16S rRNA基因高通量测序分析水性涂料微生物群落结构及多样性

微生物对水性涂料产品的稳定性起着重要作用,本实验以广东省某涂料厂的水性涂料为研究对象,利用16S rRNA基因高通量测序技术检测其微生物群落结构及多样性。结果表明5个水性涂料样本在97%的相似水平下共获得有效序列总数224 801,涵盖了10门16纲30目46科59属的细菌;物种组成与相对多样性由高到低依次分别为A4、A5、A1、A2和A3;水性涂料样本A1、A2和A3微生物群落结构与聚集规律较为相似,优势菌群均为类芽孢杆菌门、芽胞乳杆菌属和固氮菌;水性涂料样本A5中相对丰度为57.3%的产己酸细菌属于特异菌群。本研究解析了水性涂料中微生物群落结构、相对丰度及多样性,为建立和完善水性涂料中微生物防控体系提供理论支撑。     

Windows操作系统下二代测序数据处理平台的建立及高通量信息分析标准流程在个人计算机上的实现

当前二代测序数据的处理广泛使用基于标准版本的Linux操作系统分析方法。这一系统专业性强,成本较高,操作界面不够友好,严重限制了大多数科研人员对数据的自主分析。本文创建了一个基于微软Windows操作系统的全功能二代测序数据的生物信息学分析系统,利用该系统经优选实现当前多种高通量测序数据的主流标准化分析流程。通过RNA-Seq的代表性案例,演算实测数据与传统Linux系统驱动的数据分析结果相比较,结果显示,本系统的组件和流程在常用的数据分析过程中,可以基本取代目前主流的Linux服务器或云计算平台,在运行效率相近的情况下,其操作极为简便且成本大大降低。本系统与所配附的编译软件及流程脚本,不仅为测序数据的生物信息学分析实操演练提供全面的解决方案,而且可以直接应用于专业的测序数据分析中。     

火龙果转录组测序、基因表达与功能分析

利用高通量测序技术对火龙果(Hylocereus undulatus Britt)红肉品种‘大红二号’的花芽、果实和枝条不同发育阶段的基因表达进行研究。结果显示,转录组测序共获得468.68 Gb原始数据(Raw data),从头组装获得239 152条转录本和162 519条unigene,约53.74%的unigene得到注释。分别在43 506条和16 251条unigene中检测到600 283个SNP位点和56 147个SSR位点。基因表达分析结果表明,在火龙果不同组织Fl510、Fl513、Fl514、Fl518、F711、F715、S513、S419中分别有31、7、5、152、17、63、17、8个特异表达的unigene。通过GO和KEGG富集分析,发现了一些组织特异的GO条目和代谢通路,如在Fl510中富集的类萜骨架生物合成代谢通路等。本研究还对参与花发育的候选基因进行了鉴定和表达分析,他们包括COL基因、FT-like基因、分生组织决定基因和器官决定基因等。     

Opposing effects of plant growth regulators via clonal integration on apical and basal performance in alligator weed

植物生长调节剂通过克隆整合对空心莲子草顶端和基部生长的不同作用 入侵植物不仅对全球生物多样性造成了巨大的威胁,同时也严重影响了农业生产与粮食安全。克隆整合使得相连植株进行资源共享,能促进入侵植物的生长从而获得优势。然而,入侵杂草 在植物调节剂(plant growth regulators, PGRs)影响下的克隆整合作用则很少有报道。PGRs被广泛应用于 农作物生产上,并能通过土壤淋溶、侵蚀和径流作用,影响分布在作物附近的农田杂草的生长。本 研究采用两种PGRs赤霉素(gibberellins, GA)和多效唑(paclobutrazol,PAC)处理恶性入侵杂草空心莲子草 (Alternanthera philoxeroides)基端,并保持或者通过剪切达到控制基端与顶端的连通,从而探究克隆整合作用在空心莲子草响应两种农业常用PGRs中的作用。研究结果表明,GA和PAC对空心莲子草生长的作用相反。GA通过克隆整合作用显著促进顶端植株的地上生长。相反地,PAC显著抑制基端和顶端的地 上生长,但是能够通过克隆整合作用显著促进基端和顶端的地下生长。这些研究结果解释了克隆整合作用能促进PGRs对空心莲子草生长的促进作用,这很可能是外来杂草能够成功入侵人为干扰较多的农业生态系统的重要原因之一。     

