指导完成高质量生物学本科毕业论文的一些实践与体会

通过对生物学本科毕业论文实践教学的几个重要环节分析,包括题目的制定、实验设计和实施、数据收集和分析、论文的写作以及答辩,提出了完成高质量本科毕业论文有效措施的建议.

PP333对水稻幼苗几种大量元素吸收及其外流的示踪研究

水培“特青”水稻幼苗经0.2及0.4ppm PP333处理5天,植株生长没发生明显变化,但植株矿质元素含量及根系离子外流都发生变化.在根系,^(32)P及^(36)Rb(K)含量显著增多,^(45)Ca含量减少;在地上部,^(32)P及^(45)Ca含量增多,^(36)Rb(K)含量无明显变化.根系^(36)Rb(K)及^(45)Ca的外流显著地受到PP333的抑制.结果表明,PP333主要是提高了水稻幼苗各部位矿质元素含量,并抑制根系离子的外流.

昆虫固醇转运蛋白的结构与功能

在昆虫中,胆固醇不仅是细胞膜的重要成分之一,也是昆虫蜕皮激素生物合成的前体。由于昆虫体内缺少两种合成胆固醇所必需的关键性酶,所以昆虫不能自主地从简单的前体化合物从头合成胆固醇,而必须通过吸收食物中的甾醇转化为胆固醇来满足生长、发育和繁殖的需要。胆固醇在组织和细胞内的运输主要由固醇转运蛋白(sterolcarrier proteins,SCPs)执行。因此,对固醇转运蛋白结构与功能的研究对于阐明昆虫中固醇运输具有重要的意义。本文对固醇转运蛋白的基因和蛋白结构、细胞内表达和定位、翻译后修饰、蛋白三维结构、底物特异性和可能的运输途径等方面的研究进展进行了综述,并对其作为害虫防治分子靶标的可能性进行了初步的讨论。研究发现,不同物种的SCP蛋白的基因编码形式和蛋白剪切形式不同;双翅目昆虫埃及伊蚊Aedes aegypti和黑腹果蝇Drosophilamelanogaster除了SCP-x基因可编码SCP-x和SCP-2蛋白外,还有另外的SCP-2和类SCP-2(SCP-2L)基因编码SCP-2和类SCP-2蛋白;而鳞翅目昆虫棉贪夜蛾Spodoptera littoralis、斜纹夜蛾Spodoptera litura和家蚕Bombyxmori中SCP-x基因的表达和转录方式与脊椎动物的SCP-x基因类似,通过转录和翻译后剪切形成SCP-2蛋白。SCP-x和SCP-2蛋白定位于过氧化物酶体。SCP-2蛋白由5个α-螺旋和5个β-折叠组成,其中α5-螺旋可影响蛋白与底物的结合。SCP-2蛋白以不同的亲和力与固醇、胆固醇衍生物、脂肪酸、脂酰辅酶A和磷脂等化合物结合。超表达斜纹夜蛾SlSCP-x和SlSCP-2基因可增加细胞对胆固醇的吸收;而利用RNAi技术抑制幼虫体内SlSCP-x表达,可导致血淋巴中的胆固醇含量降低,并导致幼虫生长缓慢,蜕皮化蛹延迟。

斜纹夜蛾几丁质酶家族基因鉴定与时空表达分析

昆虫GH18家族几丁质酶属于多基因家族,在昆虫的蜕皮与变态过程中发挥着至关重要的作用,它催化表皮几丁质的降解.斜纹夜蛾是一种重要的农业害虫,危害290多种植物,但对其几丁质酶未深入研究.该文通过斜纹夜蛾转录组学分析,发现了12种潜在的几丁质酶,分属于8类.对这些几丁质酶在斜纹夜蛾变态发育时在表皮、中肠以及脂肪体的时空表达分析结果表明,Sl Cht5,Sl Cht9和Sl Cht2的表达水平在幼虫转化为蛹时上调表达,说明这些几丁质酶可能参与了斜纹夜蛾变态时期的脱皮作用;而其他几丁质酶的表达具有组织特性,表明它们可能具有不同功能,如Sl Cht6仅在中肠和脂肪体中表达,Sl Cht11,Sl Cht12和Sl Cht16主要在中肠和表皮表达,Sl IDGF2仅在表皮有表达,Sl IDGF3和Sl Cht9在三大组织均有表达.本研究结果对斜纹夜蛾几丁质酶家族基因的鉴定和时空表达作了初步的分析,为研究它们在斜纹夜蛾发育中的功能与调控打下基础.

