米曲霉木糖醇脱氢酶的分子模建与对接

[目的]研究米曲霉木糖醇脱氢酶基因的结构与功能.[方法]克隆测序来源于米曲霉的木糖醇脱氢酶(XDH)基因,利用Swiss-MODEL和Modeller对XDH进行三级结构模建,通过PROCHECK和Prosa2003对得到的4个目标模型进行评价,从中得到一个最佳模型.在同源建模的基础上,通过分子对接软件MolsoftICM-Pro,对辅因子进行对接,预测了XDH与NAD+、Zn2+作用的相关残基.寻找底物木糖醇与XDH结合的可能活性口袋,用Molsoft模拟XDH与木糖醇的对接,预测了酶与底物作用的关键氨基酸残基.[结果]结构分析显示,米曲霉XDH含有醇脱氢酶家族锌指纹结构和典型醇脱氢酶Rossmann折叠的辅酶结合域,属于Medium-chain脱氢酶(MDR)家族.通过对接研究,预测了XDH与NAD+之间形成氢键的氨基酸有Asp206、Arg211、Ser255、Ser301和Arg303,这些氨基酸位于结合域,与Zn2+形成氢键的氨基酸有His72和Glu73,位于催化域,与天然底物木糖醇形成氢键的氨基酸有Ile46、Ile349、Lys350和Thr351,位于催化域.[结论]所得信息对XDH分子定向改造、拓展米曲霉工业应用范围有重要意义.     

阳澄湖原产及“洗澡”中华绒螯蟹背甲的几何形态分析

为有效确认非阳澄湖产“洗澡蟹”与阳澄湖原产中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)背甲形态的差异, 研究运用几何形态分析法, 比较研究了前者在阳澄湖中人为“洗澡”式养殖1个月始末时, 其与阳澄湖原产蟹的背甲形态特征。背甲的形态分析基于所建立的35个地标点系统来进行, 即背甲经图像处理后提取地标点坐标, 开展相对扭曲主成分以及判别分析, 再利用薄板样条分析和网格变形将形态变异矢量可视化。相对扭曲得分的逐步判别分析结果显示: “洗澡”式养殖前后阳澄湖原产蟹与非阳澄湖产蟹背甲形态差异均极其显著, 判别准确率均为100%。网格变形结果进一步发现, 与非阳澄湖蟹情况不同, “洗澡”式养殖前后的阳澄湖产蟹背甲形态变化不显著。研究首次定量证实, 非阳澄湖产中华绒螯蟹即使在阳澄湖“洗澡”式养殖1个月, 背甲形态仍无法与原产蟹趋同。这种差异性具有区别阳澄湖原产和“洗澡”蟹的应用潜力。     

粤北石漠化地区植被退化过程及其建模

在粤北石漠化地区选取不同石漠化阶段的样地,运用面上调查和定位观测相结合的方法,研究石漠化地区植被退化及构建其理论模型.结果表明:随石漠化程度的加深,粤北石漠化土地的植物群落结构越来越趋于简单,植被演替趋势为(黄连木、苎麻、黄荆、三裂叶野葛)→(黄连木、青蒿、野菊)→(五节芒、野古草、牛筋草)→黄叶凤尾藓,群落层片从4层变为1层,物种减少比例从0→14％ →46％→86％,土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量也随石漠化程度的加深呈极显著下降.植被演替退化可以用不同物种关于某种资源的竞争模型来描述,由此建立了粤北石漠化地区植被退化的模型.     

亚热带山区土壤未培养微生物L-赖氨酸脱羧酶Ldc1E中关键氨基酸残基的功能鉴定

本研究旨在探讨L-赖氨酸脱羧酶Ldc1E关键氨基酸在底物识别和催化过程中的作用;通过生物信息学方法选择突变位点,并利用直接定点突变技术,完成了6个关键氨基酸残基突变和功能鉴定研究。突变酶D692N最适温度和pH值分别为40℃和6.5。突变酶D692N比野生型Ldc1E对高温具有更强的耐受性,在40℃～55℃温浴1 h后剩余酶活力达到35%以上,在60℃温浴1 h后仍然保留20%的酶活力;而野生型酶Ldc1E在50℃以上温浴1 h后几乎失活。此外,50 mmol/L DMSO、5 mmol/L Al~(3+)和Ca~(2+)对突变酶的酶活力有激活作用,而Al3+对野生型酶Ldc1E具有明显抑制作用。突变酶D692N的分子动力学常数K_m升高了1.78倍,k_(cat)下降了20.2倍。突变酶S221A、H245A、D330A、H366A、F607Y经检测酶催化活性丧失。研究结果表明氨基酸残基位点D692对酶与底物的结合具有重要影响;而S221、H245、D330、H366、F607是Ldc1E酶活性能够体现的关键氨基酸位点,不可替换。本研究为探究L-赖氨酸脱羧酶的结构与功能关系提供理论参考。     

肿瘤相关生物学通路的发现和建模

肿瘤是一种严重影响人类健康和生命的复杂疾病。某些生物学通路在肿瘤的发生、发展和转移的过程中发挥了关键作用,如何发现和研究肿瘤相关通路是人们面临的一大挑战。随着以基因芯片数据为代表的海量实验数据的产出,很多研究小组提出了一系列算法和模型通过整合和分析实验数据,鉴定和模拟肿瘤相关的生物学通路,发现了很多重要的生物学结论。文章对这些研究工作进行了综述,给出了一些常用的算法、软件和数据库资源,并讨论了该领域存在的问题和以后的发展方向。     

家蚕生物钟基因Bmcryl与Bmcry2的克隆及生物信息学分析

隐花色素基因(cryptochrome gene,Cry)是已确认的主要生物钟基因之一,它广泛分布于细菌和真核生物中.昆虫Cry基因分为Cry1,和Cry2两类,果蝇只有Cry1,蜜蜂等膜翅目昆虫只有Cry2.为了研究鳞翅目模式昆虫家蚕Bombyx mori的昼夜生物钟分子调控机制和昆虫CRY蛋白的进化,本研究克隆了家...     

