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MFC-颗粒污泥耦合体系的反硝化过程及其微生物群落代谢机制研究

MFC-颗粒污泥耦合体系的反硝化过程及其微生物群落代谢机制研究

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作者：邓秋金广西师范大学

学位级别：硕士

厌氧生物处理技术已被广泛应用于各类废水的处理,且可产生能源-甲烷;但废水经厌氧处理后其出水中会含有溶解性甲烷,而甲烷是一种重要的温室气体,因此积极探索废水处理中甲烷资源化利用的新方法成为人们广泛关注的热点问题。此外,氮素的... 详细信息

厌氧生物处理技术已被广泛应用于各类废水的处理,且可产生能源-甲烷;但废水经厌氧处理后其出水中会含有溶解性甲烷,而甲烷是一种重要的温室气体,因此积极探索废水处理中甲烷资源化利用的新方法成为人们广泛关注的热点问题。此外,氮素的过度排放及其经处理而未能达标的情况,已引发诸多破坏生态环境的问题。而以硝酸盐/亚硝酸盐为电子受体的反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)过程通过氧化甲烷的途径,可同时实现反硝化脱氮和溶解性甲烷的利用,为含氮废水的处理提供了一种新的思路。因此,本文通过构建一种微生物燃料电池(MFC)-颗粒污泥耦合体系,探究了分别以乙酸钠和溶解性甲烷作为电子供体与碳源时,该体系处理含氮废水的反硝化过程、溶解性甲烷的利用、产电性能、胞外聚合物(EPS)及其微生物群落等情况;同时分析了生长因子投加对该体系的反硝化过程及其微生物代谢机制的影响,结果如下:(1)该体系在不同进水氮浓度运行下,COD去除率在第Ⅳ阶段(进水NO-N与NO-N浓度分别为180 mg/L和80 mg/L)效果最佳,为96.0%;NO-N出水浓度在第Ⅱ阶段(进水NO-N与NO-N浓度分别为100 mg/L和40 mg/L)更为稳定,其去除率高达99.0%;产电性能为第Ⅲ阶段(NO-N与NO-N浓度分别为140 mg/L和60 mg/L)更好,最大电流密度为1859.1 m A/m。污泥的松散型胞外聚合物(LB-EPS)的多糖与蛋白质含量最高为第Ⅱ阶段的5号格室,分别为13.7 mg/g和14.7 mg/g,整体为第Ⅳ阶段的多糖和蛋白质含量更高。该体系由第Ⅰ至第Ⅳ阶段时,变形菌门(Proteobacteria)相对丰度减少,而绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)和浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度增加;具有反硝化脱氮作用的陶厄氏菌属(Thauera)在1号格室减少了8.6%,但脱氮效能仍能维持在较高水平,甲烷丝状菌属(Methanothrix)在4号格室相对丰度增至12.3%,表明产甲烷菌可在该体系中与其他菌群联营共存。(2)该体系的COD去除率在水力停留时间(HRT)为24 h、16 h和12 h时均能维持在较高水平,最高平均去除率为98.4±0.8%,而在8 h时略微降低,平均去除率为96.7±2.2%。NO-N去除率在HRT为12 h与8 h效果最佳,维持在99.5%左右;NO-N出水浓度在HRT的各个阶段均低于0.01 mg/L。该体系的产电性能在HRT为24 h时最佳,其中4号格室的最大功率密度与输出电压分别为471.2 m W/m和608.1 m V。在HRT减少至8 h时,该体系中具有反硝化脱氮或固氮作用的Proteobacteria、Thauera和Azoarcus的相对丰度增加,尤其是在1号和2号格室,分别增加了34.5%、16.5%、5.9%和17.7%、13.9%、8.4%。通过kegg代谢通路分析可知,各格室第一水平为新陈代谢(Metabolism)的占比最高(50.0%),其中第三水平的膜转运(Membrane Transport)占比最高(13.7%),甲烷代谢(Methane metabolism,2.0%)和氮代谢(Nitrogen metabolism,0.9%)发挥重要作用,为该体系的稳定、高效去除有机物与脱氮提供保障。(3)选择甜菜碱作为生长因子,当甜菜碱投加量为1.0 g/L时,NO-N和NO-N去除量分别提高到210 mg/L和150 mg/L,溶解性甲烷浓度达到17.8 mg/L;1号至5号格室电化学阻抗谱(EIS)曲线的转移电阻最小,电子传递能力最强,与此时的电子传递体系(ETS)活性的结果相一致,表明甜菜碱投加量的增加促进了电子的传递;且EPS中的荧光物质增加,使得颗粒污泥的聚凝性更好。对于微生物群落而言,甜菜碱由0 g/L增加至1.0 g/L时,1号至4号格室的优势菌门由广古菌门(Euryarchaeota,42.0%-54.1%)转变为Proteobacteria(20.8%-50.7%),Methanothrix的相对丰度显著降低(降低了17.9%-37.4%),5号格室出现了硝化螺旋菌门(Nitrospirae,15.4%)、副球菌属(Paracoccus,17.0%)和硝化螺菌属(Nitrospira,15.4%),并且DAMO菌群的相对丰度出现了略微下降的趋势,可能是甲基供体增加过多限制了其增长;1号格室在甜菜碱投加量为0.5 g/L时各类代谢路径的占比较高。总体而言,该体系在投加甜菜碱作为生长因子时,微生物群落结构表现出更高的生长代谢活性。(4)而选择精氨酸作为生长因子时,精氨酸的投加对于提高氮去除量的影响较低,可能是低的甲烷溶解量限制了DAMO菌群利用其作为电子供体还原NO和NO。精氨酸在投加量为0.2 m M/L时,1号至5号格室的EIS曲线半径最小,电化学

