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空间转录组的解读与探究:数据分析方法学研究现状与展望

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科学通报 2024年

作者：李润泽陈旭杨雪瑞生物信息学教育部重点实验室合成与系统生物学中心清华大学生命科学学院

作为近年来快速发展的新兴技术,空间转录组学已经极大地改变了生物和医学多个领域的研究范式.这一技术保留了复杂组织中细胞的空间定位信息,并且以多细胞团、单细胞或亚细胞分辨率进行转录组分析.细胞空间定位信息与其分子特征谱的耦合... 详细信息

作为近年来快速发展的新兴技术,空间转录组学已经极大地改变了生物和医学多个领域的研究范式.这一技术保留了复杂组织中细胞的空间定位信息,并且以多细胞团、单细胞或亚细胞分辨率进行转录组分析.细胞空间定位信息与其分子特征谱的耦合产生了新型的多模态高通量数据资源,这对高效的数据挖掘分析方法的开发提出了新的挑战.由于生理组织样本的复杂性与技术的局限性,空间转录组数据具有高度的非理想性.其数据结构复杂、信噪比低、稀疏性强且覆盖度不均一,给数据的深度分析和生物学信息的解析带来了一系列挑战,目前许多困难尚未解决.此外,多个技术路线的空间转录组学正在快速迭代发展,需要现有数据分析理论的发展和创新技术工具的开发.在本文概述了当前空间转录组数据的常用解析方法,针对不同角度与层面的信息挖掘需求,讨论了现有方法的设计思路与潜在的局限性,并对未来方法学设计的方向和策略进行了展望,以期激发对新的数据分析理论、模型和算法的讨论和开发.

关键词：空间转录组生物信息学人工智能机器学习数据挖掘

米香型白酒酿造过程微生物群落及其代谢功能特征

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食品与发酵工业 2024年

作者：王云班世博吴群徐岩江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学研究室工业生物技术教育部重点研究室

米香型白酒酿造过程主要以固态糖化，半固态发酵的方式进行，为揭示该过程微生物群落特征，该研究通过高通量测序技术解析米香型白酒的微生物群落多样性和演替规律，糖化、发酵过程中优势真菌属为Saccharomyces、Saccharomycopsis和Rhiz... 详细信息

米香型白酒酿造过程主要以固态糖化，半固态发酵的方式进行，为揭示该过程微生物群落特征，该研究通过高通量测序技术解析米香型白酒的微生物群落多样性和演替规律，糖化、发酵过程中优势真菌属为Saccharomyces、Saccharomycopsis和Rhizopus、优势细菌属为Lactobacillus、Pediococcus和Weissella。该阶段细菌多样性高于真菌多样性，发酵前期微生物快速富集。通过演替距离表征微生物动力学表明糖化过程真菌演替剧烈，发酵过程细菌演替剧烈。通过PICURSt2预测糖化、发酵过程中细菌群落功能进而探究米香型白酒酿造过程潜在的代谢功能特征，代谢功能主要集中在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、膜转运、复制和修复、翻译等途径。相关性分析表明Lactobacillus是米香型白酒代谢功能贡献最大的微生物属，参与11种代谢。随着发酵进行，细菌属的碳水化合物代谢活跃，葡萄糖、乙醇和乳酸是判断米香型白酒酿造进程的重要指标，主要由糖酵解/糖异生代谢途径产生。该研究对该途径进行解析发现丙酮酸转化为乙酰辅酶A和乳酸、乙醛转化为乙醇的功能酶相对丰度逐渐增加，糖化为发酵提供合适的功能微生物群落结构及功能类别以保证发酵过程顺利进行。该研究有助于解析米香型白酒酿造机制，为进一步控制与提升米香型白酒品质提供理论依据。

关键词：米香型白酒代谢功能特征高通量测序 PICURSt2 微生物群落结构

薰衣草非特异性脂质转移蛋白基因nsLTP2-1和nsLTP2-2的克隆与功能分析

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植物遗传资源学报 2024年第5期25卷 834-843页

作者：张夏夏陈凌娜杨扬赵旌汝陈永坤新疆师范大学生命科学学院/新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室/干旱区植物逆境生物学实验室乌鲁木齐830054

