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Protein sequence databases generated from metagenomics and public databases produced similar soil metaproteomic results of microbial taxonomic and functional changes

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Pedosphere 2022年第4期32卷 507-520页

作者： Yi XIONG Lu ZHENG xiangxiang meng Ren Fang SHEN Ping LAN State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Institute of Soil ScienceChinese Academy of SciencesNanjing 210008China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Soil metaproteomics has excellent potential as a tool to elucidate the structural and functional changes in soil microbial communities in response to environmental alterations. However, soil metaproteomics is hindered by several challenges and gaps. Soil microbial communities possess extremely complex microbial composition, including many uncultured microorganisms without whole genome sequencing. Thus, how to select a suitable protein sequence database remains challenging in soil metaproteomics. In this study, the Public database and Meta-database were constructed using protein sequences from public databases and metagenomics, respectively. We comprehensively analyzed and compared the soil metaproteomic results using these two kinds of protein sequence databases for protein identification based on published soil metaproteomic raw data. The results demonstrated that many more proteins, higher sequence coverage, and even more microbial species and functional annotations could be identified using the Meta-database compared with those identified using the Public database. These findings indicated that the Meta-database was more specific as a protein sequence database. However, the follow-up in-depth metaproteomic analyses exhibited similar main results regardless of the database used. The microbial community composition at the genus level was similar between the two databases, especially the species annotations with high peptide-spectrum match and high abundance. The functional analyses in response to stress, such as the gene ontology enrichment of biological progress and molecular function and the key functional microorganisms, were also similar regardless of the database. Our analysis revealed that the Public database could also meet the demand to explore the functional responses of microbial proteins to some extent. This study provides valuable insights into the choice of protein sequence databases and their impacts on subsequent bioinformatic analysis in soil metaproteomic research and will facilitate the optimiz

关键词： bioinformatics differentially accumulated protein functional annotation functional microorganism Meta-database microbial community microbial species Public database

Range-wide genetic diversity in natural populations of Larix principis-rupprechtii Mayr.

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Journal of Forestry Research 2021年第1期32卷 319-327页

作者： Xiaoyan Di xiangxiang meng mengben Wang Institute of Loess Plateau Shanxi UniversityTaiyuan 030006People’s Republic of China

Prince Rupprecht’s larch(Larix principis-rupprechtii Mayr.),a deciduous conifer,widely grows in middle and high elevations of Northern China.Its natural distribution has sharply decreased and has become fragmented,which may have resulted in the loss of genetic variation.In this study,ten natural populations across the entire range of this species were analyzed using amplifi ed fragment length polymorphism markers.A total of 309 loci were detected from 225 individuals of these populations,of which 261(84.5%)were polymorphic.At the species level,the genetic diversity was high(average of the Nei’s genetic diversity H e=0.2602,and Shannon’s information index I=0.3967).The results of molecular variance analysis showed that 90.71%of the genetic diversity occurred within populations.The genetic diff erentiation among populations was moderate as a whole(F ST=0.0929,G ST=0.1510),which is consistent with the moderate level of gene fl ow among populations(N m=2.8116).Based on the unweighted pair group method with arithmetic mean and STRU CTU RE analysis,these populations were grouped into three genetically distinct clusters.The degree of inter-population diff erentiation(G ST=0.1338)for the south group was larger than that for the north group(G ST=0.0915).There was a signifi cant correlation between genetic distance and geographic distance across the species range(r=0.316,P<0.05).Genetic diversity was signifi-cantly associated with longitude but not elevation or climatic factors.The populations with high genetic diversity from each cluster are therefore recommended for future conservation and management of this species.

关键词： Larix principis-rupprechtii Amplifi ed fragment length polymorphism markers(AFLP) Genetic diversity Environmental factors

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基于新型趋近律的欠驱动系统解耦滑模控制

控制工程 2024年第2期31卷 295-300页

作者：岳聪聪于海生孟祥祥青岛大学自动化学院山东青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071

针对二自由度欠驱动系统的控制问题,采用解耦的控制方法,设计了一种新型解耦滑模控制策略。考虑到滑模控制引起的系统抖振以及收敛速度慢的问题,提出了一种新型多幂次趋近律。该趋近律的第3个幂次项的指数参数设计为与滑模面相关的分段... 详细信息

