图论在RNA二级结构中的应用

图论是以图为研究对象的数学分支,是一门研究事物对象在图表示法中的特征与性质的学科。鉴于RNA二级结构在功能基因组研究中的重要地位,已发展了用二维图解表示法描述RNA二级结构。文章介绍了用于RNA二级结构图解表示法的两种图,即树图和对偶图的构造规则。并在树图表示基础上产生Laplacian矩阵和相应本征值谱。以有害突变预测和类RNA模体设计的例子,说明图论在RNA二级结构中的应用,同时对可能存在的一些问题做了讨论。     

构建适用于蛋白质家族分类的相似性网络

图聚类用于蛋白质分类问题可以获得较好结果,其前提是将蛋白质之间复杂的相互关系转化为适当的相似性网络作为图聚类分类的输入数据。本文提出一种基于BLAST检索的相似性网络构建方法,从目标蛋白质序列出发,通过若干轮次的BLAST检索逐步从数据库中提取与目标蛋白质直接或间接相关的序列,构成关联集。关联集中序列之间的相似性关系即相似性网络,可作为图聚类算法的分类依据。对Pfam数据库中依直接相似关系难以正确分类的蛋白质的计算表明,按本文方法构建的相似性网络取得了比较满意的结果。     

基于文献计量法的中国景观连接度应用研究进展

景观连接度反映了景观对物种或某种生态过程在生境斑块之间运动的促进或阻碍作用,对维持景观格局及生态过程的完整性和连续性具有重要指示意义。在当前全球环境变化,自然生境丧失和破碎化不可避免的情况下,景观连接度的评价、模拟与应用已成为景观生态学、保护生物学等相关学科的研究热点。基于CNKI和Web of Science数据库,检索1999—2015年间国内发表的景观连接度期刊论文,通过文献计量法,分别从年发文量、来源期刊、研究机构、研究区域、研究目的、景观类型、景观尺度以及研究方法等多个视角分析国内该领域应用研究进展以及发展趋势。经检索共得到文献240篇,其中英文43篇。分析发现,近20年国内该领域年发文量总体呈显著增长趋势;《生态学报》、《生态学杂志》和Urban and Landscape Planning为主要刊载期刊;研究力量集中分布在北京、南京等东部18所科研机构,文献量占到43.75%;研究目标区域也以东部为主(52.2%),而对中西部生态敏感脆弱区研究较少;研究目的以景观规划为主,但针对物种保护的研究较弱,仅占11.25%,且主要关注大熊猫等被公众熟知的珍稀濒危物种;城市、城乡等人工景观是常见的景观研究类型,相比之下,自然景观所占比例较低;研究的空间尺度集中在5000 km2的中小尺度域,占72.5%,景观粒度以30 m的中等分辨率居多。识别出14种具体度量方法,常用的包括最小费用模型、基于图论原理的功能连接度指数和网络结构指数,以及景观格局指数等;关注功能性连接和多方法的综合应用已成为当前研究的趋势;度量方法的一些参数,如最小费用模型阻力赋值或距离阈值选择主要依据专家经验或已有文献,而针对目标物种采用实证研究的则较少。最后,对国内当前该领域的研究现状和不足展开讨论并展望了未来发展,以促进我国景观连接度后续研究。     

麦长管蚜在高CO2浓度下生长的抗性与感性小麦品种上的取食行为

在加倍CO2浓度(0.7 mL/L)的人工气候箱中培养小麦感蚜品种(铭贤169)和抗蚜品种(KOK1679)幼苗30d,正常CO2浓度(0.35 mL/L)处理为对照.应用刺探电位图谱(EPG)技术对麦长管蚜Sitobion avenae (Fab.),在苗期小麦上的取食行为进行了比较研究.结果表明:蚜虫在加倍CO2浓度下生长的2个小麦品种上的取食过程中,电势降落次数(pd波个数)显著增加,刺探总时间(C波总时间)显著延长,首次出现在小麦韧皮部取食的时间(E2)显著滞后,被动取食持续时间(E2波的总时间)显著拉长.因此,加倍CO2浓度可能通过影响小麦而对麦长管蚜的取食行为产生了明显的间接影响.     

3个新引进小麦品种对麦长管蚜抗性的初步研究

以小偃-22和Amigo(美国)为对照对麦长管蚜在3个新引进小麦品种Astron、Batis和Xanthos(德国)上的抗蚜性进行了测定。在室内控制条件下,麦长管蚜在5个品种上的发育历期(DD)、体重差(dW)、相对日均体重增长率(MRGR)和生殖力(F)的测定结果表明,Astron、Xanthos与Amigo、小偃-22的抗性水平相当,均优于Batis;在大田自然条件下,通过对不同品种在不同生育期的感蚜指数以及感蚜量动态曲线的监测分析表明,Astron、Xanthos在我国的抗蚜水平与抗性品种Amigo的抗蚜性水平相当,优于Batis和小偃-22。可初步说明Astron、Xanthos在我国也具有较好的抗蚜性,可作为我国抗蚜育种材料。     

