复幼促进核桃不定根发生的DNA甲基化机制探讨

该研究以核桃的复幼和成龄插穗为材料,通过甲基化修饰依赖性内切酶测序技术(MethylRAD-Seq),在全基因组水平上检测成龄与复幼插穗中DNA甲基化位点分布特征,进一步对复幼处理前后插穗中差异甲基化位点相关基因的表达情况进行分析。结果显示:(1)复幼处理可显著降低核桃插穗的DNA甲基化水平。(2)功能富集分析结果显示,差异甲基化位点相关基因主要参与油菜素内酯信号转导、次级代谢产物生物合成和木质素生物合成等功能,参与光合作用、MAPK(mitogen-activated protein kinase, MAPK)信号通路、果糖和甘露糖代谢、cAMP(cyclic AMP, CAMP)信号途径和苯丙烷生物合成等代谢通路。(3)qRT-PCR分析结果显示,复幼处理前后,不定根发生的关键调控基因NAC1、ARF5、ARF6和WRKY22在复幼和成龄材料中具有不同的表达模式。研究认为,复幼处理降低了核桃插穗中基因组DNA的甲基化水平,进而影响不定根发生过程关键功能基因的表达,可能是复幼调控核桃不定根发生能力的重要途径。     

基于Miseq测序技术分析黄颡鱼不同养殖模式下池塘微生物群落结构多样性

利用Miseq测序技术分析了黄颡鱼Pelteobagrus fulvidraco (Richardson)三种养殖模式[(黄颡鱼单养、黄颡鱼混养草鱼(Ctenopharyngodon idellus, Valenciennes)和黄颡鱼混养草鱼、鳙(Aristichthys nobilis, Richardson)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix, Valenciennes)]下养殖水体及底泥微生物群落结构多样性。结果显示, 12个样本共获得了655100条合格16S rDNA序列, 每个样本获得的有效序列数目为41256—77508, 可归纳为608—3686个分类操作单元。α多样性指数结果表明, 在三种养殖模式下末期水体的微生物群落丰度和多样性均高于养殖初期, 黄颡鱼混养草鱼模式下水体的群落丰度最高(Chao1指数: 2199.25, ACE指数: 2374.60), 黄颡鱼混养草鱼、鲢、鳙模式下水体微生物群落多样性最高(Shannon指数: 4.88, Simpson指数: 0.021)。样本聚类分析及PcoA主坐标分析结果表明, 黄颡鱼单养及黄颡鱼、草鱼混养模式下的水体和底泥的菌群组成及群落结构相似性较高, 黄颡鱼、草鱼、鲢、鳙混养模式下样本单独形成一类。从门水平的比较分析发现, 所有样本检测到细菌有8门, 其中变形菌门(Proteobacteria)的物种丰度在所有样本中占绝对优势地位。放线菌门(Actinobacteria)在养殖末期升高成为水体中占比第二的优势门, 尤其是黄颡鱼混养草鱼模式下(37.6%)。黄颡鱼在单养模式下, 养殖末期水体拟杆菌门(Bacteroidetes)细菌含量均明显增加(1.95%到10.98%)。从属水平的比较分析发现, 各样本之间的优势属组成有较大差异, 其中黄颡鱼在单养模式下水体样本中气单胞菌属(Aeromonas)在养殖末期丰度占优势(5.81%)。从微生物群落结构和多样性的角度考虑, 黄颡鱼、草鱼、鲢、鳙混养是一种值得推荐的养殖模式。     

探讨植物单染色体测序中的假阳性问题

单细胞测序技术目前虽已广泛应用于人类、动物、微生物等物种的研究,但由于细胞壁的存在,使得该技术在植物上的应用举步维艰。如果能先分离出植物单条染色体,然后再应用单细胞测序技术进行扩增和测序,则可以避免细胞壁的干扰,从而具有重要的应用价值。虽然科研人员一直尝试针对单条植物染色体进行测序,但目前尚未见有成功的报道,也未见有文章对失败的原因进行讨论。该研究以六倍体中国春小麦为材料,针对使用单细胞测序技术进行单染色体扩增过程中出现的假阳性问题进行了探讨,分析了单染色体扩增失败的主要原因,并通过高通量测序技术研究了外源污染的可能来源。结果表明:在对实验器具、耗材、环境污染严格防控的基础上,人体接触可能是造成污染的主要来源;同时,推测单染色体之所以扩增失败可能是因为染色体自身超螺旋状态造成引物难以结合和复制。该研究还针对存在的问题提出了可行性建议,为将来成功进行单染色体测序提供了有益的借鉴。     