关键词： MFC-颗粒污泥耦合体系 DAMO 生长因子微生物群落 kegg

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基于高通量数据构建骨肉瘤circRNA相关的circRNA-miRNA-mRNA调控网络及作用机制分析

基于高通量数据构建骨肉瘤circRNA相关的circRNA-miRNA-mRNA调控...

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作者：魏来福安徽医科大学

学位级别：硕士

目的本研究是根据骨肉瘤相关的circRNA、miRNA和mRNA高通量数据,构建完整的竞争性内源RNA(ceRNA)调控网络。通过对网络中的基因进行GO和kegg分析,进一步探索circRNA参与骨肉瘤发生发展的作用机制。方法从GEO数据库中找到与骨肉瘤相关的c... 详细信息

目的本研究是根据骨肉瘤相关的circRNA、miRNA和mRNA高通量数据,构建完整的竞争性内源RNA(ceRNA)调控网络。通过对网络中的基因进行GO和kegg分析,进一步探索circRNA参与骨肉瘤发生发展的作用机制。方法从GEO数据库中找到与骨肉瘤相关的circRNA,miRNA和mRNA数据集,利用R语言分析肿瘤组和对照组数据得到差异的circRNA、miRNA、mRNA并取交集,构建完整地circRNA-miRNA-mRNA网络。然后利用网络中的mRNA进行GO和kegg分析,进一步探索circRNA的调控机制。结果最终获得了45个差异表达的circRNA,其中有20个circRNA是共表达;196个差异表达的miRNA,其中有15个circRNA是共表达。2669个差异表达的mRNA,其中516个mRNA是共表达。通过取交集的circRNA、miRNA和mRNA我们成功构建了完整的circRNA-miRNA-mRNA调控网络。GO分析揭示了细胞的生物学过程(BP)、细胞组分(CC)和分子功能(MF),主要包括细胞的迁移,细胞形态的调节,对生长因子的反应等。kegg分析表明网络中的mRNA参与了肿瘤坏死因子信号通路,PI3K-Akt信号通路,MAPK信号通路和Rap1信号通路,Ras信号通路,c GMP-PKG信号通路等。结论该研究为circRNA通过circRNA-miRNA-mRNA网络介导骨肉瘤的发生发展提供了更深的理解,对骨肉瘤的进一步研究具有重要意义。

关键词：骨肉瘤 circRNA GO kegg

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口腔鳞状细胞癌（OSCC）的相关基因的检测研究

口腔鳞状细胞癌（OSCC）的相关基因的检测研究

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作者：杨彩云北京工业大学

学位级别：硕士

口腔鳞状细胞癌(OSCC)占口腔癌的90%以上,是全球最常见的口腔肿瘤。基因在口腔鳞状细胞癌的发病机制中起着不可忽视的作用。然而,目前对口腔鳞状细胞癌分子机理的研究还不完全。为了确定与疾病相关的基因,研究人员通常会关注表达值的均... 详细信息