非特异性脂质转移蛋白(nsLTP,non-specific lipid transfer proteins)在植物脂质转运和分泌中发挥重要作用。本研究从薰衣草(Lavandula angustifolia)中克隆到2个II型nsLTP基因,命名为nsLTP2-1和nsLTP2-2,并对其进行功能分析。生信分析表明,nsLTP2-1和ns LTP2-2分别编码119个和117个氨基酸,具有脂转移蛋白(LTP,lipid transfer proteins)保守结构域和8个高度保守的半胱氨酸残基;系统进化分析显示它们处于两个分支,与同科的紫苏(Perilla frutescens)相似性最高。基因表达分析显示2个基因均在花蕾中高表达,在叶片、茎和花瓣中几乎不表达,在花萼中的表达存在差异,nsLTP2-1和nsLTP2-2分别在成熟花萼和幼嫩花萼中表达量更高;2个基因在花蕾和叶片中的表达均受到强光诱导,且在花蕾中的表达均受脱落酸诱导,而叶片中nsLTP2-1和nsLTP2-2的表达分别受茉莉酸甲酯和乙烯诱导。亚细胞定位显示2个nsLTPs均定位在细胞膜和细胞壁上,可能与次生代谢物的转运有关。过表达nsLTP2-1和nsLTP2-2烟草叶片经尼罗红染色后,经485~543 nm激发光激发,叶片腺毛头部的荧光显示多于野生型,说明本研究中的nsLTPs可能在脂类的合成和转运中起重要作用。这些结果为明确薰衣草脂转移蛋白在脂类及萜类转运中的功能研究提供了参考。

关键词：薰衣草非特异性脂质转移蛋白激素处理非生物胁迫基因表达亚细胞定位尼罗红染色

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扭果花旗杆组织培养与再生体系的建立

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 73-82页

作者：胡尔西旦·吐尔逊刘欣欣谷玉风陈永坤葛风伟新疆师范大学生命科学学院新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室/干旱区植物逆境生物学实验室新疆乌鲁木齐830054

【目的】以扭果花旗杆(Dontostemon elegans)根和下胚轴为外植体,建立扭果花旗杆组织培养体系,为后续遗传转化体系的建立提供技术基础。【方法】以MS培养基为基础培养基,利用萘乙酸(NAA)探究根和下胚轴直接诱导不定芽情况,利用2,4-二氯... 详细信息

【目的】以扭果花旗杆(Dontostemon elegans)根和下胚轴为外植体,建立扭果花旗杆组织培养体系,为后续遗传转化体系的建立提供技术基础。【方法】以MS培养基为基础培养基,利用萘乙酸(NAA)探究根和下胚轴直接诱导不定芽情况,利用2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)、6-苄氨基嘌呤(6-BA)、NAA、苯基噻二唑基脲(TDZ)、吲哚丁酸(IBA)进行愈伤组织诱导及分化和不定芽生根试验,统计愈伤组织诱导及分化和不定芽生根情况,确定扭果花旗杆组培体系最佳培养基类型。【结果】(1)由根和下胚轴直接诱导不定芽的最适培养基分别为MS+0.3 mg/L NAA和MS+0.6 mg/L NAA,直接诱导不定芽的最佳外植体为根。(2)扭果花旗杆根和下胚轴都能诱导愈伤组织,其中根系诱导愈伤组织速度最快且状态最佳,其次为下胚轴。根系愈伤组织诱导的最佳培养基为MS+1.0 mg/L 2,4-D+0.2 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA,诱导率可达100.00%;下胚轴愈伤组织诱导的最佳培养基为MS+0.3 mg/L 2,4-D+1.5 mg/L 6-BA+1.5 mg/L NAA,诱导率可达100.00%。(3)根系和下胚轴的最佳愈伤组织分化培养基均为MS+0.5 mg/L 6-BA+0.3 mg/L NAA,分化率分别为100.00%和86.66%。(4)最佳生根培养基为MS+0.5 mg/L IBA,生根率可达50%以上。(5)将组培苗移至土壤后,在光照培养室培养15 d,其存活率可达83.33%。【结论】建立的扭果花旗杆组培体系可获得与实生苗形态一致的组培苗,为扭果花旗杆遗传转化体系的建立奠定了技术基础。

关键词：扭果花旗杆组织培养愈伤组织植株再生

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植物ATG8结合蛋白

生物化学与生物物理进展 2024年第6期51卷 1371-1381页

作者：张凤娟景红娟周广舟秦帅佳韩楚妍河南工业大学生物工程学院郑州450001

ATG8(自噬相关蛋白8)结合蛋白通过ATG8相互作用基序(ATG8 interaction motif,AIM)或泛素相互作用基序(ubiquitin interaction motif,UIM)与ATG8相互作用,在自噬、选择性自噬和非自噬过程中起关键作用。ATG8结合蛋白在酵母和哺乳动物研... 详细信息

