昆虫水平基因转移及其研究进展

水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)是生物体获得遗传信息的方式之一,对生物体进化起重要作用。近年来,越来越多昆虫中的水平基因转移现象被报道,如在鳞翅目(如家蚕、甜菜夜蛾、小菜蛾、斜纹夜蛾)、半翅目(如柑橘粉蚧、烟粉虱)、鞘翅目(如咖啡果小蠹、米象、光肩星天牛)、膜翅目(如金小蜂)、双翅目(如果蝇、白纹伊蚊)等昆虫中广泛存在水平转移基因,且不同的水平转移基因对昆虫的营养合成与共生、吸收与消化、毒素产生与解毒、生长和发育、体色改变等方面有着重要作用。本文结合国内外专家学者的相关报道,就HGT的研究步骤与技术方法、评判HGT发生的方法、昆虫HGT的供体与功能几个方面进行了总结和讨论,以期更加深入地了解水平基因转移现象,为探究水平基因转移的作用机制、理解昆虫的进化、遗传和行为、并将水平基因转移应用到农业生产中为农业害虫的绿色防治提供更多思路。

水合氧化物对抗生素抗性基因水平转移的影响

研究了水合氧化铝与水合氧化锰对氨苄青霉素抗性基因(负载于pUC19质粒)向大肠杆菌水平转移(转化)过程的影响.结果表明,2.5~200mg/L浓度水平的水合氧化铝与水合氧化锰均显著抑制了抗生素抗性基因(ARGs)转化,两者对转化频率的抑制率最高分别达79.44%和57.64%.水合氧化铝析出的Al (III)是其导致ARGs转化频率发生变化的原因之一,而水合氧化锰几乎无离子析出.此外,水合氧化铝可与p UC19质粒的磷酸骨架以及碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶与鸟嘌呤发生结合,与之形成大尺寸加合物,进而降低ARGs进入胞内的效率.对于水合氧化锰,其暴露后宿主细胞膜通透性显著减小,并且该颗粒也与pUC19质粒交缠形成了大尺寸团聚物,这可能是抑制ARGs转化的主要原因.

基于16S rRNA研究铜污染对土壤细菌群落、抗生素抗性基因及基因转移的影响

对经0、200、400 mg·kg^(-1)Cu^(2+)处理的3个种植池土壤分别采样,并对所有样品进行16S rRNA高通量测序。结果表明:铜污染改变了土壤中的细菌群落结构,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)与基因水平转移(horizontal gene transfer, HGT)相关基因的丰度随Cu^(2+)浓度的升高而增加。富集的抗性基因大多为多药耐药基因。这表明铜胁迫会改变土壤中细菌群落结构,促进HGT,同时使ARGs富集。

土壤环境中抗生素抗性基因污染研究进展和热点分析

近年来,土壤环境中抗生素抗性基因(ARGs)污染引起广泛关注。以Web of Science核心数据库和万方数据库文献资料为数据源进行文献计量学分析,从年发文量变化、不同国家贡献及研究主题演变(基于关键词)等方面对土壤环境中ARGs污染相关研究进行剖析,以此探讨国内外该领域的研究现状、热点和发展。结果表明,土壤中ARGs污染相关研究的发文数量快速增长。我国文献在发文数量、论文被引频次方面具有重要影响,表明我国在该领域有较强的国际学术影响力。关键词聚类分析表明该领域的研究方向主要集中在以下5个方面:(1)土壤中携带ARGs的微生物及其环境行为;(2)土壤环境中ARGs的来源和持久性;(3)土壤环境中ARGs的传播和消减方法;(4)土壤中共存物质对ARGs丰度和迁移行为的影响;(5)农业生产活动对土壤环境中ARGs污染的影响。同时,在介绍ARGs常用检测方法以及土壤环境中ARGs污染来源和分布的基础上,剖析影响ARGs在土壤中传播的多种因素,探讨土壤环境中ARGs的消减方法,并指出当前研究尚存的不足之处以及今后的研究方向。该文可为未来土壤环境中ARGs污染领域的研究和风险管控提供参考。