生命学科卓越人才培养的研究与实践

本文介绍了华南师范大学生命科学学院教学团队在卓越教师、卓越工程技术人才、卓越农林人才培养的模式探讨。着重从建立新型的完整的人才培养方案,建立教学团队培养和提升教师教学水平的管理机制,构建以基础性、新颖性、需要性为原则的教学内容,创建启发式、探究式、讨论式、参与式的教学方法,创建卓越人才培养的科研创新平台,构建学生学习课程多元化的评价方式等方面进行了讨论。

家蚕翅原基细胞的凋亡和自噬分析

【目的】家蚕Bombyx mori翅原基在生长分化过程中伴随着造血器官和翅囊等组织的消失。本研究旨在分析家蚕翅原基生长分化过程中是否存在细胞凋亡和细胞自噬。【方法】制作蛹期0 d翅原基石蜡切片,利用TUNEL法检测细胞凋亡情况;提取5龄第3天、5龄第6天、上簇第1天、预蛹期、蛹期0 d及蛹期第3天的翅原基总RNA,反转录成c DNA,利用定量PCR检测凋亡和自噬相关基因的表达水平;检测了细胞凋亡相关的Caspase 3和细胞自噬相关的酸性磷酸酶活性。【结果】TUNEL染色发现蛹期0 d的翅原基出现部分细胞凋亡现象;细胞凋亡相关基因Caspase 3和Nc主要在5龄幼虫期有高水平表达,细胞凋亡抑制因子IAP主要在幼虫末期有较高水平的表达;Caspase 3酶活性在上簇第1天出现峰值;细胞自噬相关基因Atg5,Atg6,Atg8和Atg12主要在幼虫末期有较高水平的表达;酸性磷酸酶活性也主要在幼虫末期较高。【结论】在幼虫期可能存在细胞凋亡,抑制了翅原基细胞的增殖,进而阻止了翅原基的生长分化;在幼虫末期可能同时存在细胞凋亡和自噬,促进翅囊等的退化,同时阻止了翅原基细胞的增殖,推动了翅原基向蛹翅的发育。

果蝇翅原基发育分化的主要过程及分子机理

翅原基发育分化与昆虫的个体发育紧密联系,对昆虫翅发育的研究有助于阐述昆虫的发育过程。另外,翅的形成是一些农林害虫泛滥的主要原因之一,研究翅发育分化有助于我们从翅发育的角度控制农林害虫。目前,翅发育分化在果蝇Drosophila中研究已较为深入详细。果蝇翅发育分化主要包括4个阶段:翅原基(wing disc)的确定,前-后(antero-posterior,A-P)和背-腹(dorso-ventral,D-V)组织中心(organizing center)的建立,翅区(wing region)的确定,以及翅区的进一步分化。具有homeobox序列的基因(homeobox基因)如Engrailed(En)、Apterous(Ap)和Ultrabithorax(Ubx),分泌蛋白如Wnt家族成员Wingless(Wg)及TGF-β超家族成员Decapentaplegic(Dpp)和Hedgehog(Hh),以及翅原基特有的核蛋白编码基因Vestigial(Vg),共同调控了翅原基的正常发育分化。本文综述了果蝇翅原基发育分化的过程及分子机理方面的研究发现,为翅原基的研究提供了参考。

家蚕表皮型几丁质合成酶基因BmCHSA-2a的鉴定及其对激素的响应

文中采用5'Race方法获得了家蚕几丁质合成酶基因(BmCHSA-2a)的第1外显子(Exon 1,141 bp)和第2外显子(Exon 2a,106 bp),证明外显子2a在鳞翅目昆虫几丁质合成酶中高度保守.根据该外显子序列设计引物,分析BmCHSA-2a对激素的响应,结果表明:蜕皮激素(Ecdysone,20E)抑制BmCHSA-2a的表达;保幼激素(Juvenile Hormone,JH)间接促进其表达.根据家蚕基因组所预测的启动子序列,扩增了调控BmCHSA-2a表达的启动子,证明蜕皮激素抑制启动子活性,并存在大量蜕皮激素通路BmFTZ-F1的调控元件.对BmFTZ-F1表达调控的进一步研究表明:蜕皮激素抑制其表达.研究结果初步分析了家蚕表皮几丁质合成酶基因BmCHSA-2a可能的表达机制,为深入研究其表达调控机理及发现害虫防治新靶标提供了理论基础.

