蛋白质结构和功能关系的教学实例——绿色荧光蛋白的发现和发展

蛋白质是生命的物质基础,几乎参与生命活动的每一个过程。蛋白质功能也存在多样性,如生物催化、代谢调节、免疫保护、转运储存等作用,这些功能的发挥都与蛋白的结构密切相关。因此,“蛋白质的结构与功能”是生物化学课程中的重要章节,涉及到生物学、化学、分子生物学等多学科的交叉,具有理论抽象和知识点繁杂等特点。本文以“绿色荧光蛋白的发现和发展”为例,探讨了蛋白质结构和功能关系教学的具体设计和实践,希望使“蛋白质的结构与功能”的课程教育更加简明易懂,并提高学生对课堂内容的重视度,旨在为生物化学教学改革提供参考。     

三种淡水鱼类在中国南北两个地区的肠道菌群差异比较

山东省德州市禹城市和湖南省长沙市望城区分别属于我国北方和南方地区,环境和气候差异明显。本试验以禹城市和望城区两地的草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鲫鱼(Carassius auratus)和鲤鱼(Cyprinus carpio)为研究对象,对肠道中的菌群进行16s rRNA V4高变区扩增,基于IonS5 TM XL测序平台进行测序,并对相关数据进行分析。结果表明,在门水平上鲫鱼、鲤鱼、草鱼的肠道优势菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、梭杆菌门(Fusobacteria)、硬壁菌门(Firmicutes),拟杆菌门(Bacteroidetes),各组中这四种菌门所占比之和均在80%以上;基于Bray-Curtis距离值的秩次进行组间差异显著性检验,山东草鱼组和湖南草鱼组比较中组间差异大于组内差异(R=0.307,P<0.05),且线性判别分析显示湖南草鱼组的特征性菌群为弧菌属,而山东草鱼组的为梭菌纲,推测特征性菌群差异与环境的影响有关;有害菌种的统计分析表明,湖南鲫鱼组和鲤鱼组的嗜水气单胞菌属相对丰度明显高于对应的山东鲫鱼组和鲤鱼组,山东草鱼组和鲤鱼组的弧菌属相对丰度高于对应的湖南草鱼组和鲤鱼组,可能受外界环境的影响,不同地区抵御外来有害细菌的能力也不一样。本研究对两地的淡水鱼类肠道微生物群落结构进行了比较和分析,为进一步的鱼类发育研究奠定基础。     

毛梗豨莶乙酸乙酯部位化学成分及生物活性研究

毛梗豨莶草(Siegesbeckia glabresce)的乙酸乙酯萃取部位具有显著的抑制细胞坏死性凋亡(necroptosis)的活性。为明确毛梗豨莶草的活性成分,该研究采用正相硅胶柱色谱谱(二氯甲烷:甲醇20:1～0:1)、反相ODS柱色谱(30%～100% 甲醇)、Sephadex LH-20柱色谱、重结晶等方法对毛梗豨莶草乙酸乙酯萃取部位进行了化学成分分离和纯化,并根据理化性质和波谱数据进行了结构鉴定。结果表明:从毛梗豨莶乙酸乙酯部位分离并鉴定了9个化合物,分别为3,7-二甲氧基槲皮素(1)、芹菜素(2)、奥卡宁(3)、okanin-4''-O-β-D-6″-trans-p-coumaroylglucoside(4)、1H-Indole-3-carbaldehyde(5)、对羟基苯甲醛(6)、3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醛(7)、3,4-divanillyltetrahydrofuran(8)、buddlenol D(9)。除化合物1和化合物6外,其余7个化合物均为首次从豨莶属植物中分离得到     

古DNA捕获新技术与中国南方早期人群遗传研究新格局

古DNA捕获技术目前已获得极大的发展,能够从骨骼和环境沉积物等多种材料中获取到目的DNA片段,而且对于保存环境较差的低纬度地区,同样能够获取有效的内源DNA片段,极大地丰富了古DNA研究的材料来源。本文围绕这一新技术开展总结和讨论,主要分为两个方面：1）总结并介绍该技术应用前景;2）应用这一技术打开了中国南方早期人群研究的新局面,梳理该新技术的应用对史前中国南方人群古基因组研究所获得的新认识,并对中国南方早期人群古基因组深入分析;另外,利用古DNA捕获技术成功获取云南3446~3180 BP的大阴洞遗址4例高质量线粒体基因组信息,并开展了人群遗传历史的研究。     

物种分布模型在大型真菌红色名录评估及保护中的应用: 以冬虫夏草为例

我国大型真菌资源丰富, 由于受气候变化和人类活动等的影响, 近年来很多物种受到不同程度的威胁, 亟待保护。红色名录评估是物种保护的第一步, 为有效保护我国大型真菌多样性, 2016年生态环境部和中国科学院联合启动中国大型真菌红色名录评估项目。合理的评估依赖于完善的物种地理分布、种群数量规模及其动态变化信息。大型真菌评估信息较少, 需要引入新的方法解决评估信息不足的问题。冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)是一种重要的食药用菌, 具有较高的经济价值, 受到全世界的广泛关注, 评估信息相对充足, 此次被评为易危物种。利用物种分布模型对冬虫夏草未来分布区变化的预测在评估过程中发挥了重要作用。为了将物种分布模型分析方法引入大型真菌的受威胁等级评估, 本文以此前我们利用物种分布模型预测冬虫夏草的潜在分布区及其对气候变化响应的研究为例, 介绍了应用物种分布模型预测大型真菌的潜在分布区、未来气候变化情景下分布区变化趋势的方法和流程, 以及在应用中可能存在的问题和解决方案。通过本文的分析, 我们认为物种分布模型在大型真菌的红色名录评估和保护中具有重要的应用潜力, 值得推广应用。     

