本研究通过整合生物信息学分析与功能实验验证，系统解析环氧化物水解酶4(epoxide hydrolase 4, EPHX4)在胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)中的生物学特性及临床价值。基于TCGA、 GTEx和HPA数据库的多组学分析EPHX4在泛癌及胰腺导管腺癌中的表达水平，通过Kaplan-Meier法评估EPHX4 mRNA水平与PDAC患者生存率之间的相关性，基于单因素和多因素Cox回归分析及Nomogram列线图探究EPHX4基因在PDAC中的表达水平及其与患者临床信息和预后的相关性，利用UALCAN数据库分析EPHX4在PDAC中与不同临床特征、癌症分期分级的相关性，并构建EPHX4相关蛋白网络和进行功能富集分析，通过不同算法和GEPIA数据库对EPHX4在免疫浸润细胞中的表达进行预测。通过CCK-8、集落形成、细胞划痕和Transwell实验检测敲低EPHX4基因表达对细胞增殖、存活、迁移和侵袭能力的影响。结果显示，EPHX4在泛癌组织中普遍高表达(P<0.001),其中胰腺导管腺癌组织中的EPHX4 mRNA和蛋白质表达水平显著高于正常组织。临床预后分析表明，EPHX4高表达组患者中位总生存期显著缩短(HR=1.32, 95%CI:1.14～1.53,P=0.000 2),且与PDAC患者的EPHX4表达量、年龄及病理N分期密切相关。基因富集通路分析的数据显示，EPHX4可能参与调控MAPK、 PI3K-Akt、 Wnt等多个与PDAC进展相关的生物通路，免疫浸润和免疫检查点分析结果显示，EPHX4的表达水平与肿瘤微环境中初始CD4~+T细胞、 M2型巨噬细胞及活化的CD8 T细胞的含量呈显著负相关(P<0.05)。体外实验证实，在BXPC-3和PANC-1细胞中敲低EPHX4基因后均能显著抑制胰腺导管腺癌PDAC细胞的体外增殖、迁移和侵袭能力，其增殖、迁移和侵袭能力均降低至对照组的50%以上，差异有统计学意义(P<0.05)。本研究首次揭示EPHX4作为胰腺导管腺癌独立预后标志物的临床价值，其通过多维度调控肿瘤恶性表型和免疫微环境的分子机制为胰腺导管腺癌精准治疗提供了新靶点。
茶树(Camellia sinensis)是具有重要经济价值的木本作物，低温冻害易使茶树的产量和品质受到严重损害。CsWRKY29转录因子参与植物的冷适应过程，但是该基因在经济作物烟草(Nicotiana tabacum)中的利用价值及其在糖信号交叉的反应过程中的作用还不是很清楚。本研究通过烟草叶盘转化法和RT-qPCR技术，获得了过表达CsWRKY29基因的转基因烟草植株。通过对低温胁迫下的生理生化指标进行分析，包括离子渗漏率、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量、可溶性糖含量，明确了过表达CsWRKY29的烟草可能通过增加可溶性糖积累和提高抗氧化物酶活性，降低低温下的膜脂伤害，从而增强植物的抗寒性。利用酵母单杂交实验发现，CsWRKY29能够直接与茶树CsSUS4基因的启动子区域结合。该结果表明过表达CsWRKY29的植物可能通过激活CsSUS4从而启动糖信号途径，在低温下积累更多的可溶性糖，进而影响植物的抗寒能力。另外，本研究发现过表达CsWRKY29在一定程度上影响了转基因烟草生殖生长期的株高及叶片大小。该结果暗示CsWRKY29在调控植物生长发育方面可能具有负调控作用。本研究为深入理解CsWRKY29在植物生长发育平衡和逆境响应中的复杂生物学功能提供了重要的理论依据。
广藿香酮是广藿香(Pogostemon cablin)的重要活性成分，广藿香酰基激活酶2(Pogostemon cablin acyl-activating enzyme 2, PcAAE2)作为参与广藿香酮生物合成途径上的关键酶，对广藿香酮的合成具有重要意义。本研究设计特异引物对PcAAE2基因启动子区域进行克隆，获得1 912 bp启动子DNA序列，命名为PcAAE2Pro,并进行顺式作用元件分析。将截短的启动子片段PcAAE2P1(位于PcAAE2Pro的-1 138～-261 bp)连接到诱饵质粒载体中，转化得到诱饵酵母菌株，再对其进行自激活检测，结果表明100 ng/mL的金担子素A(aureobasidin A, AbA)可以抑制诱饵菌株的自激活。利用广藿香cDNA酵母文库，筛选与PcAAE2P1结合的转录因子，并通过酵母回转验证确定PcNAC048、 PcCOL4和PcbZIP13共3个转录因子与PcAAE2P1具有结合互作关系。进一步通过双荧光素酶分析实验揭示了转录因子PcNAC048、 PcCOL4抑制PcAAE2的转录表达，而PcbZIP13促进PcAAE2的转录作用。本研究为深入挖掘PcAAE2基因的转录调控网络及广藿香酮的生物合成途径奠定了基础。