建兰水晶艺叶片的超微结构和转录组学分析

水晶艺建兰(Cymbidium ensifolium)因其叶片上呈现出白色透明状,犹如水晶而得名,观赏价值高,但是其形成机理不明确。该研究以建兰‘铁骨水晶’为试验材料,通过对水晶叶片和绿色叶片进行显微结构和超微结构观察,并结合转录组测序等方法,探索建兰水晶艺叶片形成的原因。结果表明:(1)建兰‘铁骨水晶’水晶叶片比绿色叶片薄,叶肉细胞数量减少,形状不规则,且叶绿体含量少;水晶叶片的表皮气孔数量较绿色叶片显著减少;水晶叶片的叶肉细胞中叶绿体结构发育不良,叶绿体双膜和类囊体膜模糊,细胞中存在着大量的嗜锇颗粒。(2)转录组数据分析显示,水晶叶片中与光合作用-天线蛋白、光合作用等代谢途径相关的基因表达量显著下降,而与色素合成代谢途径相关的基因表达量上升。研究推测,建兰水晶艺叶形成的原因可能是由于与光合作用相关的基因表达量降低,导致叶绿体发育不良,叶绿素合成受阻,从而形成白色透明状叶片。     

微生物菌剂对猪粪堆肥中细菌群落结构的影响

以猪粪和小麦秸秆做堆肥试验,处理组添加外源微生物菌剂,利用常规方法对堆肥样品进行理化性状测定,采用高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落特征。理化性状测定结果表明: 添加外源菌剂可延长堆肥高温时间,降低堆肥发酵末期的pH,增加全氮含量,加快C/N的下降。主成分分析表明: 外源菌剂影响堆肥样品细菌群落的稳定性。门分类水平上,厚壁菌门、变形菌门和绿弯菌门的相对丰度在处理组中较高;纲分类水平上,梭状芽孢杆菌纲、α-变形菌纲和γ-变形菌纲在处理组的升温期和高温期相对丰度增加;科分类水平上,小单孢菌科和梭状芽孢杆菌纲的消化链球菌科、梭菌科以及盐厌氧菌科的相对丰度在处理组的升温期和高温期均呈上升趋势。Pearson相关性分析表明,盐胞菌属与外源菌剂呈显著正相关,而氨苄芽孢杆菌属与外源菌剂呈显著负相关。研究表明,猪粪堆肥中添加外源菌剂可使堆肥的理化性质和细菌群落结构均发生显著变化。     

基于宏基因组测序的扶桑绵粉蚧内共生菌多样性研究

[目的] 扶桑绵粉蚧是一种重要的入侵害虫,也被列为我国的检疫性有害生物。内共生菌的群落结构及与扶桑绵粉蚧关系的研究,将为研究扶桑绵粉蚧的入侵生物学和防治提供新的思路和参考。[方法] 利用宏基因组测序技术对室内饲养扶桑绵粉蚧内共生菌的物种组成、丰度和多样性进行了研究。[结果] 共鉴定获得29个门,47个纲,105个目,178个科,245个属,299个种。变形菌门、γ-变形菌纲、肠杆菌目、肠杆菌科、伯克氏菌属、Candidatus分别为各分类阶元的优势种群。共预测了36505个基因,其中77.27%的基因分布在200~499 nt的范围内。基因集KEGG注释表明,扶桑绵粉蚧内共生菌代谢相关基因最多,达384个,占49.48%;环境信息处理基因最少,仅8个,占1.03%;代谢相关基因最多的为氨基酸代谢基因,为64个,占28.19%。基因集COG注释表明,翻译、核糖体结构和生物发生的基因最多,其次为氨基酸转运和代谢基因,分别占27.64%和12.31%。[结论] 初步确定了扶桑绵粉蚧内共生菌菌群的群落结构和优势菌群,并初步分析了这些内共生菌的功能基因情况,为进一步研究内共生菌与扶桑绵粉蚧之间的关系提供了基础,以期从内共生菌的角度为该虫的防控提供新的策略。     

出芽短梗霉菌株PA-2全基因组测序及分析

【背景】出芽短梗霉菌株PA-2是一株分离自青海省海东市平安区患病杨树叶片上的真菌,前期研究表明该菌株具有除草和抑菌能力,说明其在生物农药方面具有潜在的应用前景。【目的】了解菌株PA-2的基因组序列信息,挖掘其生防相关功能基因簇,为进一步研究解析该菌株生防机理及生防功能改造提供遗传背景信息。【方法】利用IlluminaHiSeq高通量测序平台对生防菌株PA-2进行全基因组测序,用生物信息学的方法对测序数据进行基因组组装、基因预测及功能注释、碳水化合物活性酶预测、次级代谢产物合成基因簇预测,利用刚果红染色等方法对水解酶活性进行衡量。【结果】菌株PA-2基因组序列全长28 932 793 bp,平均GC含量为50%,共编码10 839个基因,预测到该菌株具有4个已知的次级代谢产物合成基因簇,编码Melanin、Burnettramic Acid A、ACR-Toxin I、Abscisic Acid,该菌株能水解纤维素和果胶。【结论】有助于在基因组层面上解析菌株PA-2生防机制的内在原因,为深入了解出芽短梗霉菌次级代谢物合成途径提供参考,对菌株PA-2的下一步相关研究具有重要意义。     

