基因组重排技术在微生物菌种改良中的应用

基因组重排作为一种快速改良细胞表型的方法,不仅能有效提高微生物合成活性产物的能力,也能提高微生物的耐受性和对底物的利用率,还能激活沉默基因的表达产生新的化合物.本文综合论述了基因组重排的概况和基因组重排的过程,并讨论了基因组重排对微生物表型改良的应用以及对基因组重排的展望.

肿瘤细胞外泌体的生物学功能及其检测方法研究进展

外泌体是一类细胞分泌的微小囊泡,其中包含蛋白质、脂质和核酸等重要的生物活性物质。外泌体作为细胞间通讯的重要载体,直接参与机体内肿瘤的发生、发展进程,通过影响肿瘤微环境,进而介导肿瘤细胞的生长和迁移。由于外泌体具有特殊的生理功能,近年来,将其作为重大疾病治疗载体和生物标志物的研究日益增加,针对外泌体的检测方法也得到不断发展。对肿瘤细胞外泌体的生物学功能和检测的近期相关研究进行系统综述,并对检测方法的发展趋势加以展望。

昆虫肠道微生物稳态的调控机制

稳定的肠道微生物内环境是肠道微生物与肠道免疫反应相互作用的结果。在不断的进食过程中,昆虫肠道微生物种类和数量不断发生变化,肠道微生物与肠道上皮细胞之间形成了复杂的、动态的平衡机制。昆虫肠道上皮细胞可以感知有益和有害条件并利用免疫调控通路来实现微生物种群稳态的动态调节,例如双重氧化酶-活性氧(dual oxidase-reactive oxygen species,Duox-ROS)系统和免疫缺陷(immunodeficiency,Imd)信号通路可以感知肠道微生物数量变化并参与到肠道微生物稳态调节过程。除此之外,肠道微生物群也会通过群体感应(quorum sensing,QS)释放相应的效应因子来调节菌群行为,间接性起到稳态调节的作用。因此,本文综述了昆虫肠道中物理防御、免疫信号通路以及肠道微生物通过QS在昆虫肠道微生物稳态维持中的作用,加深对肠道组织与肠道微生物互作关系的认识。未来将继续对更多种类昆虫体内微生物的稳态调控机制及调控机制间的作用关系进行研究,并基于调控机制设计开发改变肠道微生物稳态的新型农药,为实现有效害虫防治提供新的靶标和思路。

基于金属有机框架的农产品中农兽药残吸附萃取技术研究进展

农产品中农兽药物的残留是食品安全领域的主要问题之一,有必要对这些药物残留进行含量检测并严格限量。目前的吸附萃取材料如沸石、多壁碳纳米管等存在吸附量少、孔隙易堵塞的问题。金属有机框架(Metalorganic Frameworks,MOFs)因具有可调节孔隙、分级结构、巨大的孔体积和表面积、优异的吸附性能和可回收等特点而被逐渐应用于吸附萃取农产品中的农兽药残。本文综述了MOFs作为吸附剂吸附萃取农产品中农兽药残的应用现状,并分别从农、兽药种类的角度出发就MOFs的吸附应用进行了系统阐述,综合分析了MOFs的优异吸附性能。文章为MOFs吸附萃取农兽药残技术的进一步发展提供参考,为食品安全检测提供了技术借鉴。

小鼠BMSCs和人源UCMSCs的生物学特性比较研究

目的:通过比较分析小鼠骨髓来源的间充质干细胞(mBMSCs)和人脐带来源的间充质干细胞(hUCMSCs)的生物学共性特征,为选择hUCMSCs作为移植细胞,开展临床前体内药效评价提供理论依据。方法:采用“全骨髓贴壁法”联合“红细胞裂解法”,分离、纯化得到mBMSCs,再与已有的hUCMSCs进行比较,采用荧光倒置显微镜下观察两者的形态学特点,采用cck8法比较两者增殖活性,采用流式细胞术分析两者表面标志物及干性标志物表达。结果:mBMSCs和hUCMSCs的形态特征高度相似,均呈螺旋状贴壁生长,形态均一,多成梭形。但mBMSCs传代至7代以上,则形态开始改变,有分化趋势,而hUCMSCs传至10代以上,仍稳定生长。mBMSCs和hUCMSCs的表面标志物表达高度相似,CD90及CD105表达率均≥95%,CD45及CD34表达率均≤2%。此外,与mBMSCs相比,hUCMSCs展示了更高的体外增殖活性,并且干性标志物Oct-4、Sox2和Nanog的表达量更高,这可能与细胞来源及体外培养条件有关。结论:mBMSCs和hUCMSCs的形态学特征及表面标志物表达有高度相似性,但hUCMSCs体外增殖活性和干性标志物表达量相对较高。该研究为以hUCMSCs作为移植细胞开展临床前体内药效评价提供了部分科学依据。

