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Whole-genome sequencing in medicinal plants:current progress and prospect

Science China(Life Sciences) 2024年第2期67卷 258-273页

作者： Yifei Pei Liang Leng Wei Sun baocai liu Xue Feng Xiwen Li Shilin Chen Institute of Chinese Materia Medica China Academy of Chinese Medical SciencesBeijing 100700China Institute of Herbgenomics Chengdu University of Traditional Chinese MedicineChengdu 611137China Innovative Institute of Chinese Medicine and Pharmacy Chengdu University of Traditional Chinese MedicineChengdu 611137China Institute of Agricultural Bioresource Fujian Academy of Agricultural SciencesFuzhou 350003China

Advancements in genomics have dramatically accelerated the research on medicinal plants,and the development of herbgenomics has promoted the“Project of 1K Medicinal Plant Genome”to decipher their genetic code.However,it is difficult to obtain their high-quality whole genomes because of the prevalence of polyploidy and/or high genomic heterozygosity.Whole genomes of 123 medicinal plants were published until September 2022.These published genome sequences were investigated in this review,covering their classification,research teams,ploidy,medicinal functions,and sequencing strategies.More than 1,000 institutes or universities around the world and 50 countries are conducting research on medicinal plant genomes.Diploid species account for a majority of sequenced medicinal plants.The whole genomes of plants in the Poaceae family are the most studied.Almost 40%of the published papers studied species with tonifying,replenishing,and heat-cleaning medicinal effects.Medicinal plants are still in the process of domestication as compared with crops,thereby resulting in unclear genetic backgrounds and the lack of pure lines,thus making their genomes more difficult to complete.In addition,there is still no clear routine framework for a medicinal plant to obtain a high-quality whole genome.Herein,a clear and complete strategy has been originally proposed for creating a high-quality whole genome of medicinal plants.Moreover,whole genome-based biological studies of medicinal plants,including breeding and biosynthesis,were reviewed.We also advocate that a research platform of model medicinal plants should be established to promote the genomics research of medicinal plants.

关键词： herbgenomics whole genome high throughput sequencing research strategy model species application

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Engineering Shewanella-re duce d graphene oxide aerogel biohybrid to efficiently synthesize Au nanoparticles

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Journal of Materials Science & Technology 2024年第1期168卷 50-61页

作者： baocai Zhang Shulin Shao Huan Yu Qijing liu Sicheng Shi Qingyuan Wu Zijie Wu Yiyu Feng Yifei Wang Xi Sun Deguang Wu Feng Li Hao Song Frontier Science Center for Synthetic Biology and Key Laboratory of Systems Bioengineering(Ministry of Education) Tianjin UniversityTianjin 300072China Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin) School of Chemical Engineering and TechnologyTianjin UniversityTianjin 300072China Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China School of Materials Science and Engineering Tianjin UniversityTianjin 300350China College of Biological Engineering Tianjin Agricultural UniversityTianjin 300384China Department of Brewing Engineering Moutai InstituteLuban AveRenhuai 564507China

Biosynthesizing Au nanoparticles(AuNPs)from gold-bearing scraps provides a sustainable method to meet the urgent demand for AuNPs.However,it remains challenging to efficiently biosynthesize AuNPs of which the diameter is less than 10 nm from a trace amount of Au^(3+)concentration at the level of tens ppm.Here,we constructed an exoelectrogenic cell(eCell)-conductive reduced-graphene-oxide aero-gel(rGA)biohybrid by assembling Shewanella sp.S1(SS1)as living biocatalyst and rGA as conductive ad-sorbent,in which Au^(3+)at trace concentrations would be enriched by the adsorption of rGA and reduced to AuNPs through the extracellular electron transfer(EET)of SS1.To regulate the size of the synthe-sized AuNPs to 10 nm,the strain SS1 was engineered to enhance its EET,resulting in strain RS2(pYYD-P tac-ribADEHC&pHG13-P_(bad)-omcC in SS1).Strain RS2 was further assembled with rGA to construct the RS2-rGA biohybrid,which could synthesize AuNPs with the size of 7.62±2.82 nm from 60 ppm Au^(3+)so-lution.The eCell-rGA biohybrid integrated Au^(3+)adsorption and reduction,which enabled AuNPs biosyn-thesis from a trace amount of Au^(3+).Thus,the required Au^(3+)ions concentration was reduced by one or two orders of magnitude compared with conventional methods of AuNPs biosynthesis.Our work devel-oped an AuNPs size regulation technology via engineering eCell’s EET with synthetic biology methods,providing a feasible approach to synthesize AuNPs with controllable size from trace level of gold ions.