斜纹夜蛾视黄酸结合蛋白(Slcrabp)基因的克隆、表达及功能

视黄酸结合蛋白(Cellular retinoic acid binding protein,CRABP)属于胞内脂质结合蛋白超基因家族,参与了许多生理活动,如细胞分化、组织重建和信号转导等,但其在昆虫中肠的作用尚不明确。研究从斜纹夜蛾Spodoptera litura中肠基因表达序列标签(EST)文库中克隆获得一个编码Slcrabp的全长c DNA,该c DNA由396个核苷酸组成,编码132个氨基酸。预测CRABP蛋白质的空间结构与脂肪酸结合蛋白非常相似,含一个由10个反平行的β折叠和2个α螺旋形成的配体结合中心结构域。Sl CRABP基因具有4个外显子,与脊椎动物crabp基因类似。RT-PCR检测表明,在转录水平上,Slcrabp在6龄幼虫中肠的各个时期均有较高表达。Western blot分析结果显示,Sl CRABP蛋白分布广泛,在中肠、脂肪体、精巢等组织上大量表达。在中肠,其表达峰值出现在预蛹期。利用荧光标记物质8-苯胺基-1-萘磺酸(1,8-ANS)分析了重组Sl CRABP蛋白与不同底物的亲和力,发现Sl CRABP与不饱和长链脂肪酸有较高结合活性,如花生四烯酸钠、亚麻酸、油酸钠和油酸,但与视黄酸、视黄醇的结合力却很弱或几乎不结合,暗示斜纹夜蛾Sl CRABP功能与同家族脂肪酸结合蛋白(FABP)性质相似。对6龄幼虫进行饥饿处理,结果显示经过经24 h和48 h饥饿处理后,虫体中肠Sl CRABP蛋白质的表达量有显著上升,暗示Sl CRABP可能参与了斜纹夜蛾体内脂类的转运过程。

DNA甲基转移酶参与调控斜纹夜蛾和家蚕幼虫的生长

DNA甲基化是真核生物生长发育过程中基因表达的一种重要调控机制。本研究以鳞翅目农业害虫斜纹夜蛾Spodoptera litura和模式昆虫家蚕Bombyx mori为材料,研究了甲基化对幼虫生长的影响。研究结果表明,注射甲基化抑制剂5-Aza-d C后,不正常斜纹夜蛾比对照增加了36%,家蚕的增加了58.8%,不正常虫的生长发育缓慢、体型变小。斜纹夜蛾DNA甲基转移酶Sldnmt1 RNAi获得了相似的结果,不正常幼虫率比对照增加了35%。检测家蚕Bmdnmt1的m RNA水平,发现Bmdnmt1在5龄期的翅原基、脂肪体、表皮和中肠均有表达,其表达量在翅原基中的为最高;在翅原基和脂肪体中,Bmdnmt1的含量在5龄初期比在预蛹期的要高。初步分析了甲基化抑制剂处理后的家蚕脂肪代谢相关基因的表达,发现脂肪酶和乙酰辅酶A结合蛋白的m RNA水平在注射5-Aza-d C后48 h显著下调。研究结果初步表明了DNA甲基化参与调控了鳞翅目幼虫的生长发育,脂肪代谢可能是DNA甲基化调控的其中一个通路。

CfGST转基因拟南芥抗寒性和叶肉细胞超微结构研究

CfGST基因克隆于加拿大森林害虫云杉蚜虫的幼虫基因组。研究CfGST转基因拟南芥表型特征,以及低温条件下叶肉细胞超微结构与存活率。结果表明,与野生型拟南芥相比,CfGST转基因拟南芥的茎粗、叶宽,植株高度、分枝数、荚果数皆降低,生长速度减慢。低温(5±1)℃处理后,转基因拟南芥叶片的叶绿体和线粒体膜结构完整清晰,存活率提高25.14%。