结合基因芯片与单细胞转录组鉴定反复种植失败患者子宫内膜的细胞间通讯

目的:利用生物信息学分析法挖掘胚胎反复种植失败(recurrent implantation failure,RIF)患者的相关关键基因,鉴定人子宫内膜中细胞亚群及细胞间通讯,探讨其对子宫内膜容受性的影响。方法:从高通量基因表达(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库中下载GSE103465数据集、GSE183837数据集和GSE223672数据集为研究样本,以RIF患者及对照组女性的子宫内膜组织数据为研究对象,使用R语言及Perl软件将原始数据经过质量分析后利用limma包筛选差异基因,使用筛选的差异基因进行基因本体论(gene ontology,GO)及京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genome,KEGG)分析,构建蛋白互作网络(Protein-Protein Interaction Networks,PPI网络),筛选关键基因,利用R语言相关包进行单细胞注释与分类,使用筛选的差异基因构建细胞间通讯图谱。结果:筛选出关键基因RPF2、DDX27、PWP2、CDC5L、NOP2、DCAF13、CEBPZ、FTSJ1、GNL3L和NSUN2,鉴定RIF患者子宫内膜的主要细胞类型分别为上皮细胞、自然杀伤细胞、粒单核祖细胞、内皮细胞和平滑肌细胞,差异基因富集的GRN、SPP1、PTN、MIF、MK信号通路通过受体-配体对参与细胞间通讯。结论:RIF患者子宫内膜容受性受损与RNA的修饰与加工异常,出现表观遗传修饰错误相关,还与炎症反应及代谢下降密切关联,细胞间通讯显示RIF患者子宫内膜上皮细胞骨桥蛋白-整合素介导的黏附与侵袭能力下降,可能是导致胚胎种植失败的原因。

植物间水平基因转移——基因交流新途径及其农业利用潜力

水平基因转移(horizontal gene transfer, HGT)指通过受精以外的方式进行的跨物种遗传物质传递,是原核和真核生物基因组构成的重要来源,对生物进化具有重要推动作用。近年来,基因组测序技术的发展进一步证明了植物之间存在着大量的水平基因转移事件。文章主要对国内外植物间水平基因转移的途径、转移的基因分类,以及水平基因转移在农业中的应用潜力等方面进行了综述和讨论,分析了当前植物水平基因转移研究存在的问题,并就未来基础理论研究及利用的方向作了展望。

新兴污染物对抗生素抗性基因水平转移的影响

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)引起的抗生素耐药性问题被列为新兴环境污染问题,对生态环境和人类健康构成严重威胁。当前备受关注的环境新兴污染物(如内分泌干扰物、重金属、微塑料、纳米塑料等)都可以通过水平基因转移单独或协同促进ARGs在环境中的传播、转移和扩散。新兴污染物如何影响ARGs的水平转移过程已成为备受关注的研究热点。本文全面综述了ARGs的来源及水平基因转移的3种经典方式(接合、自然转化和转导),总结了新兴污染物影响ARGs水平转移的规律及潜在机制,以充分认识ARGs在生态系统中的传播动态与最终命运,有助于全面了解新兴污染物在ARGs传播中的作用。最后提出了目前ARGs水平转移的阻断措施和研究的局限性,并为未来研究提出了相关建议,以便制定有效策略防控并阻断ARGs在环境中的传播过程。

沿胸腔引流管接种的皮肤转移性肺腺癌:1例报告

本文报告复旦大学附属中山医院收治的1例沿胸腔引流管接种的皮肤转移性肺腺癌患者,男性,61岁,病程2周余。本例皮损泛发,表现为绿豆至小胡桃大小不等的紫红色结节,质硬、坚实,表面光滑,有浸润感,无破溃,无瘙痒、压痛。发疹前6周,患者无明显诱因下出现胸闷、胸部隐痛,痰液少、呈白色,在我院呼吸科确诊为左肺恶性肿瘤(低分化腺癌),cT1cN3M1cⅣB期,累及胸膜、骨。基因检测结果显示:表皮生长因子受体(epidermal growth factorreceptor,EGFR)21外显子点突变L858r,酪氨酸激酶胰岛素受体基因Ros1阴性,间变性淋巴瘤激酶(anaplastic lymphoma kinase,ALK)阴性,体力状况评分(physical status score,PS)为0分。给予达克替尼45 mg,口服,每日1次,联合伊班膦酸保骨治疗。由于患者病情改善不明显,皮肤结节增多,腹部B超提示肝脏多发转移灶,改用盐酸埃克替尼片(凯美纳),每日3次,每次125 mg,联合克唑替尼胶囊(赛可瑞),每日2次,每次200 mg。患者出院后家属代为复诊1次,之后失访。