毛白杨乙酰-乙酰载体蛋白硫脂酶基因(PtFATB)的克隆与表达分析

植物脂肪酸合成的主要部位是叶绿体,叶绿体向外运输脂肪酸的种类和数量受到乙酰-乙酰载体蛋白硫脂酶(FATB)控制。FATB基因在植物生长过程起着非常关键的作用。本研究以毛白杨为材料,将生物信息学知识和分子生物学手段相结合,首先利用现有的杨树基因组EST序列库资源,通过同源序列搜索,经过多次拼接合并获得了理论的杨树脂肪酸去饱和酶基因PtFATB序列全长,利用RT-PCR手段成功克隆得到了毛白杨FATB基因全长编码序列cDNA,该cDNA全长1,450bp,包括起始密码子ATG和144bp的5′末端非编码区,终止密码子TGA和40bp的3′末端非编码区,开放阅读框编码421个氨基酸。通过RT-PCR半定量研究了PtFATB在叶片组织中的表达量最高,茎、根中的表达量依次降低。在低温、干旱、NaCl、ABA四种条件下诱导生长24h,只有在低温的条件下发现PtFATB表达量略微降低,其他几种情况未有变化,该结果表明PtFATB呈组成型表达。上述结果为植物脂肪酸的基因工程提供了基础。     

单孢分离菌株的异核不对称特性揭示梯棱羊肚菌为假同宗结合真菌

本文以基因组数据显示只具有MAT1-1 idiomorph的单孢菌株YPL6-3和只具有MAT1-2 idiomorph的单孢菌株YPL6-1为材料,研究它们子代的子囊果、单孢菌株群体和同一子囊中8个单孢菌株的交配型分布情况。YPL6-3和YPL6-1菌株分别隔离栽培和互补混栽均能形成正常的子囊果,其子囊果菌柄交配型分布与亲本菌株有关。PCR扩增检测235株子代单孢菌株的交配基因出现有趣现象：一些菌株的MAT1-1-1基因电泳条带强,而MAT1-2-1基因的条带弱;另一些菌株则MAT1-1-1基因条带弱,而MAT1-2-1基因条带强。同时也有两基因条带都强或者一基因条带强,另一基因无条带的菌株。从3个子囊果中共挑取了10个子囊,并对每个子囊中的单孢进行独立分离,PCR扩增并电泳检测交配基因时也出现了上述相同的情况。若MAT1-1-1强,则MAT1-2-1弱或无,这样的菌株在同一子囊中不会超出4个,反之亦然。利用长片段PCR扩增YPL6-1和YPL6-3菌株的全长MAT idiomorph,利用Nanopore测序技术对扩增子进行单分子实时测序,2次重复实验的序列比对发现：菌株YPL6-1中存在99.63%和99.81%的MAT1-2 idiomorph分子及0.37%和0.19%的MAT1-1 idiomorph分子;菌株YPL6-3中存在99.45%和99.74%的MAT1-1 idiomorph 分子及0.55%和0.26%的MAT1-2 idiomorph分子。从而证实,这2个基因组测序和PCR扩增都只能检测到一种交配型的菌株,其实是异核菌株,只是2种交配型核的数量占比存在较大偏离。根据上述现象推断,梯棱羊肚菌的子囊孢子都是异核的,萌发后形成的单孢菌株具有异核不对称特点,从而推测梯棱羊肚菌是一种特殊的假同宗子囊菌,同时也揭示了梯棱羊肚菌单孢出菇的真相。     

楸树CbuATX1，CbuATX1-like和CbuATX2基因克隆及生物信息学分析

开花是高等植物内部遗传因素和外界环境因素共同调节完成的复杂生命过程,是植物进入生殖生长从而具备遗传能力和繁殖能力的象征。使用PCR技术,以楸树（Catalpa bungei）混合芽cDNA为模板分别克隆CbuATX1,CbuATX1-like和CbuATX2 3个基因,并利用相关生物信息学软件对这3个基因编码的蛋白质结构进行预测,同时对基因的启动子序列进行顺式作用元件分析,通过qRT-PCR技术检测3个基因在楸树混合芽不同发育时期的表达量。结果表明：CbuATX1的CDS全长为726 bp,编码241个氨基酸,存在跨膜运输结构,属于HMA蛋白家族,与芝麻（Sesamum indicum）、甜菜（Beta vulgaris）亲缘关系较近。CbuATX1-like的CDS全长为801 bp,编码266个氨基酸,存在跨膜运输结构,属于HMA蛋白家族,与胡萝卜（Daucus carota）、欧洲橄榄（Olea europaea）亲缘关系较近。CbuATX2的CDS全长为1 554 bp,编码517个氨基酸,不存在跨膜运输结构,属于PWWP蛋白家族,与马尾草（Erythranthe guttatus）亲缘关系较近。这3个基因启动子均含有多个真核生物启动子的基本元件,如CAAT-box和TATA-box等,此外,还含有光响应、低温响应、生长素响应,以及与干旱诱导相关的MYB结合位点等3个基因与光响应密切相关,还可能参与外界环境胁迫响应等过程。qRT-PCR结果显示,上述3个基因在1年生普通楸树无性系9-1和突变株系-百日花楸树不同发育时期的表达量呈现显著差异。通过以上研究以期能够进一步阐述百日花楸树开花的性状,为楸树开花机制的研究和楸树的定向遗传改良提供理论支持。     