基于细菌体系生产双链RNA的条件优化

化学杀虫剂是农业害虫防治的主要手段,然而农业害虫已对化学杀虫剂产生了抗药性。RNA农药的应用将是减少使用化学杀虫剂的一种途径。RNA农药具有专一、高效、易降解和对环境友好等优点而受到了关注,但在靶标分子、靶标分子的双链RNA(dsRNA)生产工艺和应用制剂等方面仍需进一步研究。本研究以褐飞虱Nilaparvata lugens蛋白激酶B基因的dsRNA(dsNlAKT)为例,对利用细菌体系生产dsRNA的方法进行了探究。将NlAKT构建进L4440载体后,将其转化到缺乏核酸酶(RNaseⅢ)的大肠杆菌Escherichia coli HT115(DE3)中,进行了dsRNA生产条件的测试。结果表明:(1)当异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)工作浓度为0.1 mM或0.5 mM时dsRNA的产量没有明显变化,而当其工作浓度增加至1 mM时dsRNA产量明显减少;(2)在IPTG诱导时间为2~8 h范围内,添加IPTG后诱导6 h获得的dsRNA产量最多;(3)在实验室常规提取RNA方法中,增加低剂量溶菌酶预处理这一步骤可增加提取产物中dsRNA的含量。试验结果证明了采用工作浓度为0.1 mM的IPTG诱导6 h的生产条件,并在提取过程中增加溶菌酶的预处理步骤有助于获得较高的dsRNA含量。研究结果为RNA农药的生产条件提供了实验依据。

novel-m0287-3p调控斜纹夜蛾中肠蜕皮激素受体的表达

microRNA(miRNA)是一类长度约为23个核苷酸的非编码内源性小分子RNA,参与真核生物基因表达的调控,从而在生物发育和应对环境中起着重要的作用。为了探讨novel miRNA在害虫发育中的作用,本研究对斜纹夜蛾Spodoptera litura miRNA数据库中表达量较高的novel-m0287-3p进行了研究。通过生物信息学分析,确定了novel-m0287-3p是一个新的miRNA,并预测其可能靶向蜕皮激素受体EcRb1,表明novel-m0287-3p可能参与斜纹夜蛾发育的调控。双荧光素酶实验表明,novel-m0287-3p分别结合于EcRb13′非编码区的2个位点上。实时荧光PCR结果显示novel-m0287-3p和EcRb1均在斜纹夜蛾的中肠中表达。为了进一步揭示novel-m0287-3p对EcRb1表达的调控以及对幼虫发育的影响,本研究进行了体内实验。将novel-m0287-3p的模拟体类似物注射入斜纹夜蛾幼虫,结果显示斜纹夜蛾体内EcRb1的mRNA水平发生了下调,证明novel-m0287-3p能够抑制幼虫EcRb1的表达。向4龄第1天的斜纹夜蛾幼虫注射novel-m0287-3p后,幼虫的生长受到抑制;而注射斜纹夜蛾6龄幼虫则导致其化蛹滞后。研究结果表明,novel-m0287-3p可通过调控蜕皮激素受体EcRb1的表达,从而影响斜纹夜蛾的生长发育。

DNA甲基化通过调控细胞自噬影响家蚕翅的发育

【目的】本研究旨在探索DNA甲基化是否通过调控细胞自噬进而影响家蚕Bombyx mori翅的发育。【方法】分别用1和2μg DNA甲基化特异性抑制剂5-aza-dC处理家蚕卵巢Bm12细胞和家蚕预蛹,荧光显微镜下观察Bm12细胞的数量,利用dot blot检测Bm12细胞中DNA甲基化水平,利用溶酶体染色检测细胞自噬强度;利用RT-qPCR检测细胞自噬相关蛋白(Agt)基因的表达水平;利用Western blot和免疫组化定性检测Bm12细胞中自噬标记物LC3蛋白的分型情况;观察成虫的翅表型并计算残翅率和翅面积。用2μg细胞自噬激活剂SMER28处理家蚕预蛹,以及采用自噬抑制剂Spautin-1(2μg)挽救5-aza-dC(2μg)处理后的家蚕预蛹,利用溶酶体染色检测翅细胞内自噬强度,观察翅表型并计算残翅率和翅面积。【结果】1μg 5-aza-dC处理后12,24和48 h抑制了Bm12细胞的生长,使Bm12细胞甲基化水平降低,Bm12细胞自噬水平升高;处理后48 h Bm12细胞中Atg基因表达上调。家蚕预蛹期注射2μg 5-aza-dC后24,48和72 h,成虫翅细胞内自噬水平升高,Atg基因的表达上调,出现大量畸形翅并且残翅率升高72.62%和翅表面积减少66%。家蚕预蛹期注射2μg SMER2824,48和72 h后,成虫翅细胞内自噬水平升高,成虫出现大量畸形翅,残翅率升高75.13%和翅表面积减少48.79%。利用Spautin-1对5-aza-dC处理的预蛹进行挽救实验,结果显示细胞自噬抑制可以缓解DNA去甲基化对成虫翅发育的影响。【结论】本研究结果证明DNA甲基化通过调节细胞自噬在家蚕翅发育中发挥作用。本研究结果为DNA甲基化调控昆虫发育提供了实验依据。