口腔鳞状细胞癌(OSCC)占口腔癌的90%以上,是全球最常见的口腔肿瘤。基因在口腔鳞状细胞癌的发病机制中起着不可忽视的作用。然而,目前对口腔鳞状细胞癌分子机理的研究还不完全。为了确定与疾病相关的基因,研究人员通常会关注表达值的均值在疾病和正常之间存在差异的基因,实际上在两种不同的生物状态(疾病vs.正常)之间基因表达值的方差如果存在差异同样也具有生物学意义。方差是统计中的另一个重要衡量标准,表示数据集包含的信息量。一般方差越大,数据集包含的信息就越多。本文提出了一种新的口腔鳞状细胞癌相关基因检测方法,在该方法中,不仅比较了口腔鳞状细胞癌患者与对照组基因表达值的均值差异,而且比较了患者与对照组之间的基因表达值的方差差异。目前,比较疾病患者与对照组基因表达值的均值差异,即基因表达差异(DE)分析方法已经成功应用于复杂人类疾病的相关基因检测,如黑色素瘤、浆液性卵巢癌、肺腺癌和头颈部鳞状细胞癌。然而跟据已有文献可知,目前还没有研究来检测口腔鳞状细胞癌差异变异性(DV)基因探针。在具体分析中,基于来自GEO公共数据库的两个基因芯片数据集GSE30784和GSE6791,检测到了456个DV探针,另外还识别出了2 375个表达差异(DE)基因探针。为了区分DE基因探针和DV基因探针对口腔鳞状细胞癌的不同作用,对这2 375个DE基因探针和456个DV基因探针进行了综合分析,结果得到了2 193个仅表达值均值存在差异(DE-only)的基因探针、274个仅表达值方差存在差异(DV-only)的基因探针和182个表达值均值和方差都存在差异(DE-and-DV)的基因探针。DAVID功能分析表明:与DE-only、DV-only、DE-and-DV基因探针相对应的基因在不同的kegg通路中富集,表明它们在口腔鳞状细胞癌中发挥不同的作用。这种新方法可用于研究其他复杂人类疾病的遗传风险因素。

关键词：口腔鳞状细胞癌遗传缺失性方差差异性 kegg

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KRT1和PI3K在乳腺癌中的表达及其临床病理意义

KRT1和PI3K在乳腺癌中的表达及其临床病理意义

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作者：陈磊安徽医科大学

学位级别：硕士

目的:研究角蛋白1(KRT1)和磷脂酰肌醇激酶3激酶(PI3K)在乳腺癌组织中的表达和意义,探讨其与乳腺癌临床病理特征及预后的关系。方法:1.利用京都基因和基因组百科全书(kegg)数据库对KRT1进行生物信息学分析。首先,使用kegg数据库的在线软... 详细信息

目的:研究角蛋白1(KRT1)和磷脂酰肌醇激酶3激酶(PI3K)在乳腺癌组织中的表达和意义,探讨其与乳腺癌临床病理特征及预后的关系。方法:1.利用京都基因和基因组百科全书(kegg)数据库对KRT1进行生物信息学分析。首先,使用kegg数据库的在线软件服务工具KAAS对提交的KRT1进行注释,然后再由kegg mapper分析工具将注释过的KRT1匹配到数据库中相对应的通路中进行分析。2.利用免疫组化检测50例乳腺癌及癌旁组织中KRT1蛋白及PI3K蛋白的表达,并利用统计学方法分析其在乳腺癌及癌旁组织中的表达差异及其与乳腺癌临床病理学特征和预后的关系,分析乳腺癌组织中KRT1蛋白和PI3K蛋白的表达的相关性。3.利用原位分子杂交法检测乳腺癌及癌旁组织中KRT1 m RNA的表达,并分析其与乳腺癌组织中KRT1蛋白表达的相关性。结果:1.生物信息学分析结果显示:与KRT1相关的信号通路只有雌激素受体(ER)信号通路,进一步分析ER信号通路后发现雌二醇(E2)与ER结合后一方面可调节相应基因转录,参与KRT1表达的调控,另一方面调节重组人c-Src蛋白参与PI3K/AKT信号通路的调控;2.免疫组化结果显示:(1)KRT1蛋白在乳腺癌及癌旁组织中阳性率分别为62.0%(31/50)、32.0%(16/50),差异有统计学意义(P0.05);(2)PI3K蛋白在乳腺癌及癌旁组织中阳性率分别为76.0%(38/50)、24.0%(12/50),差异有统计学意义(P0.05);(3)乳腺癌组织中KRT1蛋白与PI3K蛋白的表达呈负相关(r=-0.343,P<0.05)。3.原位分子杂交结果显示:KRT1 m RNA在乳腺癌及癌旁组织中阳性率分别为68.0%(34/50)、24.0%(12/50),差异有统计学意义(P<0.05),KRT1 m RNA在乳腺癌中定位于胞浆及胞核中,信号强度从癌灶中央到边缘无明显变化。乳腺癌中KRT1 m RNA的表达与KRT1蛋白的表达呈正相关(r=0.611,P<0.05)。结论:1.乳腺癌中KRT1的表达明显上调,并且与ER状态及PI3K的表达有关,ER可能通过参与KRT1的表达和PI3K/AKT信号通路共同影响乳腺癌患者的预后。2.KRT1可能成为乳腺癌预后相关的潜在生物学标志物,为进一步探索乳腺癌的发病机制提供线索。

关键词：乳腺癌 KRT1 激素受体 PI3K/AKT信号通路 kegg

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马铃薯试管薯形成相关的光糖同时响应基因及耐热基因型筛选

马铃薯试管薯形成相关的光糖同时响应基因及耐热基因型筛选

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作者：丁雪茹华中农业大学

学位级别：硕士

随着植物组织培养技术的不断成熟,组织培养条件下通过控制培养基成分和培养条件,可以诱导腋芽形成试管薯(microtuber)。研究表明马铃薯试管薯在组织结构、生长发育、遗传稳定性等方面与自然状态下的块茎基本相同,这为试管薯在生产和研... 详细信息