关键词： Au nanoparticles Exoelectrogenic cell(e-Cell) Shewanella Synthesis biology Extracellular electron transfer Reduced graphene oxide aerogel

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基于层次结构图的多跳知识图谱问答模型

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计算机工程 2024年第1期50卷 101-109页

作者：刘昀抒申彦明齐恒尹宝才大连理工大学计算机科学与技术学院辽宁大连116024 北京工业大学人工智能与自动化学院北京100124

知识图谱问答(KBQA)旨在理解用户的自然语言问句,在结构化的知识图谱中通过检索、推理等手段来获取答案实体。近年来,多跳KBQA备受关注,然而,复杂问句中通常存在多个关系意图,已有KBQA方法大多忽视了推理关系链的关系顺序问题。为此,提... 详细信息

知识图谱问答(KBQA)旨在理解用户的自然语言问句,在结构化的知识图谱中通过检索、推理等手段来获取答案实体。近年来,多跳KBQA备受关注,然而,复杂问句中通常存在多个关系意图,已有KBQA方法大多忽视了推理关系链的关系顺序问题。为此,提出一种基于层次结构图的多跳知识图谱问答模型(HSG-KBQA),建模自然语言问句的关系层次顺序,指导模型在每个推理步选择合理的关系意图。设计一种层次结构图,显式地体现问句中关系的层次距离,利用LSTM-BiGCN编码层将词语间的依存信息编码到问句中;提出虚拟节点的概念,利用图池化技术过滤不重要的节点,学习推理过程中知识图谱的状态;设计基于注意力机制和层次权重的解码器来优化指令生成,使推理指令更匹配问句中的关系链顺序。实验结果表明,HSG-KBQA在WebQuestionsSP数据集上取得了71.3%的Hits@1分数,在PathQuestions数据集上取得了97.3%(PQ-2H)和89.7%(PQ-3H)的Hits@1分数,均优于对照基准模型,表明HSG-KBQA模型在KBQA任务中具有更好的性能。

关键词：知识图谱问答问答系统多跳问答图神经网络动态推理

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传统发酵肉制品中乳酸菌的筛选及其在萨拉米中的初步应用

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现代食品科技 2024年第1期40卷 67-75页

作者：王淳玉徐宝才杨柳孙芸南京工业大学食品与轻工学院江苏南京211816 合肥工业大学食品与生物工程学院安徽合肥230009

为筛选出具有优良发酵特性的乳酸菌菌株,对具有代表性的传统发酵肉制品中的微生物进行选择性分离,并研究其在萨拉米发酵过程中的适应性。通过不同菌株发酵特性分析,筛选出两株不产黏性和色素、不产H2O_(2)和H2S、发酵葡萄糖不产气、无... 详细信息

为筛选出具有优良发酵特性的乳酸菌菌株,对具有代表性的传统发酵肉制品中的微生物进行选择性分离,并研究其在萨拉米发酵过程中的适应性。通过不同菌株发酵特性分析,筛选出两株不产黏性和色素、不产H2O_(2)和H2S、发酵葡萄糖不产气、无氨基酸脱羧酶和溶血性、不分解精氨酸产氨、发酵性能优良的菌株YR07和L.48。通过糖发酵试验和16S rRNA序列分析,确定菌种YR07为植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum),L.48为清酒乳杆菌(Latilactobacillus sakei)。菌株YR07和L.48对质量分数6.0%NaCl、150 mg/kg NaNO_(2)及pH值4.0的耐受性良好,可有效抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌等食源性致病、致腐菌,对红霉素、氯霉素等常用抗生素无耐药性。两株菌分别应用于萨拉米发酵阶段,接菌组香肠pH值在24h内可快速降至4.71和4.82,杂菌生长受到抑制,产品质地、感官风味得到提升。综上,YR07和L.48符合发酵剂特性,生产适应性强、安全性高,可用于肉制品发酵。

