基于多维度国际合作探究研究生培养新模式——以湖南师范大学发育生物学专业为例

发育生物学专业为湖南师范大学的特色优势学科,是最早设立的三个发育生物学国家重点学科之一。在全球化和信息化时代背景下,国际合作与交流活动如何紧跟国际发展潮流,如何保持学科的特色与优势,如何培养具备广阔国际视野和卓越科研创新能力的发育生物学专业专门拔尖人才,面临着严峻挑战。该文通过亲身经历,探寻建立多维度国际合作机制,拓展新形势下线上和线下合作模式,以期构建多类型、多层次、多维度的拔尖创新型发育生物学研究生人才培养体系,为培养出更多具有全球视野、创新精神和实践能力的拔尖人才贡献力量。

不同体色锦鲤体色观察、基因表达以及过表达pnp4a对体色发育的影响

锦鲤色彩鲜艳,游姿飘逸,观赏价值高,被称作“会游泳的艺术品”。鱼类体色主要是由皮肤或鳞片上的色素细胞的种类和分布决定的。本文对黑色、白色、黄色和红色4种不同体色锦鲤的鳞片和皮肤的色素细胞组成、分布及形态结构等进行了比较观察,结果显示,鳞片和皮肤的色素细胞组成一致,4种锦鲤均存在着丰富的虹彩细胞,在黑色锦鲤中还观察到了黑色素细胞,黄色锦鲤和红色锦鲤还分布着黄/红色素细胞,在白色锦鲤中只观察到虹彩细胞。利用透射显微镜观察了4种体色锦鲤的虹彩细胞的超微结构,虹彩细胞主要有3种不同形态:梭形、短棒状和空泡状;采用实时荧光定量PCR检测了8个虹彩细胞发育相关基因在4种不同体色锦鲤皮肤中的表达情况,结果显示,8个虹彩细胞发育相关基因在不同体色锦鲤皮肤中均有表达,但表达存在差异,其中alk、pka、sox10、pax3、foxd3和pnp4a基因在红色和黄色锦鲤中相对表达量较高,ltk和alx4a基因在白色锦鲤中相对表达量最高。为进一步证实pnp4a基因在虹彩细胞中的作用,构建了pnp4a过表达重组质粒,并将其显微注射至AB斑马鱼受精卵中,过表达斑马鱼中虹彩细胞明显多于对照组,进一步证实了pnp4a在鱼类体色形成尤其是在虹彩细胞发生方面发挥着重要作用。

大口黑鲈开口摄食与转食人工配合饲料期消化系统发育特征

本研究利用组织切片和扫描电镜技术,观察和研究了2~30日龄大口黑鲈(Micropterus salmoides)仔鱼消化系统的发育过程及组织学变化。结果显示,在水温为(23±1)℃条件下,0~4日龄仔鱼消化道初步分化,为内源性营养期;4~6日龄仔鱼消化道逐渐分化形成食道、胃和肠,胃和肠黏膜褶形成,肝胰脏细胞团出现,仔鱼具备基本摄食能力,进入混合性营养期;10~16日仔鱼消化道和消化腺结构分明,胃、幽门盲囊、肠道紧密排列,肝脏和胰脏独立,进入外源性营养期,此阶段后可逐步转食人工配合饲料。20~30日仔鱼胃腺发达,胃和肠道出现次级黏膜褶,幽门盲囊黏膜褶显著增多、增长,肝脏逐渐出现脂肪积累区,胰脏可见酶原分泌颗粒,肝胰脏组织结构近似成鱼。扫描电镜显示,30日仔鱼胃部内表皮具有丰富的网状黏膜褶,胃小凹间分布着密集的分泌孔;幽门盲囊和肠道内表面结构相似,无固定形态的黏膜褶上布满黏液细胞和分泌孔。20日龄后仔鱼具备转食人工配合饲料的能力。此外,在仔鱼开口和转食人工配合饲料过程中,部分死亡个体的胃肠组织表现出腔体扩大或皱缩,内表皮无成型的黏膜褶或黏膜层脱落,胃和肠道组织损伤。本研究可为大口黑鲈仔鱼开口和转食人工配合饲料条件的优化提供组织学基础资料。