ATG8(自噬相关蛋白8)结合蛋白通过ATG8相互作用基序(ATG8 interaction motif,AIM)或泛素相互作用基序(ubiquitin interaction motif,UIM)与ATG8相互作用,在自噬、选择性自噬和非自噬过程中起关键作用。ATG8结合蛋白在酵母和哺乳动物研究中取得了巨大进展,但在植物领域仍然滞后。本文首先概括了植物ATG8蛋白结构及特征,其次,重点阐述了作为植物选择性自噬受体的ATG8结合蛋白的结构和功能,最后,总结了参与自噬小体闭合、转运和人工合成ATG8结合蛋白研究状况。本文结合最新研究,系统总结了目前发现的植物ATG8结合蛋白结构和功能,以期为植物选择性自噬和自噬的研究提供新思路。

关键词： ATG8结合蛋白自噬受体植物选择性自噬

拮抗番茄灰霉病的贝莱斯芽孢杆菌XDY66基因组分析

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园艺学报 2024年第6期51卷 1413-1425页

作者：张文静徐大勇吴倩琳杨佛信丙越曾昕李峰淮北师范大学生命科学学院资源植物生物学安徽省重点实验室安徽淮北235000

从番茄根际土壤中分离筛选到1株对灰葡萄孢(Botrytis cinerea)有强抑制作用的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)XDY66。离体测定及活体试验表明XDY66对灰葡萄孢、辣椒疫霉、番茄枯萎病菌均有较强的拮抗作用;测序结果表明XDY66基因组... 详细信息

从番茄根际土壤中分离筛选到1株对灰葡萄孢(Botrytis cinerea)有强抑制作用的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)XDY66。离体测定及活体试验表明XDY66对灰葡萄孢、辣椒疫霉、番茄枯萎病菌均有较强的拮抗作用;测序结果表明XDY66基因组全长3.964 552 Mb,包含1个环状染色体(大小3.956 418 Mb,GC含量46.53%,NCBI登录号CP130608)和1个质粒(大小8 134 bp,GC含量40.31%,NCBI登录号CP130609);比较基因组分析表明,XDY66含有176个特有基因,与Bacillus velezensis SQR9具有更近的亲缘关系,其次为Bacillus velezensis FZB42;AntiSMASH分析结果显示,XDY66基因组含有13个次生代谢产物合成基因簇,其中包括合成脂肽类(surfactin、fengycin)、铁载体类(bacillibactin)、聚酮类(bacillaene、macrolactin、difficidin)和二肽化合物(bacilysin)等多种化合物的基因簇。本研究的结果表明,Bacillus velezensis XDY66具有防治番茄灰霉病等作物病原真菌的生防潜力。

关键词：番茄灰葡萄孢贝莱斯芽孢杆菌全基因组测序比较基因组分析

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浓香型白酒酿造智能化进展

食品与发酵工业 2024年

作者：靳光远袁树昆唐群勇孙莹金绍武吴建峰赵玉杰徐岩江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学研究室江苏今世缘酒业股份有限公司

信息化技术的应用促进了我国工业的高速发展，智能制造成为工业、企业的重要发展方向。当前，浓香型白酒在继承传统工艺的同时，也在生产模式转型升级方面做出了积极探索，并在智能酿造方面取得了大量研究成果与产业化应用。酿酒生产过... 详细信息

信息化技术的应用促进了我国工业的高速发展，智能制造成为工业、企业的重要发展方向。当前，浓香型白酒在继承传统工艺的同时，也在生产模式转型升级方面做出了积极探索，并在智能酿造方面取得了大量研究成果与产业化应用。酿酒生产过程的智能化是一个内部复杂、多个领域技术交叉渗透的过程，涉及到生物学、计算机技术、控制技术等方面的内容。通过挖掘浓香型白酒智能化酿造新技术的应用，尤其是以人工智能和传感器、物联网为代表的感知、大数据分析以及固态发酵过程工程学基础的研究，促进传统酿造创新式发展。该文概述了浓香型白酒酿造环节中的配料、摊凉、发酵过程监控、装甑和蒸馏、分级摘酒的智能化研究和应用现状，以及目前存在的挑战和发展趋势，以期为白酒酿造的智能化提供参考。

