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基于机器学习算法的胃腺癌关键基因筛选与预后模型构建
张子坚;韩开山;杨明;本文基于生物信息学和机器学习算法确定与胃腺癌（stomach adenocarcinoma， STAD）预后密切相关的关键基因，并构建高效预后风险模型。从TCGA-STAD数据集中获取胃腺癌患者及癌旁组织的RNA测序数据，并结合临床病理信息进行分析。首先对纳入的RNA测序数据进行了差异基因分析基因筛选、蛋白互作网络分析基因筛选和功能富集分析。其次，结合RNA测序数据和临床病理数据，采用单因素Cox分析和4种机器学习算法（LASSO、SVM-RFE、ORSF、XGBoost）进一步进行特征选择，得到核心基因，并在GEO数据集中验证核心基因表达的差异。最后基于LASSO-Cox回归构建预后风险模型，并采用列线图进一步对患者进行个性化预测。通过Kaplan-Meier生存分析、ROC曲线评估模型的预测能力，并在验证组中进行独立验证。基于差异表达筛选及蛋白质相互作用网络分析得到的197个关键基因，主要富集在细胞色素P450介导的外源性物质代谢、化学致癌-DNA加合物等通路，并参与外源性刺激物响应、激素代谢等生物学过程。构建COL10A1、CYP2D6、GPT、GPX3、PLN、TREM2等6个基因组成的风险预测模型，高风险组患者总生存期显著低于低风险组，ROC曲线AUC值为0.738，时间依赖性ROC曲线2年、3年、5年AUC值分别为0.708、0.744、0.834，表明该模型具有良好的生存预测能力。列线图模型显示出较高的预测准确性，校准曲线表明模型的预测结果与实际生存率高度一致。验证组分析进一步证实了该模型的稳定性。
碱基编辑系统开发及应用进展
周方方;史远远;黄佳颖;单核苷酸变异是基因组中常见的变异形式，对生命健康、农艺性状等有关键影响，开发单核苷酸基因编辑工具可有效实现疾病治疗、农业育种等重要应用。碱基编辑系统作为一种新型基因编辑技术，能够在不引起DNA双链断裂且无需供体DNA的情况下，实现基因组单碱基的精确编辑，从而规避了传统CRISPR/Cas9系统可能带来的细胞毒性问题。本文系统总结了碱基编辑系统的多种类型及其应用范畴，深入探讨了碱基编辑系统在效率、特异性、安全性、精准性等特性上的优化进展，以及其在不同领域的应用潜力和所面临的挑战，以期为碱基编辑系统的进一步发展和应用提供参考。
跨膜前后轴转换1蛋白结构及其在视神经发育中的功能研究
邓蓓;王萌;段宝珍;孙增先;董淑波;侍慧慧;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。论文还应用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新的理论支撑。
CRISPR-Cas核酸酶家族的系统分类及挖掘方法研究进展
李百涛;郑越;CRISPR-Cas系统是细菌、古菌以及噬菌体抵抗外源核酸入侵的一种适应性免疫系统，在真核细胞基因组编辑中具有广泛应用，并在基础科研、遗传病治疗、动植物育种等领域取得了重要成果。伴随着基于序列或结构的挖掘方法的不断开发和迭代，科学家们从原核生物基因组数据库及环境宏基因组数据库中鉴定出了一系列编辑特性丰富、适用于不同编辑场景需求的CRISPR-Cas家族，极大地扩充了可用的基因编辑工具箱。目前，已鉴定的CRISPR-Cas系统涵盖几十个亚型，在哺乳动物细胞中可用于基因编辑的工具酶及其突变体多达数百种。除了少数代表性工具酶已被广泛应用外，多数具有不同编辑特性的核酸酶的潜力仍待进一步开发。本文系统总结了当前CRISPR-Cas系统的分类方法及各家族在基因编辑中的应用特性，同时对全新的CRISPR-Cas系统的挖掘和新型基因编辑工具的开发进行了展望，期望为未来新系统的研究提供参考依据。
可诱导的CRISPR-dCas9基因表达调控策略与方法
王清灏;曹浩博;吴雨璇;李逸豪;CRISPR系统作为一种高效、精确的基因编辑工具，已被广泛应用于基因功能研究、疾病治疗和生物技术开发。近年来，通过改造CRISPR系统，尤其是dCas9蛋白和sgRNA，研究人员开发出多种基因表达调控策略。其中可诱导的CRISPR基因表达调控系统通过整合外部刺激响应元件(如光、化学小分子、温度等)，实现了对基因表达的时间和空间精准控制。本文综述了基于CRISPR系统的基因表达调控策略与方法的最新进展，重点介绍了基于蓝光、红光/远红光、化学小分子以及热触发的基因表达调控系统的原理、设计策略。这些策略不仅为功能基因组学研究提供了强有力的工具，也为新一代基因治疗技术的发展奠定了基础。
CRISPR/Cas9、单碱基编辑器和引导编辑器治疗β-血红蛋白遗传病的进展与挑战