干细胞在牛羊遗传改良中的应用研究进展

干细胞技术是当前动物生物技术的热门研究之一,不仅在再生医学和人类疾病治疗方面优势突出,还在动物遗传资源保存及品种改良等方面有着巨大的应用潜力。干细胞作为一种新型实验材料,可以与基因编辑技术、体细胞核移植技术、体外受精技术及高通量测序等技术相结合,在家畜遗传改良中有着极大的科研潜力和应用价值。本文总结了干细胞分离培养技术,以及近年来干细胞技术在牛、羊遗传育种中的研究进展,并对其应用及发展前景进行了展望。

李属植物线粒体基因组特征与系统发育分析

【目的】李属植物种类庞杂,其线粒体基因组相关研究较少。利用比较基因组学对李属植物线粒体基因组进行分析,旨在为李属植物系统发育、种群鉴定等研究提供参考。【方法】基于NCBI数据库已发布的7种李属植物线粒体基因组序列,利用生物信息学的方法,对其基因组的特征、组成,基因转移,遗传变异,系统发育等方面进行分析。【结果】7种李属植物的线粒体基因组序列长度为422215(寒樱)~535727 bp(梅),GC含量均约为45%,编码序列数量相近。跨膜结构域分析显示,线粒体基因组部分开放阅读框可能包含信号肽。DNA从叶绿体迁移至线粒体分析显示,tRNA基因比rRNA基因更为保守。7种李属植物线粒体基因组密码子偏好性不强,但共线性较高,大多数蛋白质编码基因在进化过程中受纯化选择。线粒体全基因组和单基因系统发育分析显示,寒樱与浙闽樱桃、梅与山杏的亲缘关系更近,李与光核桃的亲缘关系也较为接近,此结果与植物学分类标准存在一致性。【结论】李属线粒体基因组是其全基因组的重要组成部分,其序列较为保守,可用于物种鉴定、系统发育等方面的研究。

过表达趋化因子CXCL1在胃癌中的作用及研究进展

胃癌是全球第五大常见癌症和第四大癌症相关死亡原因。胃癌的致病因素多样化,随着人平均寿命的增长,胃癌的发病率也呈上升趋势。因此,早期诊断出胃癌患者对改善患者预后有很大帮助。近年来,胃癌的传统治疗手段逐渐进入瓶颈期,需要开发出新的治疗措施。胃癌研究的一个领域是胃癌细胞和免疫细胞之间的相互作用,其中趋化因子起着至关重要的作用。随着趋化因子生长调节基因1(CXCL1)与胃癌关系的日益明晰,趋化因子CXCL1有望成为胃癌治疗的一个有前途的靶点。本文就近年来过表达趋化因子CXCL1在胃癌中的研究进展进行简要综述。

牡丹非特异性脂质转移蛋白基因PsLTP的生物信息学分析

[目的]了解牡丹非特异性脂质转移蛋白基因LTP的基因特征及其编码蛋白的生物学特性,探索其生物功能。[方法]运用Blast、ORF-Finder、ProtParam、SignalP 4.1、ProtScale和TMHMM 2.0 Server等生物信息学软件,分析牡丹nsLTP基因序列及其编码蛋白的基本理化性质、信号肽、磷酸化位点、保守结构域等,并运用DANMAN、MEGA软件进行多序列比对和系统发育树构建。[结果]牡丹nsLTP基因(NCBI登录号为:JZ840269.1)序列全长为685 bp,开放阅读框长为354 bp,编码蛋白包含117个氨基酸,理论等电点为8.93,为不稳定性蛋白。牡丹nsLTP蛋白为疏水性蛋白,含有信号肽但不含跨膜结构域,NetPho Server预测其含有8个丝氨酸和3个酪氨酸磷酸化位点及5个苏氨酸磷酸化位点。PsnsLTP蛋白具有植物LTP蛋白典型结构,即4个α-螺旋,4对二硫键,1个可结合和容纳脂质分子的疏水结构。多序列比对及系统发育树分析显示,PsLTP蛋白与绒毛烟草LTP蛋白(XP_009608993.1)的相识度62.7%,且进化树聚为同一小分支,遗传距离较近。[结论]通过对牡丹nsLTP基因特性及蛋白结构研究,系统性研究了牡丹nsLTP基因的生物信息学特性,为牡丹抗病抗逆功能基因的研究提供了依据,也为其他植物nsLTP基因研究提供了参考。