随着植物组织培养技术的不断成熟,组织培养条件下通过控制培养基成分和培养条件,可以诱导腋芽形成试管薯(microtuber)。研究表明马铃薯试管薯在组织结构、生长发育、遗传稳定性等方面与自然状态下的块茎基本相同,这为试管薯在生产和研究上的应用提供了最基本的前提。试管薯的形成条件的研究有很多,其中较为明确的结果是短日照和较高的蔗糖浓度是试管薯形成的必须条件,但关于光周期与蔗糖的协同调控试管薯形成机制目前还不清楚。马铃薯是喜凉作物,温度是影响马铃薯产量最重要的因素之一,高温会抑制块茎的形成,对于一些热带地区而言,马铃薯种植仍然存在许多困难,而马铃薯耐热机制和遗传基础研究的还十分缺乏。基于上述背景本研究主要分为两大部分内容,第一部分在实验室前期利用RNA-seq技术分别建立的光周期和蔗糖转录组数据库的基础上,对其进行进一步分析,筛选光-糖协同作用的差异表达基因,为深入研究光糖协同调控马铃薯试管薯形成的分子机理提供研究基础。第二部分是利用实验室试管薯研究平台,在前期光周期对试管薯生长发育影响研究的基础上,先确定耐热性筛选鉴定的温度,然后通过耐热性鉴定筛选出耐热性差异基因型,为后期进一步分离出耐热性差异的相关基因奠定基础。研究结果如下:1.光糖同时响应的相关基因筛选:首先通过对前期利用第一代RNA-seq测序技术获得的光周期处理转录组数据资料进行重分析,在将其与现在的马铃薯基因组数据库序列比对的基础上,使基因标签与现在马铃薯的通用基因标签一致。然后按照现在的分析方法重新分析,筛选得到170个光周期响应的差异表达基因。其次,利用实验室前期已有的蔗糖处理转录组测序数据资料,采用相同的分析方法得到响应蔗糖的差异表达基因302个,比对分析筛选到128个光糖同时响应基因。2.光糖同时响应的相关基因的信息分析:对光周期和蔗糖同时有响应的128个基因进行GO(Gene Ontology)注释和kegg pathway路径分析,发现基因涉及了37个功能小类和28条代谢路径上。其中主要涉及了光合作用、植物病原互作和激素信号传导等路径。3.光糖同时响应的关键基因确定与表达分析:结合GO和kegg pathway注释,选择了26个涉及胁迫应答、糖类代谢、发育、激素信号转导以及若干功能未知基因进行进一步的分析,选其中的7个基因对其在结薯表型显著差异基因型中的表达模式进行比较分析,发现有3个基因对结薯响应,分别是PGSC0003DMT400007869(Osmotin)、PGSC0003DMT400013500(Glucose-6-phosphate/phosphate translocator 2)和PGSC0003DMT400073694(Chloroplast-post-illumination-chlorophyll fluorescence increase protein)。4.马铃薯高温处理温度确定:先以马铃薯结薯季节可能的较高温度范围(26-30℃)为耐热性筛选温度设置范围,26℃处理不能达到筛选鉴定耐热基因型的目的,而30℃高温处理下的试管苗几乎都无法正常生长,介于其中的28℃培养条件下可以明显反应基因型对温度的敏感程度,所以确定以28℃作为筛选鉴定马铃薯耐高温性的实验温度。5.马铃薯耐热性差异基因型筛选:为筛选耐热性差异基因型,用MTI群体材料中的9个基因型在恒温(28℃)处理基础上又做了昼夜变温(日间28℃夜间25℃)处理,并对照实验室对这些基因型在长日照和短日照条件下的结薯习性评价,最终筛选得到光温双敏感基因型MTI115和MTI035,光周期不敏感但温度敏感的基因型MTI084和MTI306,光温双不敏感基因型MTI208和MTI109。

关键词：马铃薯光周期蔗糖差异基因 GO kegg 耐热性差异基因型

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延边黄牛不同肌肉组织风味物质差异比较和代谢组学分析

延边黄牛不同肌肉组织风味物质差异比较和代谢组学分析

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作者：崔岩延边大学

学位级别：硕士

牛肉的风味决定了消费者的消费趋势,并由品种、性别、饲养条件等诸多因素决定。然而同一个体不同部位间也存在着脂肪酸组成、氨基酸组成、核酸等差异,它们作为风味物质的前体物影响着风味的形成。比较组织间风味的差异有助于了解各部位... 详细信息