茶小绿叶蝉粘样蛋白EfMLP基因的克隆、鉴定及功能分析

【目的】探明茶小绿叶蝉Empoasca flavescens粘样蛋白EfMLP基因的分子特征、表达模式和生物学功能。【方法】基于茶小绿叶蝉转录组数据,PCR克隆获得4条EfMLP基因的全长cDNA序列并进行生物信息学分析;qRT-PCR检测EfMLP基因在茶小绿叶蝉不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和初羽化雌雄成虫)及初羽化成虫不同组织(体壁、脂肪体、唾液腺、肠道、卵巢和精巢)中的表达量;通过饲喂法利用RNAi沉默茶小绿叶蝉5龄若虫EfMLP2和EfMLP4,生物测定分析EfMLP基因沉默后茶小绿叶蝉的存活率。【结果】获得4条茶小绿叶蝉EfMLP基因全长cDNA序列,分别命名为EfMLP1(GenBank登录号:OR504428),EfMLP2(GenBank登录号:OR504429),EfMLP3(GenBank登录号:OR504430)和EfMLP4(GenBank登录号:OR504431),这4条EfMLP基因编码蛋白均具有O-联糖基化位点形成粘蛋白结构域(mucin domain, MD)且该结构域包含高度重复的串联重复序列,其中EfMLP3和EfMLP4的氨基酸序列含有保守的2型几丁质结合域(chitin binding domain, CBD)。系统发育分析结果表明,EfMLP被分到两个不同的分支上,属于两种不同的MLP类型,该结果与昆虫的分类地位无相关性,猜测可能与其功能分化相关。EfMLP1和EfMLP2在茶小绿叶蝉初羽化雌雄成虫和初羽化成虫唾液腺中均特异性高表达,而EfMLP3和EfMLP4的表达在卵、若虫和成虫等不同发育阶段和初羽化成虫脂肪体等多个组织中均可被检测到。与饲喂dsGFP对照组比较,饲喂dsEfMLP2和dsEfMLP4可分别有效抑制茶小绿叶蝉体内EfMLP2和EfMLP4的表达量,并可显著降低茶小绿叶蝉的存活率。【结论】EfMLP在茶小绿叶蝉取食中扮演重要的角色,可作为开发基于RNAi的叶蝉防治技术的潜在靶标。

褐飞虱凝集素基因NlCTL4的克隆及功能分析

C型凝集素(C-type lectins,CTLs)是广泛存在于昆虫体内一类含糖识别结构域的蛋白超家族,通常作为模式识别受体,在识别外来病原微生物并启动昆虫先天免疫过程中发挥重要功能。本研究克隆并鉴定了一条褐飞虱CTL编码基因NlCTL4(GenBank登录号:OQ032531),其c DNA序列全长936 bp,编码311个氨基酸。序列分析显示,Nl CTL4蛋白N端存在一段由21个氨基酸残基组成的信号肽,C端仅具有一个典型的糖识别结构域,属于S型CTLs。系统发育分析表明,Nl CTL4与半翅目其他昆虫的CTLs聚为一支,其中与玻璃翅叶蝉CTL亲缘关系最近。q RT-PCR分析显示,Nl CTL4基因在褐飞虱不同发育阶段和不同组织中均有表达。Nl CTL4在5龄若虫期的表达量最高,且在高龄若虫期(4~5龄)的表达量显著高于低龄若虫(1~3龄),但在雌、雄成虫中其表达量无显著差异。Nl CTL4在褐飞虱雌成虫肠道中表达量最高,脂肪体次之,在血淋巴中表达量最低。大肠杆菌(革兰氏阴性细菌)、金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性细菌)和金龟子绿僵菌(丝状病原真菌)均能显著诱导Nl CTL4的表达水平,其中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在诱导36 h时Nl CTL4的表达量达到顶峰,金龟子绿僵菌接种24 h时的诱导水平最高。RNAi分析结果显示,抑制Nl CTL4表达后褐飞虱5龄若虫存活率及对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力显著降低。本研究结果初步证实了褐飞虱Nl CTL4在宿主生长发育和免疫防御过程中发挥重要调控作用,且在开发褐飞虱RNAi抗虫和病原真菌防虫技术中具有重要的潜在应用价值。