<正>本期刊主要刊登植物、动物和微生物基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等组学,分子医学、现代生物技术等应用生物学研究的未发表的创新性研究成果,以及上述领域的综述论文。1投稿要求和注意事项1.1电子文稿本刊采用计算机排版,只接受电子文稿,请作者通过本刊在线投稿平台(https://gxnb.cbpt.cnki.net)投稿。作者提供的文件格式为word文件,图形部分可为jpg等图片文件,请将图片单独贮存在一个文件里。
为探讨跨膜前后轴转换1(transmembrane anterior-posterior axis transition 1, TAPT1)蛋白的功能及其在视神经发育中的调控机制，本研究应用Expasy-ProtParam、 SOPMA、 Phyre 2.2、 SMART等在线分析预测网站对TAPT1蛋白进行生物信息学分析，解析该蛋白的基本结构。同时，以斑马鱼(Danio rerio)为模式动物，通过原位杂交技术构建tapt1b(TAPT1同源基因)及其倍增基因tapt1a的时空表达谱，结果发现tapt1a和tapt1b基因在1dpf (days post-fertilization)和2dpf时期为全身性表达，在3dpf和4dpf时期主要集中在头部表达。本研究还应用CRISPR/Cas9基因编辑技术对斑马鱼基因组中tapt1b、tapt1a基因先后进行精准的靶向敲除，成功构建了双基因敲除的杂合型斑马鱼突变体(基因型：tapt1b~(-/-);tapt1a~(+/-)),双纯合斑马鱼突变体无法养至性成熟。对该突变体子代进行表型观察，发现双纯合突变体具有小眼表型(P<0.000 1),视神经发育异常。本研究从分子生物学层面初步解析了TAPT1蛋白的功能，为相关领域的发展提供了新的理论支撑。
四爪陆龟(Testudo horsfieldii)自1973年在我国新疆伊犁地区被发现以来，因其珍稀性与中生代孑遗地位而引起关注，但其分子生态学研究仍较匮乏。本文针对新疆四爪陆龟，参照土库曼斯坦种群线粒体基因组序列(NC＿007697),设计26对特异引物并进行PCR扩增，采用Sanger测序获取完整线粒体基因组(16 917 bp)。结果显示，线粒体基因组A+T含量达60.51%,呈显著AT偏倚，含13个蛋白质编码基因(protein-coding genes, PCGs)、 2个核糖体RNA(ribosomal RNAs, rRNAs)基因、 22个转运RNA (transfer RNAs, tRNAs)基因和1个控制区(displacement-loop region, D-loop)。基因间共有45 bp的间隔区和41 bp的重叠区，ND6基因是唯一位于轻链的PCGs,ND3基因第174位点插入一个腺嘌呤(adenine, A), WANCY基因簇中28 bp序列可形成轻链复制起始点(O_L)。tRNA~(Ser(GCU))缺少DHU臂，呈二叶草结构。D-loop区长1 407 bp,比土库曼斯坦种群(1 582 bp)少15段重复序列，可能是地理隔离与环境压力导致的差异化演化。系统发育结果支持新疆与土库曼斯坦四爪陆龟为同一物种的不同种群，而非独立物种，并与缅甸陆龟(Indotestudo elongata)、希腊陆龟(Testudo graeca)及豹龟(Geochelone pardalis)形成高度支持的单系群。
葡萄(Vitis)是一种广泛种植的果树，具有多样化的用途和重要的经济价值。植物土壤微生物群落对植物的生长发育至关重要，本研究基于细菌核糖体RNA(16S rRNA)和真菌内部转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)扩增子测序技术对同一地区不同品种葡萄和百香果(Passiflora)根际土壤微生物的结构和功能进行比较，分析不同品种葡萄和百香果根际土壤微生物群落的组成和功能。发现在同一个园区，不同品种和管理方式的葡萄和百香果之间的根际土壤微生物群落结构存在较明显的差异，而在功能方面则呈现相似的模式。结果表明，同一园区的根际土壤微生物群落组成结构主要与品种和管理方式有关。自然生草栽培阳光玫瑰(Vitis labrusca×vinifera)根际土壤相比于人工管理的葡萄和百香果根际土壤具有更高的微生物多样性，显著差异物种细菌鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和真菌被孢霉属(Mortierella)在增强植物抗逆性方面具有重要作用。这说明没有人为进行除草、改善土壤条件等管理行为的情况下，阳光玫瑰更倾向于富集增强植物抗逆和改善土壤环境的微生物。
