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基于基因组结构变异解析动物复杂性状的研究进展

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中国科学：生命科学 2024年第2期54卷 283-299页

作者：汪亚军王晓萍于黎云南大学生命科学学院省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室昆明650091

动物为了适应环境而演化出多种多样的表型性状.揭示物种复杂性状的分子机制对理解物种适应性演化至关重要.基因组结构变异是动物复杂性状重要分子机制之一,它反映了基因组不同位置和序列的可变性,包括大片段的平衡变异倒位、易位,以及... 详细信息

动物为了适应环境而演化出多种多样的表型性状.揭示物种复杂性状的分子机制对理解物种适应性演化至关重要.基因组结构变异是动物复杂性状重要分子机制之一,它反映了基因组不同位置和序列的可变性,包括大片段的平衡变异倒位、易位,以及非平衡变异插入、缺失和重复等多种多样变异类型.相对于单碱基变异和小片段插入缺失,基因组结构变异在基因组上影响的碱基范围更广,对动物复杂性状的影响更大.本文通过对基因组结构变异的类型和结构变异的检测鉴定技术的研究历史进行概述,并从动物毛色性状、极端环境适应性状和驯养动物经济性状等方面综述基因组结构变异与复杂性状关联的研究进展,为从基因组结构变异的角度解析动物复杂性状产生的分子机制提供重要参考.

关键词：基因组结构变异复杂性状动物适应性进化

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哺乳动物食性进化的研究状况与展望

中国科学:生命科学 2024年

作者：段红祥李艳云南大学生态与环境学院省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室

食性选择是动物行为的一个基本方面,是动物对影响因子响应的结果,具有重要的生态和进化意义.食性差异是动物适应性进化过程中的重要性状之一,也是决定动物多样性的关键因素之一.哺乳动物经历丰富的食性变化,不同食性的哺乳动物在适应性... 详细信息

食性选择是动物行为的一个基本方面,是动物对影响因子响应的结果,具有重要的生态和进化意义.食性差异是动物适应性进化过程中的重要性状之一,也是决定动物多样性的关键因素之一.哺乳动物经历丰富的食性变化,不同食性的哺乳动物在适应性进化过程中必然发生与食性相适应的改变,故哺乳动物一直是研究动物食性进化机制的理想模型之一.通过基因组序列分析, DNA宏条形码技术,稳定同位素技术以及宏基因组技术等方法来追踪哺乳动物食性的转变机制,已揭示部分因素与哺乳动物食性转变之间复杂的相互作用,为深入了解食性变化如何影响物种的适应和多样化奠定基础.本文将从环境变化、基因调控以及肠道微生物三方面整合前人研究成果,系统阐明影响哺乳动物食性进化历程的关键因素,以期为深入理解动物多样性进化驱动力,合理制定多样性保护策略提供一定的参考.

关键词：哺乳动物食性进化环境因子基因调控微生物

濒危红树杂交种海南海桑的杂种劣势与其根际微生物的关联分析

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微生物学报 2024年第8期64卷 2823-2843页

作者：李骥王芸朱启聪李国壕张颖蔺红苹王锂韫李敏唐蜀昆岭南师范学院生命科学与技术学院红树林研究院广东湛江524048 红树林珍稀濒危物种保护与利用工程技术研究中心广东湛江524048 广东省粤西蓝碳资源开发与利用工程技术研究中心广东湛江524048 云南大学生命科学学院、云南省微生物研究所生物资源保护与利用重点实验室、微生物资源教育部重点实验室云南昆明650091 云南省发酵蔬菜重点实验室云南红河661100

【目的】研究杂交物种与亲本的形态生理特征差异,有助于理解物种的形成和进化机制。【方法】植物学研究发现红树植物杯萼海桑(Sonneratia alba)和卵叶海桑(Sonneratia ovata)的自然杂交后代海南海桑(Sonneratia×hainanensis)表现出明... 详细信息