关键词：传统发酵肉制品乳酸菌萨拉米植物乳杆菌清酒乳杆菌

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拂子茅生物量分配及土壤微生物对干旱胁迫的响应

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北方园艺 2024年第11期 79-87页

作者：刘玮冯康安朱宝才山西林业职业技术学院园林系山西太原030009 山西农业大学林学院山西太原030031

以拂子茅(Calamagrostis acutiflora)为试材,采用盆栽控水法,研究了不同程度干旱胁迫对拂子茅生物量分配以及土壤微生物的影响,以期为干旱地区拂子茅的培育和种植提供参考依据。结果表明:地上生物量和地下生物量均随着干旱胁迫程度的加... 详细信息

以拂子茅(Calamagrostis acutiflora)为试材,采用盆栽控水法,研究了不同程度干旱胁迫对拂子茅生物量分配以及土壤微生物的影响,以期为干旱地区拂子茅的培育和种植提供参考依据。结果表明:地上生物量和地下生物量均随着干旱胁迫程度的加重表现出先增加后降低的趋势,分别在轻度干旱和中度干旱达到峰值。根冠比和细根生物量占比随着干旱胁迫程度的加深而持续增加,而粗根生物量占比降低。高通量测序的结果表明,土壤微生物多样性几乎不受干旱胁迫的影响,而微生物群落组成受干旱胁迫的影响较大。考虑到细根生物量和根冠较能反映植物水分吸收和抵抗逆境的能力,认为细菌中的WS3、SAR406、变形菌门(Proteobacteria)和GN04以及真菌中的卵菌门(Oomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)在协助拂子茅抵抗干旱胁迫方面起重要的作用。

关键词：拂子茅干旱胁迫生物量微生物

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FAK抑制剂PF-562271减轻老化血小板诱导的人脐静脉内皮细胞损伤

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南方医科大学学报 2024年第2期44卷 252-259页

作者：白钰婷刚保才张梦洁万子雨刘国权顾玮蚌埠医科大学癌症转化医学安徽省重点实验室安徽蚌埠233000 蚌埠医科大学检验医学院生物化学与分子生物学教研室安徽蚌埠233000

目的探究FAK抑制剂对老化血小板诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)损伤的保护作用。方法实验分为空白对照组、脂多糖(LPS)组、造模组(LPS+Plt)和FAK抑制剂PF-562271组(LPS+Plt+PF-562271)。通过Western blot和免疫荧光检测FAK、pFAK和PECA... 详细信息

目的探究FAK抑制剂对老化血小板诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)损伤的保护作用。方法实验分为空白对照组、脂多糖(LPS)组、造模组(LPS+Plt)和FAK抑制剂PF-562271组(LPS+Plt+PF-562271)。通过Western blot和免疫荧光检测FAK、pFAK和PECAM-1的蛋白表达。流式细胞术检测HUVEC活性氧(ROS)含量。细胞通透性和跨内皮细胞电阻实验,检测HUVEC屏障功能的变化。RT-qPCR检测炎性因子mRNA表达,酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测细胞上清液中,炎性因子的分泌情况。免疫荧光检测加入ROS抑制剂维生素C(Vit.C)后,PECAM-1的表达。结果脂多糖和老化血小板处理后,FAK、pFAK和PECAM-1的蛋白表达增高,加入PF-562271后,FAK、pFAK和PECAM-1的蛋白表达降低(P<0.05,P<0.01)。流式细胞术结果显示,脂多糖和老化血小板可促进ROS的释放,而加入PF-562271后,ROS释放减少(P<0.001)。脂多糖和老化血小板导致内皮细胞屏障受损,PF-562271可缓解内皮细胞屏障功能的损伤(P<0.01)。脂多糖和老化血小板促进内皮细胞炎症因子TNF-α、IL-6、IL-8的表达,PF-562271可降低炎症因子的表达(P<0.05)。加入维生素C后,PECAM-1蛋白表达降低(P<0.01)。结论FAK抑制剂PF-562271可通过改善氧化应激水平和降低炎症反应,缓解脂多糖和老化血小板诱导的内皮细胞损伤。