牛肉的风味决定了消费者的消费趋势,并由品种、性别、饲养条件等诸多因素决定。然而同一个体不同部位间也存在着脂肪酸组成、氨基酸组成、核酸等差异,它们作为风味物质的前体物影响着风味的形成。比较组织间风味的差异有助于了解各部位牛肉的风味特征,也为牛肉品质的改善提供方向。风味物质是经过一系列的代谢反应而最终形成的,因此探究不同部位间的代谢组学差异至关重要。本试验共分为以下两部分:试验一:延边黄牛不同部位肌肉组织的风味物质差异研究为探究延边黄牛不同肌肉组织风味特征,本试验以6头同一月龄、同一生长条件的延边黄牛屠宰后的后臀、眼肉、上脑、牛柳、脊肋排和胸腩6个部位为试验材料,利用固相微萃取(SPME),结合气质联用仪(GC-MS),对以上6个部位的肌肉组织风味物质进行了萃取、分离、定性和定量。研究结果如下:试验共检测出醛类、醇类、酮类、烷烃类、酯类和胺类共186种挥发性化合物,其中脊肋排29种、牛柳40种、上脑28种、臀肉25种、胸腩29种、眼肉35种。6个部位间挥发性化合物的种类及含量存在明显差异。与其他部位相比胸腩中醛类和胺类化合物的相对含量最高,牛柳中的酯类与醇类化合物相对含量最高,脊肋排中的烯类与烃类化合物相对含量最高,酮类化合物并没有在脊肋排中被检测到,臀肉中富含较多的酮类化合物。试验二:延边黄牛臀肉与眼肉的代谢组学比较分析为探究臀肉与眼肉在代谢组水平上的代谢情况差异,本试验以6头同一月龄、同一生长条件的延边黄牛屠宰后的臀肉与眼肉为试验材料,利用GC-MS对代谢物进行分离,利用PCA、OPLS-DA和UVA等统计方式对数据进行分析。研究结果如下:试验筛选出差异代谢通路,分别为苯丙氨酸代谢、乙醛酸和二羧酸的代谢、磷酸戊糖途径、甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸的代谢、精氨酸和脯氨酸代谢和嘌呤代谢。臀肉组对眼肉组的差异代谢物筛选结果为,筛选出差异代谢物20种,其中11种差异代谢物发生上调,9种差异代谢物发生下调。通过代谢组学分析,臀肉与眼肉在代谢水平上存在显著差异。综上所述,试验一在六个肌肉组织中共检测出186种化合物,延边黄牛后臀、眼肉、上脑、牛柳、脊肋排和胸腩6个部位肌肉组织中挥发性风味物质存在显著差异;各肌肉组织中烷烃类在风味物质中占比最大,牛柳和眼肉中醇类与烷烃类化合物相对含量最大。臀肉与眼肉在代谢组学水平上也存在显著差异,共筛选出20种差异代谢物和6条差异代谢通路。油酸等差异代谢物将作为风味化合物的前体物质进而影响风味。

关键词：延边黄牛不同部位风味物质代谢组学 kegg

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利用RNA-seq挖掘澳洲棉7号染色体黄萎病抗性相关基因的研究

利用RNA-seq挖掘澳洲棉7号染色体黄萎病抗性相关基因的研究

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作者：刘富杰南京农业大学

学位级别：硕士

棉花是我国重要的经济作物,黄萎病是影响我国棉花产量最主要的病害。种植抗性品种是目前最经济有效的防治手段,但目前棉花生产上种植的陆地棉基本为耐病品种,培育抗病品种缺少优异的抗病种质资源。棉花抗性鉴定表明野生棉种中存在优异... 详细信息