【目的】研究杂交物种与亲本的形态生理特征差异,有助于理解物种的形成和进化机制。【方法】植物学研究发现红树植物杯萼海桑(Sonneratia alba)和卵叶海桑(Sonneratia ovata)的自然杂交后代海南海桑(Sonneratia×hainanensis)表现出明显的生长劣势,本研究通过Illumina高通量测序技术,分析杂交后代与亲本根际微生物细菌与真菌群落差异,解析子代杂种劣势原因。【结果】主坐标分析表明,虽然3种植物根际细菌和真菌群落不存在显著差异,但子代海南海桑根际群落结构和组成与生存力较强的母本差异较大,与父本更为相似。物种组成分析表明,细菌分布于76门320科388属,优势的假单胞菌门(Pseudomonadota)在3种植物根际相对丰度都超过41.00%,其中子代丰度为55.33%,高于其亲本。属水平上,脱硫球菌属(Desulfococcus,3.23%)和红游动菌属(Rhodoplanes,0.94%)等18个共有属占据测序总量15.77%,但在子代中,8个耐盐菌属的丰度明显降低,如深海弯曲杆菌属(Mariprofundus),可能影响到子代的盐耐受性。真菌群落中的子囊菌门(41.89%)与担子菌门(4.53%)为优势菌门,但在子代中的丰度均显著低于亲本,并且特征优势属也不同。原核生物分类单元功能注释(functional annotation of prokaryotic taxa,FAPROTAX)功能预测发现,红树林的原核微生物参与了硫代谢和氮代谢过程,但在细菌群落中,虽然子代的Shannon指数和Simpson指数均显著高于母本,但母本中一些与氮循环相关的高丰度类群并未在子代中得到继承,如B-42(unclassified Trueperaceae)、Mariprofundus和氧化硫单胞菌属(Sulfurimonas)。土壤理化性质也显示,子代全氮和全磷的含量均显著低于其母本,一些与氮含量呈显著正相关的类群,如细菌中的Mariprofundus和B-42,真菌中的曲霉属(Aspergillus)和红酵母属(Rhodotorula),在子代中均有所减少。【结论】本研究有助于从土壤根际微生物视角进一步了解海南海桑的杂种劣势原因。

关键词：红树林海桑杂种劣势根际微生物多样性

布莱克韦尔虫草逆转录定量PCR内参基因的筛选

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微生物学通报 2024年

作者：李佳妮张姝张永杰山西大学生命科学学院农业农村部农业微生物资源收集与保藏重点实验室

【背景】逆转录定量PCR（Reverse transcription quantitative PCR，RT-qPCR）常用于分析基因表达，但选择合适的内参基因，对分析结果的稳定性非常重要。布莱克韦尔虫草是一种具有开发价值的虫草，研究其功能基因表达具有重要意义。【... 详细信息

【背景】逆转录定量PCR（Reverse transcription quantitative PCR，RT-qPCR）常用于分析基因表达，但选择合适的内参基因，对分析结果的稳定性非常重要。布莱克韦尔虫草是一种具有开发价值的虫草，研究其功能基因表达具有重要意义。【目的】筛选获得布莱克韦尔虫草不同生长阶段（液体发酵菌丝体、小麦粒培养基菌丝体及子实体）最稳定的内参基因。【方法】选取8个候选内参基因（18S rDNA、gapdh、?-tubulin、cyclophilin A、γ-actin、rpl10、tef1α和ubiquitin），采用RT-qPCR技术进行扩增，结合geNorm、NormFinder、BestKeeper、ΔCt等算法，评估这些基因在布莱克韦尔虫草不同生长发育阶段的表达稳定性。【结果】相比其他基因，γ-actin和18S rDNA在不同生长发育阶段的表达稳定性最好，可作为布莱克韦尔虫草基因表达分析的内参基因。【结论】本研究筛选出了布莱克韦尔虫草RT-qPCR的内参基因，为深入研究生长发育过程中的基因表达规律奠定了基础。

关键词：布莱克韦尔虫草内参基因 RT-qPCR

芒萁根际复合微生物菌剂对绿豆幼苗生长及根际微生物群落的影响

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微生物学通报 2024年

作者：何芬赵蕊黄弯凤张起影史明涛吴雅婷汪涯江西科技师范大学生命科学学院天然微生物药物研究江西省重点实验室南昌市微生物资源与代谢重点实验室

【背景】在农业可持续发展背景下，复合微生物菌剂因其多种微生物间的互补作用成为促进植物生长的有效策略。【目的】研究芒萁(Dicranopteris dichotoma)根际复合微生物菌剂对绿豆幼苗的促生效果，以及对根际微生物群落结构变化的影响... 详细信息