针对二自由度欠驱动系统的控制问题,采用解耦的控制方法,设计了一种新型解耦滑模控制策略。考虑到滑模控制引起的系统抖振以及收敛速度慢的问题,提出了一种新型多幂次趋近律。该趋近律的第3个幂次项的指数参数设计为与滑模面相关的分段函数,第四项设计为滑模面的指数函数。控制器可以依据系统状态距离滑模面的远近自动调节参数,在不同的趋近阶段获得不同的趋近速度。以欠驱动倒立摆系统为控制对象,将该控制策略在MATLAB/Simulink平台上进行验证。仿真结果表明,提出的控制策略可以提高欠驱动系统的收敛速度,有效减小系统抖振和稳态误差。

关键词：欠驱动系统解耦控制新型趋近律滑模控制

一类复杂工业过程的数据驱动与PID协调控制

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控制工程 2024年第2期31卷 238-243页

作者：颜克甲于海生孟祥祥青岛大学自动化学院山东青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071

针对一类具有强非线性且难以建立精确数学模型的复杂工业过程,提出了一种基于PID与数据驱动的协调控制策略。在系统初始阶段,采用PID控制方法,不需要建立系统的数学模型,就能获得大量系统输入输出(I/O)数据。在系统稳态阶段,提出了多输... 详细信息

针对一类具有强非线性且难以建立精确数学模型的复杂工业过程,提出了一种基于PID与数据驱动的协调控制策略。在系统初始阶段,采用PID控制方法,不需要建立系统的数学模型,就能获得大量系统输入输出(I/O)数据。在系统稳态阶段,提出了多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)无模型自适应离散终端滑模控制(model-free adaptive discrete terminal sliding mode control,MFA-DTSMC)方法,该方法基于系统的紧格式动态线性化数据模型,且伪Jacobian矩阵(pseudo-Jacobian matrix,PJM)估计算法仅取决于被控对象的I/O测量数据。其次,设计了一种协调控制策略,实现了PID与数据驱动控制器之间的协调控制。以双容水箱液位系统为例进行仿真实验,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：工业过程数据驱动协调控制 PID 双容水箱液位系统

基于扰动观测器的双容液位系统RBF神经网络滑模控制

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控制工程 2024年第5期31卷 954-960页

作者：张克于海生孟祥祥颜克甲青岛大学自动化学院山东青岛266071 山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071

针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,设计了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的径向基函数神经网络滑模控制(radial basis function neural network sliding mode control,RNNSMC)方法。建立双容液位系统数学模型,采用积分型滑模面来提高系统的鲁棒性,在常规积分滑模控制的基础上,通过RBF神经网络(RBF neural network,RNN)对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动,选用Lyapunov稳定性判据证明了控制策略的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制策略与积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)方法相比,不需要精确的数学模型,且控制精度更高,抗干扰能力更强。

关键词： RBF神经网络滑模控制双容液位系统非线性扰动观测器外部扰动

基于转子磁链和扰动观测器的异步电机自适应反步控制

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控制工程 2024年第6期31卷 1044-1051页

作者：满忠璐于海生孟祥祥丁豪青岛大学自动化学院山东青岛266071 山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071

针对转子电阻摄动和内外部扰动问题,设计了自适应反步控制方法来调节电机速度。首先,提出了一种改进指数趋近律的滑模磁链观测器,估算转子磁链并根据所得磁链计算出转子磁链角。其次,采用扰动观测器估计电机系统中出现的模型不确定性和... 详细信息

针对转子电阻摄动和内外部扰动问题,设计了自适应反步控制方法来调节电机速度。首先,提出了一种改进指数趋近律的滑模磁链观测器,估算转子磁链并根据所得磁链计算出转子磁链角。其次,采用扰动观测器估计电机系统中出现的模型不确定性和负载扰动等。再次,利用反步控制法,求解出虚拟控制律和转子电阻自适应律,并设计自适应反步控制器。最后,将所设计的控制方法与传统反步控制方法进行对比,实验结果表明,所提方法的动态过程响应速度快、超调小,稳态过程跟踪精度高,且具有良好的抗干扰能力。

关键词：异步电机速度控制自适应反步控制滑模磁链观测器扰动观测器

永磁同步电机驱动的机械臂能量优化与位置控制

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组合机床与自动化加工技术 2024年第5期 85-90页