假眼小绿叶蝉微卫星位点的生物信息学分析

【目的】为开发假眼小绿叶蝉Empoasca vitis分子标记,采用高通量测序技术对假眼小绿叶蝉DNA进行了测序与分析。【方法】本研究基于Illumina Hi Seq测序技术,构建了PE文库（~400bp）,对获得的测序数据利用生物信息学分析手段完成全基因组扫描,并进一步使用MISA分析鉴定基因组序列中出现的微卫星序列（SSR）。针对微卫星序列共设计10对引物,并使用3步法进行引物多态性筛选。【结果】共计检测Scaffold数量为183 194条,其中包含SSR的Scaffold共计1 545条,共计筛选出1 569个SSR位点。在假眼小绿叶蝉的微卫星中,共包括87种重复基元类型,二核苷酸与三核苷酸重复序列为主要重复类型,分别占SSRs总数的70.26%和27.84%;二核苷酸重复基元CA/TG和三核苷酸重复基元AAT/ATT是优势重复基元,分别占SSRs总数的33.96%和5.86%。在设计的10对引物中,5对具有多态性,在8个假眼小绿叶蝉个体中共发现16个等位基因。【结论】结果说明假眼小绿叶蝉SSR位点在多态性方面具有极大的可开发性,具有多态性的SSR位点可对假眼小绿叶蝉种群间的分化,种群间的扩散机理和途径及影响因素等问题提供分子视角。

基于液相色谱-质谱联用技术的蛋白质类肿瘤标志物定量方法研究进展

液相色谱-质谱(LC-MS)联用技术因具有高通量、高灵敏度等优点而成为发现、验证生物标志物及对生物标志物进行定量分析的有力工具。近年来,LC-MS在临床应用中,特别是在定量肿瘤生物标志物方面做出了重要贡献。研究人员通过不同的设计原理开发出多种定量方法,逐步实现了对高度复杂样品中蛋白质类肿瘤标志物的准确定量。本文从用于定量蛋白质类肿瘤标志物的样品前处理方法及LC-MS分析中的质谱扫描策略两个方面,对近年来的主要定量方法进行总结。

基于ZigBee技术的桑园环境监控系统

桑树在食用、生态、药用等方面都有很高的价值,为能使桑树达到高产高质,必须要精确地检测和综合地调控桑树生长环境。设计一套基于ZigBee技术的环境监控系统,以CC2530作为主控制芯片完成桑园环境信息的采集、处理和无线传输,传输到PC机上后通过上位机来显示实时信息并完成数据的存储。该系统以IAR Embedded Workbench作为开发平台编写ZigBee无线自组网、信息收集、信息传输和信息处理的C程序,并且通过模糊控制策略,自行开启或关闭灌溉系统和光补偿系统。结果表明,该系统功能完善、功耗低、性能稳定,可以较好地改善桑园的环境。

