临沂和周口地区中高温大曲细菌群落结构与基因功能差异性研究

为明确山东临沂和河南周口地区中高温大曲细菌群落结构及菌群基因功能的差异,本研究采用MiSeq高通量测序技术对2个地区中高温大曲的细菌群落结构进行了解析,并基于直系同源蛋白数据库(clusters of orthologous groups of proteins,COG)分析了其细菌类群潜在的功能。α多样性发现,两者在丰富度和多样性上差异均不显著(P>0.05)。相较于周口地区大曲,在门水平上,临沂地区大曲中放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)平均相对丰度均显著偏低(P<0.05),在属水平上,不动杆菌属(Acinetobacter)平均相对丰度显著偏高(P<0.05),地杆菌属(Geobacter)和泛菌属(Pantoea)平均相对丰度均显著偏低(P<0.05)。LEfSe(linear discriminant analysis effect size)分析发现,Geobacter为周口地区大曲中的生物标志物,而临沂地区大曲中的生物标志物未在属水平体现;β多样性发现,两者在整体上存在明显差异;PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)分析发现,临沂地区中高温大曲在转录、氨基酸和核苷转运与代谢功能上显著高于周口地区大曲(P<0.05)。由此可见,2个地区中高温大曲的细菌群落结构及菌群基因功能表达均存在明显差异。

板栗花发育B类基因CmPI的克隆及功能分析

【目的】PISTILLATA(PI)基因作为控制花器官发育的B类功能基因中的一员,在花器官发育中起到重要的作用。为探究PI基因在板栗花发育中的功能,对板栗花器官B类基因PISTILLATA(PI)进行鉴定和功能分析。【方法】在板栗基因组数据中检索PI同源基因CmPI,并克隆编码区序列。利用在线工具对CmPI进行生物信息学分析。通过荧光定量PCR分析CmPI在板栗不同组织及不同花发育时期的时空表达模式。构建35S::CmPI-GFP融合载体,瞬时转化烟草叶片,进行基因表达的亚细胞定位分析。将过表达载体35S::CmPI转入野生型拟南芥获得过表达植株,验证CmPI在花发育中的功能。【结果】克隆到的板栗CmPI基因开放阅读框长度630 bp,编码209个氨基酸,有高度保守的MADS域(MADS-box)和K域(K-box),属MADS的Ⅱ型亚家族转录因子,定位于细胞核。CmPI主要在板栗雄花中表达。在拟南芥中过表达CmPI导致萼片转变为花瓣样组织。荧光定量PCR结果表明,CmPI过表达拟南芥中除C类基因AtAG表达量显著高于野生型外,其他A类、B类、E类基因的表达量均低于野生型拟南芥。【结论】鉴定到的MADSbox基因CmPI为板栗花发育B类基因,可导致萼片花瓣化,可能是抑制雌花苞片进一步发育的关键基因。

保幼激素环氧水解酶基因在蠋蝽滞育过程中的表达模式及其功能研究

保幼激素(juvenile hormone,JH)缺乏是引发昆虫生殖滞育的主要原因,保幼激素环氧水解酶(JHEH)作为JH的主要降解酶,通过调控JH滴度水平在昆虫滞育中发挥重要作用。为研究JHEH在蠋蝽生殖滞育中的调控功能,克隆获得了蠋蝽JHEH基因(AcJHEH),该基因编码452个氨基酸,具有典型环氧水解酶结构特征,无跨膜结构域,存在1个信号肽位点。同源性及系统进化分析结果表明,AcJHEH在不同物种间具有较高保守性,与茶翅蝽(Halyomorpha halys)的JHEH相似性较高,达65.46%。利用RT-qPCR技术测定了AcJHEH在蠋蝽不同组织及滞育不同时期的表达量,发现AcJHEH表达量在滞育诱导期先下降后升高,滞育诱导20 d时表达量最低;滞育初期(诱导40 d)表达量最高,滞育维持期(诱导50~60 d)的表达量稳定在较高水平,与成虫初羽化时水平接近。AcJHEH在滞育蠋蝽的头部表达量最高,其次是中后肠和脂肪体,在卵巢中表达量最低。利用RNAi敲降蠋蝽初羽化成虫的JHEH基因表达后,雌虫体内的卵黄蛋白原(vitelliogenin,Vg)基因表达量上升,卵黄沉积明显,推测滞育诱导期高表达的JHEH基因可能通过抑制Vg基因的表达,抑制卵黄蛋白沉积和卵巢发育,从而促进蠋蝽的生殖滞育。本研究结果为解析JHEH在生殖滞育中的调控作用提供了参考依据。