棉花是我国重要的经济作物,黄萎病是影响我国棉花产量最主要的病害。种植抗性品种是目前最经济有效的防治手段,但目前棉花生产上种植的陆地棉基本为耐病品种,培育抗病品种缺少优异的抗病种质资源。棉花抗性鉴定表明野生棉种中存在优异抗性资源,因此从野生棉中发掘抗性基因,可以为棉花抗病育种提供新的抗性基因资源。本研究以含有澳洲棉7号染色体片段的易位系为实验材料,采用黄萎病强致病力菌株V991接种棉花,并以水处理为对照,利用RNA-seq技术,分析其接种前后基因表达差异,并结合生物信息学的技术解析抗病信号通路。挖掘澳洲棉7号染色体的抗病相关基因,为选育棉花抗病品种提供理论依据和基因资源。取得的主要结果如下:1.在易位系中鉴定到受病菌诱导特异表达的基因转录组测序一共检测到80,000个表达的基因或转录本,其中FPKM≥2的基因占60%。并且FPKM≥2的基因在易位系和对照植株间,85.21%的基因是共有的。通过差异基因表达分析,共鉴定到受到黄萎病菌诱导的4421个差异表达的基因。对比对照植株来说,有1622个差异表达的基因是受到诱导后在易位系中特有的,仅有15.3%的基因是两个材料受到诱导后共有差异表达的。2.识别易位系响应病菌侵袭的重要时间点选取了 0h,24h,48h和72h四个感染时间点,来探讨易位系材料响应病菌侵袭的关键时间点。在接菌72h后,防御反应的标记基因JAZ3、ERF1和PR4,均显著上调表达(log2FC≥2)。通过层次聚类和功能注释分析,也发现72hpi差异表达的基因主要的功能是对氧化应激的反应、植物宿主的防御反应以及对茉莉酸的响应。因此,确定72h是易位系棉花响应黄萎病菌侵袭的重要时间点。3.基因的功能注释解析易位系的抗病途径对差异表达的基因,进行G0和kegg富集分析,结果显示,差异基因的功能主要是植物宿主响应于非生物胁迫和响应于生物胁迫,其次是响应于茉莉酸的信号。同时在kegg生物学通路富集分析中,茉莉酸生物合成通路和苯丙烷类代谢通路均被富集到。在苯丙烷通路中,核心酶类基因均在72hpi时被诱导显著上调表达。4.WGCNNA确定候选基因通过WGCNA,将差异表达基因共划分为12个基因模块。其中关联分析筛选到两个目标基因模块,magenta基因模块(相关系数0.8)和red基因模块(相关系数0.71)。从目标基因模块内,一共选择21个候选基因,其中有12个基因是来自于澳洲棉供体亲本。

关键词：易位系转录组学差异基因 G0 kegg WGCNA 基因模块候选基因

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臭氧胁迫诱导的水稻转录组变化的研究

臭氧胁迫诱导的水稻转录组变化的研究

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作者：赵宸辽宁大学

学位级别：硕士

臭氧(O),是一种危害性很大的温室气体。其进入植物体内后会转变成活性氧自由基导致细胞程序性的死亡,对植物造成伤害,并且会导致水稻等粮食作物产量降低。臭氧诱导的植物体内分子应答机制尚不明确,近年来由于生物信息学的快速发展,越来... 详细信息

臭氧(O),是一种危害性很大的温室气体。其进入植物体内后会转变成活性氧自由基导致细胞程序性的死亡,对植物造成伤害,并且会导致水稻等粮食作物产量降低。臭氧诱导的植物体内分子应答机制尚不明确,近年来由于生物信息学的快速发展,越来越多的人采用反向遗传学对胁迫响应机制进行研究。水稻生长期与大气中臭氧浓度的峰值期重叠,因此在水稻中探寻植物响应臭氧的分子机制比较具有代表性。之前我们的研究表明不同浓度臭氧对水稻造成的伤害不同,为了进一步了解水稻响应不同浓度臭氧的分子机制,本研究以水稻品种日本晴(Oryza Sativa)为材料,运用开顶箱(OTC)的方法模拟臭氧胁迫条件,对80nmol·mol,160nmol·mol和200nmol·mol浓度下水稻转录组进行研究。研究发现:1.在80nmol·mol,160nmol·mol和200nmol·mol臭氧处理后的水稻叶片中分别得到1435,3777和4463个差异表达基因。2.在处理过程中160nmol·mol和200nmol·mol基因表达模式聚为一类,80nmol·mol聚为另一类,表明在处理过程中80nmol·mol浓度下的水稻受到胁迫的程度与基因表达的变化都与160nmol·mol和200nmol·mol不同。3.在10d时,80nmol·mol,160nmol·mol和200nmol·mol分别有147,1450和1799个差异表达基因,在15d时,80nmol·mol,160nmol·mol和20nmol·mol分别有50,1587和2100个差异表达基因,在20d时,80nmol·mol,160nmol·mol和200nmol·mol分别有1261,1592和1633个差异表达基因,表明在相同天数下臭氧浓度越高响应的DEGs数量越多。4.在处理过程中,80nmol·mol,160nmol·mol和200nmol·mol浓度下的差异基因分别显著富集在22,41和53个功能分类上,响应刺激,催化活性,氧结合,细胞壁等功能分类中的基因显著上调,光合作用,类囊体等功能分类中的基因显著下调,80nmol·mol浓度臭氧在20d时显著富集在光合作用,响应刺激,细胞壁等分类上,60nmol·mol和200nmol·mol浓度臭氧在10d,15d和20d时都显著富集在光合作用,响应刺激,细胞壁等功能分类上。5.80nmol·mol浓度的臭氧在10d,15d和20d时分别调控了6,4和8个MYB转录因子和2,1和9个WRKY转录因子;160nmol·mol浓度的臭氧在10d,15d和20d时分别调控了17,14和9个MYB转录因子和8,13和9个WRKY转录因子;200nmol·mol浓度的臭氧在10d,15d和20d时分别调控了16,11和8个MYB转录因子和9,8和7个WRKY转录因子。在相同处理天数中不同浓度臭氧调控的转录因子有所不同,随着处理时间的增加转录因子家族中的基因被不同程度的调节。6.80nmol·mol浓度下的DEGs在10d,15d和20d时分别显著富集在2,0和13个代谢通路上;160nmol·mol浓度下的DEGs在10d,15d和20d时分别显著富集在17,21和11个代谢通路上;200nmol·mol在10d,15d和20d时分别富集在22,36和9个代谢通路上。糖酵解等代谢通路在处理10d时被激活,光合作用等代谢通路在处理10d时被抑制,谷胱甘肽代谢,植物病原体相互作用等通路在处理15d时被激活,80nmol·mol浓度臭氧在20d时显著富集在光合作用,糖酵解/糖异生等通路上,60nmol·mol和200nmol·mol浓度臭氧在10d,15d和20d时都显著富集在光合作用,糖酵解/糖异生等通路上。基于RNA-Seq数据和之前的研究,我们发现80 nmol·mol,160nmol·mol和200nmol·mol浓度的臭氧在处理过程中对水稻影响的机制不同,80 nmol·mol浓度臭氧在处理后期对水稻造成伤害,160nmol·mol和200nmol·mol浓度的臭氧在处理前期对水稻造成伤害,为之后水稻响应不同浓度臭氧的研究提供了理论依据和参考。