斑马鱼prkd1基因在心脏早期发育过程中的作用研究

为了探究蛋白激酶D(protein kinase D,PKD;又名PRKD)家族典型成员prkd1基因对早期心脏发育的影响,选用模式动物斑马鱼为研究对象,设计了吗啉代反义寡核苷酸敲低实验。表型观察结果显示,prkd1基因敲低会导致斑马鱼心脏发育异常,出现心包水肿、环化异常、心管线性化等畸形表型;斑马鱼心率分析数据显示,与野生型斑马鱼相比,prkd1基因的敲低会导致早期斑马鱼心率降低。利用转录组高通量测序技术对受精后3 d(3 days post fertilization,3 dpf)的斑马鱼对照组和敲低prkd1组进行测序,差异基因富集分析表明,prkd1的敲低与心脏相关信号通路如心肌细胞的肾上腺素信号通路等显著相关。进一步通过qRT-PCR对高通量测序结果进行验证,并对早期心脏发育关键因子进行检测,结果显示,部分心血管相关基因显著下调,tbx5a、gata4等心脏调控关键基因同样显著下调。这些表明prkd1基因可能通过调控心脏发育相关信号通路以及心脏发育关键基因来影响早期心脏发育,在早期心脏发育过程中发挥重要作用。

免疫荧光技术在鱼类生殖细胞发育研究中的应用

在生殖细胞发育的相关研究中,功能分子标记在人类及其他模式生物中已经得到了广泛应用,但在鱼类中应用较少。本文采用RNA PolⅡCTD(S5)作为功能分子标记对鲤雄性生殖细胞的细胞核进行了免疫荧光研究,并对相关技术参数进行了深入的探索。研究结果表明,该方法可以在鲤雄性生殖细胞的多个发育阶段检测到与转录活性位点相关的染色体免疫荧光信号及细胞相特征,并发现荧光信号的质量会受到染色体制片及洗片等关键步骤的影响。本研究提供了一个重要的功能分子标记,并将之作为免疫探针在经济鱼类生殖细胞发育研究中进行尝试性应用,这为鱼类遗传育种中发育功能的检测提供了一个新的策略。

不同碳源对须糖多孢菌生长发育及丁烯基多杀菌素生物合成的影响

本文研究了不同碳源对须糖多孢菌生长以及丁烯基多杀菌素生物合成的影响,通过寻找优势碳源优化发酵培养基配方,促进须糖多孢菌丁烯基多杀菌素的生物合成。试验共设11个处理,1个对照,通过单因素试验比较不同处理组菌体OD600值和丁烯基多杀菌素产量,筛选获得最优碳源及其发酵培养基配方。结果表明,除可溶性淀粉和木糖外,须糖多孢菌在9种碳源中都能进行生长,对不同构型碳源显示较好的利用率。在以半乳糖、葡萄糖、果糖和甘露糖作为碳源时具有较好的生长速率,而以甘露糖为碳源时能显著促进丁烯基多杀菌素的合成。选择甘露糖最佳添加浓度为5 g/L,须糖多孢菌最高菌体浓度和丁烯基多杀菌素产量分别是初始配方条件的1. 32倍和1. 78倍,显著提高了丁烯基多杀菌素的产量。上述结果为培养基碳源对丁烯基多杀菌素生物合成影响机制的研究及丁烯基多杀菌素大规模工业化发酵生产提供了科学依据和新的技术途径。

鱼类良种良养良销体系的建立

目前我国水产业以养殖为主,捕捞为辅。在2022年的水产品产量中,淡水养殖占47.91%,海水养殖占33.15%,捕捞占18.94%。在水产养殖中,鱼类养殖产量占52.16%,呈现出举足轻重的地位。“良种良养良销”是水产业中三个重要的组成部分,“良种”是水产业的龙头,“良养”是水产业的保障,加工、销售等“良销”环节是拉动水产业发展的重要动力。20世纪50年代以来,我国水产业取得了长足发展,为广大人民提供了丰富的水产品,解决了“吃鱼难”的问题。然而,目前我国水产业中有种无业、有业无种等现象还比较严重,没有从根本上解决“吃好鱼”及“吃放心鱼”的问题,为了加快我国水产业的发展,作者认为很有必要建立和实施“良种良养良销”体系,以推动我国水产业高质量发展。