植物内生链霉菌Streptomyces sp. SAT1的基因组测序和比较基因组分析

【背景】一直以来,链霉菌都是活性物质的主要生产者,近年来随着抗生素滥用引起的环境和微生物抗药性问题越发严重,挖掘高效生物防治因子和新型抗生素成为了解决以上问题的重要手段。【目的】通过获得植物内生链霉菌SAT1全基因组序列和次级代谢基因簇信息,利用比较基因组学和泛基因组学分析SAT1菌株的特殊性以及与其他链霉菌的共性,为阐明SAT1抑菌和内生机制提供理论基础,为揭示链霉菌的生态功能提供可靠数据。【方法】通过三代测序平台PacBio Sequel完成SAT1基因组测序,利用生物信息学技术进行注释和功能基因分类;分别利用RAxML和PGAP软件进行系统发育树的构建和泛基因组分析;次级代谢基因簇的预测和分析通过antiSMASH网站完成。【结果】获得SAT1菌株的全基因组完成图,该菌线性染色体长度约7.47 Mb,包含有4个质粒,GC含量近73%,共预测到7 550个蛋白编码基因,含有37个次级代谢基因簇,分属29个类型,其中默诺霉素基因簇与加纳链霉菌具有较高相似性。42株代表链霉菌中,单个菌株次级代谢基因簇数量为20-55个,主要类型为PKS类、Terpene类和Nrps类,而且含有大量杂合基因簇,各个菌株中特有基因数目较为庞大。【结论】链霉菌SAT1菌株在基因组特点以及次级代谢基因簇的数量和类型上与其余41株链霉菌具有一定的共性,其中潮霉素B基因簇和默诺霉素基因簇合成的相关物质可能与SAT1抑菌活性密切相关。42株链霉菌中次级代谢基因簇数量的多少与基因组大小成正相关,同时大量杂合基因簇以及庞大的特有基因数目的存在说明链霉菌在长期进化过程中存在了很高程度的水平基因转移现象,可能具有重要的生态功能。     

过表达PDI对毕赤酵母分泌淀粉样蛋白的影响——以胱抑素为例

[目的] 本研究旨在结合酵母菌蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）与其底物蛋白鸡胱抑素C （chicken cystatin C,cC）在酵母中的共表达,理解PDI影响外源蛋白合成与表达的调控规律。运用转录组深度测序技术（RNA-Seq）筛选差异基因,调取并鉴定影响cC表达的关键基因,为解析外源蛋白高效表达机制,改造工程菌株提供理论支撑。[方法] 以巴斯德毕赤酵母GS115、GS115-cC为出发菌株,采用电转的方法将携带PDI编码基因的载体pPIC3.5K转入到GS115/GS115-cC菌株,使其在菌株中过表达,研究过表达PDI对cC表达的影响。采用RNA-Seq深度测序方法,研究重组毕赤酵母基因表达差异情况。并结合KEGG注释结果对数据进行分析,挑选差异显著表达基因进行验证,初步明确其在蛋白表达调控方面的功能。[结果] 本研究通过构建过表达PDI重组毕赤酵母菌株,使得外源蛋白cC的表达量显著增加。利用RNA-seq技术分析过表达PDI菌株与正常菌株的差异,最终筛选了373个差异表达基因,其中有122个差异基因注释到KEGG生物通路,包括12个基因注释到蛋白质转运和分解代谢途径,21个基因注释到蛋白质折叠分选和降解途径,以及24个基因参与蛋白质的翻译途径等。[结论] 在毕赤酵母中过表达PDI能显著增加外源蛋白cC的表达量。通过对过表达与正常表达PDI的毕赤酵母基因的表达谱分析,初步确定了其中一些转录情况变化显著的基因,明确了它们参与的细胞途径和信号通路,为改造具有高效率表达淀粉样蛋白的酵母菌株奠定基础。     

基于DNA条形码分析大鸨繁殖期动物性食物

动物性食物是满足繁殖期大鸨(Otistarda)能量和营养需求的重要来源,然而由于传统食性分析手段的局限性,大鸨繁殖期的动物性食物组成目前还不清楚,不同繁殖地大鸨的食性差异还有待研究。高通量测序应用于食性分析,具有工作量小、数据量大和分类精度高的优点。基于粪便取样,利用高通量测序技术,对内蒙古图牧吉国家级自然保护区靠山核心区和马鞍山片区繁殖期大鸨的动物性食物种类和组成进行分析,并比较食物多样性的空间差异。物种累计曲线表明,研究中的最小采样强度(n=11)能够使MOTUs的检测限达到平台期。在24份大鸨粪便中,共发现29种不同动物性食物的DNA序列,均来源于无脊椎动物,以节肢动物门的鞘翅目占比最高(44.83%)。按照科水平分类,以金龟科占比最高(24.14%),其次为蝗科(13.79%)、芫菁科(10.34%)和蓟马科(6.89%)。马鞍山片区大鸨对食物的取食频率和粪便中被检测到其所取食食物种数均显著高于靠山核心区,食物多样性也显著高于后者,大鸨食性表现出一定空间差异。本研究为深入研究大鸨食性与栖息地选择的关系,以及了解大鸨繁殖期的觅食对策奠定了基础,为保护部门有效保护和恢复大鸨栖息地提供了食性水平的参考依据,同时为分子食性分析方法用于其他动物的觅食生态学研究提供了示范。