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锕系内嵌型超原子的准一维组装及其新型准分子机制理论研究

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锕系内嵌型超原子的准一维组装及其新型准分子机制理论研究

作者：黄婉蓉吉林大学

学位级别：硕士

超原子(superatom,也被称为超原子团簇)作为原子层次上的人工基元,能够展现出与周期表中原子相类似的电子结构特征,这带来了模拟乃至替代自然元素的重要前景。尤其考虑到,锕系元素的5f价壳层电子可展现出复杂的成键特性,以其为核心可构... 详细信息

超原子(superatom,也被称为超原子团簇)作为原子层次上的人工基元,能够展现出与周期表中原子相类似的电子结构特征,这带来了模拟乃至替代自然元素的重要前景。尤其考虑到,锕系元素的5f价壳层电子可展现出复杂的成键特性,以其为核心可构建出奇异电子结构的内嵌型超原子,这会带来值得期待的基础乃至应用研究机会。当前的诸多研究表明,向自然和生命学习,通过组装途径可以有效地实现以超原子为基元自下而上的构建材料乃至器件。因此,在原子层次上开展超原子的分子间作用研究以及相关的组装途径探索,具有重要的基础研究意义和潜在应用价值。在本论文中,采用第一性原理(first-principles)的密度泛函理论(density functional theory,DFT)方法,研究了锕系内嵌币族金属型超原子间和锕系内嵌富勒烯型超原子间的相互作用。在前者中,实现了“Z”字型的准一维(one-dimension,1D)直接组装和紫外-可见(ultraviolet visible,UV-Vis)吸收光谱性质上的规律性把握;在后者中,发现了超原子间物理吸附结构比化学吸附结构更稳定的现象乃至确认了两种吸附作用间相互转换的反应途径,以此提出了基于超原子的新型准分子——“超准分子(super-excimer)”概念。本论文研究的开展,不但丰富了锕系内嵌型超原子间的作用认识,也会促进以超原子为基本单元的相关基础和应用探索进步。首先,考虑到近平面型超原子(near-plane superatoms,NPSs)作为一类特殊的平面化延展结构,它在延展平面和与其垂直的方向上会展现出明显差异,这种独特性质有希望为新型材料体系的设计带来前景。所以,我们研究了锕系钍(Th)原子限域在币族金属六元环形结构中形成的近平面型超原子Th@Au、Th@Ag和Th@Cu单体及相应二聚体结构。理论计算表明,Th@Au在同种基元相互作用中能很好地保持住结构完整性,这形成了进一步组装的前提。通过对其二聚体的相互作用和轨道分解分析,发现Th@Au间形成稳定结构的机制是由于基元间交叠部分的电荷堆积以及垂直方向上轨道融合导致了强键合相互作用。在此基础上,通过大规模的多基元间作用结构计算,发现了以Th@Au为基元可实现一种“Z”字型的倾斜准一维直接组装体。并且,随着基元数量增加,超原子的电子结构性质和基元之间的结合方式保持稳定。基于这些直接组装结构,我们还研究了紫外-可见吸收光谱中不同区域特征峰的产生机制和移动规律。结果显示,在300到450 nm区间,锕系原子的5f价壳层对电子跃迁轨道贡献的增加直接导致了短波区域的增色效应(hyperchromic effect),这说明锕系元素活跃的高角动量电子在光谱性质上可体现出优势;而在450到900 nm的长波区域,存在相同电子跃迁来源且随组装体数目增加而红移的吸收峰,这些峰均对应于Th@Au的超原子分子轨道D(superatomic molecular orbital D,D-SAMO)向F-SAMO的电子跃迁,这一规律被归结为超原子结构特性在组装过程中得以保持所致。这些发现不仅为近平面型超原子的直接组装提供了新策略,也为设计具有特定光学功能的新型材料奠定了基础。进一步地,考虑到锕系镤(Pa)原子内嵌入富勒烯C可形成稳定的超原子结构,这为研究碳基超原子间作用乃至组装提供了机会。有趣的是,我们在Pa@C为单元的直接组装研究中,发现了一种新型的准分子机制。具体地,其源于两个(Pa@C)二聚体间的短寿命激发态(excited state),即四个Pa@C形成化学吸附(chemical absorption)态结构。具体计算表明,在两个(Pa@C)进一步形成新的二聚体过程中,物理吸附(physical absorption)态通过范德华(van der Waals)相互作用保持了单个二聚体(Pa@C)的闭壳性质,而化学吸附态则为两个(Pa@C)间成键形成的自旋极化单重态。轨道分解分析表明,化学吸附中的最高占据分子轨道(highest occupied molecular orbital,HOMO)和最低未占据分子轨道(lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)是二聚体间单键形成的重要来源。势能面计算显示,化学吸附态可以通过跨越0.35 e V的浅势垒转变为能量较低的二聚体间物理吸附态结构,且这一结论得到了第一性原理分子动力学模拟的结果支持。可见,这种两个(Pa@C)的二聚体间化学和物理吸附转变过程,与传统的准分子具有相近性。但考虑到此处的研究是以超原子为基本单元的,因此我们基于这一发现提出了“超准分子”概念。此外,振动谱分析还显示出,相比于基元和物理吸附结构,化学吸附在红外谱高频区出现了红移和劈裂现象,拉曼谱在1131 cm处出现了强度为10量级的振动峰,这些现象发生的原因是基元间非极性化学键振动引起的,希望可以得到进一步

