Novel Systems for Dynamically Assessing Insulin Action in Live Cells Reveals Heterogeneity in the Insulin Response

Regulated GLUT4 trafficking is a key action of insulin. Quantitative stepwise analysis of this process provides a powerful tool for pinpointing regulatory nodes that contribute to insulin regulation and insulin resistance. We describe a novel GLUT4 construct and workflow for the streamlined dissection of GLUT4 trafficking; from simple high throughput screens to high resolution analyses of individual vesicles. We reveal single cell heterogeneity in insulin action highlighting the utility of this approach – each cell displayed a unique and highly reproducible insulin response, implying that each cell is hard‐wired to produce a specific output in response to a given stimulus. These data highlight that the response of a cell population to insulin is underpinned by extensive heterogeneity at the single cell level. This heterogeneity is pre‐programmed within each cell and is not the result of intracellular stochastic events.     

城市土壤封闭对有机碳库影响的时空变化模拟

随着全球城市化的迅速发展,城市生态系统的研究日益受到关注。城市化过程引发的大面积土壤封闭,导致土壤功能退化,进而影响城市生态系统。通过构建城市封闭土壤碳循环模型,考虑土壤温度,水分,有效氮含量以及各项理化性质等影响土壤有机碳在封闭条件下分解的影响因素,模拟南京市1980年至2010年城市封闭土壤有机碳含量与土壤有机碳库的时空变化过程,揭示人工封闭对于城市土壤功能的影响。结果表明:南京市1980年至2010年封闭土壤的有机碳含量显著减少,2010年土壤有机碳含量的均值为6.7 g/kg,比开放土壤低54.7%。土壤有机碳含量较低的区域主要分布在快速城市化的地区。由于封闭土壤阻碍了土壤有机碳的来源,造成封闭土壤有机碳含量持续减少,1980年至2010年间城市土壤有机碳库的总量减少约0.32 Tg。城市封闭对土壤有机碳影响的时空变化模拟可为研究城市化过程中的生态环境效应与城市生态建设提供参考。     

认知地图的神经环路基础

空间记忆是人类认识世界和改造世界的基本认知能力,与我们的生活息息相关.无论是寻找常用的生活物件,如钥匙和手机,还是外出上班、购物和约会,都依赖我们对周围环境的记忆.截止到目前已有大量研究从不同水平探讨大脑如何表征其周围环境,但仍然有很多未解的问题.本文系统综述了基于脑成像和神经电生理技术开展的空间记忆研究进展.通过梳理以往研究中有关生物体在构建认知地图的神经结构和神经活动规律,提出了海马结构和新皮层对空间记忆的编码环路和表征机制,并在此基础上对未来研究进行了展望.     

植被综合生态质量时空变化动态监测评价模型

为了能掌握全国植被综合生态质量的高低及其时空变化,构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被综合生态质量指数,建立了植被综合生态质量指数年际对比和多年变化趋势评价模型。利用构建的指数和评价模型,以2017年作为监测评价的当年,以2000—2017年作为评价的多年时段,对全国植被综合生态质量时空变化进行了监测评价。结果表明：（1）2017年全国大部地区植被综合生态质量指数高于2000—2016年多年平均值,生态质量偏好;2017年福建、广西、海南、广东、云南植被综合生态质量位居全国前五位,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比模型可以定量反映全国植被综合生态质量的空间差异和年际差异。（2）全国有90.7%的区域2000—2017年植被综合生态质量指数呈提高趋势,东北地区西部、内蒙古东部、华北大部、西北地区东部、西南地区东部、华南西部等地生态质量指数提升明显,构建的植被综合生态质量指数多年变化趋势评价模型可以定量反映植被生态质量的多年变化趋势和幅度。（3）南方大部地区2000—2017年平均年植被综合生态质量指数在50.0以上,北方大部地区在50.0以下;我国中东部大部地区在20.0以上,西部大部地区在20.0以下,表明南方大部地区年植被生态质量好于北方、中东大部好于西部。可见,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比和多年变化趋势评价模型,能够监测评价当年和多年全国植被综合生态质量的时空变化,可为掌握全国植被生态质量动态提供模型和方法。     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

太行山南麓坡面土壤碳氮空间变异性及其影响因素

太行山南麓是我国华北平原的重要生态屏障,研究该区域土壤养分的空间变异性对土石山区林业生态建设具有重要意义.本研究以太行山南麓典型坡面(人工林坡地和自然荒坡地)为对象,采用网格法布设采样点,运用经典统计学、地统计学和约束性排序相结合的方法对土壤养分的空间变异性进行分析.结果 表明:1)太行山南麓的土壤全碳(TC)含量为6...     