关键词：臭氧水稻 RNA-Seq GO kegg

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太行菊属（Opisthopappus Shih）植物叶、花的代谢组学分析

太行菊属（Opisthopappus Shih）植物叶、花的代谢组学分析

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作者：高悦山西师范大学

学位级别：硕士

太行菊属（Opisthopappus Shih）有太行菊Opisthopappus taihangensis和长裂太行菊Opisthopappus longilobus,主要生长在太行山区,可释放出有别于其它菊科的香味。本文基于LS-MS/MS非靶向代谢组学技术,通过对生长在不同环境下（野生、... 详细信息

太行菊属（Opisthopappus Shih）有太行菊Opisthopappus taihangensis和长裂太行菊Opisthopappus longilobus,主要生长在太行山区,可释放出有别于其它菊科的香味。本文基于LS-MS/MS非靶向代谢组学技术,通过对生长在不同环境下（野生、室内栽培和交互种植园栽培）太行菊属植物的叶、花代谢物种类及数量进行鉴定分析,筛选出差异代谢物进行kegg途径富集,挖掘上调或下调代谢产物,探析太行菊属植物对环境变化的代谢响应机制。叶代谢物中,在正离子模式下检测到21356个feature,负离子模式下检测到15488个feature。kegg注释后,新陈代谢类成分最多,正负离子模式下,分别为3482个和2051个,占比为96.6%和96.4%;定量分析后,正负离子模式下分别获得高质量物质9830个和7651个。野生太行菊和长裂太行菊（TH/CL）的差异代谢物上调693个,下调714个;室内栽培太行菊和长裂太行菊（TH-H/CL-H）的差异代谢物上调428个,下调343个;野生太行菊和室内栽培太行菊（TH/TH-H）的差异代谢物上调有999个,下调732个;野生长裂太行菊和室内栽培长裂太行菊（CL/CL-H）的差异代谢物上调109个,下调138个。差异代谢物kegg富集分析显示,TH/CL富集于73条代谢通路中,TH-H/CL-H富集于47条代谢通路中,CL/CL-H富集于59条代谢通路中,TH/TH-H富集于87条代谢通路中。野生太行菊与长裂太行菊TH/CL中,花生四烯酸代谢、柠檬烯和蒎烯降解、吲哚生物碱生物合成、类胡萝卜素生物合成途径显著差异;室内栽培TH-H/CL-H中,烟酸和烟酰胺代谢、色氨酸代谢途径显著差异;表明差异代谢物的上调使叶片的抗氧化和抗旱能力增强,差异代谢途径是太行菊和长裂太行菊叶片对生境变化的响应。同时,TH/CL和TH-H/CL-H共同显著差异的代谢途径为黄酮类生物合成途径:异黄酮生物合成、黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成;CL/CL-H和TH/TH-H共同显著差异的代谢途径为单萜生物合成、倍半萜和三萜生物合成等萜类代谢途径,和抗坏血酸和醛酸代谢途径。因此,黄酮类、萜类和抗坏血酸类物质可能是影响太行菊和长裂太行菊叶生长发育和适应环境的主要代谢物。其中,萜类共有的差异代谢物,如1,8-桉叶素、月桂烯、（-）-α-蒎烯是叶发育过程中的主要物质。花代谢物中,在正离子模式下共检测到95655个feature,在负离子模式下共检测到36478个feature。kegg注释后,新陈代谢类成分最多,正负离子模式下,共得到5439个,占比为97.6%;定量分析后,正负离子模式下获得高质量物质14262个和10004个。野生太行菊和长裂太行菊（TH/CLW）的差异代谢物上调4020个,下调3722个;野生太行菊和交互种植园栽培长裂太行菊（TH/CLT）的差异代谢物上调2560,下调3135个;野生长裂太行菊和交互种植园栽培长裂太行菊（CLW/CLT）的差异代谢物上调919,下调1189个。差异代谢物kegg富集分析显示,TH/CLW富集于59条代谢通路中,TH/CLT富集于61条代谢通路中,CLW/CLT富集于47条代谢通路中。野生太行菊和交互种植园长裂太行菊TH/CLT中,ABC转运蛋白和糖基磷脂酰肌醇（GPI）-锚定生物合成途径显著差异;表明差异代谢物对花的生长发育具有重要的作用,差异代谢途径是太行菊和长裂太行菊花对生境变化的响应。TH/CLT、TH/CLW和CLW/CLT共同显著差异的代谢途径为苯丙烷生物合成和精氨酸生物合成代谢途径,TH/CLT和TH/CLW中共同显著差异的代谢途径为氨基酸生物合成、嘌呤代谢、黄酮和黄酮醇生物合成、氨酰t RNA生物合成、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢。因此,苯丙烷类、氨基酸类和黄酮类物质可能是影响太行菊和长裂太行菊花生长发育和适应环境的主要代谢物。其中,苯丙烷类共有的差异代谢物,如香芹酚、百里酚、丁香酚和肉桂醛是花发育过程的主要物质。综上,当环境发生变化时,太行菊属植物通过调节代谢物合成途径产生上调或下调代谢物来应对不同的环境,增强其响应环境的能力。