基于转录组测序分析葡萄籽原花青素对HepG2细胞基因及其相关功能的影响

目的:基于转录组测序分析葡萄籽原花青素对HepG2细胞基因及相关功能的影响,明确原花青素处理HepG2细胞的关键基因及代谢通路。方法:通过转录组测序,筛选差异基因,基因功能注释和KEGG通路的富集分析,进行葡萄籽原花青素处理细胞后的转录组学研究。结果:葡萄籽花青素处理HepG2细胞后主要富集到的生物学过程为细胞过程、代谢过程、生物调控过程、免疫系统过程、繁殖调节、生长调节。细胞凋亡的12个关键差异基因与TNF、p53、MAPK、PI3K-Akt、NF-κB信号通路密切相关。结论:细胞凋亡与TNF信号通路、p53信号传导途径、PI3K/Akt信号通路、NF-κB信号通路、MAPK信号通路密切相关。

苹果sMdCAX11基因的功能分析与鉴定

【目的】深入分析苹果sMdCAX11(去掉NRR区域的MdCAX11)基因功能。【方法】分别利用蜜脆苹果果实和拟南芥材料,采用过表达sMdCAX11的试验方法,观察果实、叶片等各组织的表型,并测定不同组织的矿质元素含量,同时对苹果MdCAX11基因启动子区域进行预测分析以及启动子转录活性分析。【结果】瞬时过表达sMdCAX11的苹果果肉颜色变褐,并出现皱缩;同时过表达sMdCAX11的苹果果肉和拟南芥叶片的总Ca含量明显下降,且元素比值(K+Mg)/Ca明显升高。【结论】sMdCAX11基因过表达可导致植株组织的元素分配不均,不同元素间的比例失衡。

植物生长素响应基因SAUR的功能及其在大豆中的研究进展

生长素参与调节植物体的生长发育。作为生长素响应的三大基因家族成员之一,SAUR基因家族参与植物生长发育的多个过程,在响应生长素变化,影响植物体内生长素合成及转运,细胞伸长、代谢及逆境胁迫中发挥重要作用。文章综述了生长素的生理作用、生长素信号转导、生长素与不同激素信号间的相互作用及SAUR基因功能的研究进展,包括SAUR基因的结构及在大豆中的功能等,旨在为深入研究大豆SAUR基因功能奠定理论基础。

利用CRISPR/Cas9探究水稻OsPIN5c基因功能

生长素极性运输在植物生长发育中发挥着重要作用,生长素输出载体蛋白(PIN-FORMED,PIN)是控制生长素极性运输的关键蛋白。虽然部分水稻OsPIN基因功能已有报道,但水稻OsPIN5c的生物学功能仍有待研究。本研究在OsPIN5c第1外显子处设计靶点并构建CRISPR/Cas9载体,通过转化粳稻品种日本晴获得24株转基因植株,PCR产物直接测序分析表明其中15株发生突变,突变率为62.5%,突变类型为双等位突变;进一步从T1代突变体中筛选获得3种不同的纯合突变体,将其命名为ospin5c-1、ospin5c-2和ospin5c-3。序列比对分析表明,这3种类型的突变均造成移码突变和蛋白翻译提前终止,由原来的398个氨基酸分别缩短为109、106和250个氨基酸;跨膜螺旋结构域分析表明,3种突变体中OsPIN5c蛋白的跨膜结构完全消失;蛋白结构预测表明3种突变体中OsPIN5c蛋白螺旋结构明显减少。突变体的苗高、根长和不定根数均显著低于野生型植株。组织特异性表达表明OsPIN5c主要在根中表达。突变体根中OsPIN1a和OsPIN5b表达量提高;生长素合成关键基因OsYUC1、OsYUC4、OsYUC6和OsYUC7的表达量也显著提高。ospin5c突变体根的向重性受到部分抑制。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得ospin5c纯合突变体并探讨了OsPIN5c基因功能,为利用OsPIN5c基因进行作物遗传改良提供了潜在的基因资源。

