工程菌种自动化高通量编辑与筛选研究进展

合成生物学(synthetic biology)与经典生物学研究的革命性区别之一是合成生物学能将生物实验的对象、方法、技术和流程高度标准化和模块化,创建出自动化与高通量的合成生物铸造模式。该模式通过复杂生物过程与自动化设施的结合,颠覆过往劳动密集型的研究范式,获得更高的技术迭代能力,极大促进了合成生物学的发展和产业化应用。值此天津工业生物技术研究所创立10周年之际,本文回顾了研究所在工业菌种自动化高通量编辑与筛选领域的系列重要工作进展,对基因克隆(gene cloning)、基因组编辑(genome editing)、编辑序列设计(editing sequence design)等生物技术的自动化实现,以及流式细胞、液滴微流控、全基因组规模扰动测序等高通量筛选技术进行了分析讨论,并展望了本领域未来的发展方向。望借此为创建具有自主知识产权的优秀菌种及其产业应用提供智能化、自动化和全链条覆盖的整体支撑能力。     

Hi-Meth：特定位点DNA甲基化高通量检测平台

胞嘧啶甲基化是DNA表观遗传修饰的主要类型之一,在维持正常细胞功能和调控基因表达中具有重要作用。重亚硫酸盐测序法(bisulfite sequencing PCR,BSP)是特异性位点DNA甲基化检测的通用方法,能明确目的片段中每一个CpG位点的甲基化状态,但此方法需要大量的单克隆测序,操作过程较繁琐、成本昂贵。因此,开发准确、高效、便捷的DNA甲基化检测技术对提升表观遗传研究效率具有重要意义。基于本课题组开发的高通量突变类型检测平台Hi-TOM (high-throughput tracking of mutations),我们进一步建立了特定位点DNA甲基化高通量检测平台Hi-Meth (high-throughput detection of DNA methylation)。DNA样品通过重亚硫酸盐处理之后,仅需一轮PCR扩增即可通过Hi-Meth平台获得特定位点DNA甲基化分析结果。利用Hi-Meth平台,对水稻不同基因启动子区域进行了DNA甲基化检测分析,并与基于BSP方法获得的结果进行了比较。结果表明,Hi-Meth策略与BSP策略检测结果基本一致。而且通过Hi-Meth平台可以更准确、便捷地获得特异性位点DNA甲基化分析结果。综上所述,Hi-Meth为特定DNA区域提供了重要的甲基化检测平台,对表观遗传研究具有重要意义。     

弱精子症精子中miRNAs特异表达及潜在致病靶点的分析

摘要 目的：弱精子症可见于40%的不育男性,其特征是精子活力低下。微小RNA（MicroRNAs,miRNAs）在精子发生中发挥重要作用,但关于精子中miRNAs在弱精子症中的作用知之甚少。本研究试图初探miRNAs在弱精子症的分子机制。方法：收集了重度弱精子症患者和健康男性的精子样本,采用高通量序列技术来识别差异表达的miRNAs,并对差异显著的miRNAs进行生物信息学分析。通过qRT-PCR 证实了2个特异性改变的 miRNA及其靶基因表达情况。结果：重度弱精子症患者与正常男性相比,共有146 个miRNAs（P＜0.05; |log2 Fold Change|＞1）发生改变,其中表达上调的52个,下调的94个;预测上下调幅度最显著的前10个miRNAs 的靶基因,同时在miRDB和TargetScan 数据库存在的靶基因共有1407个。富集分析结果显示,miRNAs的靶基因富集于精子细胞的生物过程,还参与精子细胞的氧化代谢、刺激反应、增殖和分化以及凋亡等生物过程。通路分析显示,靶基因可能参与细胞自噬、细胞衰老、PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路、HIF-1信号通路、mTOR信号通路等。其中,在弱精子症精子中特异性上调的hsa-miR-371a-5p和hsa-miR-2355-5p,预测靶基因分别为自噬效应蛋白Beclin1和线粒体内膜蛋白抑素2（prohibitin2,PHB2）,二者直接参与线粒体自噬过程。qRT-PCR结果显示随着精子活力的降低,精子中hsa-miR-371a-5p和hsa-miR-2355-5p的表达量升高。结论：本研究发现弱精子症患者精子中特异性失调的miRNAs及其靶基因,为后续深入研究低活力精子中miRNAs参与调控线粒体自噬功能的机制提供新思路和理论依据。     

千渭之会国家湿地公园典型植物底泥真菌群落结构及功能研究

通过研究陕西省宝鸡市千渭之会国家湿地公园不同植被类型的底泥中真菌群落结构、多样性及功能差异,为千渭之会国家湿地公园水生植物的优化选择提供依据。以芦苇、香蒲、白茅、水葱、荷花等典型湿地植物底泥样本为研究对象,采用高通量测序技术对底泥样本DNA的ITS1片段进行基因测序,获取底泥中真菌群落结构组成并预测其功能信息,测定样本理化性质及酶活性。结果表明,测序共获得11 778个OTUs(Operational Taxonomic Units),划分为34个门、58个纲、134个目、244个科、599个属;真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为主;芦苇底泥样品的真菌多样性最低;子囊菌门的相对丰度与蔗糖酶、磷酸酶活性呈显著正相关(P<0.05),担子菌门的相对丰度与总碳、总有机碳含量以及蔗糖酶活性呈显著正相关(P<0.05);底泥真菌群落主要包括3类营养型和6类互有交叉营养型功能菌群。探讨了湿地中不同植物群落的底泥中真菌群落结构、多样性以及潜在功能的差异,分析相关理化性质的影响,以期为筛选人工湿地植物、有效利用湿地资源和生态修复提供参考。     