支胜尧;罗晓彤;β-地中海贫血和镰状细胞病是由β珠蛋白基因突变引起的两种常见单基因遗传病。它们的显著特征是血红蛋白合成异常，造成患者终身定期输血维持生命，并伴随多种并发症。异体造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplantation， HSCT）是主要的治愈血红蛋白遗传病的临床策略。然而，由于人类白细胞抗原（human leukocyte antigen， HLA）配型相合供体的稀缺性和造血干细胞移植适用时间窗口的狭窄性，促使科学家们积极探索新的治疗途径。近年来，研究人员利用慢病毒载体将功能性β珠蛋白基因导入患者的自体造血干细胞后再回输患者体内，这种方法在治愈β-血红蛋白病方面展现了巨大的潜力，但其安全性一直受到质疑。随着基因组编辑技术的快速发展，特别是近十年规律性成簇间隔的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats， CRISPR）及相关蛋白（CRISPR-associated， Cas）系统的突破，为直接修改造血干细胞中的致病基因提供了可能。CRISPR/Cas9及其衍生工具如单碱基编辑器和引导编辑器都表现出极高的β-血红蛋白遗传病治愈潜力。此外，通过基因编辑促进胎儿血红蛋白（fetal hemoglobin， HbF）表达也是一种有效的治疗手段。移植经基因编辑修正的自体造血干细胞，有望成为一种治愈β-血红蛋白病的新疗法。本文综述了针对β-地中海贫血和镰状细胞病的基因编辑治疗领域的最新研究进展，并重点讨论了其在临床转化过程中所面临的挑战。
CRISPR技术介导的基因转录调控及表观修饰
王峻峰;张毅;成簇规律间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeat， CRISPR）技术自问世以来，因其操作的简易性和多功能性，在基因编辑领域引发了革命性的变化。除了基因定点敲除、插入或替换，CRISPR技术还被改造并应用于其它研究领域，如基因转录调控、表观遗传修饰等。本文首先对CRISPR技术的分类和作用原理进行概述，然后总结了近年来CRISPR系统在基因表达调控（CRISPR干扰和CRISPR激活）、表观遗传修饰（组蛋白修饰、DNA甲基化、CRISPRoff和CRISPRon）、多种表观遗传标记同时修饰以及RNA编辑领域的研究进展，为CRISPR系统进一步的研究提供参考。
新疆四爪陆龟线粒体基因组特征与系统发育分析
王伟亮;陈奉欣;刘开平;李村院;胡圣伟;倪伟;四爪陆龟(Testudo horsfieldii)自1973年在我国新疆伊犁地区发现以来，由于其珍稀性与中生代孑遗地位而引起关注，但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对特异引物并进行了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，基因组A+T含量达60.55%，呈显著AT偏倚，含13个蛋白编码基因(Protein-coding genes， PCGs)、2个核糖体RNA(Ribosomal RNAs， rRNAs)基因、22个转运RNA (Transfer RNAs， tRNAs)和1个控制区(Displacement-loopregion， D-loop)。基因间共有45 bp的间隔区和41 bp的重叠区，ND6是唯一位于轻链的蛋白质编码基因，ND3基因第174位点插入一个腺嘌呤(A)，WANCY基因簇中28 bp序列可形成轻链复制起始点(OL)。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2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遗为同一物种的不同种群，而非独立物，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。
RNA病毒载体介导的植物基因组编辑研究进展
张燕;陈军;崔凯;吉万全;李停栋;基因组编辑技术在植物育种和功能基因研究中发挥重要作用，但限制基因组编辑在植物上应用的一个关键因素是遗传转化困难或效率较低。目前最常用的农杆菌（Agrobacterium）或基因枪介导植物遗传转化方法需要复杂组织培养和再生的过程，并且在进行基因编辑时往往要先通过筛选获得转基因植株，然后再进行突变体鉴定。近年来，RNA病毒载体作为一种新兴的植物基因组编辑递送工具，在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）、拟南芥（Arabidopsis thaliana）等模式植物及小麦（Triticum aestivum）、大麦（Hordeum vulgare）等作物中得到应用。RNA病毒载体介导的基因组编辑技术（virus-induced genome editing， VIGE) 是将CRISPR基因编辑元件插入到病毒基因组上，然后通过病毒感染导入植物细胞中，进而对作物目的基因进行靶向编辑。本文综述了RNA病毒载体在植物基因组编辑中的应用现状，重点讨论了基于CRISPR/Cas9的RNA病毒载体介导的编辑技术，并分析了无组织培养和组织培养依赖型技术的异同。我们还探讨了RNA病毒载体技术的优势与挑战，包括其在不同植物物种中的转化效率、编辑精准性以及稳定性等问题。最后，本文展望了RNA病毒载体在未来植物基因组编辑中的应用前景。
不同品种及管理方式葡萄根际土壤微生物群落结构和功能比较分析
黄松林;丁卓然;徐小龙;王博;陈玲玲;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了比较，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及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。自然生草栽培的阳光玫瑰（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。表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。