西藏唐北地区湖泊动态及空间格局预测

本研究评估了西藏唐古拉山以北地区(唐北地区)湖泊动态并预测了湖泊空间格局变化.使用面向对象分类和光谱角向量变化检测方法生成了2000-2015年西藏唐北地区每5年一期的生态系统分布数据.以此为基础,分析了湖泊与其他生态系统之间的转换和空间格局特征,评估了湖泊空间格局的动态及其与相关自然地理因素的关系.通过增强回归树识别了不同因素对湖泊动态的贡献,使用GEOMOD模型预测了湖泊到2030年的空间变化.结果表明:唐北地区在2000-2015年间湖泊增加了14.2%,是唐北地区生态系统变化的主要形式之一.区域内15个面积大于10 km2的湖泊有10个增加,另有5个减少,且缩减量较低.通过空间格局分析发现,唐北地区湖泊斑块表现为面积和数量同时增加,大斑块面积比重略有上升.扩张幅度高的湖泊多分布于海拔高、坡度大、温度低、降水少、距离冰川近的区域.位于现有湖泊周边、温度低、降水少、坡度小的区域转变为湖泊的几率较高.根据过去15年的趋势,到2030年,唐北地区湖泊将继续增加119 km2,主要变化形式从大湖扩张转变为小型水面扩张.     

我国稻田氮磷流失现状及影响因素研究进展

水稻是我国主要的粮食作物,分析现阶段我国稻田氮磷流失现状及影响因素,对明确不同区域水稻化肥减施潜力具有重要意义.本研究对我国主要稻区地表径流氮磷流失现状特征和降雨、种植模式、栽培技术、施肥管理、水分管理方式及其他影响因素进行了总结.六大稻区全氮(TN)、全磷(TP)径流损失量范围分别在5.09～21.32和0.70～3.22 kg·hm^-2,均以华南双季稻区最高,TN径流损失量以华北单季稻区最低,TP径流损失量以西南高原单双季稻区最低.各稻区农户习惯施肥的水稻田田面水TN、TP峰值普遍高于径流水.水稻施肥后一周内为氮磷流失高峰期.与优化施肥相比,农户习惯施肥仍具有20%左右的氮磷减施潜力.各因素中,降雨和施肥管理是影响稻田径流氮磷流失的主要因素,而施肥管理和水分管理则最具可控性,具体调控措施包括化肥减量、施用新型肥料、有机肥代替化肥和节水灌溉等.整体上我国稻田氮磷流失风险在南方更突出.应以资源高效利用模式进行水稻种植以降低养分流失风险.未来研究应侧重稻田面源污染监测、氮磷流失风险评估、氮磷流失特征和机理、化肥减施增效新技术等方向.     

蒙古苍耳抑制坏死性凋亡(necroptosis)活性部位化学成分研究(Ⅰ)

苍耳(Xanthium strumarium)为民间传统药用植物，本课题组前期研究发现蒙古苍耳大孔树脂50%乙醇洗脱部位具有显著的抑制细胞坏死性凋亡(necroptosis)活性。为明确蒙古苍耳(X.mongolicum)的活性成分，活性部位采用反复硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱、制备高效液相色谱、重结晶等多种方法进行分离和纯化，运用NMR、MS等波谱方法并结合文献数据对分离得到的化合物进行结构鉴定。结果表明：从该活性部位中分离得到14个化合物，分别鉴定为hydroxydihydrobovolide(1)、树莓酮(2)、水杨醇(3)、对羟基苯乙酮(4)、对羟基苯甲醛(5)、咖啡酸乙酯(6)、阿魏醛(7)、异东莨菪素(8)、3,3′-bis(3,4-dihydro-4-hydroxy-6-methoxy-2H-1-benzopyran)(9)、axillarin (10)、槲皮素(11)、(+)松脂素(12)、β-谷甾醇(13)和棕榈酸(14)。化合物1-4、7-10均为首次从苍耳中分离得到。     

陆地棉新型核雄性不育系21A的初步研究

利用辐射诱变和回交育种成功培育出21A雄性不育系,经遗传分析和等位性测验发现,该不育性受1对隐性基因控制,它与国内发现的msc1、msc2、msc3、msc74个陆地棉隐性不育基因彼此是非等位基因;采用NCⅡ遗传交配设计,用21A不育系作母本,5个常规棉品种作父本,配制杂交组合,对10个组合的F1产量和品质性状的竞争优势和配合力进行分析,结果表明,该不育系杂种优势明显,一般配合力高,易于筛选优良的杂交组合,在生产优质杂交种方面具有很大的利用价值。