基于高通量测序的褐飞虱肠道微生物多样性分析

【目的】探明褐飞虱Nilaparvata lugens成虫肠道微生物群落结构和多样性。【方法】分离褐飞虱成虫完整肠道并提取总DNA,利用Illumina MiSeq(PE300)技术对其肠道细菌16S rRNA的V3-V4变异区和真菌ITS2序列进行测序,统计肠道微生物的操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)数量,分析其物种组成、丰度及Alpha多样性。并通过qPCR技术验证随机挑选注释到的4种肠道菌的高通量测序数据的有效性。【结果】分别获得褐飞虱成虫肠道细菌16S rRNA和真菌ITS2优质序列32 395和24 986条,根据序列相似性进行聚类分析分别获得235和128个OTUs。其中,细菌共注释到7个门, 15个纲, 26个目, 45个科和73个属;真菌共鉴定到3个门, 9个纲, 12个目, 15个科和18个属。在门分类水平上,细菌以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)为优势门类;真菌以子囊菌门(Ascomycota)为绝对优势菌门。在属分类水平上,细菌的优势属为不动杆菌属Acinetobacter以及紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)未确定属和毛螺菌科(Lachnospiraceae)未确定属,其丰度分别为36.37%, 17.22%和15.01%;真菌的优势属为粪壳菌纲(Sordariomycetes)未确定属,丰度为95.77%。Alpha多样性分析结果显示,褐飞虱肠道细菌(真菌)的观测物种数、Chao1指数、Shannon指数和Simpson指数分别为235(128), 262.64(165.40), 3.90(0.91)和0.62(0.75)。4种肠道菌的qPCR结果显示高通量测序数据具有较高的有效性。【结论】褐飞虱成虫肠道细菌和真菌群落整体多样性比较丰富。研究结果为从共生微生物角度解析褐飞虱的环境适应性以及开发基于微生物防治的新技术等方面提供了依据。

食源性致病菌等温扩增检测技术的研究进展

快速可靠的食源性致病菌检测方法是保障食品安全的关键。然而,传统培养法的检测周期过于冗长,无法适应对时间敏感度较高的现场或在线检测。为此,研究人员开发了多种以快速和高灵敏度为主要特征的等温扩增技术及相应的检测产品,为食源性致病菌的现场或在线检测提供了强有力的技术支撑。该文对环介导等温扩增、滚环扩增、链置换扩增、切口酶信号扩增、核酸外切酶Ⅲ辅助扩增5种等温扩增方法的原理及其优缺点进行了梳理和比较。在此基础上,分析了等温扩增方法在细菌活性识别、非特异性扩增、前处理效率、检测通量4个方面所遇到的共性问题,并结合作者已有工作,提出了解决这些问题的方法或策略。

基于DNA条形码和矿物元素指纹的三文鱼物种鉴定和产地溯源技术

本研究评估DNA条形码技术在三文鱼真伪鉴别中的适用性,并探讨矿物元素指纹对进口三文鱼产地溯源的可行性。通过PCR特异性扩增测序结合GenBank已有序列,对8属29种鲑科鱼类线粒体COI序列进行遗传距离和系统进化分析。结果显示,鲑科鱼类种间平均遗传距离为0.150,是种内平均遗传距离(0.001)的150倍。在分子系统进化树上,同一鲑科鱼种均聚集于同一独立分支内,且均获得较高的支持率。上述结果表明:基于COI基因的DNA条形码技术可有效应用于三文鱼的真伪鉴别。通过对挪威和智利三文鱼矿物元素指纹数据进行方差分析、主成分分析与判别分析,发现Fe、Zn、Al、Ni、As、Cr、V、Se、Ca、Na等10种矿物元素可作为三文鱼的特征元素表征其地理来源。基于这些元素所建立的判别模型对三文鱼的整体及交叉验证判别率均高达98.8%。结论:矿物元素指纹结合化学计量方法可作为挪威和智利三文鱼产地判别的有效手段。本研究结果为建立和完善我国进口水产品质量安全识别体系提供了技术参考。