基于多模态生态治理数据构建生态管理知识图谱技术

我国新时代十年是生态环境保护认识最深、力度最大、举措最实、推进最快、成效最显著的十年。生态环境治理取得成效的同时,管理措施也逐步成熟和规范化,相关生态管理知识成果的文本、视频、照片等多模态数据也日益丰厚。采用先进的知识图谱理念创新我国生态环境保护工作,对未来助力打赢污染防治攻坚战,构建现代环境治理体系具有重要意义。聚焦我国美丽中国和生态文明建设工程领域,将典型污染防治攻坚战、生态恢复工程多模态素材作为数据源,通过数据整合、知识抽取、知识融合后形成标准知识表述,构建生态管理知识图谱体系。具体包括(1)定量分析深圳市"散乱污"企业整治成功案例数据,抽取管理主体、管理对象等实体,挖掘其空间特征、污染特征、治理效果关系;(2)关联分析企业驻点、污染物热点和城市空间相互关系;(3)通过我国典型生态环境损害赔偿案件中的"实施行为-破坏对象-损害功能"特定关系分析,抽取"生态治理行为--受影响环境要素--生态服务提升程度"生态环境管理知识图谱;(4)最终形成了整合"散乱污"治理、生态环境治理行为的综合性生态管理知识图谱,构建了包含12类本体、82个实体,4类、201条关系的图数据库。研究表明,通过污染防治攻坚战成功案例、生态恢复工程成效的多模态数据构建我国生态管理知识图谱,能够形成贴近现实需求的知识体系,有助于依法治污、科学治污和精准治污全过程;也有助于生态环境损害鉴定评估工作中的"多因一果"和"一因多果"分析。建议未来加大生态管理知识图谱的应用,精准识别管理对象、实现科学分析与智能决策,促进公众参与生态管理和加快生态产品价值实现。     

土壤动物知识图谱构建理论、方法与技术——以浙江天目山土壤螨类为例

土壤动物学面临以全新知识体系为科学研究框架的变革时期,其核心内容是以数据驱动为主要特征的人工智能技术方法。目前广泛应用的基于数据库的数据处理分析方法,面临着数据多源异构、快速增长和处理能力不足之间的矛盾。基于快速发展的大数据科学和人工智能技术的数据挖掘方法在解决前述矛盾中有突出优势,但需要依赖一个强大的领域知识库,然而土壤动物领域知识图谱的研究十分匮乏。土壤动物知识图谱是一个具有有向图结构的知识库,其中图的节点代表与土壤动物相关的实体或概念,图的边代表实体或概念之间的各种语义关系。提出了土壤动物知识图谱的定义、内涵、理论模型和构建方法,以浙江天目山土壤螨类多样性为例,分析了构建山地土壤动物知识图谱的技术方法;以土壤动物多样性研究关注的物种分布、物种共存、环境条件对物种的影响作用为例,探讨了基于山地土壤动物知识图谱可以解决的相关科学问题。研究表明,土壤动物知识图谱在解决生物多样性重要科学问题方面具有独特的潜力和优势,有力推动了土壤动物学、信息科学和数据科学交叉的土壤动物信息学的发展。     

Weak seed banks influence the signature and detectability of selective sweeps

Seed banking (or dormancy) is a widespread bet-hedging strategy, generating a form of population overlap, which decreases the magnitude of genetic drift. The methodological complexity of integrating this trait implies it is ignored when developing tools to detect selective sweeps. But, as dormancy lengthens the ancestral recombination graph (ARG), increasing times to fixation, it can change the genomic signatures of selection. To detect genes under positive selection in seed banking species it is important to (1) determine whether the efficacy of selection is affected, and (2) predict the patterns of nucleotide diversity at and around positively selected alleles. We present the first tree sequence-based simulation program integrating a weak seed bank to examine the dynamics and genomic footprints of beneficial alleles in a finite population. We find that seed banking does not affect the probability of fixation and confirm expectations of increased times to fixation. We also confirm earlier findings that, for strong selection, the times to fixation are not scaled by the inbreeding effective population size in the presence of seed banks, but are shorter than would be expected. As seed banking increases the effective recombination rate, footprints of sweeps appear narrower around the selected sites and due to the scaling of the ARG are detectable for longer periods of time. The developed simulation tool can be used to predict the footprints of selection and draw statistical inference of past evolutionary events in plants, invertebrates, or fungi with seed banks.     

Lethal and sublethal effect of heat shock on Phenacoccus solenopsis Tinsley (Hemiptera: Pseudococcidae)

Temperature is an important abiotic environmental factor, and is responsible for various kinds of behavioral and physiological changes in living organisms. Induced heat shock is associated with feeding behaviour, reproduction and reactive oxygen species (ROS) generation that causes oxidative damage. In this experiment, we examined the lethal and sublethal effects of heat shock on reproduction, feeding behaviour and antioxidant enzymes, including catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and peroxidases (POD) in P. solenopsis. Results showed that males were highly susceptible to heat shock treatments than females, as LTemp₅₀ values were 43.8 °C for males and 45.11 °C for females. Heat shock events non-significantly affected the fecundity in female only treated adults and significantly affected the both sexes heat treated adults, it increased the xylem feeding duration, percentage of xylem feeding adults and reduce the phloem feeding duration and percentage of phloem feeding adults. Similarly it alter the antioxidant enzymes activities, an increase of CAT, SOD and POD activities were noticed in response to highest intensity of heat shock while a reduction of CAT and SOD activity were noticed in response to lowest intensity of heat shock compared to control (30 °C). These results suggest that heat shock may result in loss of body water and induce oxidative stress in P. solenopsis. However, antioxidant enzymes play a significant role in overcoming the oxidative damage.