中印度洋与南海西部表层海水细菌多样性

细菌在海洋生物地球化学循环中发挥着重要作用。为更好地了解海洋细菌的特征及其在海洋环境中的潜在作用, 本文利用纯培养与16S rRNA基因高通量测序技术对中印度洋与南海西部海域表层海水细菌多样性进行研究。纯培养结果表明, 自中印度洋与南海西部表层海水中共分离275株可培养海洋细菌, 隶属于4门49属75种。变形菌门是绝对优势类群(占总株数的68.7%), 其次是放线菌门(21.5%)、拟杆菌门(9.1%)和厚壁菌门(0.7%)。在属水平, 微杆菌属(Microbacterium)与弧菌属(Vibrio)是主要的优势属, 共占总株数的30.0%。在3种分离培养基中, 自1/10 × 2216E培养基中分离细菌的数目与种类最多(89株, 30属); 分离菌株中的细菌菌株有7、9与3个属分别仅在2216E、1/10 × 2216E及葡萄糖甘露糖(glucose-mannose, GM)培养基中生长。此外, 共分离培养出50株细菌(26种)可能代表潜在新分类单元。高通量测序结果显示, 中印度洋和南海西部表层海水中共有23个门531个属。优势门类为变形菌门(72.2%)和拟杆菌门(15.3%), 优势属为嗜冷杆菌属(Psychrobacter, 24.4%)、盐单胞菌属(Halomonas, 16.3%)和亚硫酸杆菌属(Sulfitobacter, 13.9%)。此外, 中印度洋表层海水细菌Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数显著高于南海西部(P < 0.05), 且细菌群落结构显著不同(P < 0.05)。综合纯培养与原位细菌数据得出, 中印度洋与南海西部海洋细菌具有丰富的多样性, 具有进一步开发研究的价值。     

基于转录组学的白扁豆总皂苷抑制前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的机制研究

目的 白扁豆总皂苷是中药白扁豆经过提取分离纯化步骤制备得到,关于白扁豆的总皂苷成分如何影响前列腺癌细胞系PC-3细胞的生长情况缺少研究。因此,有必要探讨白扁豆总皂苷对前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的机制研究。方法 本研究采用CCK8方法检测不同浓度的白扁豆总皂苷对前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的影响。利用转录组学分析白扁豆总皂苷抑制前列腺癌细胞系PC-3细胞生长的分子机制,并且进一步通过实时定量PCR（qRT-PCR）和蛋白质免疫印迹（Western blot）实验对相关差异基因的表达进行验证。利用Western blot和CCK8检测白扁豆总皂苷处理过表达醛脱氢酶7家族成员A1（ALDH7A1）的PC-3细胞存活率。结果 随着白扁豆总皂苷浓度升高,前列腺癌细胞PC-3的存活率显著下降,白扁豆总皂苷的IC₅₀值为1 086 mg/L。转录组学测序结果显示,与对照组相比,白扁豆总皂苷处理的细胞中有2 360个差异表达基因,其中1 982个基因上调,378个基因下调。基因功能注释（GO）结果显示,差异表达基因显著富集到与有丝分裂纺锤体检查点（mitotic spindle checkpoint）、纺锤体组装检查点（spindle assembly checkpoint）等一系列跟癌症的发生发展密切相关的生物学过程。此外,基因组京都百科全书（KEGG）分析结果也显示,差异表达基因富集在肿瘤代谢等信号通路。进一步对其中的差异基因进行验证,结果显示,与对照组相比,白扁豆总皂苷处理的前列腺癌细胞中ALDH7A1、甘氨酸C-乙酰转移酶（GCAT）和磷酸甘油酸变位酶家族成员4（PGAM4）的蛋白质表达水平明显降低（P<0.05）,而二甲基甘氨酸脱氢酶（DMGDH）和胱硫醚β合成酶样（CBSL）的蛋白质表达水平显著升高（P<0.001）。体外细胞实验结果表明,白扁豆总皂苷通过下调前列腺癌细胞中ALDH7A1的表达抑制PC-3细胞生长。结论 白扁豆总皂苷可能通过下调ALDH7A1表达从而在体外抑制前列腺癌细胞的生长。     

微生物组学研究的“淘金时代”

人体及动物肠道中生存着数量庞大的共生微生物;这些微生物无时无刻不参与着宿主的生命活动。揭示这些共生微生物在宿主体内的变化规律、与宿主之间的依存和博弈关系等,将使人类更加全面的认知高等生物体的生命本质。本专刊从肠道微生物与疾病、肠道微生物群落结构、肠道微生物与宿主互作、肠道微生物资源和肠道微生物研究方法 5个层面展示了我国科研工作者在肠道微生物研究领域的新进展及新观点。