系统生物学中建模方法的研究现状及展望

系统生物学倡导利用系统论的思想和方法,从整体的高度分析、研究生命的复杂特性。这一点与实验生物学仅关注某一个或者某一些生物大分子是迥然不同的。系统生物学既要同时考虑多个层次、多种类型的生物信息,还要考虑时间因素。由于系统特性是由于不同组成部分、不同层次间相互作用而“涌现”出的新性质,因此,如果只是针对组成部分或单一层次的分析并不能真正准确地预测整体或高层次的行为。如何通过研究和整合去发现和理解“涌现”出的新的系统性质,是系统生物学面临的一个根本性的挑战。为了应对这一挑战,系统生物学,特别是计算系统生物学必须建立有效的方法,通过整合系统各个层次的信息,建立可反映该系统目前已知或已可测量的性质的物理、数学模型,并通过这样的模型来研究或预测目前还未知晓的系统性状。可以说：建模是系统生物学的最重要的研究手段之一。目前,生命科学的研究正逐步由对单一现象、单一过程的机械论式的描述型研究转向运用高通量实验技术获取海量生物信息,并在这些生物信息基础上建立物理、数学模型,最终通过建模与实验相接合的研究手段来定量阐述生命现象的本质规律。由于建模方法在系统生物学研究中的重要性,本文将对一些主要的建模类型,如定性建模方法;基于约束的建模方法;基于常微分/偏微分方程的定量建模和基于随机微分方程的定量建模方法等等分别予以简要介绍。     

内唇在蜉金龟亚科中用于分属和分族的分类学价值

【目的】蜉金龟亚科（鞘翅目：金龟科）成虫外部形态高度趋同,种间相似性大,属族等高级阶元的鉴别特征混乱,因此构建新的形态指标系统极为重要。近年来内唇形态广泛应用于蜉金龟的分类学研究,并能有效区分部分种类,然而内唇在高级阶元的分类学价值和应用范围仍未可知。【方法】本文选取276属818种金龟为研究对象,其中包括蜉金龟亚科7族259属799种,以及外群样本17属19种（蜣螂亚科13属14种,沙金龟亚科4属5种）,利用几何形态学手段量化蜉金龟内唇的形态学信息,评估了属级和族级的区分度,并联合支序系统学方法,重建了蜉金龟祖先内唇形态。【结果】根据主成分分析显示,属级阶元的形态总方差为0.032 131 27,族级为0.032 914 63,内唇在属族间变异程度接近（两者相差约3%）,揭示了内唇形态在高级阶元间基本保持稳定,适合用于分类鉴定。为了进一步探索内唇在高级阶元的分类归属是否也接近,随之对样本进行判别函数分析。结果显示,仅基于内唇形态,98.49%的属可被正确鉴定,族级有98.41%的正确率,表明内唇在属级阶元间的判别归类略胜于族级阶元,内唇适合应用于高级阶元的判别归类。结合系统发育树,重建的内唇祖先形态显示其多变区域包括上内唇根基部、侧缘,内唇前区和内唇外缘等6个特征,不仅验证了前人对内唇的部分特征应用,也发现了新的形态指标。【结论】本研究利用定量形态学方法证实了内唇适用于蜉金龟高级阶元分类,同时为外部形态趋同类群提供了新的特征筛选与评估范式。     

基于约束的建模方法在代谢网络中的应用研究

代谢网络在各种细胞功能和生命过程中发挥着至关重要的作用。随着细胞网络重建工程的迅速发展,可用的基因组水平代谢网络越来越多,因而计算方法在这些网络的结构功能分析中越来越重要。基于约束的建模方法不像图论方法那样仅考虑代谢模型的纯拓扑结构,也不像各种动力学建模方法那样需求详尽的热力学参数,因而极具优势。采用基于约束的建模方法对一个含619个基因,655个代谢物和743个代谢反应的金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)代谢网络进行了分析,主要研究了该模型的网络结构特征,以及其最优生长率、动态生长情况和基因删除学习等。本研究提供了一个对金黄色葡萄球菌代谢网络进行约束建模分析的初步框架。     

人类股骨断面面积与形状的不对称性——基于三维激光扫描的形态测量分析

人类股骨横断面面积、形状及其左右侧差异记载的人类演化、人群差异及生存活动的重要信息一直为古人类学研究所关注。多年来, 对股骨断面的研究通常采用破坏性地切割或者制作模型的方法。本文利用三维激光表面扫描技术, 无损、快捷、方便地获取了20对现代中国人左右侧股骨外轮廓的三维数据, 采用CAD软件及几何形态测量方法对两侧股骨断面轮廓的大小及形状进行了对比和分析。初步研究结果发现: 两侧股骨的横断面相对面积差异极其显著, 绝对面积差异不显著, 不对称方式表现为波动不对称性, 而不是偏向不对称性; 个体之间两侧股骨横断面外轮廓形状的波动不对称性极其显著, 偏向不对称性虽有差异但不显著; 平均形状和面积分析结果似乎表明股骨稍有偏左侧优势。虽然本文所采用的标本量有限, 所得出的结论需要更多标本的进一步验证, 但是, 本文的研究结果提示利用三维激光扫描技术获取股骨横断面外轮廓数据, 并采用形态测量方法分析确实能够揭示出一些以往研究方法不能发现的重要信息, 这种研究骨骼不对称性的新方法值得进一步的应用。