关键词：超原子组装准分子结构与光谱第一性原理

有机/金属有机配体修饰的多酸化合物：合成、结构及组装规律研究

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有机/金属有机配体修饰的多酸化合物：合成、结构及组装规律研究

作者：齐臻青浙江师范大学

学位级别：硕士

有机或金属有机配体修饰的多酸化合物作为新兴的多酸衍生物,由于其在催化、医药以及功能材料等方面的潜在应用引起了广泛的关注。因此,设计合成新颖的有机或金属有机多酸化合物,研究其组装规律并探索其功能具有重要意义。本文基于超分... 详细信息

有机或金属有机配体修饰的多酸化合物作为新兴的多酸衍生物,由于其在催化、医药以及功能材料等方面的潜在应用引起了广泛的关注。因此,设计合成新颖的有机或金属有机多酸化合物,研究其组装规律并探索其功能具有重要意义。本文基于超分子组装和配位组装的策略,以手性Waugh多酸、Keggin杂多酸及同多钼酸盐为基本构筑单元,引入有机或金属有机配体,构筑了一系列结构新颖的多酸基有机无机化合物。利用X-射线单晶结构分析、液体/固体圆二色谱分析、核磁共振分析以及等温滴定量热法等明确了其结构与组装规律,并且探究了手性多酸的分离、染料吸附和质子传导性能。具体来说,本论文主要包括以下三部分的工作:1、利用超分子组装策略,用不同尺寸的环糊精和手性Waugh多酸{Mn Mo}合成了两种新颖的具有单一手性的化合物1和2。结构分析表明其分别是Λ-{Mn Mo}@β-CD为单元的波浪状超分子网络和Λ-{Mn Mo}@(γ-CD)为单元的竹杆形网络。通过对结晶后的产物及母液分析表明,环糊精作为手性诱导剂促进了{Mn Mo}的去消旋化,Λ-{Mn Mo}构型的对映异构体优先成核生长,并且把手性传递给溶液中Δ-{Mn Mo},诱导其构型转化并继续结晶,Λ-{Mn Mo}构型的对映异构体大量富集,最后得到Λ-{Mn Mo}@CD的纯手性产物。1和2的液体圆二色及核磁分析表明,环糊精和多酸在溶液中的结合力太弱,即使环糊精手性诱导剂存在,溶液中的Λ-{Mn Mo}构型仍会消旋。Na(NH)(SO)(Mn MoO)(COH)(HO)1Na(NH)(SO)(Mn MoO)(COH)(HO)22、基于工作1({Mn Mo}在溶液中难以保持稳定的手性构型),为了克服{Mn Mo}快速消旋的缺点,采用配位组装的合成策略进一步以{Mn Mo}为模型,通过具有灵活配位方式的双膦配体与Ag形成稳定的结构,进一步与{Mn Mo}组装,探索了金属有机配体对{Mn Mo}的修饰和拆分。在研究的有机反应体系中{Mn Mo}结构仍不稳定,转化为{Mo}同多钼酸盐并和Ag-P的金属有机配体组装,得到了金属有机配体修饰的多酸化合物3。Ag(dppp)(α-MoO)33、在工作2的基础上继续研究多酸与金属有机配体的配位组装规律,以Keggin杂多酸{PW}、{PMo}及同多钼酸盐{Mo}、{Mo}为构筑块,引入过渡金属Cu/Ag离子,选取不同碳链长度的双膦有机配体:1,3-双(二苯基膦)丙烷(dppp)、1,4-双(二苯基膦)丁烷(dppb)合成了6个金属有机配体修饰的多酸化合物4-9。结构分析表明其分别是金属有机配体在多酸两侧修饰的结构、金属有机配体全包裹多酸的结构,对于较短链的双膦配体,多酸体积越小,配位相互作用越强;对于较长链的双膦配体,多酸体积越大,相互作用越强;Cu/Ag离子的选择同样对化合物的结构起着重要影响。[Ag_(4()dppp)(α-PWO)]NO4 Ag(dppp)(α-PMoO)5Ag(dppp)(CHCN)(MoO)6[(n-CH)N][Ag(dppb)(β-MoO)]7Ag(dppb)(MoO)(CHCN)8[Cu(dppb)(β-MoO)(CHCN)](NO)9本论文对有机或金属有机配体修饰的多酸化合物的合成及组装规律进行了研究,发展了利用环糊精对外消旋的{Mn Mo}进行异构体分离的新途径,同时为合成金属有机配体修饰的多酸杂化材料提供了重要的参考依据。