大黄鱼鱼卵鱼露快速发酵过程中细菌多样性及PICRUSt基因功能预测

为探究鱼露快速发酵过程中细菌多样性的变化,以大黄鱼鱼卵为研究对象,通过酶解和加曲的方式快速发酵鱼露,采用16S rDNA高通量测序技术分析大黄鱼鱼卵鱼露快速发酵过程中细菌群落结构的变化,并开展基因功能预测分析。结果显示,未灭菌组(K组)和灭菌组(M组)鱼露的优势菌门均为厚壁菌门和变形菌门。葡萄球菌属是鱼露发酵过程中的优势菌属,相对丰度高的菌属有链球菌属、糖芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属和希瓦氏菌属。PICRUSt (phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)基因功能预测显示,鱼露细菌基因功能涉及遗传信息处理、代谢等6类一级生物代谢通路,以及辅助因子与维生素的代谢、能量代谢等35个二级功能层。M组鱼露在发酵第5、10天时的细菌组成与组内其他发酵时间的样本存在明显差异,这可能是因为M组发酵前期含有相对丰度较高的芽孢杆菌属及更为丰富的二级功能预测基因。在M组鱼露发酵后期,复合曲的加入使细菌菌落发生了改变。本研究结果可为筛选功能菌、改善鱼露品质提供依据。

新基因C12ORF56在肺癌中的表达特征和功能研究

目的C12ORF56(chromosome 12 open reading frame 56)是一个位于人染色体12长臂14.2区、且目前功能未知的新基因,在多种正常组织及包括肺癌在内的多种肿瘤中均有表达,但是C12ORF56在肺癌中的表达特征及功能尚不明确。在本研究中我们对C12ORF56在肺癌组织及细胞系中的表达及亚细胞定位特征、细胞生理功进行了探讨。方法在ONCOMINE数据库中比较了正常组织和肺癌组织的C12ORF56 mRNA的转录水平;并使用LinkedOmics、Metascape、String和GSEA等工具对C12ORF56及其关联的分子调控网络在肺癌病理过程中的潜在细胞生物学功能进行了预测;通过EdU和CCK-8法评估了特异性siRNA靶向敲降C12ORF56 mRNA对肺癌细胞系NCI-H1073增殖的影响;应用RT-qPCR检测肺癌细胞周期各阶段中C12ORF56的转录水平;采用Jaspar在线工具预测,并通过双荧光素酶报告基因系统明确了影响肺癌细胞系中C12ORF56基因转录的启动子核心区域。结果相对于正常组织,C12ORF56转录本在肺癌组织、特别是在鳞状细胞肺癌中表达明显上调;靶向敲降C12ORF56明显抑制了肺癌细胞NCI-H1703的增殖。结论C12ORF56转录水平在肺癌组织、特别是鳞状细胞肺癌组织中明显上调;上调的C12ORF56通过促进肿瘤细胞的增殖参与肺癌的发生和发展进程。

南宁地区酸姜片微生物群落及基因功能分析

该研究采用纯培养方法和高通量测序技术解析广西南宁地区酸姜片样品的细菌多样性,并基于直系同源蛋白数据库对细菌潜在的功能进行预测。结果表明,样品中的优势细菌属为乳杆菌属(Lactobacillus)、副乳杆菌属(Paralactobacillus)、梭菌属(Clostri-dium)、芽孢杆菌属(Bacillus)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、劳尔氏菌属(Ralstonia)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、不动杆菌属(Acinetobacter)和葡萄球菌属(Staphylococcus);PICRUSt分析显示,酸姜片中细菌具有较强的碳水化合物和氨基酸转运与代谢功能。通过纯培养方法从样品中分离出的8株乳酸菌中戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)占总分离株的62.50%。综合分析表明,酸姜片中代谢氨基酸和碳水化合物的细菌菌群占比较高,优势细菌属以乳杆菌属为主。