石蒜绵粉蚧在七种多肉植物上的生物学特性

【目的】石蒜绵粉蚧Phenacoccus solani是近年来新入侵我国并严重为害多肉类植物且具检疫重要性的害虫。本研究旨在明确石蒜绵粉蚧在不同多肉植物上生存和繁殖的差异,了解其在我国的潜在危害性。【方法】选取景天科、番杏科、马齿苋科和百合科4科7属7种不同多肉植物(长生草Sempervivum tecrum、黑法师Aeonium arboreum、熊童子Cotyledon tomentosa、姬胧月Graptopetalum paraguayuense、曲玉Lithops pseudotruncatella、松锦之吹雪Anacampseros telephiastrum、姬玉露Haworthia cooperi var.truncata)于人工气候箱中(25±1℃,RH 70%±5%,光周期14L∶10D)饲养石蒜绵粉蚧,观察记录其生长发育、存活、繁殖等生物学特性,并构建了实验种群生命表。同时,在浙江杭州、嘉兴、湖州和金华的多肉植物种植大棚调查了石蒜绵粉蚧的发生情况。【结果】石蒜绵粉蚧在松锦之吹雪和姬玉露这2种多肉植物上不能完成发育周期,在其他5种多肉植物上能完成世代发育,其中1龄和2龄若虫死亡率较高,3龄若虫后大都能发育至成虫并繁殖产卵。该虫在姬胧月和黑法师上死亡率最低,产卵量和F1代卵孵化率最高,在熊童子和曲玉上的死亡率最高,产卵量和F1代卵孵化率最低。实验种群生命表参数中,取食姬胧月和黑法师的石蒜绵粉蚧净增殖率、内禀增长率和周限增长率最高,种群加倍时间最短,而在曲玉和熊童子上取食的净增殖率、内禀增长率和周限增长率最低,种群加倍时间最长。大棚调查发现,石蒜绵粉蚧在景天、番杏、仙人掌、百合和马齿苋5科24属87种多肉植物上均有不同程度的发生。【结论】测试的7种多肉植物中,姬胧月和黑法师最适于石蒜绵粉蚧的生长、发育和繁殖,长生草次之;石蒜绵粉蚧1龄和2龄若虫期抵抗力弱是其防治的关键时期。石蒜绵粉蚧可取食的多肉植物种类繁多,流通性大,容易造成该虫害的传播蔓延,因此在多肉植物引种时需高度重视其潜在风险和危害。

基于电子舌和近红外光谱技术的进口牛肉产地溯源

为评估电子舌和近红外光谱技术对进口牛肉产地溯源的可行性,以澳大利亚、新西兰和加拿大进口安格斯牛肉为研究对象,分别测定其电子舌滋味特征图谱和近红外光谱数据,利用主成分分析和判别分析法,建立进口牛肉产地溯源的定性判别模型。研究结果显示,3个产地进口牛肉样本的电子舌滋味特征信号在SRS(酸味)、STS(咸味)、SWS(甜味)和GPS(复合味2)4根传感器上响应值差异显著。在全光谱范围(4000~12000 cm-1),经SNV(标准正态变量变换)+FD(一阶导数)+SG(Savitzky-Golay平滑)预处理后,3个产地进口牛肉样本的近红外平均光谱有显著差异。基于电子舌滋味特征图谱和预处理后近红外光谱数据的主成分分析和典则判别分析均能有效区分不同产地进口牛肉样本,判别正确率均为100%。说明电子舌和近红外光谱技术结合多元统计分析法可作为澳大利亚、新西兰和加拿大进口安格斯牛肉产地判别的有效手段。本研究结果为我国进口牛肉质量安全检测、监测提供了技术参考和数据支撑。

浙麦冬黑斑病病原菌的分离鉴定及淀粉酶产色链霉菌对其生物防治效果

黑斑病是浙江省慈溪市浙麦冬种植基地常发病害,传染速度快且严重影响麦冬的产量与品质。为了明确引起黑斑病的病原菌以便后续有效防治该病害,本文通过对染病组织培养、病原菌分离纯化和柯赫法则验证、形态学观察与基因序列分析比对(ITS、EF-1α、RPB2、Alt a 1、His 3、ATP),最终鉴定出引起浙麦冬黑斑病的病原菌是链格孢菌Alternariaalternata。研究淀粉酶产色链霉菌Streptomyces diastatochromogenes 1628代谢产物对黑斑病的防效结果表明,1628代谢产物对链格孢菌菌丝生长具有较强的抑制作用,其EC50=0.764%(体积浓度)。田间防效结果表明7和14 d校正防效分别可达74.08%和65.28%,均高于阳性对照多菌灵。本研究明确了浙麦冬黑斑病病原菌的分类地位,并筛选到能有效抑制该病原菌的生防菌株淀粉酶产色链霉菌,为后续浙麦冬黑斑病的防治提供依据。

基于DNA检测的动物性水产品鉴伪技术研究进展

水产品因其营养丰富和味道鲜美等优点而深受广大消费者青睐,其需求量呈逐年递增态势。其中,动物性水产品种类繁多,由于其产地、口感和营养成分的差异,不同种或品种间水产品经济价值差异十分悬殊。在高额利益的驱动下,动物性水产品在生产和销售过程中掺假造假、以次充好以及错贴标签现象屡禁不止。

