CRISPR/Cas系统的分类及研究现状

CRISPR技术作为一种新型的基因编辑技术,被广泛应用于微生物、动物和植物领域。对CRISPR/Cas系统的起源、分类特点等进行了阐述,重点梳理了CRISPR/Cas系统分类的发展历程,并根据最新分类方法,介绍了不同类型的CRISPR/Cas系统的作用机制、内部不同蛋白的作用特点及应用与发展,以期探寻更多的CRISPR/Cas系统,扩大该系统的应用领域。     

城乡建设用地关联对生态系统服务的影响——以洞庭湖地区为例

城乡建设用地数量及相互联系的变化是空间要素及结构演化的重要方面,深刻影响着生态环境质量和生态系统服务水平,研究城乡建设用地关联对生态系统服务的影响对国土空间高质量发展具有重要意义。以洞庭湖地区为研究对象,从土地利用关联视角出发,运用引力模型、InVEST模型、面板数据模型等方法,定量研究了城乡建设用地关联对生态系统服务的影响。结果表明：（1）洞庭湖地区城镇建设用地规模呈现上升趋势,农村居民点用地规模呈现下降趋势;（2）城乡建设用地关联强度呈不断增强趋势,且强关联网格以建成区为核心向周边扩展,低关联网格分布于远离建成区的地方;（3）生境质量和碳储量呈现下降趋势,食物供给则呈现上升趋势,各项生态系统服务价值具有显著的空间异质性;（4）城乡建设用地关联强度对生态系统服务具有负向影响,人口密度、GDP密度、夜间灯光、道路网络对生态系统服务也呈现负向影响,归一化差异植被指数与生态系统服务之间则存在显著的正相关。研究结果有助于了解关联视角下城乡建设用地对生态系统服务的影响机制,可以为制定合理的城乡空间发展战略提供科学依据。     

莱州湾中国对虾生长特性及其空间分布

根据2010年5月—10月调查资料,对山东莱州湾中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)的资源状况、生长特性及其空间分布进行了研究。莱州湾放流前本底调查资料表明,目前山东莱州湾中国对虾捕捞产量主要来源于增殖放流,且在一定条件下捕捞产量与放流数量成正相关关系。依据2010年中国对虾生物学数据,应用R语言命令对中国对虾体长体重关系和体长生长方程进行了拟合,并对拟合系数进行了显著性检验,结果表明中国对虾体长与体重系数a、b处于显著水平(P0.05),中国对虾体长生长方程拟合系数K、t_0、L_∞处于极显著水平(P0.001),故拟合效果明显,获得为中国对虾生长参数雌虾为K=0.0226、t_0=37.45d、L_∞=200.77 mm、W_∞=80.50 g、t_r=85.18d(8月4日),雄虾为:K=0.0419、t_0=40.25d、L_∞=145.81 mm、W_∞=23.37 g、tr=67.24d(7月18日),与20世纪80年代相比,中国对虾个体明显减小,生长速度加快,生长拐点提前了1个月。另外,根据大面调查体长数据,对各个站位体长组出现频率进行Ward聚类分析,利用R语言聚类树的融合水平值定义划分水平,选择具有最大跳跃的分组水平,将中国对虾虾群大致可分为两个组群,河口组和深水组,同时按照各体长组的多度值大小,探讨了各组内具有代表性的分类体长组,结果表明,河口组的中国对虾以体长125—135 mm为主,深水组以体长115—125 mm和105—115mm为主,河口组个体明显大于深水组;河口组分布区入海河流较多,饵料生物丰富,以软泥底质为主,有利于中国对虾的摄食和前期保护,深水组分布于莱州湾中东部,蟹类资源相对较高,且以沙质底质为主,对中国对虾的生长与保护产生一定的影响。     

