2026年 03期
非编码RNA结构设计及其在植物基因表达调控中的应用
任晓宇;郭永杰;史庆华;杨晓玉;微小RNA(micro RNA, mi RNA)、小干扰RNA(small interfering RNA, si RNA)和环状RNA(circular RNA, circ RNA)等非编码RNA(non-coding RNA, nc RNA)可通过对靶标基因表达的精准调控,维持生物体正常的功能,以及应对各类逆境胁迫。近年来,以此类RNA为目标的结构设计与基因表达调控逐渐成为生物技术领域的研究热点。本文综述了nc RNA二级和三级结构的特征、设计原则,以及其通过碱基配对形成发夹、茎环等结构元件,在转录后和翻译水平精准调控植物靶标基因表达等方面的最新研究进展;并对工程化nc RNA技术在作物生长发育、耐逆和抗病性调控等方面的应用前景和面临的挑战进行了展望。
基因组浅层测序在多领域应用的综合评估与展望
文善源;李巧明;基因组浅层测序(genome skimming)策略能够以较低成本快速获取细胞器基因组和核糖体DNA序列。基于高通量测序技术,基因组浅层测序不仅能够从生物样本中提取有用的遗传信息,还可应用于保护生物学和进化研究。该技术通过结合下游生物信息学分析流程,还能完成遗传距离估算、特定基因组的组装等任务。本文聚焦于生物多样性与进化生物学领域,详细梳理了该技术在物种识别、系统发育、馆藏组学及基因组资源开发等领域的广泛应用,介绍了其工作原理和优势,并展望了未来的发展方向,特别强调了分析流程优化及与其他新技术融合的潜力。本文旨在为相关领域学者提供翔实的理论参考与方法论指引,进而启发该技术在复杂类群研究中的应用拓展。
基于全基因组重测序的紫苏种质资源遗传多样性与群体结构分析
谢聪;梁丽华;程宵;王茂辉;刘子琪;詹若挺;陈立凯;本研究利用全基因组重测序(whole-genome sequencing, WGS)技术对35份来源广泛的紫苏(Perilla frutescens)种质资源进行深度测序分析,挖掘全基因组水平的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)和插入/缺失(insertion/deletion,In Del)变异位点,分析紫苏种质资源的遗传多样性与群体结构,并构建SNP分子身份证,以期系统全面地评价紫苏资源多样性并开发种质鉴别技术。本研究通过高深度全基因组重测序,累计获得462.95 Gb高质量数据,筛选鉴定出14 337 811个SNP和2 551 899个In Del变异位点。系统发育树、主成分分析(principal component analysis, PCA)及群体结构分析(k=3)结果一致将供试材料划分为三个遗传亚群:北方亚群、南方亚群及混合亚群,揭示了紫苏种质资源存在显著的“南-北”地理分化格局。遗传多样性分析显示,总群体的核苷酸多样性(π)为0.001 8,观测杂合度(Ho=0.154)显著低于期望杂合度(He=0.308),平均近交系数(F)高达0.507,表明群体内等位基因分布不平衡,存在显著的杂合子缺失,符合紫苏自花授粉的遗传特性。群体间遗传分化与连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)分析表明,南、北亚群间存在极大的遗传分化(Fst>0.20),与南方亚群相比,北方亚群表现出较慢的LD衰减速度,说明该群体在驯化过程中可能经历了强烈的人工定向选择,基因组连锁程度高。此外,本研究筛选出124个核心SNP位点,构建了包含紫苏种质遗传信息的DNA分子身份证,可实现紫苏种质的数字化鉴定。本研究发现紫苏种质资源遗传多样性丰富,群体间分化显著,研究结果为后续的种质创新、分子育种及资源保护提供了重要的理论依据。
山金柑FhMKK9基因克隆、表达及功能的初步鉴定
代文婧;肖璇;丝裂原活化蛋白激酶激酶9(mitogen-activated protein kinase kinase 9, MKK9)作为丝裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase, MAPK)级联通路成员,在调控植物抗逆胁迫中具有重要作用。为研究山金柑(Fortunella hindsii)FhMKK9基因在柑橘溃疡病抗性中的功能,本研究以山金柑叶片c DNA为模板,克隆获得Fh MKK9基因CDS(coding sequence)全长序列,其开放阅读框(open reading frame, ORF)为972 bp,编码323个氨基酸残基。保守结构域分析表明, Fh MKK9具有MAPKK家族特有的PKc＿MAPKK＿Plant-like蛋白激酶结构域序列。