高被引文章等方面进行了文献计量学统计分析。1998-2018年间共发表百合属植物文章1 058篇,2006年后中国发表文章数量居榜首并呈波动增长,中国科学院发表的文章数量在研究机构中排名第一。排名前2位的作者均来自荷兰瓦赫宁根大学。发文量及影响力最大的期刊是Scientia Horticulturae。发文量前10位的研究百合属植物的文章80%属于基础科学和技术科学,研究热点集中于形态学、细胞和分子生物学方向。近5年被引频次最多的高被引论文集中在百合属植物活性物质的功能验证、活性成分及其在营养健康方面的功效等方向,这些领域成为百合属植物研究的新趋势。     

鱼类物种特征尺寸控制因素研究进展

早在1927 年的时候, Haldane 就指出: 动物不同物种之间最明显的差异就是尺寸差异, 不知何故一直没有引起动物学家们的研究兴趣1 。如果Haldane 在当时提出这一问题有点超前的话, 那么现在重新提出这一问题就显得很适时宜。       

鸡血清与卵黄中抗中华眼镜蛇毒IgY动态变化研究

目的探索特异性IgY的产生和变化规律。方法用眼镜蛇毒原毒免疫产蛋母鸡,ELISA定期检测卵黄中的抗体效价变化,小鼠体外中和实验检测其生物活性。第1次免疫40周后,眼镜蛇毒攻击已免疫母鸡,检测攻击前后鸡血清中抗体效价变化情况,未经眼镜蛇毒免疫的母鸡作阴性对照。结果经免疫后第7天蛋黄中即可检测到抗体,经多次加强免疫,40周时蛋黄中还能保持高效价的抗体,通过分离纯化,此抗体可保护实验小鼠免受4 LD50眼镜蛇毒的攻击;同时,鸡血清中也保留着较高效价的抗体,可中和4 LD50以上的眼镜蛇毒。结论用眼镜蛇毒免疫鸡,经多次加强免疫,卵黄和鸡血清中可持久保持高效价的特异性抗体,初步检测此抗体可中和4 LD50的蛇毒。     

越冬和复苏时期太湖水体蓝藻群落结构的时空变化

为研究太湖蓝藻在越冬与复苏时期群落结构的时空变化规律,于2008年11月,2009年2月,2009年4月,在太湖富营养化较严重的湖区选取8个采样点 (梅梁湾、竺山湾、贡湖湾、大浦、西太湖、南太湖、湖心和湖湾交汇处),分3层采水样,过滤并提取样品DNA经PCR扩增蓝藻16S rDNA序列,采用T-RFLP(末端标记的限制性酶切片段长度多样性)技术分析蓝藻群落结构和多样性变化。共得到87个不同的T-RFs(末端限制性酶切片段),表明太湖蓝藻具有丰富的基因多样性。T-RF相对丰度和聚类分析结果表明,太湖蓝藻群落结构在垂直空间上相似性较高,相似度 > 50%;在水平空间,与Microcystis spp.对应的信号峰在8个采样点均为最强峰(相对丰度为17.7% 47.5%)。竺山湾蓝藻多样性最低,西太湖最高,但其余采样点间蓝藻群落和Shannon多样性指数没有显著差异(P>0.05)。Microcystis相对丰度与Shannon多样性指数呈显著负相关(皮尔逊相关系数为-0.958)。在时间尺度上,相似性分析(Analysis of similarity,ANOSIM)结果显示太湖蓝藻群落结构存在极显著差异( P<0.01) 。春季复苏时蓝藻多样性最高,秋季衰亡时最低。聚类分析表明样品聚成两大特征类群,秋季衰亡时样品独自聚为1支,而春季复苏期和冬季越冬期样品彼此混杂。     

肺结核患者血清IFN-γ、Il-1β和TNF-α水平的临床检测价值分析

目的:研究肺结核患者血清γ干扰素(IFN-γ)、白介素-1β(Il-1β)以及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平的临床检测价值。方法:选择2015年1月～2018年12月在北京市顺义区医院治疗的25例肺结核患者作为肺结核组,并且选择同期在该院进行体检的25例健康人作为对照组。采用酶联免疫吸附法(ELISA)检测并且比较肺结核组以及对照组研究对象的血清IFN-γ、Il-1β和TNF-α水平,比较痰菌阴性组(n=14例)以及痰菌阳性组(n=11例)、无空洞组(n=15例)以及有空洞组(n=10例)的血清IFN-γ、Il-1β、TNF-α水平。结果:肺结核组患者的血清IFN-γ、Il-1β、TNF-α水平均明显高于对照组(P0.05);痰菌阳性组肺结核患者的血清IFN-γ、Il-1β、TNF-α水平均明显高于痰菌阴性组患者(P0.05);有空洞组肺结核患者的血清IFN-γ、Il-1β、TNF-α水平均明显高于无空洞组患者(P0.05)。结论:肺结核患者的血清IFN-γ、Il-1β和TNF-α水平明显高于健康者,有助于判断疾病进程,这些细胞因子可能在结核病的发病中发挥着重要的作用。