鄱阳湖溶解态重金属空间分布格局及风险评估

采用ICP-MS定量研究了鄱阳湖溶解态重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn空间分布特征,并对其引起的健康风险进行了评价。结果表明,鄱阳湖溶解态As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的水平均符合国家Ⅰ、Ⅱ类饮用水质标准;鄱阳湖溶解态重金属的空间分布格局为As和Cr在整体上呈现北部大于南部,Cu为北部和南部高,中部低,Pb和Zn均呈现南部大于北部,而Cd的空间分布规律不明显。风险评估结果显示,鄱阳湖As、Cd、Cu、Pb和Zn的风险水平小于国际辐射防护委员会(International Commission on Radiation Protection;ICRP)的推荐值(5×10~(-5)a~(-1)),但是Cr的风险水平(4.74×10~(-5)a~(-1))接近了ICRP推荐值,且由As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn引起的健康总风险达到了5.88×10~(-5)a~(-1),超过了ICRP推荐值。鄱阳湖由Cr和As引起的健康风险之和占总风险比例达到99.72%,是主要的健康污染物,需引起风险决策部门的重视。     

橘小实蝇成虫肠道可培养细菌群落结构分析

【目的】研究橘小实蝇(Bactrocera dorsalis) 3个种群(实验室正常喂养种群、实验室无菌糖水喂养种群和野生种群)成虫肠道可培养细菌的群落结构组成。【方法】利用16S rRNA基因的聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析技术,结合菌落形态观察和生理生化特征鉴定细菌种类。【结果】从橘小实蝇3个种群成虫肠道600株可培养细菌得到53种不同细菌遗传型,分属于肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、肠球菌科(Enterococcaceae)和芽孢杆菌科(Bacillaceae)等3个科。其中肠杆菌科是肠道可培养细菌最优势的细菌种类。同样以序列相似性大于97%的菌株归为相同的细菌种类为标准,找到了橘小实蝇3个种群可培养细菌的共有菌种,结合菌落形态观察和生理生化特征鉴定,确定共有菌种为肠杆菌属5株,克雷伯氏菌属2株,柠檬酸杆菌属1株,泛菌属1株,肠球菌属2株,以及芽孢杆菌属4株。【结论】通过研究橘小实蝇成虫肠道可培养细菌群落结构组成,可为探讨肠道菌群对寄主的生理功能和生态学意义奠定基础,最终为利用微生物防治此类害虫提供新思路。     

细菌萜类合成酶的生物信息学分析

【目的】目前对于萜类合成酶(Terpenoid synthase,TPS)的研究主要集中在植物和真菌中,而对细菌TPS的系统研究尚少。建立在大量已经被测序的细菌基因组基础上,利用生物信息学方法,对细菌TPS在全基因组范围内进行识别、分类和功能分析。【方法】利用TPS的隐马尔科夫模型(Pfam编号为PF03936)搜索自建的细菌蛋白质组数据库,预测出细菌TPS。对这些候选TPS的蛋白序列用MAFFT 7.130b进行多序列比对,并利用MEGA 6.0对多序列比对结果进行进化分析。利用MEME和PredictProtein分别进行细菌TPS的基序(Motifs)和点突变分析。【结果】建立在生物信息学分析的基础上,1 423条细菌TPS被识别,它们分布在8个门中,即放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和衣原体门(Chlamydiae)。进化分析表明细菌TPS可分为4大类,Motifs分析表明除了各类之间保守的基序(Motifs)外,还有特异的Motifs,这暗示着细菌TPS在不同类别之间的功能分化。点突变分析表明,细菌TPS不同位点的氨基酸突变对TPS功能的影响不同。【结论】细菌TPS主要分布于8个门中,其中在2个门中细菌TPS尚未见报道,即厚壁菌门(Firmicutes)与酸杆菌门(Acidobacteria)。基于进化分析,可以把细菌TPS分为4类,各类之间的差异可能是由类特异的Motifs决定的,另外细菌TPS不同氨基酸位点的突变分析为今后验证TPS的功能提供了很好的理论基础。     

SARS-CoV-2 envelope protein causes acute respiratory distress syndrome (ARDS)-like pathological damages and constitutes an antiviral target