miR-305-3p和miR-71-5p通过调控谷胱甘肽代谢途径参与斜纹夜蛾应对植物次生物质

昆虫和植物在长期进化过程中形成相互作用的关系。其中植物次生物质是植物防御昆虫的主要机制,而昆虫则以解毒酶来应对。为了发现可用于害虫防治的miRNA,通过对农业害虫斜纹夜蛾Spodoptera litura进食芥菜Brassica juncea后中肠的测序分析,获得了一系列差异表达的miRNA。通过生物信息学分析,发现斜纹夜蛾miR-305-3p靶向了谷胱甘肽代谢中的谷氨酸半胱氨酸连接酶的催化亚基(Slgclc),这是一个谷胱甘肽从头合成的限速酶;而miR-71-5p靶向调控gclc和解毒酶表达的转录因子SlNrf2。用芥菜的次生物质吲哚-3-甲醇处理斜纹夜蛾Spli-221细胞株后,实时荧光定量PCR证明Slgclc和SlNrf2表达上调,miR-305-3p和miR-71-5p表达下调。分别在斜纹夜蛾Spli-221细胞中超表达miR-305-3p及miR-71-5p mimics,Slgclc或SlNrf2转录水平下调,并且miR-71-5p mimic处理抑制了SlNrf2下游基因Slgclc和解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)的表达。结果表明:miR-305-3p和miR-71-5p响应植物次生物质而分别促进Slgclc和SlNrf2表达。然而双荧光素酶实验显示miR-305-3p并不与Slgclc直接结合,miR-71-5p也不与SlNrf2直接结合,推测miR-305-3p和miR-71-5p可能间接调控Slgclc和SlNrf2的表达。研究结果表明,斜纹夜蛾miR-305-3p和miR-71-5p通过调控解毒酶GSTs表达及其底物谷胱甘肽的生成,而参与昆虫抵抗植物次生物质。

Sli-miR-34-5p响应植物次生物质正调控斜纹夜蛾谷胱甘肽S-转移酶基因SlGSTe1的表达

【目的】昆虫解毒酶系统是昆虫适应植物次生物质的主要机制,研究调控解毒酶基因表达的mi RNA将发现可用于害虫防治的靶标分子。本研究旨在探究Sli-miR-34-5p对斜纹夜蛾Spodopteralitura中应对植物次生物质的解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因的调控作用。【方法】通过实时荧光定量PCR检测Sli-miR-34-5p在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫进食芥菜Brassica juncea后中肠中的表达;在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫体内及细胞株中超表达Sli-miR-34-5p模拟体类似物(mimics)或抑制剂(inhibitors),采用实时荧光定量PCR和Western blot分析Sli-miR-34-5p已知或推测的靶基因的表达变化;利用双荧光素酶报告系统验证Sli-miR-34-5p对靶标基因的表达调控作用;采用生物信息学方法预测Sli-miR-34-5p可能的靶基因,以了解其可能的作用机理。【结果】结果表明,Sli-mi R-34-5p在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫进食芥菜24和48 h时的中肠中表达显著上调。在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫血淋巴中超表达Sli-miR-34-5p mimic,进食芥菜的斜纹夜蛾中SlGSTe1转录上调;反之,超表达Sli-miR-34-5p inhibitor,SlGSTE1蛋白水平显著下调。在斜纹夜蛾Spli-221细胞株中添加芥菜次生物质吲哚-3-甲醇(I3C),Sli-miR-34-5p和SlGSTe1的表达量均呈现上调的趋势;此外,在细胞中转染Sli-miR-34-5p mimic,SlGSTe1的表达水平明显上调。然而,生物信息学预测和双荧光素酶报告系统检测结果显示,Sli-miR-34-5p并不直接作用于靶基因Sl GSTe1。【结论】研究结果提示Sli-miR-34-5p通过促进斜纹夜蛾谷胱甘肽S-转移酶基因Sl GSTe1的表达而参与斜纹夜蛾应对植物次生物质的胁迫。