三种药用植物及其复合物对湘云鲫(3号)饲用效果的评定

为明确药用植物的饲用价值,将湘云鲫(3号)幼鱼随机分成5组,分别投喂基础饲料(对照组)和分别添加了4%马齿苋、4%车前草、4%鱼腥草、4%复合物(马齿苋∶车前草∶鱼腥草=1∶1∶3,重量比)的饲料,养殖85 d。结果表明,与对照组相比,马齿苋和车前草均显著提高鱼体相对增重率和特定生长率(P<0.05),并显著降低饵料系数(P<0.05),鱼腥草则略降低特定生长率并稍增加饵料系数,但差异不显著(P>0.05);马齿苋显著提高鱼体粗蛋白质含量和显著降低粗脂肪含量(P<0.05),车前草则显著降低粗蛋白质含量和显著增加粗脂肪含量(P<0.05);马齿苋、鱼腥草和复合物既显著降低肝脏丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)活性及丙二醛(MDA)、总胆固醇(TC)、总三酰甘油(TG)含量(P<0.05),又显著增强肝脏超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性(P<0.05),并改善肝组织结构;马齿苋明显改善中肠绒毛结构,鱼腥草则使中肠绒毛结构变差。综上所述,4%添加水平下,饲用价值最高的为马齿苋,其次是车前草和复合物,最次的为鱼腥草。

基于细胞色素P450单加氧酶介导的4-甲酚氧化降解途径的天麻素生物合成

为实现天麻素的微生物异源生产,将谷氨酸棒状杆菌中4-甲酚降解相关基因cre HIJEFD和药用植物红景天来源的尿苷二磷酸糖基转移酶基因ugt分别克隆至载体pRSFDuet-1和p ACYCDuet-1,转化大肠杆菌后获得重组菌株S1.在S1中诱导关键酶表达后,外源添加4-甲酚,生物转化后对产物进行定性和定量分析.最终以5mmol/L 4-甲酚为底物,重组菌株S1在30℃诱导培养48 h后转化产物中有天麻素生成,产量达到1.5 mmol/L,摩尔转化率为30.3%.本研究实现了从4-甲酚到天麻素的生物转化,可为芳烃化合物降解与天然药物分子生物合成相偶联提供新的思路,并且具有一定的产业化应用前景.

花鲫早期体色发育和几个体色相关基因在不同鲫的表达分析

红白花鲫胚胎发育期先观察到黑色素细胞的发生,孵化出膜后先后出现黄色素细胞、红色素细胞及虹彩细胞。1月龄花鲫幼苗体色呈浅青灰色,2月龄前后,花鲫皮肤黑色素细胞逐渐减少,体色发生“青转花”的变化,3月龄时基本形成红白镶嵌的成体体色。克隆获得了鲫Slc7a11和Pnp4a体色基因的全长cDNA。鲫Slc7a11全长1782bp,编码496个氨基酸,与斑马鱼Slc7a11基因氨基酸同源性达93.7%;鲫Pnp4a全长1535bp,编码291氨基酸,与斑马鱼Pnp4a基因氨基酸同源性达95.1%。RT-PCR检测了Mitfa、Tyr、Slc7a11和Pnp4a在白鲫、红鲫、花鲫三种不同体色鲫胚胎及成体组织中的表达,分析结果显示:花鲫和红鲫一样有一个黑色素消退过程,鲫Slc7a11和Pnp4a体色基因与斑马鱼Slc7a11和Pnp4a具有高度同源性,花鲫成体皮肤组织也和红鲫成体皮肤组织一样检测到了Mitfa和Tyr的表达。Pnp4a在不同鲫的不同体色发育时期和不同组织都有表达,Slc7a11在不同鲫的不同体色发育时期均有表达,但在不同鲫的成体皮肤组织中均未表达。