桑椹采后微生物生长动力学预测模型的构建与品质评价

微生物污染是导致桑椹鲜果采后腐败变质的主要因素。为预测桑椹储存期的品质变化情况,以果桑品种大10的桑椹鲜果供试,采用Gompertz模型建立桑椹储存过程中不同温度下微生物生长动力学的模型方程：5℃下的模型方程为Y=2.329 0×EXP[-EXP（2.143 1-0.502 8 t）],R=0.988 1;10℃下的模型方程为Y=2.819 3×EXP[-EXP（1.405 6-0.658 4 t）],R=0.990 4。2个模型均在α=0.01水平显著,能较好地拟合桑椹在储存期间的微生物生长动态变化。以菌落总数105cfu/g为桑椹腐败水平临界值,检测桑椹5℃储存8 d、10℃贮藏4 d后的菌落总数〉105cfu/g。结合桑椹采后储存期的质构特性与营养成分含量检测结果,评价桑椹采后微生物生长动力学预测模型的有效性：模型预测桑椹菌落总数与腐烂指数呈极显著正相关关系,预测菌落总数分别与果实硬度、可滴定酸含量、可溶性总糖含量、维生素C含量、总花色素苷含量呈极显著负相关关系;当菌落总数低于腐败水平临界值（10~5cfu/g）时,桑椹果实腐烂指数〈20%,硬度〉3.5 N,可滴定酸（H＋）浓度〉25.0mmol/kg,可溶性总糖质量比〉40.0 g/kg,维生素C质量比〉50.0 mg/kg,总花色素苷质量比〉0.5 g/kg,果实可视作商品果,即桑椹的各项品质指标在消费者可接受水平。

双翅目害虫性别分离技术的研究进展及展望

在过去的几十年中,昆虫不育技术(sterile insect technique,SIT)已被用于防治农业害虫和人类健康相关的病媒害虫。相较于传统的农药控制策略,昆虫不育技术具有物种特异性和环境友好型等特点。通过释放不育雄虫的昆虫不育技术的主要障碍是在大规模饲养阶段将雄性与雌性分离,从而提高这些防治方法的成本效率,并防止释放携带和传播疾病的雌性群体。目前大多数针对双翅目害虫的遗传防治策略没有进行性别分离,少数害虫性别分离方法是基于蛹的大小或者雌雄蛹羽化时间差异进行人工识别和机械识别分离。双翅目昆虫性别决定及分化分子机制多种多样,其性别决定主要信号差异巨大,其多种性别决定基因已用于性别分离系统的开发。性比失衡性别分离策略通过破坏性别决定途径关键基因的表达获得雄性偏向后代,雌性条件性致死分离策略利用性别决定关键基因的雌雄选择性剪接差异实现性别分离,这两种性别分离策略目前正在害虫不育防治中接受大规模饲养应用评估,而基于双翅目昆虫雌雄性二态和基因标记发展的可视化性别分离策略也已成功实现多种害虫的性别分离。我们对性比失衡分离策略、雌性条件性致死分离策略和可视化性别分离策略在双翅目害虫中的研究进展进行了综述,重点评估了这些方法在雄虫大规模饲养和释放的应用潜力,以期在更完善的性别分离技术支持下为害虫防治研究取得更多突破性进展。

链霉菌沉默基因簇激活在天然产物生物合成中的研究进展

目的:本文概述了目前激活链霉菌沉默生物合成基因簇的研究进展,并对其应用进行了讨论和展望。方法:基因测序技术揭示链霉菌基因组中蕴含几十个次级代谢产物生物合成基因簇,而这些基因簇在常规培养条件下往往处于“沉默状态”,不表达或低表达,目前主要有沉默基因簇的异源表达、调控基因修饰、核糖体工程技术、基于报告基因指示等多种策略用于链霉菌中沉默基因簇的激活。结果:链霉菌中的沉默基因簇可被定向或非定向的“激活”,并实现众多新型天然化合物的合成。结论:链霉菌沉默基因簇的激活已成为新药开发的重要来源。