系统发育分析显示,山金柑Fh MKK9蛋白与芸香科(Rutaceae)其他物种同源蛋白亲缘关系较近。启动子顺式作用元件预测显示,其启动子区含多个光信号及激素信号响应元件。亚细胞定位结果表明, Fh MKK9蛋白定位于细胞膜和细胞核中。组织特异性RT-qPCR结果显示, Fh MKK9基因在山金柑叶片中表达量最高,在根和茎中也有较高表达,表明其可能在山金柑叶片中发挥更为重要的作用。柑橘溃疡菌(Xanthomonas axonopodis pv. citri, Xac)侵染可诱导山金柑叶片中Fh MKK9基因显著上调表达。外源乙烯利处理浓度低于50 mg~/L时, FhMKK9基因的表达与乙烯利浓度呈正相关。瞬时表达Fh MKK9基因可增强感病种质‘纽荷尔’脐橙(Citrus sinensis Osbeck′Newhall′)叶片对溃疡病的抗性。本研究表明Fh MKK9基因可能通过乙烯信号通路正向调控山金柑对柑橘溃疡病的抗性,为柑橘抗病育种提供了候选基因。
东方蜜蜂AREL1基因的克隆、生物信息学及其在东方蜜蜂微孢子虫侵染中的表达模式
樊念;李想;杨雪;郭熙;代梦远;张月盈;王天顺;陈大福;郭睿;邱剑丰;旨在解析东方蜜蜂(Apis cerana)抗细胞凋亡E3泛素蛋白连接酶1(apoptosis-resistant E3 ubiquitin protein ligase 1,Ac AREL1)的理化特性和保守性,并检测Ac AREL1基因应答真菌侵染的表达模式,为其功能研究提供参考。针对Ac AREL1的编码序列(coding sequence, CDS),采用RT-PCR进行分段克隆。利用生物信息学网站和专用软件对Ac AREL1蛋白的理化特性、分子结构、保守基序、结构域进行分析,并探究其系统进化。运用RT-qPCR方法检测东方蜜蜂工蜂受东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)侵染时Ac AREL1的表达模式。成功实现Ac AREL1的编码序列克隆; Ac AREL1含有954个氨基酸,分子质量约为107.55 k Da,平均亲水系数为-0.218,含有典型的信号肽和2个跨膜结构域。Ac AREL1的二级结构含有415个α-螺旋,394个无规卷曲和145条延伸链; Ac AREL1与三级结构模板A0A482X258.1. A的同源性达72.17%。Ac AREL1可能主要定位于内质网。东方蜜蜂、西方蜜蜂(Apis mellifera)、小蜜蜂(Apis florea)、大蜜蜂(Apis dorsata)、无刺蜂(Frieseomelitta varia)、亨特大黄蜂(Bombus huntii)、黄脸熊蜂(Bombus vosnesenskii)、毛眼林蚁(Formica exsecta)和麦茎蜂(Cephus cinctus)的AREL1均含有HECTc和Filamin superfamily结构域及5个相同的保守基序;进化树的分支结构中东方蜜蜂和西方蜜蜂的AREL1归为同一支。东方蜜蜂微孢子虫侵染后,工蜂中肠中Ac AREL1的表达下调; Ac AREL1在1 dpi(1 day post-infection)的表达水平最高,在6 dpi的表达水平最低。本研究首次获得东方蜜蜂AREL1全长序列,分析发现Ac AREL1是潜在的跨膜和亲水性蛋白,跨物种的保守性高;东方蜜蜂微孢子虫侵染后,东方蜜蜂工蜂中肠中Ac AREL1的表达被抑制。研究结果为后续的功能研究提供了基础。
甜菜碱对育肥猪抗氧化能力及肠道菌群的影响
王恒;唐振华;夏繁;孙东岳;潘鹏丞;任杰;鲁明哲;曾程熙;谢炳坤;陆凤花;本研究旨在探究饲粮中添加甜菜碱(betaine, Bet)对育肥猪(Sus scrofa domesticus)抗氧化能力及肠道菌群的影响。选取20头6月龄平均体重为(76.50±5.52)kg的育肥猪,随机分配到KL组(全价颗粒料)和Bet-3组(全价颗粒料中添加0.3%Bet),每组10头。预饲期7 d,正试期63 d。试验结束时,每组随机选取3头猪,屠宰后采集肝脏、背最长肌和结肠内容物,测定抗氧化指标,并利用16S r RNA测序分析结肠微生物组成。结果表明,与KL组相比, Bet-3组肝脏总超氧化物歧化酶(total superoxide dismutase, T-SOD)活性显著提高(P<0.05)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量显著降低(P<0.05)。