红斑马鱼体色观察及敲除mitfa基因对其体色发育的影响

斑马鱼(Danio rerio)是一种常见的模式生物,红斑马鱼为小型观赏性鱼类之一。鱼类体色主要是由皮肤或鳞片上的色素细胞的种类和分布决定的。黑色素细胞诱导转录因子(MITF)主要调控动物黑色素细胞发育和分化。本文观察了红斑马鱼成鱼的背鳍、臀鳍、腹鳍、胸鳍色素细胞的组成和分布,跟踪观察了红斑马鱼早期体色发育过程。通过CRISPR/Cas9基因敲除技术构建了mitfa基因敲除体系,研究了mitfa基因在红斑马鱼早期体色发育中的作用。结果表明:1)红斑马鱼鳍上分布有红色素细胞、黄色素细胞和少量的虹彩细胞,但背鳍有大量的黑色素细胞;2)在红斑马鱼早期体色发育过程中,首先出现黑色素细胞,接着出现黄色素细胞,一个月后,红斑马鱼的黑色素细胞消退,鱼体表变浅红,变色中体表颜色逐渐加深,最后呈红色、银白色条纹相间分布的成鱼体色;3)利用CRISPR/Cas9技术,敲除mitfa基因,结果发现,mitfa的缺失导致早期红斑马鱼黑色素细胞显著减少。上述研究结果将为观赏鱼的选育以及建立人工改良鱼类体色有效途径提供重要的理论支撑。

casper斑马鱼体色观察及过表达mitfa对其体色发育的影响

小眼畸形相关转录因子(MITF)与黑色素细胞的形成关系密切。casper突变体斑马鱼是一种nacre与roy orbison杂交选育得到的双基因突变斑马鱼品系(mitfaw2/w2;roya9/a9)。通过对casper斑马鱼的鱼鳍和鳞片以及早期体色发育过程的观察,证实了casper斑马鱼的臀鳍、背鳍与背部鳞片均无黑色素细胞,并且在早期体色发育的过程中,也未有黑色素细胞生成。构建mitfa过表达重组质粒,并将其显微注射至casper斑马鱼受精卵中,在其发育过程中观察到黑色素细胞的产生。结果进一步证实mitfa在鱼类体色形成尤其是在黑色素细胞发生方面发挥着重要作用。同时,mitfa过表达casper斑马鱼的制备,也为深入开展鱼类体色分子调控机制研究提供了材料平台。

GlnA基因对刺糖多孢菌生长发育及多杀菌素合成的影响

谷氨酰胺合成酶(GS,glutamine synthetase)是由Gln A基因编码的生物体中最古老也是最广泛存在的酶,它参与许多生物体中的氮和碳代谢,是生物体氮代谢的关键酶之一,对微生物的生命活动起着重要作用。本文研究了Gln A基因对刺糖多孢菌Saccharopolyspora spinosa的生长发育及次级代谢产物合成的影响,从刺糖多孢菌基因组中克隆了gln A基因的部分片段,将其与穿梭载体p OJ260连接,构建敲除载体p OJ260-gln A,通过接合转移将其导入刺糖多孢菌野生菌中,获得刺糖多孢菌敲除菌株S.spinosa-△gln A;同时,利用重叠延伸PCR将gln A基因置于红霉素强启动子Perm E下,并将融合片段Perm E-gln A与穿梭载体p OJ260进行酶切酶连,构建过量表达载体p OJ260-Perm E-gln A,通过接合转移将其导入刺糖多孢菌中,获得了刺糖多孢菌过量表达菌株S.spinosa-gln A。表型分析发现,gln A基因的敲除对刺糖多孢菌的菌丝形态、孢子萌发等方面都有显著的抑制作用。HPLC检测分析发现,过量表达菌株中多杀菌素产量相比原始菌株提高到170%;该研究表明gln A基因对刺糖多孢菌的生长发育与多杀菌素的合成有一定的影响,为研究其在链霉菌次级代谢过程中的作用奠定了重要基础。