为探索锌指转录因子ZFP1在滇黄精(Polygonatum kingianum)根腐致病尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)菌丝生长、孢子产生和致病力中的作用机制，本研究对尖孢镰刀菌野生型菌株WT＿Fo、ZFP1基因缺失菌株DEL＿Fo和回补菌株COM＿Fo进行转录组测序分析。结果表明，DEL＿Fo vs WT＿Fo组间共筛选出2 339个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中887个上调，1 452个下调。GO和KEGG富集分析表明，上调DEGs主要富集在核仁、质膜和真核生物核糖体生物合成通路，而下调DEGs显著富集在氨基酸代谢、甘油磷脂代谢和金属离子跨膜转运活性通路。进一步通过在线数据库STRING筛选下调DEGs编码的蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络中的关键基因，发现上述代谢通路中的关键基因在DEL＿Fo菌株中下调表达，包括磷酸戊糖通路中的PGI、氨基酸代谢通路中的ALDH、甘油磷脂代谢通路中的TGL4。ZFP1基因的缺失导致尖孢镰刀菌中与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、甘油磷脂代谢和金属离子跨膜转运活性等能量代谢通路相关的基因下调表达，从而造成DEL＿Fo菌株生长发育减慢及致病力降低。本研究解析了转录因子ZFP1调控尖孢镰刀菌生长的关键基因及相关代谢通路，为阐明尖孢镰刀菌的致病机理及滇黄精根腐病的抗菌药物靶点研发提供科学依据。
单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)在揭示细胞异质性方面具有重要意义，但现有细胞类型注释方法存在着跨物种适应性、泛化性、类别不平衡等问题。本文提出了一种基于图注意力网络(graph attention network, GAT)的细胞类型注释方法ScLabeler。该方法通过结合类别均衡优化策略和图注意力机制，增强了细胞间复杂关系的捕捉，提升了注释的精确度。实验结果表明，ScLabeler在人类(Homo sapiens)、小鼠(Mus musculus)、斑马鱼(Danio rerio)等多物种数据集上的细胞类型注释效果相比Seurat、 ScGCN等方法都更为优异，注释的准确率提高了4.62%～35.76%, F1分数提高了5.21%～39.73%;另外注释的结果证明了ScLabeler在细胞类型低丰度识别方面[斑马鱼组织调整兰德指数(adjusted rand index, ARI)提高了9个百分点]与对其他物种泛化性方面[归一化互信息(normalized mutual information, NMI)提升幅度达到11.76%～123.53%]有显著提升。此外，通过UMAP和Sankey图等可视化工具，直观展示了细胞类型分布及预测一致性，为单细胞组学研究提供了高效的注释工具。ScLabeler源码可在https://github.com/bioinfolabdev/ScLabeler下载。
传统观点认为，一个基因组中所有转运RNA(transfer RNA, tRNA)基因的表达都是恒定且高水平的，而且不同tRNA基因的表达水平都是相似的，属于组成型表达。而今，随着挑战这个观点的实验证据不断涌现，人们越来越意识到tRNA基因的表达可能是适应性表达而不是组成型表达。本研究采用Northern杂交方法，对十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pathovar campestris,Xcc)8004菌株(Xcc8004菌株)基因组中所有55个注释的tRNA基因在对数生长期的表达水平进行了检测和比较。结果发现，不同tRNA基因的表达水平存在巨大差异：有些高表达、有些中表达、有些低表达、有些则几乎不表达。此外，本研究还发现，tRNA基因XC4365的表达受到果糖的强烈抑制。启动子β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuronidase, GUS)报告系统构建和GUS活性检测结果证明，果糖对XC4365表达的抑制作用在XC4365启动子上。这些结果充分证明，在Xcc8004菌株中，tRNA基因的表达是适应性表达而不是组成型表达。