基于Pacbio第三代测序技术的厚朴基因组测序分析

厚朴为著名的传统药用植物,归于木兰科、木兰属,于我国广泛种植,其树皮、根皮、枝皮、叶片、花、果实均能入药或食用。为获取厚朴全基因组序列信息,该文以厚朴叶片DNA为材料,采用Pacbio Sequel第三代测序技术构建厚朴全基因组数据库,并利用生物信息学方法对获得的核苷酸序列进行组装、功能注释以及进化分析研究。结果表明:(1)原始测序数据过滤后获得140.91 Gb三代数据,Read N50约为13784 bp,经过组装得到厚朴基因组大小为1.68 Gb,Contig N50约为222069 bp,单拷贝基因完整性为81.0%。(2)组装后的序列通过与NR、KOG、KEGG等功能数据库比对,共有98.40%的基因得到了功能注释,其中KOG功能注释结果发现厚朴的蛋白功能主要集中在一般功能预测、翻译后修饰、蛋白质转换、伴侣以及信号转导机制;GO功能分类表明厚朴的基因集中在细胞组分及生物学过程;KEGG分析发现厚朴参与代谢通路的基因占主要地位。(3)通过与葡萄、拟南芥、水稻、杨树、银杏、无油樟、茶树及牛樟基因组的比对分析,发现厚朴23424个基因中有20801个基因可以分类到12129个家族,其中有515个基因家族为厚朴所特有,而厚朴与牛樟(樟科)亲缘关系较近,两者的分化时间约在122.5百万年前(mya)。该研究首次利用第三代测序技术对厚朴全基因组解析,有利于对其进一步进行深入的开发与利用,也为研究其他药用植物全基因组奠定了基础。

三种厚朴叶绿体基因组的比较研究

为了深入发掘日本厚朴、厚朴、凹叶厚朴叶绿体基因组差异,筛选厚朴优良性状候选基因,开展三种厚朴的分子遗传研究,该文利用Illumina HiSeq高通量测序平台首次对日本厚朴叶绿体进行测序、组装,并与已有的厚朴、凹叶厚朴叶绿体基因组共同注释,获得三个物种叶绿体基因图谱,筛选出三个基因组中的差异基因,又与同科中11个亲缘物种进行叶绿体基因组比对,构建NJ遗传树。结果表明:(1)日本厚朴叶绿体基因组的Clean Reads为19791019,Q30为91.33%,组装后基因组全长160051 bp,GC含量为39.2%,含tRNA 37个,rRNA 8个。(2)比对分析发现三种厚朴具有相似的IR、LSC和SSC结构,以及GC含量和tRNA数量,但编码基因种类和数量、内含子和外显子的数量和结构等存在差异。(3)日本厚朴的功能基因数目较厚朴、凹叶厚朴分别多6个和4个,主要分布于LSC区和IR区,涉及核糖体大亚基、核糖体小亚基和未知功能基因类群。(4)系统发育分析结果进一步显示日本厚朴与凹叶厚朴亲缘关系较近,其次是厚朴。该研究表明日本厚朴具有更丰富的叶绿体基因组结构、组成和变异特征,是其适应高纬度地区弱光、低温环境的分子机制,这为厚朴类优良品种的分子选育提供有力的指导。

西南特色中药资源基因库建设框架与特色

中国是世界生物多样性最为丰富的国家之一,也是目前中医药基因数据发布最多、安全存储需求最迫切的国家。西南特色中药资源基因库是在国家中药种质资源库的资源实体库基础上,围绕种质遗传基因建立的延伸库,其重点瞄准中药资源种质中心的西南区域,建设DNA物质库和遗传信息库两个核心,配套硬件、技术、安全、人员等四个支撑,尤其将凝练中药属性,形成特色的道地药材、珍稀濒危药材、民族药材、药食同源、传染病防治药材等多个数据模块,拓展科学研究、交流合作、社会服务等三大基本功能,形成具有中药特色、区域特色、高校特色和共享特色的中药资源遗传信息数据库。