海南省类鼻疽伯克霍尔德菌临床分离株的基因岛特征和毒力因子分析

目的分析类鼻疽伯克霍尔德菌(Burkholderia pseudomallei)临床分离株的基因岛(genomic island,GI)特征和毒力因子差异,为类鼻疽病的诊疗研究提供依据。方法收集B.pseudomallei临床分离株,PCR检测和测序分析毒力相关GI,在Islandviewr 4平台上提交全基因组序列注释格式文件,整合SIGI-HMM与IslandPath-DIMOB两种算法预测GI,通过序列比对分析GI独特性和毒力因子差异。结果共收集到52株B.pseudomallei临床分离株,结果显示,52个基因组按进化距离分为3个分枝,其中82.69%(43/52)菌株集中在分枝1。52个B.pseudomallei基因组共识别出828个GI,按序列相似性聚类为157个GI cluster。GI在基因组中占比达2.05%~6.38%。GI cluster1和2存在全部菌株中,但84个(53.50%)GI cluster只聚类到单个基因组。10个GI cluster很可能是特有的,其中5个来源同属细菌,2个来源其他属,3个来源不确定。25个GI cluster与毒力相关,B.pseudomallei BP76和BP169含有其中8个,是所有菌株中毒力相关GI最多的。52株B.pseudomallei的毒力基因除了fhaB1、fhaB2、BPSL1661、cheY1、wzM、tssH-5/clpV、tssA-5、boaA和boaB存在差异,其余都表现一致。与泰国和澳大利亚B.pseudomallei临床菌株比较,boaA、boaB、cheY1和chbp在两个国家的菌株中都表现出差异,同时fhaB1、fhaB3和bimA在澳大利亚菌株中表现出差异。结论海南地区B.pseudomallei GI具有保守性和独特性,通过特有GI和毒力因子研究,可以发现菌株水平基因转移(Horizontal gene transfer,HGT)的来源和分子水平的毒力差异。

opaR基因缺失对AHPND致病菌生物学特性及毒力质粒接合转移的影响

急性肝胰腺坏死病(acute hepatopancreatic necrosis disease, AHPND)严重影响了我国乃至全球对虾养殖业的发展。近期研究发现,致病菌毒力质粒携带trb型Ⅳ型分泌系统(typeⅣsecretion system, T4SS)可在高菌体密度下介导毒力质粒发生接合转移,从而导致AHPND致病菌多样性。为探究群体感应与T4SS表达以及毒力质粒接合转移的关系,本研究以副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)群体感应系统的高密度调控子OpaR为研究对象,在致AHPND副溶血弧菌20130629002S01::cat(Vp2S01::cat)菌株基础上,利用同源重组技术构建opaR基因缺失株Vp2S01::catΔopaR。比较了出发菌株和缺失株在生长性能、运动性和生物被膜形成能力等方面的差异,分析了opaR基因对T4SS基因表达量以及质粒接合转移效率的影响。结果显示,opaR基因缺失不影响细菌的生长特性和群集运动,但泳动能力显著增加,生物被膜形成能力显著下降;接合转移实验显示,opaR基因缺失显著提高T4SS表达水平和接合转移效率。本研究为解析群体感应系统调控AHPND致病菌T4SS表达以及毒力质粒接合转移机制提供了基础数据,可为控制AHPND致病菌毒力质粒传播提供技术支撑。