关键词：多酸环糊精组装金属有机配体

钼多金属氧簇与生物功能分子的组装调控及其光热抗菌性能研究

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钼多金属氧簇与生物功能分子的组装调控及其光热抗菌性能研究

作者：王玉吉林大学

学位级别：硕士

多金属氧簇(POMs)是一类金属氧化物无机纳米团簇,它们由多个MO多面体的连接构成,其中M通常是处于高氧化态的过渡金属。POMs通常具有纳米级尺寸和高负电荷整体特性,已表现出优良的磁性、氧化还原、发光和催化等性能。这些显著的物理和化... 详细信息

多金属氧簇(POMs)是一类金属氧化物无机纳米团簇,它们由多个MO多面体的连接构成,其中M通常是处于高氧化态的过渡金属。POMs通常具有纳米级尺寸和高负电荷整体特性,已表现出优良的磁性、氧化还原、发光和催化等性能。这些显著的物理和化学特性使它们已广泛应用于催化、材料科学、大分子晶体学和医学等领域。Na[MoMoOH(HO)]·400HO(缩写为Mo)是一种巨型环状的含钼多金属氧簇,具有非常明确的化学组成和结构形态,由于Mo(V)和Mo(VI)之间的价态间电荷跃迁(IVCT),使其在748nm处产生有效吸收,可用于近红外区光热治疗。但是,在实际应用中裸POMs不可避免地会与蛋白质或其他生物分子相结合,可能会引起不同程度的细胞毒性。因此,为了降低生物毒性同时提高其结构稳定性和光热转换效率,我们采用带正电荷的生物相容性分子与POMs共组装方案,通过静电相互作用包裹POMs来提高其光热性质并优化材料的生物相容性和降低毒性。本论文分别利用具有强生物功能性的生物分子——小肽TK-14和精胺(Spm)与Mo组装,构筑结构稳定的超分子组装体,进而考察它们的光热抗菌性能。(一)Mo与TK-14的组装调控及光热抗菌性能研究:我们利用Mo与TK-14肽进行组装,通过Zeta电位、动态光散射(DLS)和TEM对Mo/TK-14组装体进行了表征和确认。其在808 nm处的吸收明显被增强;且在808 nm激光照射下光热转换效率从Mo的30.3%被提高到38.6%。当将Mo和Mo/TK-14组装体分别用于抗菌实验研究时发现:经Mo和组装体处理后的金黄色葡萄球菌的生物膜形成率分别为97.6%和24.6%,细菌存活率分别为92.9%和20.2%。该结果表明Mo/TK-14组装体比Mo具有明显增强的抑制生物膜形成和抗菌效应。经808 nm激光照射后组装体能够进一步将生物膜形成率和细菌存活率再降低至7.7%和4.4%。该结果表明组装体能够大幅度地提高光热抗生物膜和抗菌效应。(二)Mo与Spm的组装调控及光热抗菌性能研究:鉴于生物胺的典型代表分子——精胺对金黄色葡萄球菌所呈现的抗菌性能,我们将其与Mo进行了组装,以构建具有协同光热增强抗菌效应的新材料。通过Zeta电位、动态光散射(DLS)和TEM分别对其进行了结构和形貌表征和分析,发现Mo/Spm组装体的808 nm处的吸收有增强,并能够将光热转换效率提高到35.4%。经Spm和组装体处理后的金黄色葡萄球菌的生物膜形成率分别为79.8%和50.3%,细菌存活率分别为41.8%和10.4%;在808 nm激光照射下,组装体能够进一步将生物膜形成率和细菌存活率再降低到49.1%和6.2%。该结果表明组装体确实具有明显的组装诱导聚集和光热协同效应,能够大幅度提高材料的光热抗菌和抗生物膜性能。本论文的研究为设计高效的光热增强型抗菌复合材料提供了一种新策略。