药用植物多倍体及对中药品种品质的影响

多倍体是药用植物中具备特殊性状且占有较高比例的群体,对中药品种及其道地品质有重大影响,但学者对其关注度还不足。本文介绍了植物染色体、多倍化成因、多倍化对植物的影响,进而综述了中药的多倍体品种、多倍体品质,以及多倍化对中药生产管理的影响,认为染色体多倍化是开展中药道地性机理、中药品种培育等重大课题研究的不可或缺视角。

基于转录组学和HDAC2慢病毒过表达载体探究附子治疗心肌肥大的分子机制

目的:探究附子治疗心肌肥大体外细胞模型的分子机制。方法:通过慢病毒载体pLVX-TetOne-Puro-HDAC2转染H9C2心肌细胞建立稳定表达外源性HDAC2基因的体外心肌肥大模型。采用qRT-PCR检测转染后的H9C2细胞中HDAC2mRNA水平,WB检测ANP以及BNP蛋白表达水平;选用附子水溶性生物碱以及水煎液对建立的体外心肌肥大模型进行给药处理,最后采用转录组学解析附子对其治疗的分子机制。结果:与对照组相比,重组慢病毒组中细胞的HDAC2 mRNA水平相对表达量显著升高(P<0.05)。转染后H9C2细胞表面积显著增加(P<0.05),ANP和BNP蛋白的表达水平也显著提高(P<0.05)。表明HDAC2上调表达可能影响H9C2细胞表面积的增加和心肌肥大标志物的重新表达,心肌肥大体外模型构建成功。转录组分析显示附子主要通过激活ABC transporters和PI3K-Akt信号通路,抑制mTOR、JAKSTAT、MAPK、TNF、Calcium、Wnt、Ras以及p53等信号通路基因的表达从而缓解心肌肥大症状。结论:附子治疗心肌肥大的分子机制可能主要通过激活ATP转运体基因表达调控线粒体功能障碍,抑制钙离子信号、细胞生长、细胞凋亡和炎症反应等通路基因。

中国与黑山传统医药交流历史与展望

黑山处于古丝绸之路的西部末端、古代传统医药发源地,也是现代“中国-中东欧”联通欧洲腹地的桥头堡。而中国也拥有独特的中药卫生资源、潜力巨大的中药经济资源,具有原创优势的中药科技资源、优秀的中药文化资源和重要的中药生态资源。在中医药“一带一路”的倡议下,中黑两国开启了传统医药交流合作的新时代。现分析黑山在国际医药合作中的优势,对黑山药用植物资源的古代开发、中黑医药交流合作历史与现状进行梳理,并对两国后续合作进行展望,希望对中医药在黑山及欧洲的传播与推广提供参考。

基于转录组的黄精多糖代谢关键酶基因的筛选与验证

目的:通过湖北黄精、滇黄精、多花黄精根茎的转录组学分析,对影响不同品种黄精多糖含量的关键酶基因进行筛选和验证,并进行氨基酸序列的深入分析,丰富黄精属植物的转录组数据并为其多糖生物合成机制和遗传改良提供参考。方法:使用了Illumina NovaSeq高通量测序平台对黄精转录组进行测序分析,根据Nr、基因本体(GO)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库的注释分析比较3种黄精转录组的差异,筛选出多糖代谢途径中的关键酶,对关键酶基因表达量进行聚类分析并与多糖含量进行相关性分析,然后对筛选出的8个关键酶基因进行实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)验证,结合测序结果进一步筛选出多糖生物合成关键酶基因进行同源基因序列分析,构建系统进化树,预测模体(motif)、保守结构域、蛋白序列等电点与相对分子质量,并使用同源建模法构建三维蛋白结构。结果:通过Nr数据库的注释发现3种黄精与芦笋的基因同源性最高,GO数据库注释结果表明这3种黄精在结合功能、催化活性、代谢过程和细胞组分上差异显著,而KEGG通路注释结果说明这3种黄精在淀粉与蔗糖代谢通路和半乳糖代谢通路上差异显著,根据聚类分析、相关性分析、Real-time PCR验证实验、表达量情况与氨基酸序列的结构与功能预测推测出显著影响不同品种黄精多糖含量的关键酶为β-果糖苷酶(sacA)。结论:sacA可能是黄精多糖含量差异的主要影响因素,也是黄精多糖主要为果聚糖的重要原因。