山西河曲与内蒙古五原酸粥细菌类群结构及其基因功能的比较分析

该研究采用MiSeq高通量测序技术解析了河曲地区和五原地区酸粥的细菌群落结构差异,并探讨了其优势细菌属间的相关关系,最后对其细菌的基因功能进行了预测。结果发现,五原酸粥中的细菌丰度与多样性均显著高于河曲酸粥;所有酸粥样本共含有2个优势细菌门,分别为厚壁菌门(Firmicutes,75.85%)和变形菌门(Proteobacteria,23.31%);含有12个优势细菌属,分别为乳酸杆菌属(Lactobacillus,41.95%)、醋杆菌属(Acetobacter,14.10%)、芽孢杆菌属(Bacillus,6.72%)、梭菌属(Clostridium,6.69%)和戊糖片球菌(Pediococcus,5.36%)等,乳酸菌累计相对含量为59.19%;两个地区酸粥中Acetobacter和魏斯氏菌(Weissella)的含量存在显著差异。相关性分析显示,除Lactobacillus和肠球菌属(Enterococcus)间为显著负相关关系外,Clostridium与Weissella,乳球菌属(Lactococcus)与Acetobacter和Enterococcus以及气单胞菌属(Aeromonas)与Enterococcus均为显著正相关关系(P<0.01)。基因功能预测结果显示两个地区酸粥的细菌基因功能在复制、重组和修复、氨基酸转运与代谢、翻译、核糖体结构与生物发生等功能上的表达较高,其中在复制、重组和修复以及翻译、核糖体结构与生物发生功能上存在显著差异(P<0.01),且均为五原酸粥菌群的表达高于河曲酸粥。由此可见,河曲和五原酸粥的细菌类群在菌群结构以及菌群功能上均存在一定差异。

黎药胆木内生细菌群落结构多样性研究及其基因功能预测分析

以海南省5个产区采集的胆木为材料,采用高通量16SrRNA测序技术分析了胆木的根、茎、叶和表皮4个组织的内生细菌群落多样性,并通过PICRUSt分析其内生细菌的潜在功能。结果表明,胆木在16SrRNAV3-V4区高质量序列片段共得到3 759 378条有效序列,划分为3 475个OUTs,内生细菌分为30门、82纲、183目、326科、764属,具有丰富的菌群多样性,组间差异显著。对内生细菌群落结构分析可知,共有优势菌属为Chloroplast_unclassified(25.11%)、芽孢杆菌属Bacillus(15.16%)、伯克霍尔德氏菌属Paraburkholderia(7.06%)、罗尔斯通菌属Ralstonia(5.03%)、马赛菌属Massilia(4.60%)。其中,根优势菌属为芽孢杆菌属(Bacillus)、伯克霍尔德氏菌属(Paraburkholderia)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、固氮根瘤菌(Azorhizobium)、根瘤菌属(Rhizobium);茎优势菌属为Chloroplast_unclassified、罗尔斯通菌属(Ralstonia)、马赛菌属(Massilia)、Mitochondria_unclassified;叶优势菌属为短小杆菌属(Curtobacterium);表皮优势菌属为赖氨酸芽胞杆菌属(Lysinibacillus)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)。PICRUSt分析显示,胆木不同组织内生细菌主要涉及6个生物代谢通路及36个子功能。不同组织的内生细菌基因二级功能层预测基因种基本无差异,但基因丰度具有显著差异,代谢为影响胆木植株内生细菌多样性和丰富度的重要因素。通过全面揭示胆木不同组织内生细菌多样性的变化趋势和规律,能为其内生细菌的进一步应用、充分挖掘其蕴含的丰富微生物资源奠定理论基础。