关键词： TRALI PF-562271 FAK PECAM-1 老化的血小板人脐静脉内皮细胞

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东北地区水稻开花期冷涡型光-温-水复合逆境产量损失评估指标构建

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应用生态学报 2024年第3期35卷 731-738页

作者：吕佳佳初征李百超宫丽娟周宝才刘丹王冬妮姜丽霞中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 黑龙江省生态气象中心哈尔滨150030 吉林省气象科学研究所长春130062

构建东北地区水稻开花期冷涡型光-温-水复合逆境产量损失评估等级指标,对阐明中高纬度地区冷涡型复合灾害叠加效应对水稻产量损失的影响机制具有参考意义,可为保障中国优质粳稻安全生产、区域减灾增效提供气象支撑。本研究利用生育期资... 详细信息

构建东北地区水稻开花期冷涡型光-温-水复合逆境产量损失评估等级指标,对阐明中高纬度地区冷涡型复合灾害叠加效应对水稻产量损失的影响机制具有参考意义,可为保障中国优质粳稻安全生产、区域减灾增效提供气象支撑。本研究利用生育期资料、气象资料、产量资料,界定并构建寒稻开花期冷涡型光-温-水复合逆境发生指数,采用BP神经网络法分层次分析致灾因子与产量结构的关系度、不同产量结构与产量的关系度,解析复合致灾过程,基于K-均值聚类方法及历史典型灾害年确定灾害临界值和等级,建立冷涡型光-温-水复合逆境产量损失评估指标及评估模型,并分析东北三省水稻开花期低温多雨寡照的时空分布特征。结果表明:研究区水稻开花期轻度、中度、重度冷涡型光-温-水复合逆境产量损失评估指标临界阈值分别为[0,0.21]、[0.21,0.32]、[0.32,0.64],产量损失率分别为[0,0.03]、[0.03,0.08]、[0.08,0.096]。基于1961—2020年随机11年总计751条样本的验证结果显示,利用本研究构建复合指数计算的减产等级与实际减产等级一致的站点比例为63.7%,各年均超过58.0%;一致或相差1级的站点比例为88.3%,各年均超过85.0%。该指标能够很好地评估冷涡型复合灾害造成的东北地区水稻产量损失率。

关键词：水稻开花期冷涡型复合灾害复合指数产量损失

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基于FPGA的永磁同步电机速度控制

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组合机床与自动化加工技术 2024年第4期 131-134,140页

作者：于长松刘曰涛姜佩岑邹大林祝保财山东理工大学机械工程学院淄博255049

针对永磁同步电机(PMSM)速度控制器中采用传统PI控制存在响应速度慢、超调量大以及容易出现积分饱和等问题,设计了采取Anti-Windup策略的速度控制器,并在现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)中实现对PMSM的控制。首先采用高层次综合技术(HLS)对P... 详细信息

针对永磁同步电机(PMSM)速度控制器中采用传统PI控制存在响应速度慢、超调量大以及容易出现积分饱和等问题,设计了采取Anti-Windup策略的速度控制器,并在现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)中实现对PMSM的控制。首先采用高层次综合技术(HLS)对PMSM伺服控制关键模块完成建模,其次封装成IP核导入到工程中,最后下载到FPGA芯片上完成对PMSM的控制。经过与传统PI控制器实验比较,使用该速度控制方法超调量减小到4.3%,在负载处转速下降了14r/min,调节时间为0.01s,具有良好的动态性能和抗干扰性能,满足永磁同步电机伺服控制系统的应用需求。