AG1478抑制剂对白鲫体色发育的影响

鱼类的体色由基本色素细胞相互配合而成,色素细胞主要有4种类型:黑色素细胞、红色素细胞、黄色素细胞和虹彩细胞。AG1478是针对酪氨酸激酶(Tyr)的一种新型抑制剂。Tyr是黑色素生成过程中的关键酶,在黑色素细胞中呈特异性表达。本文主要阐述了白鲫四种色素细胞以及两种不同形态黑色素细胞的超微结构观察,探讨了AG1478抑制剂对白鲫早期体色发育的影响,实验结果表明抑制剂对白鲫早期体色发育没有明显影响。

人参煎剂对实验红鲫经^(137)Cs辐射后肝肾组织HSP70表达量的影响

目的研究^(137)Cs辐射对实验红鲫肝肾组织HSP70表达的影响,并探讨人参煎剂对实验红鲫的辐射防护效应。方法将实验红鲫随机分为8组,即空白对照组、人参对照组、4.1Gy辐照组、4.1Gy人参预防组、4.1Gy人参治疗组、8.2Gy辐照组、8.2Gy人参预防组及8.2Gy人参治疗组。分别以^(137)Cs辐照处理,或辐照处理前以人参煎剂浸浴7 d做预防处理,或辐照处理后以人参煎剂浸浴7 d做治疗处理,然后分别采集实验红鲫肝脏和肾脏组织,利用Western blot方法检测各组HSP70表达量。结果与空白对照组相比,经4.1Gy或8.2Gy辐照处理后的HSP70蛋白表达量均增加;与辐照组相比,经人参煎剂预防或治疗处理后的HSP70表达量均下降;单独的人参煎剂处理,对HSP70蛋白表达量无明显影响;比较人参煎剂做预防与治疗处理,发现两者之间的HSP70蛋白表达量差异不明显。结论 ^(137)Cs辐射能够引起实验红鲫肝脏和肾脏的HSP70表达量升高,再经人参煎剂预防或治疗处理后的HSP70表达量均下降。

斑马鱼心脏发育候选基因Titin-Cap的CRISPR/Cas9打靶有效性分析

CRISPR/Cas9基因打靶技术是近几年发展起来的一种高效率的定向打靶技术,被认为是遗传领域的革命性技术。Titin-Cap基因是本实验室已初步鉴定的斑马鱼心脏发育候选基因,且国内外目前尚无斑马鱼Titin-Cap基因的敲除品系。为了研究Titin-Cap基因在心脏发育过程中的作用机制,我们利用CRISPR/Cas9基因打靶技术建立斑马鱼Titin-Cap基因的敲除品系。测序结果显示,注射了CRISPR/Cas9 gRNA的胚胎出现双峰,说明在打靶位点附近出现了碱基缺失或插入,证明我们设计的gRNA是有效的。对F0代突变体成鱼的筛选中,测序结果同样显示有阳性结果。这些结果说明用CRISPR/Cas9基因打靶技术成功敲除了斑马鱼Titin-Cap基因,获得了Titin-Cap基因敲除的嵌合体斑马鱼。

后官湖浮游生物群落结构特征及其环境驱动因子

为了解武汉后官湖国家湿地公园水生态环境现状,于2020年1-12月对后官湖的水质、浮游植物和浮游动物进行了监测,并基于综合营养状态指数、生物多样性指数对后官湖水环境进行了评价,使用Spearman相关分析以及冗余分析(RDA)探究环境因子对浮游植物群落的影响。结果表明,后官湖西部湖区的总磷和高锰酸盐指数最高,年均浓度分别达到了0.11 mg/L和5.37 mg/L,是后官湖的主要污染来源。综合营养状态指数为29.15~46.97,属于中营养状态;浮游植物Shannon-Weaver指数和Pielou指数分别为1.12~1.89、0.38~0.72,显示后官湖总体上为轻度污染到中度污染状态。调查期间共检出浮游植物7门、54属,其中1月和4月主要以绿藻门和隐藻门占优势,5-12月则以蓝藻门占优势。5月、9-10月桡足类在浮游动物群落中占优势,其他月份则是轮虫类占优势。相比于2017-2019年,2020年后官湖的营养状态水平和浮游植物丰度出现了明显下降,大型浮游动物在群落中的比例则明显上升。Spearman相关分析和冗余分析表明,影响后官湖浮游植物群落的主要环境因子为水温、透明度和浮游动物丰度。后官湖环境管理的不断加强和新冠疫情导致的流域内人类活动减弱,可能是2020年后官湖水生态环境质量明显提升的原因。