畜禽粪污抗性基因污染和消减技术研究进展

畜禽养殖业抗生素滥用导致抗生素抗性基因(ARGs)大量产生,大量ARGs进入环境会引起细菌的多重耐药性,甚至导致“超级细菌”的爆发,严重危害居民生产生活环境及身体健康。目前关于畜禽粪污生化处理出水ARGs去除技术研究十分欠缺,成为制约畜禽粪污处理利用的瓶颈。分析了目前畜禽粪污ARGs的污染现状,详细介绍了ARGs迁移传播途径及环境行为,重点综述了畜禽粪污中ARGs的消减技术并提出展望,为今后ARGs控制技术的研究提供思路,以期开发更加高效绿色的污染阻控技术,降低人类健康的潜在风险。

高产莫能菌素肉桂地链霉菌的透明颤菌vgb基因异源表达

肉桂地链霉菌(Streptomyces cinnamonensis)发酵产生的聚醚类抗生素莫能菌素(Monensin)因其环保且高效的特性而被广泛应用在医药、农业等领域,但莫能菌素实际生产中普遍的低氧条件严格限制了肉桂地链霉菌发酵莫能菌素水平。该文在前期整合表达莫能菌素生物合成基因簇中途径特异性正向调控基因(monH、monRⅡ)基础上,尝试通过异源整合表达透明颤菌血红蛋白基因vgb,以期通过改善菌株摄取溶氧能力来提高莫能菌素产量。结果显示,在40 mmol/L Ca^(2+)、供受体菌比例100∶1和培养18 h覆盖抗生素条件下,接合转移效率提高3倍;成功将基因vgb与莫能菌素生物合成途径特异性调控基因monH/monRⅡ进行串联整合,得到工程菌2110-monH-vgb和2110-monH-monRⅡ-vgb,其摇瓶生物量在高限氧条件下稍有提高(6%),但发酵效价分别较异源表达前提高18.0%和21.3%;后者在5 L罐水平生物量较异源表达前略有提高,发酵效价高达11.5 kU/mL,较出发菌提高47.3%。通过优化遗传操作系统并用于肉桂地链霉菌发酵产莫能菌素基因工程改造,成功获得有效提高莫能菌素发酵效价的vgb异源串联整合表达菌,为其后续的工业应用奠定基础。

益生菌的耐药性及其安全性的研究进展

益生菌是一类具有活性的微生物,在给予合适剂量时,对宿主的健康有益。随着对益生菌功效研究的不断推进,其被广泛应用在医疗保健、食品工业和饲料行业等多个领域,应用前景良好。然而,益生菌存在的潜在风险也不容忽视,如其可能携带耐药基因,导致身体产生耐药性。本文详细阐述我国益生菌的商业应用情况,耐药特征及其潜在的转移风险,以及相关法律法规建设进展,以期为我国益生菌产业的可持续发展提供参考。

环境中抗生素抗性基因(ARGs)形成和传播机制研究进展

从DNA损伤和错误修复角度阐述了环境中抗生素抗性基因(Antibiotics resistance genes,ARGs)的形成机制,并对DNA损伤和错误修复过程中涉及的相关核心功能基因片段进行归纳总结。也从细胞代谢角度阐述了环境中ARGs进行水平传播的三种主要机制,包括:菌毛架桥作用、信号传导和IV型细胞分泌系统。现有研究进一步加强对ARGs在环境中形成和传播机制的认识,为今后研究ARGs的削减提供理论依据。目前关于抗生素诱导ARGs形成和传播的内在机制仍相对缺乏,后续可从生物毒性和分子生物学层面进行深入研究。

电子传递链对阿尔兹海默病的影响分析

阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种神经退行性疾病.临床上以记忆障碍、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格行为改变等全面性痴呆表现为特征.AD致病源现今不明确,其中有毒物质损害使得脑内区域性能量代谢减退是AD发生的病因特征之一,而电子传递链(ETC)在能量代谢中扮演着重要角色.通过差异分析(LIMMA)及加权基因共表达网络(WGCNA)构建获得聚类基因,并对聚类后基因进行生理分析(GO)、通路分析(KEGG)后锁定ETC,以及对其进行表达量分析及相关系数矩阵的构建,并结合临床指标(MMSE)解释说明,最终验证了ETC的异常对阿尔兹海默病存在影响的事实.

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

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。