关键词： Mo154 小肽组装光热抗生物膜光热抗菌

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三叶崖爬藤叶绿体基因组的组装与序列分析

中草药 2020年第2期51卷 461-468页

作者：蒋明王军峰应梦豪杨如棉马佳莹台州学院生命科学学院浙江椒江318000 丽水市林业科学研究院浙江丽水323000

目的以药用植物三叶崖爬藤为材料,在利用高通量技术测定DNA序列的基础上,对叶绿体基因组进行组装和序列分析,为进一步开展群体遗传学和多样性研究奠定基础。方法利用HiSeqXTen测定三叶崖爬藤的DNA序列,用NOVOPlasty组装叶绿体基因组,在... 详细信息

目的以药用植物三叶崖爬藤为材料,在利用高通量技术测定DNA序列的基础上,对叶绿体基因组进行组装和序列分析,为进一步开展群体遗传学和多样性研究奠定基础。方法利用HiSeqXTen测定三叶崖爬藤的DNA序列,用NOVOPlasty组装叶绿体基因组,在基因注释的基础上开展序列分析。结果三叶崖爬藤叶绿体基因组的全长为160 189 bp,GC值37.5%,具1个典型的四分区域结构,包括1个大单拷贝区、1对反向重复区和1个小单拷贝区,序列长度分别为88 184、26 519、18 967 bp。三叶崖爬藤的叶绿体基因组共有133个基因,其中编码蛋白基因、rRNA基因与tRNA基因的数量分别为88、8、37个。位于反向重复区和小单拷贝区的ycf1基因3’端发生缺失,是1个假基因。结论三叶崖爬藤的叶绿体基因组的组装和序列分析为后续开展群体遗传学和遗传多样性研究奠定了基础。

关键词：三叶崖爬藤叶绿体基因组组装 DNA序列序列分析

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夜间游园会体验景观研究——基于组装视角

夜间游园会体验景观研究——基于组装视角

作者：王佳怡东华大学

学位级别：硕士

随着后疫情时代的到来,居民休闲需求偏好就近释放,国内旅游经济逐渐复苏,旅游消费潜力亟需借此机会融合激发。在夜间经济政策支持下,夜间旅游成为经济发展的重要推手。新时代文化自信背景下,“游园会”成为夜间文旅消费新趋势。夜间游... 详细信息