H1N1流感病毒对小鼠胚胎发育表型的影响

H1N1流感病毒属于常见的致病性病毒。流行病学调查研究表明,新生儿表型缺陷与流感病毒感染有关,但是具体机制还不明确。为了探讨H1N1流感病毒对胚胎发育的影响,本文通过流感病毒感染孕母鼠来构建流感病毒宫内感染的动物模型,分别在胚胎发育至E14.5、E15.5、E16.5、E17.5、E18.5 d以及出生1 d后测量各胚胎的体长,并在体视镜下观察胚胎体表各血管和器官来分析胚胎外表发育的情况,然后采用阿尔新蓝-茜素红染色法观察各发育时期胚胎骨骼发育的情况。结果表明,流感病毒感染的小鼠胚胎的体长明显降低。外部器官发育的差异性可体现在眼、耳等器官,攻毒组成型稍晚,尾部异常卷曲更为严重。各骨骼发育攻毒组较对照组更迟缓,但没有出现长短肢或骨骼缺失等严重异常表型。本研究首次构建了流感病毒宫内感染的动物模型,探究了H1N1流感病毒对小鼠胚胎表型发育的影响。

水生生物病原核酸适配体研究进展

核酸适配体(Aptamer)是指利用指数富集配体系统进化(Systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术筛选得到的能特异性识别和结合靶标的ssDNA或RNA分子,具有高亲和力和高特异性的特点,在快速检测和靶向治疗方面应用广阔。近年来,水生生物细菌和病毒性病原疾病的频繁暴发,严重制约了水生态的健康以及水产养殖业的迅速发展。核酸适配体作为一种新型的识别分子,在水生生物病原的应用上也已取得了一些进展。本文对水生生物细菌和病毒性病原核酸适配体的筛选,及其在检测和治疗领域的研究现状进行综述,并对该领域核酸适配体技术的应用方向进行展望。

优质稻+优质鱼综合种养模式的优质稻品种筛选与效益分析

【目的】探索稻鱼综合种养新模式,为稳定粮食生产、提高稻田效益及加快稻鱼综合种养产业发展提供技术支撑。【方法】选择优质杂交稻万太优美占、万太优3158、香118优516、香118优263及优质常规稻桂育9号和桂野丰为稻渔综合种养的水稻品种,合方鲫为稻鱼综合种养的优质鱼类,在桂南(合浦)、桂中(象州)和桂北(桂林)稻作区开展适宜稻鱼综合种养的水稻品种筛选试验,并以筛选出的优质高产水稻品种在广西桂平、灵川和合浦开展优质稻+优质鱼综合种养试验与示范,分析优质稻+优质鱼种养技术体系的经济效益。【结果】3个稻作区水稻品种筛选试验点水稻平均产量表现为万太优美占(8444.1 kg/ha)>香118优263(8414.0 kg/ha)>香118优516(8304.3 kg/ha)>万太优3158(8134.5 kg/ha)>桂育9号(7105.3 kg/ha)>桂野丰(6936.0 kg/ha)。3个优质稻+优质鱼综合种养模式示范点示范区内的水稻平均产量为8045.6 kg/ha,合方鲫平均产量为1493.1 kg/ha,综合产值91904.5元/ha,扣除生产成本投入35625.0元/ha,纯收入达56279.5元/ha,比单一水稻种植模式增收48276.8元/ha。【结论】杂交稻万太优美占是适合稻渔综合种养的优质水稻品种,合方鲫为适合稻渔综合种养的优质鱼类。优质稻+优质鱼综合种养模式可实现一田两用、粮鱼双收、钱粮双增,稳粮增收效果明显,值得扩大推广应用。