吉林省典型湿地生态评价

湿地生态评价是湿地景观规划,管理和保护的基础,以湿地功能为基本线索,以植被为标志,建立湿地生态评价目标系统（包括湿地生态系统服务功能,湿地生态保护功能和湿地资源等3个综合指标,其中还包括15个生态评价因子）,通过运用层次分析法（Analytic Hierarchy Process简称AHP）对生态评价因子的等级化处理,评价指标权重的确定,计算出各生态评价因子的综合评价指数（CEI）,根据综合评价指数将吉林省典型湿地划分为3种不同湿地生态现状类型,即当CEI＞0．7时,表示湿地生态环境质量较好,依次是莫莫格湿地,长白山湿地,三湖湿地和向海湿地;当0．7＞CDI＞0．5时,表示湿地生态环境质量一般,依次是敬信湿地和查干湖湿地,当CEI＜0．5时,表示湿地生态环境质量较差,依次是大布苏湿地,在此基础上,提出区域湿地的有序开发与环境保护协调发展的基本思路。     

有关生物技术成果转化的调查研究(上)

本文通过对中国科学院等研究机构的生物技术研究人员进行问卷调查,定性的描述了目前生物技术成果转化的总体状况和存在问题,运用相关统计分析方法阐明阻碍成果转化的因素及其结构,并提出相关解决策略 。     

采用判别分析预报稻瘿蚊主害代的发生趋势

稻瘿蚊Oresollacryzae（Wood-Mason）是闽西晚稻的重要害虫之一,其主害代（第4代）的发生趋势,与早稻后期田间标葱率、6月下旬至7月中旬的降雨量、降雨天数息息相关。本文在参考文献[1]的数据基础上,充分利用上述信息,采用多元统计分析中的判别分析方法[2],对武平县晚稻主害代精瘿蚊的发生趋势作出预报。1判别分析法设有六个P维母体民,G1,…,G,分别取n;,n。,…,n”观测值,n－n;＋n,＋…＋n。。其中外一（X＼”,X＼’,…,X”’）设X’‘’,S’‘’分别为民的样本均值和样本协方差,X为总体样本均值。1．l判别系数向…     

脉冲电场对真皮成纤维细胞生长和膜流动性的影响

采用MTT比色分析法检测脉冲电场(f=50Hz,t=20μs,Epp=1V/m),对真皮成纤维细胞增殖的影响,结果表明,电场作用1分钟和5分钟,均产生促进细胞增殖的效果(P<0.05和P<0.001),而较长时间(t≥10分钟)的电场作用则显著抑制细胞的正常增殖(P<0.001)。 采用荧光偏振法研究了脉冲电场对真皮成纤维细胞膜流动性的影响。结果表明,电场作用5分钟后即刻引起膜流动性的显著增加。而电场作用45分钟后,需经过一段时间的温育(30 分钟),才表现出膜流动性的降低。说明不同作用时间的电场可以造成膜流动性的增加或降低,而且对膜流动性的影响是可逆的。我们认为,脉冲电场所引起的膜流动性改变是细胞分裂能力发生变化的原因之一。     

酵母基因组组蛋白修饰之间相关性的研究

我们在对染色质修饰作用进行研究的过程中,发现以往的研究只关注化学修饰间的线性关系,而对于非线性关系未充分重视。为此,我们对Pokholok等(2005)人测出的酵母组蛋白甲基化修饰与乙酰化修饰数据进行了插值处理,得到了16种全基因组组蛋白修饰数据。然后对每组修饰数据在TSS位点上、下游各取1 000 bp进行对齐、平均、平滑和归一化处理。我们发现,根据酵母基因转录水平数据,可将组蛋白修饰数据分为两大类:一类是转录增强修饰群体,一类是转录抑制或转录无关修饰群体。为了揭示不同转录活性基因上修饰间的复杂关系,我们分别利用Pearson相关分析法和Reshef等(2011)人提出的MINE算法得到了以上修饰之间的相关性。最后对该结果进行分析,得到了修饰之间的一些非线性关系,同时发现同群体间修饰的关联性更强。     

基质高利用率灵芝菌株筛选方法的研究北大核心CSCD

通过测定27株灵芝菌株的菌丝体生长速度,漆酶和纤维素酶相对活性及其栽培试验,运用多元线性回归分析法建立了菌丝体生长速度、漆酶和纤维素酶相对活性与产量的关系,确定出菌丝体的生长速度,漆酶和纤维素酶相对活性对产量的贡献力。结果表明:这些指标与产量有较高的线性相关。利用这些指标来预测杂交菌株的产量和选择灵芝杂交育种中的亲本,具有简便、快速等优点,可以有效缩短杂交育种的周期。