随着后疫情时代的到来,居民休闲需求偏好就近释放,国内旅游经济逐渐复苏,旅游消费潜力亟需借此机会融合激发。在夜间经济政策支持下,夜间旅游成为经济发展的重要推手。新时代文化自信背景下,“游园会”成为夜间文旅消费新趋势。夜间游园会是城市夜间旅游活动的代表性项目,作为一种特殊的夜间旅游综合性体验景观,夜间游园会为夜间旅游发展提供了新动能。因此,为了更好的解释体验景观内在的整体性和复杂性,研究引入组装理论,组装理论为研究提供了一种非线性的动态视角。在此基础上,本研究提出了两个主要研究问题:(1)夜间旅游情境下,游园会体验景观的组件有哪些?夜间游园会体验景观是如何在各组件的相互关联中动态生产的?(2)在组装视角下,可能会集合成哪几种相对稳定的夜间游园会体验景观?综上,本研究以夜间游园会为研究对象,在2021-2022年对具有代表意义的两处夜间游园会,进行实地田野调查,并通过网络民族志方法获取2019-2022年游客在“大众点评”上关于豫园夜间游园会的2515条评论。基于组装理论视角,通过对一手数据和二手数据的主题分析,本研究归纳了夜间游园会体验景观中的四种组件类型:物质、话语、技术、人组件;以及夜间游园会体验景观的组装机制:非旅游者为主导的和以旅游者为主导的组装机制。研究进一步发现,夜间游园会体验景观在组件的动态组装中不断变化。通过主题分析,本文提炼了四种相对稳定的夜间游园会体验景观类型,即吉祥体验景观、怀旧体验景观、唯美体验景观、新奇体验景观。本研究具有以下理论贡献与实践启示:在理论上,引入体验景观,来概念化夜间游园会动态流变的体验营造系统,将体验景观的应用范围扩大化并以此丰富了景观在旅游领域中的研究;引入组装理论,挖掘了夜间游园会体验景观的组装机制与体验景观的动态、多重性,拓展了组装理论的解释力。在实践上,为旅游目的地管理者理解和干预夜间游园会景观提供相关实践启示。

关键词：夜间经济组装体验景观游园会

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石墨烯气凝胶的可控组装

物理化学学报 2016年第9期32卷 2146-2158页

作者：李广勇吴晓涵何伟娜方建慧张学同上海大学理学院化学系上海200444 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所江苏苏州215123

石墨烯气凝胶一般是由石墨烯片层经过湿法化学组装或气相化学生长获得的一种具有连通多孔网络结构的石墨烯三维宏观体材料,表现出极高的比表面积、良好的导电性以及优异的机械性能等,在电化学储能、吸附、催化以及传感等领域有着极为重... 详细信息

石墨烯气凝胶一般是由石墨烯片层经过湿法化学组装或气相化学生长获得的一种具有连通多孔网络结构的石墨烯三维宏观体材料,表现出极高的比表面积、良好的导电性以及优异的机械性能等,在电化学储能、吸附、催化以及传感等领域有着极为重要的应用。本文从石墨烯气凝胶的结构设计与组装策略出发,综述了近年来石墨烯纳米结构单元在石墨烯气凝胶材料(氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、化学气相沉积(CVD)石墨烯、以及复合气凝胶等)中的组装行为,并对石墨烯气凝胶目前的现状及今后发展方向做了简要评述。

关键词：石墨烯气凝胶水凝胶复合材料组装

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基于Ugi反应组装用于膜蛋白研究的去垢剂

基于Ugi反应组装用于膜蛋白研究的去垢剂

作者：杨梅芳南华大学

学位级别：硕士

目的:膜蛋白是生命活动的主要承担者,是目前70%左右临床药物的作用靶点。但由于膜蛋白的两亲性,其结构与功能研究远滞后于可溶性蛋白。去垢剂是一种双亲性分子,可组装成胶束以保护膜蛋白在水溶液中不聚集,是研究膜蛋白的重要工具。制备... 详细信息

目的:膜蛋白是生命活动的主要承担者,是目前70%左右临床药物的作用靶点。但由于膜蛋白的两亲性,其结构与功能研究远滞后于可溶性蛋白。去垢剂是一种双亲性分子,可组装成胶束以保护膜蛋白在水溶液中不聚集,是研究膜蛋白的重要工具。制备溶解性和稳定性好的膜蛋白样品需要合适的去垢剂,然而现有的去垢剂种类还远远不能满足结构和功能不同的膜蛋白在不同生物物理研究中的应用。因此急需开发结构多样化的去垢剂。方法:在不同的亲水头和疏水尾以及单体去垢剂上预载合适的官能团,通过Ugi多组分反应介导组装二聚体去垢剂。这种方法扩展了去垢剂的多样性,从而可以为特定的蛋白质确定合适的去垢剂。去垢剂将通过物理性能来表征,并通过对膜蛋白的热稳定性进行评估。结果:合成了一系列两头两尾的新型去垢剂(U-PADs),并评估了五种膜蛋白(腺苷受体AAR、大麻素受体CB2R、胰高血糖素受体GLP-1R、平滑受体SMO和转运蛋白Msb A)在U-PADs中的热稳定性。我们发现去垢剂的偏好取决于膜蛋白。同时,Mc-23a-Mi被成功应用于GLP-1R的F-NMR研究。结论:这些结果表明,通过Ugi反应预组装合成的去垢剂(U-PADs)在膜蛋白结构研究中有巨大的潜力。