基于转录组测序的姜黄侧根发育分析及相关基因筛选

目的 姜黄Curcumalonga主根形成中药姜黄,侧根形成药材郁金。为探知姜黄主根与侧根形成过程的差异和侧根生长膨大的分子机制,对姜黄主根与侧根进行转录组测序,挖掘促使侧根生长膨大的关键基因。方法 以姜黄主根和侧根为材料,采用Illumina HiSeq高通量测序平台进行转录组测序,组装与注释后进行差异表达基因筛选。结果 转录组测序共获得42.69 Gb clean data,共得到42 748条Unigene,其中35 456条被注释。主根和侧根中的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)有1551个,基因本体(geneontology,GO)富集结果表明,姜黄主根与侧根的DEGs主要富集于代谢过程、细胞过程、催化过程、转运过程、结合等功能,COG富集结果表明,主根与侧根中DEGs主要富集于碳水化合物代谢和信号转导机制。KEGG富集分析显示,根中DEGs主要富集在淀粉和糖代谢、植物激素信号传递等代谢通路中。通过注释信息筛选出姜黄侧根生长膨大相关的差异表达基因,关键差异表达基因与通路分析表明侧根中蔗糖合成酶基因、生长素响应基因(SAUR32、SAUR76、SAUR50)的表达上调可能是姜黄侧根生长膨大的影响因素。结论 通过对姜黄主根与侧根高通量转录组测序,揭示了姜黄侧根生长膨大的关键基因,可以为姜黄根系生长的生物学机制提供参考。

2种附子栽培叶型的转录组比较分析

该文针对附子不同栽培叶型间的农业性状存在较大差异的现状,选取大花叶和艾叶附子栽培型,以其子根为对象,采用Illumina Hiseq高通量测序平台进行转录组测序、组装与注释,筛选表达活性显著差异的发育相关基因、转录通路与功能富集,解析其与附子农业性状与品质形成的相关性,为揭示附子品质形成及差异的分子生物学机制奠定基础。研究结果如下:完成大花叶、艾叶共6株附子的转录组测序、组装,获得52.23 Gb核苷酸,组装得到52 471条单基因,功能注释获得28 765条匹配结果。2种附子表达量相差2倍以上的转录本有1 052条,808条可注释,GO,COG分析发现它们主要富集于代谢过程、细胞过程、催化过程、转运过程、连接等功能。KEGG分析显示262个差异基因富集在78个代谢通路中,如淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号传递、碳化合物转运等。关键差异基因与通路分析表明,大花叶附子的诸多基因调控淀粉等向蔗糖、葡萄糖、麦芽糖等小分子转化,另一些基因又调控氨基酸积累,这可能是2种叶型附子品质与抗病性差异形成的重要生物学原理。本研究为附子优良品种的选育研究提供了参考。

红花治疗缺血性脑卒中的机制研究进展

红花治疗缺血性脑卒中疗效显著,黄酮类成分是其治疗缺血性脑卒中的主要物质基础,包括红花黄色素、羟基红花黄色素A、烟花苷、红花黄色素B、山柰酚-3-O-芸香糖苷等,且以羟基红花黄色素A的研究最为广泛。目前的研究显示,红花可从减轻炎症反应、氧化应激和内质网应激,抑制神经细胞凋亡和血小板聚集,增加血流量等方面预防和治疗缺血性脑卒中。其中,红花能够调控核转录因子(nuclear factor, NF)-κB、丝裂原活化蛋白激酶、信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信号通路以及NF-κB/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3通路,抑制环氧合酶-2/前列腺素D2/D前列腺素受体通路的激活缓解缺血性脑卒中过程中的炎症发展;红花可通过抑制氧化和硝化作用、调节自由基、调控一氧化氮/诱导型一氧化氮合酶信号分子等途径发挥抗氧化应激损伤的作用;而介导Janus激酶2/STAT3/细胞因子信号蛋白3抑制因子和磷酸肌苷3-激酶/蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3β信号通路的活化、调控基质金属蛋白酶抑制剂/基质金属蛋白酶信号分子的释放是红花抑制神经细胞凋亡的主要途径。此外,红花还能通过调节自噬和内质网应激发挥其治疗缺血性脑卒中的作用。该文通过文献整理的方法对红花治疗缺血性脑卒中的分子机制进行归纳和总结,旨在为红花的临床应用提供参考。