基于基因功能相似性评价的乌头汤治疗类风湿关节炎作用机制研究

目的基于系统药理学和基因功能相似性评价对乌头汤治疗类风湿关节炎(RA)的药材配伍关系及作用机制进行探究,并利用分子对接对核心成分与靶点进行验证。方法采用系统药理学方法收集组方药材活性成分和潜在治疗靶点,构建蛋白质相互作用网络并通过模块分析筛选核心靶点;利用R语言对各药材治疗RA的靶点集进行基因功能相似性评价,预测药材配伍的减毒增效关系,并对核心靶点和核心成分进行分子对接。结果筛选得到107种活性成分和29个核心靶点,推测乌头汤中各药材主要通过Medicarpin、Kanzonol W、Lico⁃agroisoflavone等活性成分作用于STAT3、AKT1、TNF等靶点,综合调节PI3K-Akt、Ras、AGE-RAGE等信号通路,通过抑制成纤维细胞对生长因子的有丝分裂反应、调控免疫因子和控制炎症细胞因子等发挥治疗作用;麻黄,白芍和黄芪三味药材具有较强的基因功能协同性,川乌在生物过程和分子功能上发挥着独特的作用;分子对接证实了核心成分和靶点均具有很好的对接活性。结论预测得到了乌头汤治疗RA的核心成分和靶点,从基因功能层面探究了方剂减毒增效的配伍关系和作用机制,为进一步探究其分子机制提供了理论基础。

菘蓝ItTSA1基因功能预测与分析

在植物的生长发育过程中吲哚磷酸甘油酯醛裂解为吲哚,而吲哚则是植物中一种重要的代谢中间体,TSA通过调控植物体内的吲哚水平,从而影响植物生长发育。通过对菘蓝ItTSA1基因启动子区的顺式作用元件、蛋白质的理化性质等进行生物信息学分析,初步推测菘蓝ItTSA1基因对于茉莉酸甲酯和赤霉素2种激素反应敏感。通过验证实验发现,菘蓝ItTSA1基因在赤霉素和茉莉酸甲酯的刺激下表达量有显著提升,由此可推断出菘蓝ItTSA1基因可能介入植物的开花以及植物的抗虫抗病害,为进一步探究菘蓝ItTSA1基因提供相应的理论依据。

水稻OsYTHDF3基因功能初探

N6-甲基腺苷(m6A)是最为广泛存在的真核生物信使RNA和长链非编码RNA转录后修饰形式。YTH蛋白是最熟知的m6A识别蛋白之一,其功能研究主要集中在动物中,参与调控mRNA前体的剪切、降解和翻译效率。近来对于植物YTH基因的深入研究大多集中在双子叶植物拟南芥,对于单子叶植物YTH基因的研究仍不足。由于水稻YTHDF基因表达模式与拟南芥差异较大,因此水稻OsYTHDFs是一个有待探索的新领域。本项目以水稻OsYTHDF3为研究对象,利用基因编辑技术构建突变体,突变体在株高、分数、穗粒数、结实率和千粒重方面均显著下降,推测OsYTHDF3参与细胞快速增殖和器官发生过程。分析OsYTHDF3在胁迫条件下的表达模式发现,OsYTHDF3可能参与NaCl和干早的响应过程。本研究还进行了突变体和野生型的转录组分析,为之后深入挖掘OsYTHDF3的生物学功能提供数据基础。

杜仲果实和叶片转录组数据组装及基因功能注释

所构建的杜仲果实和叶片转录组数据库获得了54 471 338条reads数据,包含4 902 420 420nt数据信息,对reads进行拼接,获得了452 421条Contig,总长度为90 705 736 nt;对contig进行拼接后,获得了147 027条Scaffold,总长度为65 877 052 nt;同理,对Scaffold进一步拼接后,获得了49 610条Unigene,总长度为37616 729 nt;Unigene和COG数据库进行比对表明,杜仲果实和叶片转录组中的Unigene根据功能大致可分为25类;杜仲果实和叶片转录组中的Unigene根据GO功能可分为生物过程、细胞组分和分子功能3大类42分支;以KEGG数据库为参考,依据代谢通路可以将转录组中的数据分成125类,包括脂类代谢,DNA剪切,植物激素生物合成,苯丙氨酸生物合成,萜类化合物与类固醇类化合物合成等。