关键词：膜蛋白去垢剂组装 Ugi反应

涡虫ZB-1株的转录组组装与生物信息学分析

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涡虫ZB-1株的转录组组装与生物信息学分析

作者：黄俊思暨南大学

学位级别：硕士

背景:涡虫是遍布世界各地的非寄生扁虫,包括栖息在淡水、海水和湿地的物种,淡水涡虫是最常见的。涡虫在公共卫生方面具有重要的意义,首先,涡虫是研究再生的模式生物。其次,涡虫广泛分布于淡水系统,有廉价、易于获得、易于培养等特性,可... 详细信息

背景:涡虫是遍布世界各地的非寄生扁虫,包括栖息在淡水、海水和湿地的物种,淡水涡虫是最常见的。涡虫在公共卫生方面具有重要的意义,首先,涡虫是研究再生的模式生物。其次,涡虫广泛分布于淡水系统,有廉价、易于获得、易于培养等特性,可以作为检测环境污染物的水生毒性的模型。此外,涡虫也用来评估发育神经毒性。为了全面了解涡虫体内的基因及其调控网络,掌握涡虫的基因组信息是前提。但目前涡虫的基因组信息尚不齐全,特别是日本三角涡虫,并且只有有限的转录组信息可用于该物种,此外,分布在不同国家和地区的涡虫基因组也存在差异。目前已有涡虫的基因组信息较多的是来自于欧美实验室和日本实验室的品系。本实验使用的的涡虫是来自于徐振彪博士于山东淄博地区建立的三角涡虫ZB-1株,该品系的基因组信息尚不齐全,这对我们接下来进行的以涡虫为模型研究外来物质包括环境化学污染物、营养物和药物对生物体的影响带来了障碍。转录组研究能够从转录水平研究基因功能、基因结构及其调控网络。下一代测序技术应用于转录组,通过全面、快速的c DNA测序,获得特定组织或细胞的几乎所有转录本,成为基因表达研究的基础和起点。本研究的目的是利用Illumina测序技术对涡虫进行转录组测序,并通过生物信息学分析,完善涡虫ZB-1株的转录组信息,也为今后以该品系涡虫为模型进行环境毒理学及营养学方面的研究提供基础和帮助。方法:1.在利用Illumina测序技术对本实验室涡虫进行转录组测序。2.使用生物信息学软件对测序原始数据进行质控、组装。3.对组装好的转录本进行质量评估和功能注释。4.对组装好的转录本与Planmine和Planarian.jp网站的转录本数据比对。结果:1.X＿control＿2组双端测序数据经cutadapt软件去除接头序列和质量低序列(Q组装后X＿control＿2组基因55,849条,平均contig长度为748.05 bp,N50为1202 bp。转录本数87,508条,平均contig长度为864.55 bp,N50为1363 bp。GC含量为30.60%。X＿control＿2组总体reads回比率为99.51%,双端测序reads比对到同一条参考序列的率为95.35%。3.X＿control＿2组有14,426转录本经Blastx能比对上Uni Prot数据库,比对率为16.49%。10,481个转录本经Blastp能比对上Uni Prot数据库,比对率为11.98%。比对上Uni Prot数据库最多的前三个物种为HUMAN(人)、MOUSE(小鼠)和RAT(大鼠)。4.有31,160个转录本经Blastx能比对上人数据库,比对率为35.61%,24,227个转录本经Blastp能比对上人数据库,比对率为27.69%。有29,989个转录本经Blastx能比对上鼠数据库,比对率为34.27%。有23,860个转录本经Blastp能比对上鼠数据库,比对率为27.27%。5.KEGG代谢途径中注释最多的是神经退行性变的途径-多种疾病(Pathways of neurodegeneration-multiple diseases),有218个转录本。6.有70,627个转录本注释到生物过程(6,461个词条),有35,055个转录本注释到分子功能(2,014个词条),有40,381个转录本注释到细胞组分(1,126个词条)。结论:1.本实验室涡虫ZB-1株样本经测序和质控后得到的clean reads质量较好。2.组装得到转录本数87,508条,N50为1363 bp,组装质量较好,但效果与Planmine和Planarian.jp网站相比稍短。3.组装后的转录本进行了功能注释,与人的同源性为35.61%,与鼠的同源性为27.69%。经KEGG注释到神经退行性变通路的转录本最多,为我国今后以涡虫ZB-1株为模型,进行环境毒理学和神经毒理学研究奠定了基础。