关键词：太行菊属叶花非靶向代谢组学 kegg 环境响应适应性

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结直肠癌临床—组学关系挖掘方法研究及知识库构建

结直肠癌临床—组学关系挖掘方法研究及知识库构建

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作者：刘芳浙江大学

学位级别：硕士

随着医学信息学及分子生物学的发展,人类积累了海量的生物医学数据。这些数据分散在多个层次,既包括宏观方面的临床诊疗数据,也包括微观方面的组学数据。然而由于各个层次的数据之间缺乏有效的关联,基础研究的成果没有很好地转化为直接... 详细信息

随着医学信息学及分子生物学的发展,人类积累了海量的生物医学数据。这些数据分散在多个层次,既包括宏观方面的临床诊疗数据,也包括微观方面的组学数据。然而由于各个层次的数据之间缺乏有效的关联,基础研究的成果没有很好地转化为直接造福人类的临床实践,而临床实践中产生的问题也没有很好地引领基础研究的方向。海量生物医学数据已被人类利用到的价值还远小于这些数据本身的价值。如何在临床数据与组学数据之间建立桥梁,挖掘已有数据中的潜在知识,并促进临床研究与基础研究的双向转化,是生物医学信息学面临的新的科学问题。近年来,国内外已经有越来越多的学者开始关注如何在临床数据与组学数据之间建立联系,但是目前还没有发现针对一种特定疾病,综合分析已有的基因表达数据来挖掘临床数据与基因数据之间关系的研究。因此本论文针对结直肠癌,以促进结直肠癌的临床诊治为目标,研究利用公共数据源挖掘结直肠癌临床-组学关系的方法,并构建知识库及知识共享平台共享知识挖掘结果与挖掘方法。本论文提出了一个结直肠癌临床-组学关系挖掘方法,具体包括基于UMLS的结直肠癌临床概念提取方法、基于统计学分析的结直肠癌临床-组学关系挖掘方法和基于文献挖掘的结直肠癌相关基因提取方法等三部分。其中基于统计学分析的结直肠癌临床-组学关系挖掘方法是本论文的重要内容。利用这个方法获取结直肠癌临床-组学知识后,本论文提出利用UMLS语义类型分析临床知识、利用kegg通路分析组学知识、利用Gephi可视化分析临床-组学关系知识,以对知识获取结果进行评价与解释。本论文获取了与结直肠癌相关的665个临床概念,8393个基因以及23517条关系。在知识分析过程中,还获取了一些与结直肠癌相关的新发现（相关疾病：骨质疏松症;相关症状：心绞痛;等）。为将获取得到的多方面知识有效的组织在一起,本论文建立了一个灵活且可扩展的结直肠癌临床-组学知识库存储这些结果。最后,基于结直肠癌临床-组学知识库,本论文建立了一个结直肠癌临床-组学知识共享平台。该共享平台不仅提供结直肠癌临床-组学知识查询与分类浏览等功能,还提供交互式的关系重分析功能。本论文针对国内外生物医学信息学研究现状,以结直肠癌为研究对象,提出了一个结直肠癌临床-组学关系挖掘方法,并构建了一个结直肠癌临床-组学知识库,为同时促进疾病的临床研究与基础研究提供借鉴。

关键词：结直肠癌临床-组学关系知识库关系挖掘统计学分析 UMLS kegg

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