Bayesian spatial modeling of moose count data: increasing estimator efficiency and exploring ecological hypotheses

Moose management throughout much of Alaska and Canada relies on aerial count data, which are commonly collected using the geospatial population estimator (GSPE) protocol. The GSPE uses a model-based analytical approach and finite-population block kriging to estimate abundance from a collection of sampled survey units. Widespread implementation and well-documented analytical software have resulted in reliable estimates of moose abundance, density, and composition across a large proportion of their range. Analysis is conducted almost exclusively using the GSPE software, which fits a fixed model structure to data collected within a single year. The downside of this approach to analysis is that the fixed model structure is inefficient for estimation, leading to more field effort than would otherwise be necessary to achieve a desired level of estimator precision. We developed a more easily modified and flexible Bayesian spatial general additive model approach (BSG) that accommodates spatial and temporal covariates (e.g., habitat characteristics, trend), multiple survey events, prior information, and incomplete detection. Using a series of 6 GSPE surveys conducted in Yukon-Charley Rivers National Preserve, Alaska, USA, from 2003–2019, we established the equivalence of the 2 approaches under similar model structures. We then extended the BSG to demonstrate how a more comprehensive approach to analysis can affect estimator precision and be used to assess ecological relationships. The precision of annual abundance estimators from the BSG were improved by an average of 43% over those based on the standard GSPE analysis, highlighting the very real costs of assuming a fixed (i.e., suboptimal) model structure. The population increased at a rate of 2.3%/year (95% CrI = 0.8–3.8%), and the increase was largely explained by a parallel increase in wildfire extent (i.e., high quality moose habitat). These results suggest that our approach could be used to increase estimator efficiency or decrease future survey costs without any modifications to the basic protocol. While modification of the GSPE software is possible, practitioners may find the BSG approach more convenient for quickly developing model structures for a particular application, thereby allowing them to extract more information from existing and future datasets.     

黄土高原丘陵沟壑小流域土壤水分垂直分布变异特征及影响因子

以地统计学的半变异函数为分析工具,分析了黄土高原丘陵沟壑区小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征以及土地利用类型和地形等因子对其的影响.结果表明:1)球状模型可以很好地拟合土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2～5 m不等;2)果园对土壤水分含量的影响主要表现在1～2 m深度,5月份含量最高,且分布均匀,8月份由于气温和叶面蒸腾作用,水分含量最低.坡耕地和梯田的水分含量都较高,垂直变化不明显,梯田的土壤水分含量最低月份是9月,比坡耕地晚1个月,这是因为所种作物的主要生长季节为9月份,这期间消耗水分较多而造成的.林地由于根系发达,对土壤水分垂直方向的变化的影响比较大,变化为先增大、再减小、最后再增大且分布趋于平缓.灌木林的土壤水分含量整体较低,主要变化深度范围集中在0～2 m;草地的土壤水分含量较高,垂直变化的深度范围集中在1 m以内;3)坡度、坡向地形因子和土壤水分的垂直方向变异特征没有呈现明显的相关性.     

山西植被空间格局及演替简

在ArcGIS软件中采集1984年和2005年山西植被类型的图形,得到山西群系、森林、灌丛、草本植被及栽培植被的图形及面积,用叠置分析和景观格局分析方法研究植被的空间分布及其演替、空间格局及其变化。森林在西南部相对集中分布,在西北角增加明显,它在山西植被中所占面积及比重都最小,最为破碎。油松林在山西森林中占优势,恢复森林主要是油松林、小叶杨林、辽东栎林。1984年灌丛的面积在植被中最大,所占比例也最高,超过50%,集中连片分布面积较大,但灌丛缩减迅速,主要在中南部,在山西植被中遭破坏最为严重。沙棘、虎榛子灌丛和黄栌、连翘灌丛对灌丛的影响最大。草本植被主要在北部减少,在中南部分散增加,更加破碎。白羊草草丛在山西草本植被中占优势,蒿、禾草草原和百里香、禾草草原变化最大。栽培植被明显增加,在植被中所占比重急剧增加,成为山西优势植被。森林、栽培植被分别增加24.3%、71.5%,而灌丛、草本植被却分别减少70.3%,15.6%,演替主要是人为因素造成的。     

太湖浮游纤毛虫群落结构及其与环境因子的关系

用定量蛋白银染色法,对太湖浮游纤毛虫进行定性和定量研究,同时用多元统计方法分析生物和非生物因子对其影响。在全湖设置32个点位进行季度采样,共检出117种纤毛虫,隶属于3纲、15目、78属,其中95种鉴定到种的水平。纤毛虫平均丰度27 170个/L(1 500—139 150个/L),平均生物量600.6μg/L(16.7—8736.0μg/L),以寡毛目、前口目、盾纤目、缘毛目和钩刺目为主。优势种包括:浮游藤壶虫、趣尾毛虫、顶口睥睨虫、银灰膜袋虫、水生钟虫复合种、钟形钟虫、杯铃壳虫、双叉弹跳虫、大弹跳虫、短列裂隙虫、小裂隙虫、圆筒状似铃壳虫。纤毛虫群落结构空间异质性较高,丰度上呈现从南向北、从敞水区向沿岸河口区逐渐增加的趋势;北部湖区以小个体的寡毛目、盾纤目、前口目为主,而南部主要以大个体的寡毛目为主;从功能摄食类群上看,北部各点以食菌种类为主,而南部以食藻种类居多。该类群季节变化明显,于夏季出现丰度峰值,生物量是冬、夏季显著高于春、秋季。通过CCA多元分析发现,太湖纤毛虫群落结构差异主要与水体营养水平、桡足类数量和pH值等有关,且在不同季节由不同的环境因子调控。