关键词：涡虫转录组测序组装注释

马铃薯近缘物种Solanum etuberosum基因组的组装与分析

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马铃薯近缘物种Solanum etuberosum基因组的组装与分析

作者：曾祥至云南师范大学

学位级别：硕士

马铃薯是粮菜兼用的茄科植物,起源于南美洲安第斯山脉,其作为世界第四大粮食作物对保障世界粮食安全发挥着重要的作用。马铃薯的块茎是储存淀粉是重要的商品器官,具有较高的营养价值及商业价值,但是目前的研究对薯块发育的调控机理研究... 详细信息

马铃薯是粮菜兼用的茄科植物,起源于南美洲安第斯山脉,其作为世界第四大粮食作物对保障世界粮食安全发挥着重要的作用。马铃薯的块茎是储存淀粉是重要的商品器官,具有较高的营养价值及商业价值,但是目前的研究对薯块发育的调控机理研究尚不完全清楚,而Solanum etuberosum(ETB)作为天然不结薯的外类群,对于研究马铃薯薯块演化具有重要意义。目前大部分研究都是利用ETB与马铃薯进行体细胞杂交等深入研究马铃薯抗病问题,然而其完整基因组信息的缺失极大的限制了以其为基础的马铃薯块茎演化分析和抗病基因定位研究。本研究旨在通过组装高质量的ETB基因组来解析其基因组的特征、了解基因的结构与功能。本研究中通过二代测序、三代测序以及Hi-C测序等多种类型数据构建了ETB基因组组装的方案,将组装后的ETB基因组与马铃薯和番茄基因组进行比较分析,从进化的角度初步解析结薯调控基因的演化。1.最终成功组装ETB基因组序列约为684.6 Mb,组装出基因组contigs N50达到3.9Mb,其中98.2%的序列被锚定在12条染色体上。通过使用转录本预测、同源蛋白预测、从头预测等方法对基因结构进行注释,共得到37,658个基因,40,457条转录本。2.利用以上基因组数据,本研究推断了ETB的系统发生关系,表明ETB是马铃薯和番茄共同祖先的姐妹类群,二者的分歧时间约为837万年前;在ETB中,221个基因家族发生收缩,935个基因家族发生扩张;Gene ontology(GO)富集分析表明这些基因家族主要参与氧化还原及一些代谢过程,可能与ETB的不结薯特性没有直接关联。3.通过基因组共线性分析,鉴定到ETB、马铃薯和番茄之间共有11,015个直系同源基因,在23个前人报道的与薯块发育相关的基因中,19个在三个物种中均存在直系同源基因。结合三个物种的转录组数据以及前人的报道,初步表明马铃薯薯块的形成可能是基因结构和表达水平变异共同作用的结果。本研究通过利用二代数据的准确性结合三代数据的读长的优势,完成了ETB的基因组组装及基因结构注释,弥补了ETB基因组数据的空缺。在此基础上,通比较基因组学的分析揭示了ETB与马铃薯和番茄的系统发生关系并初步分析已有报道的结薯调控基因在三个物种中的变化,为后续进一步通过比较基因组的方法深入研究马铃薯薯块的演化历史提供了数据基础。

关键词：基因组组装注释进化关系薯块形成机制