【背景】在农业可持续发展背景下，复合微生物菌剂因其多种微生物间的互补作用成为促进植物生长的有效策略。【目的】研究芒萁(Dicranopteris dichotoma)根际复合微生物菌剂对绿豆幼苗的促生效果，以及对根际微生物群落结构变化的影响。【方法】以前期分离自芒萁根际土壤的4株根际促生菌为供试菌株，组合配制成两种复合微生物菌剂BFF和BBF接种至绿豆幼苗根际，测定绿豆幼苗培养36天后的生理指标及土壤理化性质，并利用16S和ITS扩增子测序技术分析根际微生物结构组成和多样性。【结果】BFF组显著提高了绿豆幼苗的株高、地上部分鲜重和干重以及地下部分干重，分别比对照组提高了29.38%、81.47%、175.73%和936.49%；BBF组则显著增加了绿豆幼苗的地上部分鲜重和干重，分别提高了92.64%和179.67%。高通量测序结果显示，接种复合微生物菌剂BFF和BBF均显著提高了细菌群落的多样性和丰富度，同时降低了真菌群落的多样性。在门水平上，显著增加了黏球菌门(Myxococcota)的相对丰度，降低了接合菌门(Zygomycota)的相对丰度；在细菌属水平上，显著减少了罗河杆菌属(Rhodanobacter)的相对丰度，增加了黏液杆菌属(Mucilaginibacter)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)的相对丰度；在真菌属水平上，显著增加了隐球菌属(Cryptococcus)的相对丰度，同时降低了被孢霉属(Mortierella)和Gliocladiopsis sp.的相对丰度。功能预测结果表明，接种复合微生物菌剂显著提高了根际细菌中的固氮作用，同时增加了致病-腐生-共生型真菌的相对丰度，降低了腐生型和腐生-共生型真菌的相对丰度。【结论】接种复合微生物菌剂可以提升土壤养分，调节根际微生物群落的结构和多样性，增加有益菌的数量，减少病原菌的存在，从而为绿豆幼苗创造更有利的根系生长环境，促进它们的生长发育。研究结果不仅为绿豆幼苗的生长提供了新的理论支持，也为复合微生物菌剂在农业生产中的应用提供了理论基础。

关键词：根际复合微生物菌剂绿豆根际微生物组促生

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溶酶体半乳糖脑苷酯酶的作用机制及疾病

中国生物化学与分子生物学报 2024年第4期40卷 493-503页

作者：沈畅尹秋媛孟明耀孙建伟云南大学生命科学中心云南省细胞代谢与疾病重点实验室省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室生命科学学院昆明650500 昆明市延安医院云南省肿瘤免疫防治研究重点实验室昆明650051

溶酶体贮积症(lysosomal storage diseases,LSD)是一类遗传性代谢障碍疾病,其发病机制主要源于溶酶体酸性水解酶的基因突变,导致酶的功能缺陷,进而触发生物大分子在溶酶体内的异常积累,继而对细胞、组织及器官功能造成显著损害。β-半... 详细信息