Cytokine storm and multi-organ failure are the main causes of SARS-CoV-2-related death. However, the origin of excessive damages caused by SARS-CoV-2 remains largely unknown. Here we show that the SARS-CoV-2 envelope (2-E) protein alone is able to cause acute respiratory distress syndrome (ARDS)-like damages in vitro and in vivo. 2-E proteins were found to form a type of pH-sensitive cation channels in bilayer lipid membranes. As observed in SARS-CoV-2-infected cells, heterologous expression of 2-E channels induced rapid cell death in various susceptible cell types and robust secretion of cytokines and chemokines in macrophages. Intravenous administration of purified 2-E protein into mice caused ARDS-like pathological damages in lung and spleen. A dominant negative mutation lowering 2-E channel activity attenuated cell death and SARS-CoV-2 production. Newly identified channel inhibitors exhibited potent anti-SARS-CoV-2 activity and excellent cell protective activity in vitro and these activities were positively correlated with inhibition of 2-E channel. Importantly, prophylactic and therapeutic administration of the channel inhibitor effectively reduced both the viral load and secretion of inflammation cytokines in lungs of SARS-CoV-2-infected transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE-2). Our study supports that 2-E is a promising drug target against SARS-CoV-2.Subject terms: Cell death, Molecular biology     

辽东栎林下和开阔地上短柄五加(Acanthopanax brachpus)无性系种群生长的比较研究

研究了分布于开阔地和辽东栎林下短柄五加无性系种群拆散方式、无性系的形态可塑性和分株的死亡年龄,研究结果表明,开阔地上无性系分株的扩散方式为稀疏线型,根茎长度、无性系分株数目,林下和开阔地差异显著,根茎分枝角度、无性系根茎总长无显著性差异。林下分株的死亡年龄显著小于开阔地上无性系分株的死亡年龄。     

SWAT模型对景观格局变化的敏感性分析——以丹江口库区老灌河流域为例

景观的空间配置与类型组成能够对流域的产流、产沙及非点源污染产生影响。在以往SWAT模型研究中,往往默认水文模型考虑了该影响。为分析SWAT模型对不同景观格局变化的敏感性,根据老灌河流域2000年土地利用在各子流域的组成,模拟研究区更为破碎、复杂的景观空间配置,通过设置多套试验参数,利用SWAT模型生成基于不同景观格局的模拟结果。结果表明,SWAT模型不能反映除坡度和面积变化之外的景观水平下各斑块之间因景观空间格局改变对流域产流、产沙以及非点源污染的影响;模型通过其他参数的调整,弥补了模型分析数据的不足,使实测数据与模型部分结果高度吻合。这表明,一个能够反映流域部分水文特征的SWAT模型,未必是对研究区真实情形的模拟,而是各个参数间平衡的结果。因此,在利用SWAT模型分析模拟景观变化时,不应默认模型能够模拟景观空间格局改变对流域水文过程的影响,同时研究者可以通过划分坡度带,提高模型对不同坡度土地利用的敏感性。     

基于线粒体控制区序列的黄河上游厚唇裸重唇鱼种群遗传结构

采集黄河上游厚唇裸重唇鱼(Gymnodiptychus pachycheilus)甘肃玛曲群体,测定其线粒体DNA控制区序列,并从GenBank中下载青海玛多和贵德等3地2个群体的同源序列,分析该物种的遗传多样性、遗传结构及其演化历史.从81条729 bp序列中,检测到26个变异位点(占3.57％),碱基序列总的单倍型多样性为0.844,核苷酸多样性为0.0054,界定了34个单倍型,有1个广布单倍型H2,占所有样品的38.27％.单倍型网络图图显示单倍型没有明显的亲缘地理格局,H2处于中心,呈星状发散,系统发育分析没有显示出单倍型与地理位置的对应关系.AMOVA分析显示变异主要来自地理区内群体间,歧点分布和中性检测显示厚唇裸重唇鱼近期经历了种群扩张.分析表明黄河上游3地种厚唇裸重唇鱼种群未出现分化,建议应作为一个整体进行保护.