作者：高勋凯于海生孟祥祥杨庆青岛大学自动化学院青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室青岛266071

为了降低永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)驱动的机械臂能量损耗和提高位置控制精度,设计了基于反步非奇异快速终端滑模的能量优化控制。将机械臂及其驱动电机被视为一个整体系统来进行控制器设计和能量优化。... 详细信息

为了降低永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)驱动的机械臂能量损耗和提高位置控制精度,设计了基于反步非奇异快速终端滑模的能量优化控制。将机械臂及其驱动电机被视为一个整体系统来进行控制器设计和能量优化。设计高增益扩张状态观测器(extended state observer, ESO)估计并补偿集总扰动和建模误差。考虑到高增益ESO对测量噪声敏感,设计扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter, EKF)与ESO结合来降低测量噪声的影响。研究结果表明,能量优化控制可以降低系统能量损耗和稳态误差,具有良好的控制性能。

关键词：能量优化控制扩张状态观测器机械臂控制终端滑模测量噪声

基于变增益NDOB的异步电机分段积分滑模控制

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组合机床与自动化加工技术 2024年第2期 75-79页

作者：崔鹏于海生孟祥祥满忠璐青岛大学自动化学院青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室青岛266071

为改进异步电机的动态性和鲁棒性,设计了一种新型的滑模控制方法。首先,滑模面引入平滑的分段饱和函数,改进传统的积分滑模控制,在传统积分滑模控制的跟踪精度下,获得更好的暂态性能;其次,采用了一种超扭曲类算法的新型趋近律,削弱了系... 详细信息

为改进异步电机的动态性和鲁棒性,设计了一种新型的滑模控制方法。首先,滑模面引入平滑的分段饱和函数,改进传统的积分滑模控制,在传统积分滑模控制的跟踪精度下,获得更好的暂态性能;其次,采用了一种超扭曲类算法的新型趋近律,削弱了系统的抖振,提高系统的稳态性能;最后,设计变增益非线性扰动观测器,可消除初始时刻观测器峰值,准确估计因模型不确定性、负载扰动等集总扰动。通过与传统积分滑模控制器对比,实验结果证明该方法具有更好的快速性与稳定性。

关键词：异步电机转速控制分段函数变增益扰动估计

大豆miR10193家族成员鉴定及其结瘤相关表达分析

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大豆科学 2024年第3期43卷 266-273页

作者：王东梅孙丽丽郑江涛郭数进孟祥祥李璐王鹏王利祥山西农业大学农学院山西晋中030600

miR10193是在大豆中和线虫侵染等相关的一个miRNA家族,其在大豆共生结瘤中的作用仍不清楚。为系统鉴定大豆miR10193家族成员并分析其在共生固氮过程中的表达模式,本研究在全基因组水平上鉴定大豆miR10193家族成员并进行生物信息学分析,... 详细信息

miR10193是在大豆中和线虫侵染等相关的一个miRNA家族,其在大豆共生结瘤中的作用仍不清楚。为系统鉴定大豆miR10193家族成员并分析其在共生固氮过程中的表达模式,本研究在全基因组水平上鉴定大豆miR10193家族成员并进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法分析其在不同大豆组织和根瘤菌侵染早期的表达模式。结果显示:共鉴定出12个miR10193成员,分别位于第3、4、7、8、10、13、16、19和20号染色体上。miR10193家族成员成熟序列和星标序列高度保守,它们的前体序列均可生成稳定的二级结构。miR10193家族前体序列的进化分析可将miR10193家族成员分为两个亚家族,其中gma-miR10193c和gma-miR10193h存在串联复制。顺式调控元件分析发现该家族成员可能参与植物激素、胁迫、生长和发育等过程。miR10193家族成员在不同组织的表达量分析结果表明,多个miR10193家族成员在根瘤中表达最高,表明其可能参与大豆共生结瘤的调控。除gma-miR10193d/j/k/l外,其它miR10193家族成员均在根瘤中高表达,并发现miR10193家族成员均显著响应根瘤菌的侵染。靶基因预测表明BTB/POZ结构域蛋白和2OG-Fe(Ⅱ)氧化酶家族蛋白可能是miR10193的靶基因。本研究为研究大豆miR10193家族及其在豆科结瘤固氮过程中的功能和机制提供了理论基础。

关键词：大豆 miR10193 生物信息学分析靶基因结瘤表达分析