溶酶体贮积症(lysosomal storage diseases,LSD)是一类遗传性代谢障碍疾病,其发病机制主要源于溶酶体酸性水解酶的基因突变,导致酶的功能缺陷,进而触发生物大分子在溶酶体内的异常积累,继而对细胞、组织及器官功能造成显著损害。β-半乳糖脑苷酯酶(galactocerebrosidase,GALC)的突变或缺失导致鞘氨醇半乳糖苷(galactosylsphingosine)的累积,造成了进行性的脱髓鞘病变,诱发神经鞘脂贮积症-克拉伯病(Krabbe disease),其在疾病调控中的具体机制尚未完全阐明。目前,越来越多的有关GALC基因的致病突变被报道,结合GALC蛋白的三维结构解析,已逐渐了解GALC蛋白的突变造成克拉伯病的机制,这将为开发相关治疗药物提供有力的证据。此外,GALC在不同的肿瘤进程中扮演着双重角色,一些癌症中充当着抑癌因子的作用,而在另一些癌症中则发挥着致癌因子的作用,然而剖析GALC对癌症的影响仍需进一步深入的研究,这将为GALC作为潜在的肿瘤促进或抑制的靶点提供借鉴。GALC还与多种神经退行性疾病,包括阿尔茨海默病、帕金森氏病以及多发性硬化症有关。由于GALC作用机制的复杂性,目前,针对GALC缺乏所致的克拉伯病的治疗主要通过单一模式疗法(single-modality therapies)及多模式疗法(multi-modality therapies),但要开发出真正有效的治疗方法,仍需深入研究GALC基因缺陷导致的发病机制。本文综述了GALC的结构和功能特性,汇总并讨论了其在神经系统及肿瘤发生发展中的作用及相关研究的最新进展,旨在为未来深入探讨GALC的调控机制及开发治疗相关疾病的创新药物提供理论基础和参考。

关键词： β-半乳糖脑苷酯酶克拉伯病癌症

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细菌转录因子研究方法及其应用进展

应用与环境生物学报 2024年第3期30卷 653-663页

作者：彭萱张小梅龙雨欣龙中儿江西师范大学生命科学学院南昌市鄱阳湖湿地微生物资源开发与利用重点实验室南昌330022

研究细菌的转录调控有利于揭示细菌生命活动的规律,控制细菌的代谢途径,从而挖掘其在生命科学基础与应用各领域中的应用潜能.细菌转录因子(TFs)是调控细菌转录过程的关键因子之一,其研究技术正朝着高灵敏度、高通量的方向迅速发展.详述... 详细信息

研究细菌的转录调控有利于揭示细菌生命活动的规律,控制细菌的代谢途径,从而挖掘其在生命科学基础与应用各领域中的应用潜能.细菌转录因子(TFs)是调控细菌转录过程的关键因子之一,其研究技术正朝着高灵敏度、高通量的方向迅速发展.详述细菌TFs的研究内容、方法及其进展,具体包括用于细菌转录因子筛选与验证的DNA pulldown技术、细菌单杂交系统和凝胶电泳迁移率实验等,用于细菌转录因子结合位点研究的染色质免疫共沉淀技术、DNaseⅠ足迹法、DNA亲和纯化测序和指数富集的配基系统进化等,用于细菌TFs互作蛋白筛选研究的酵母双杂交系统、GST pull-down技术、双分子荧光互补、荧光共振能量转移及表面等离子共振技术等,用于细菌TFs功能验证的基因突变和基因过表达技术,以及细菌TFs在生命科学基础研究、合成生物学和生物监测等领域的应用.讨论了各种细菌TFs研究方法的优缺点,最后在对比分析各研究方法特点的基础上,总结出制约细菌TFs研究的技术瓶颈,在细菌TFs的筛选和验证中缺少普遍适用于各类细菌的通用技术,单细胞转录组学、空间转录组学以及多模态结构化嵌入方法等新技术的发展及其拓展应用于细菌细胞,必将促使细菌TFs的研究取得新的突破.

关键词：转录因子启动子转录调控细菌

绿水螅野生型品系及无藻品系对聚苯乙烯纳米颗粒胁迫差异化响应的转录组分析

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水生生物学报 2024年第8期48卷 1333-1347页

作者：杨凯宁符乐一李桂丽卜莉萍潘红春安徽师范大学生命科学学院分子酶学与重大疾病机理研究安徽省重点实验室重要生物资源保护与利用研究安徽省重点实验室芜湖241000

为探究中国绿水螅(Hydra sinensis)体内有或无共生藻是否影响水螅宿主对聚苯乙烯纳米颗粒(Polystyrene nanoparticles, PS NPs)的耐受性,研究首先对绿水螅野生型品系(体内有共生藻)及绿水螅无藻品系(体内无共生藻)分别进行PS NPs (粒径2... 详细信息