关键词：现场可编辑逻辑门阵列高层次综合技术永磁同步电机 Anti-Windup策略

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Engineering Shewanella carassii, a newly isolated exoelectrogen from activated sludge, to enhance methyl orange degradation and bioelectricity harvest

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Synthetic and Systems Biotechnology 2022年第3期7卷 918-927页

作者： Chi Yang Junqi Zhang baocai Zhang Dingyuan liu Jichao Jia Feng Li Hao Song Frontier Science Center for Synthetic Biology and Key Laboratory of Systems Bioengineering(Ministry of Education) Tianjin UniversityTianjin300072China Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin) School of Chemical Engineering and TechnologyTianjin UniversityTianjin300072China Qingdao Institute Ocean Engineering of Tianjin University Tianjin UniversityQingdao266200China

Electroactive microorganisms(EAMs)play important roles in biogeochemical redox processes and have been of great interest in the fields of energy recovery,waste treatment,and environmental remediation.However,the currently identified EAMs are difficult to be widely used in complex and diverse environments,due to the existence of poor electron transfer capability,weak environmental adaptability,and difficulty with engineering modifications,etc.Therefore,rapid and efficient screening of high performance EAMs from environments is an effective strategy to facilitate applications of microbial fuel cells(MFCs).In this study,to achieve efficient degradation of methyl orange(MO)by MFC and electricity harvest,a more efficient exoelectrogen Shewanella carassii-D5 that belongs to Shewanella spp.was first isolated from activated sludge by WO_(3) nanocluster probe technique.Physiological properties experiments confirmed that S.carassii-D5 is a Gram-negative strain with rounded colonies and smooth,slightly reddish surface,which could survive in media containing lactate at 30℃.Moreover,we found that S.carassii-D5 exhibited remarkable MO degradation ability,which could degrade 66%of MO within 72 h,1.7 times higher than that of Shewanella oneidensis MR-1.Electrochemical measurements showed that MFCs inoculated with S.carassii-D5 could generate a maximum power density of 704.6 mW/m^(2),which was 5.6 times higher than that of S.oneidensis MR-1.Further investigation of the extracellular electron transfer(EET)mechanism found that S.carassii-D5 strain had high level of c-type cytochromes and strong biofilm formation ability compared with S.oneidensis MR-1,thus facilitating direct EET.Therefore,to enhance indirect electron transfer and MO degradation capacity,a synthetic gene cluster ribADEHC encoding riboflavin synthesis pathway from Bacillus subtilis was heterologously expressed in S.carassii-D5,increasing riboflavin yield from 1.9 to 9.0 mg/g DCW with 1286.3 mW/m^(2) power density output in lactate fed-MFCs.Furthermore,results showed

关键词： Microbial fuel cells WO_(3)nanocluster probe Shewanella carassii Riboflavin Methyl orange

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Systematic Full-Cycle Engineering Microbial Biofilms to Boost Electricity Production in Shewanella oneidensis

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Research 2023年第2期2023卷 361-378页

作者： Feng Li Rui Tang baocai Zhang Chunxiao Qiao Huan Yu Qijing liu Junqi Zhang Liang Shi Hao Song Frontiers Science Center for Synthetic Biology(Ministry of Education) and Key Laboratory of Systems BioengineeringTianjin UniversityTianjin 300072China Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin) School of Chemical Engineering and TechnologyTianjin UniversityTianjin 300072China Department of Biological Sciences and Technology School of Environmental StudiesChina University of Geoscience in WuhanWuhanHubei 430074China

Electroactive biofilm plays a crucial rule in the electron transfer efficiency of microbial electrochemical systems(MES).However,the low ability to form biofilm and the low conductivity of the formed biofilm substanti... 详细信息

关键词： limit conductivity transfer

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