关键词：浓香型白酒智能化酿造智能装甑分级摘酒

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噪声暴露所致的应激反应及其测量方法

生理学报 2024年第3期76卷 407-417页

作者：范紫慧邹建文陈其才付子英华中师范大学生命科学学院遗传调控与整合生物学湖北省重点实验室武汉430079

噪声作为现代生活中不可避免的一种应激(压力)源,对动物的行为和生理等多方面均有影响。行为上的改变可能是由于动物体内激素分泌的变化所驱动。当面临噪声应激时,动物体内以下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴... 详细信息

噪声作为现代生活中不可避免的一种应激(压力)源,对动物的行为和生理等多方面均有影响。行为上的改变可能是由于动物体内激素分泌的变化所驱动。当面临噪声应激时,动物体内以下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴为主的神经内分泌系统被激活,促进动物分泌释放应激激素,进而产生一系列行为变化。动物行为上的改变可以被直接观察到,但激素水平等生理学指标变化则需要借助一定的方法才能准确地测量。目前,已有许多相关研究测量了不同噪声条件下动物应激激素水平的变化。本文以糖皮质激素为例,总结了应激激素的不同测量方法,尤其是非侵入性测量方式,并比较了不同方法的优点和不足之处,可为相关问题的研究提供多种测量方式的选择,也能够进一步了解动物压力来源,以给动物提供更好的栖息环境。

关键词：噪声应激反应糖皮质激素非侵入性测量

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ATPR通过促进自噬缓解脂多糖诱导的小鼠急性肝损伤

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安徽医科大学学报 2024年第2期59卷 200-206页

作者：束传林施晓蕊朱如梦周青汪渊王怡朱华庆安徽医科大学生物化学与分子生物学教研室、分子生物学实验室合肥230032 安徽医科大学生命科学学院生物工程系合肥230032

目的研究4-氨基-2-三氟甲基苯基维甲酸酯(ATPR)对脂多糖(LPS)诱导C57BL/6小鼠急性肝损伤的影响及相关机制。方法6周龄的雄性C57BL/6品系小鼠15只随机均分为正常组、模型组和ATPR组。ATPR组小鼠腹腔注射ATPR[15 mg/(kg·d)],正常组和模... 详细信息

目的研究4-氨基-2-三氟甲基苯基维甲酸酯(ATPR)对脂多糖(LPS)诱导C57BL/6小鼠急性肝损伤的影响及相关机制。方法6周龄的雄性C57BL/6品系小鼠15只随机均分为正常组、模型组和ATPR组。ATPR组小鼠腹腔注射ATPR[15 mg/(kg·d)],正常组和模型组给予溶剂,持续给药1周后,模型组和ATPR组腹腔注射LPS(6 mg/kg),6 h后处死所有小鼠。检测小鼠血清中谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)含量;qPCR检测肝脏组织白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的mRNA水平;苏木精-伊红(HE)染色观察小鼠肝脏组织形态学变化;透射电子显微镜(TEM)观察小鼠肝细胞超微结构变化;Western blot检测线粒体损伤相关蛋白FUNDC1、OPA1和自噬相关蛋白LC3B、P62、Beclin1、ATG5的表达水平。结果与正常组相比,模型组小鼠血清中ALT、AST含量上升,肝脏组织IL-6、TNF-α的mRNA水平升高,ATPR组逆转这一变化。HE染色显示正常组小鼠肝小叶结构正常,肝索呈放射状排列,无充血和炎性细胞浸润,肝细胞边界清晰;模型组小鼠肝脏细胞间隙增大,肝索排列发生紊乱,出现炎性细胞浸润;ATPR组肝脏细胞间隙、肝索结构有所恢复,炎性细胞浸润较少。TEM显示与正常组相比,模型组小鼠肝细胞中受损线粒体和脂滴堆积,ATPR组小鼠肝细胞中线粒体形态和数量、脂滴数量趋于正常。Western blot显示与正常组相比,模型组小鼠肝脏组织中FUNDC1蛋白表达增多,OPA1蛋白表达减少,LC3BⅡ和LC3BⅠ的比值(LC3BⅡ/Ⅰ)下降,P62蛋白表达增多,Beclin1和ATG5蛋白表达减少,ATPR组逆转以上变化。结论ATPR通过促进自噬缓解脂多糖引起的小鼠急性肝损伤。

关键词： 4-氨基-2-三氟甲基苯基维甲酸酯自噬脂多糖