杜仲幼果和成熟果实转录组数据组装及基因功能注释

对杜仲幼果和成熟果实进行测序后,共获得了53 080 588个reads片段,包含了4 777 252 920个核苷酸序列信息,对reads进行拼接,共获得了921 902个Contig片段,序列信息达到了129 461 462 nt;在Contig数据的基础上,进一步采用over-lap的方法进行拼接,共获得了190 518个Scaffold片段,序列信息达到了67 868 367 nt;在Scaffold数据的基础上,进一步拼接,数据共获得了64 474个Unigene片段,序列信息达到了39 120 703 nt;Unigene和COG数据库进行比对表明,杜仲幼果和成熟果实转录组中的Unigene根据功能大致可分为25类;Unigene根据GO功能大致可分为生物过程、细胞组分和分子功能3大类44分支;利用KEGG数据库作为参考,依据代谢通路可以将转录组中的数据分成119类,包括生化代谢通路、植物—真菌互作、DNA剪切、植物激素生物合成、苯丙氨酸生物合成、萜类化合物与类固醇类化合物合成、脂类代谢、RNA降解等。

稻瘟病菌阅读框架中SSR频率、分布及所在基因功能

在对稻瘟病菌基因组中SSR分布进行了系统分析的基础上,对由1～6个碱基为重复单元的SSR在基因的蛋白质编码区中的分布进行了分析.结果表明,该病原菌的2 378个基因的编码区中共分布有3 240个SSR序列(标准是15bp以上,匹配值为80%).在已经有注释的4 732个基因中,861个基因的编码区中有SSR.编码区中的SSR以三碱基重复和六碱基重复为主,其他类型的SSR则很少在编码区中出现.SSR在这些基因中很少有保守性,表明这些基因的高度变异,或者起源是较晚的.含有SSR的基因多为转录蛋白、信号传导的细胞调节基因这一现象表明,SSR在物种形成过程中有重要作用.利用基因编码区中丰富的SSR序列信息及其变化带来的功能变化的信息,将可以在该菌功能基因组的研究中发挥十分重要的作用.

安佳欣胶囊对抑郁症模型大鼠基因功能类表达影响的初步研究

目的研究安佳欣胶囊对抑郁症模型大鼠基因功能类表达的影响。方法分析抑郁症大鼠模型组和安佳欣胶囊组各8例样本的基因表达谱数据,筛选差异表达基因。利用基因功能分类体系Gene Ontology中的生物学过程子树和细胞组分子树,寻找和分析显著聚集差异表达基因的复合功能类,从分子水平和基因功能模块水平探索安佳欣胶囊对抑郁症模型大鼠基因表达谱的影响。结果筛选出330个差异表达基因,并进一步识别了8个差异表达基因功能模块,主要涉及糖代谢、蛋白转运、谷氨酰胺代谢、凋亡诱导和神经发生。通过文献证实进一步发现了差异功能模块中7个可能与抑郁症发病相关的基因(Pfkm、Gpx1、Stx1a、Ninj2、Plp、Evl、Nrn1)在两组动物中差异表达。结论安佳欣胶囊可能增加抑郁症模型大鼠的单胺递质合成和释放,改善神经保护和神经发生功能,这些改变可能与安佳欣胶囊的抗抑郁作用有关。

丝状真菌基因功能研究的方法

近年来不少丝状真菌全基因组测序已完成或正在进行,基因功能研究成为真菌研究的一个热点.多种基因功能研究方法都已应用到丝状真菌领域,为丝状真菌的基因功能研究提供了许多不同的技术策略.本文总结了目前丝状真菌基因功能研究中常用的方法,如转座子标签法、基因敲除技术、RNA干扰、超表达及酵母杂交系统等,并对各方法在丝状真菌研究中的优缺点进行了阐述.