为探究中国绿水螅(Hydra sinensis)体内有或无共生藻是否影响水螅宿主对聚苯乙烯纳米颗粒(Polystyrene nanoparticles, PS NPs)的耐受性,研究首先对绿水螅野生型品系(体内有共生藻)及绿水螅无藻品系(体内无共生藻)分别进行PS NPs (粒径20 nm) 48h急性毒理实验,结果显示野生型品系48h半致死浓度(3.36×10^(2) mg/L)明显高于无藻品系(1.39×10^(2) mg/L),这表明与无藻品系相比,野生型品系对PS NPs具有较强的耐受性。随后采用含75 mg/L PS NPs的培养液对绿水螅野生型品系及无藻品系处理48h后分别进行转录组分析(对照组PS NPs浓度为0 mg/L),在野生型品系的PS NPs处理组与对照组间共筛选到1532个差异表达基因(Differentially expressed genes, DEGs),其中763个DEGs表达上调, 769个DEGs表达下调;而无藻品系的PS NPs处理组与对照组间共筛选到1079个DEGs,其中476个DEGs表达上调, 603个DEGs表达下调。基于PS NPs胁迫下无藻品系的DEGs显著富集的病态指征相关的14个KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路中,有9个通路包含的DEGs全部表达上调;而基于PS NPs胁迫下野生型品系的DEGs显著富集的病态指征相关的21个KEGG代谢通路中,只有1个通路包含的DEGs全部表达上调。由此可见, PS NPs胁迫下无藻品系病态指征的激活水平显著高于野生型品系,此现象从分子水平证明了野生型品系对PS NPs胁迫的耐受性强于无藻品系。此外,从PS NPs胁迫下无藻品系显著富集的免疫应答相关KEGG代谢通路中的21个DEGs全部表达上调,而从PS NPs胁迫下野生型品系显著富集的免疫应答相关KEGG代谢通路中的27个DEGs仅约一半表达上调,说明PS NPs胁迫下野生型品系免疫应答的激活水平明显低于无藻品系,这反映了野生型品系对PS NPs的免疫应答敏感性低于无藻品系。总之,绿水螅两个品系在对PS NPs的免疫应答敏感性上的差异应是两个品系对PS NPs胁迫耐受性差异的分子基础;而相对于绿水螅无藻品系而言,野生型品系对PS NPs具有较低的免疫应答敏感性可能与水螅-单细胞藻共生体系中水螅宿主为维持与共生藻的共生关系而进行的免疫水平调整(即水螅宿主为“容留”共生藻而“调低”了对外来异物的免疫水平)的机制相关。研究为探讨纳米级塑料颗粒的生物毒性及分子机理提供了基础数据。

关键词：聚苯乙烯纳米颗粒急性毒理实验转录组免疫应答病态指征中国绿水螅

α–苦瓜素基因提高番茄对烟草花叶病毒抗性的机理研究

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园艺学报 2024年第5期51卷 1126-1136页

作者：杨婷席德慧夏明李佳楠江汉大学生命科学学院汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心武汉430056 四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室成都610065

为了深入探究α–苦瓜素基因(αMMC)抗烟草花叶病毒(TMV)的机理,利用“番茄—TMV”互作系统,分析了αMMC转基因植株和野生型植株的生理生化参数及防御相关基因的表达。结果表明,αMMC为Ⅰ型核糖体失活蛋白,定位于细胞质;αMMC可以抑制... 详细信息

为了深入探究α–苦瓜素基因(αMMC)抗烟草花叶病毒(TMV)的机理,利用“番茄—TMV”互作系统,分析了αMMC转基因植株和野生型植株的生理生化参数及防御相关基因的表达。结果表明,αMMC为Ⅰ型核糖体失活蛋白,定位于细胞质;αMMC可以抑制病毒在寄主体内的繁殖,减轻番茄的病害症状,正调控番茄的防御系统。TMV侵染引起寄主体内活性氧的爆发,αMMC可以增强抗氧化酶的活性以清除活性氧,降低植物的氧化损伤,维持细胞内的氧化平衡。RT-qPCR检测结果表明,αMMC能特异性诱导防御相关基因PR1、PR4、PR6和PRB1-3的表达以提高寄主抵御TMV侵染的能力。

关键词：番茄 α–苦瓜素 TMV 抗性机理氧化损伤