与KL组相比, Bet-3组背最长肌谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX)活性显著提高(P<0.05), MDA含量显著降低(P<0.05)。收集KL组和Bet-3组结肠内容物进行测序,共得到882个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs),KL组独有81个OTUs, Bet-3组独有44个OTUs。Alpha多样性分析显示,两组间均无显著差异(P>0.05)。主成分分析(principal component analysis, PCA)结果显示, KL组和Bet-3组中能够明显区分菌群结构。肠道菌群结构组成分析表明, KL组和Bet-3组的优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)和螺旋体门(Spirochaetota),相对丰度排名前3的菌属为乳杆菌属(Lactobacillus)、特里斯孢菌属(Terrisporobacter)和粪杆菌属(Faecalibacterium)。肠道菌群与肝脏抗氧化指标相关性分析显示, 7个菌门和14个菌属与肝脏抗氧化指标正相关, 15个菌门和16个菌属与肝脏抗氧化指标负相关。KEGG功能预测表明, KL组显著富集的通路有28条(P<0.05), Bet-3组显著富集的通路有23条(P<0.05)。综上所述,饲粮中添加甜菜碱对育肥猪抗氧化能力有积极作用,且促进结肠有益菌增殖,抑制潜在致病菌,优化肠道菌群结构。
猪半胱天冬酶基因家族鉴定及其在PPV感染PK-15细胞中的表达动态与调控网络
卢婷婷;赵丽;宋幸辉;半胱天冬酶(caspase, CASP)是调控细胞凋亡与炎症反应的核心因子,猪细小病毒(Protoparvovirus ungulate1, porcine parvovirus, PPV)感染可激活猪细胞内相关信号通路并引发病理变化。本研究旨在鉴定猪半胱天冬酶基因家族,探究PPV感染后该家族基因的表达动态及调控机制,为解析PPV致病分子机制提供数据支撑。本研究以猪肾-15(porcine kidney-15,PK-15)细胞为感染模型,经系统发育分析证实,猪(Sus scrofa)CASP基因家族与牛(Bos taurus)同源基因的进化关系相较于其他物种更为紧密。在PPV感染后12、 24、 48、 72 h采集细胞样本进行转录组测序,相邻时间点(12 h vs 24 h、 24 h vs 48 h、 48h vs 72 h)分别检测到5 749个、 7 376个、 7 320个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)。其中, CASP3、CASP9、 CASP10表达变化尤为显著,在感染周期中呈现显著波动。通过蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络分析,深入挖掘了差异表达的半胱天冬酶基因与其他DEGs之间的相互作用关系,尤其是与凋亡通路和炎症通路相关基因的复杂调控网络,清晰揭示了各基因间的协同作用模式。本研究阐明了猪半胱天冬酶基因家族在PPV感染中的表达规律,解析了其参与PPV诱导的细胞凋亡和炎症反应的分子机制,为后续PPV致病机制研究提供了实验依据。
云豹和虎全基因组微卫星分布规律及差异分析
李佳璐;刘俊伟;李心怡;窦海龙;本研究旨在比较云豹(Neofelis nebulosa)与虎(Panthera tigris)全基因组中微卫星的分布特征。利用Krait v1.3. 3软件对公共基因组数据进行分析,共鉴定出超过130万个微卫星位点。两物种微卫星的相对丰度(云豹:553.94 loci/Mb;虎:591.07 loci/Mb)及基因组占比(云豹:1.27%;虎:1.19%)相近,且长度分布趋势一致。优势重复单元类别主要为A、 AG、AC、 C、 AT、 AAAT、 AAAG、 AAAC、 AAGG和AAC。微卫星数量在整体上随核心拷贝数增加而递减,并在拷贝数为4、 7和12时出现峰值。染色体水平上,微卫星数量与染色体长度呈显著正相关, 1号和a1号染色体上数目最多,而云豹18号与虎e3号染色体上数目最少。值得注意的是,两物种X染色体上的微卫星均呈非随机分布,部分类型(如AT、 AG、 ATCC)倾向于在特定区域聚集,但聚集的类别和区域存在种间差异。总体而言,云豹与虎全基因组的微卫星分布特征高度相似,仅在重复类型频率和X染色体聚集模式上存在细微差异。本研究结果可为两物种的微卫星标记开发、群体遗传学及基因组进化研究提供数据基础。
基于转录组学分析甲型副伤寒沙门菌通过调控脂代谢感染秀丽隐杆线虫的机制研究
王硕;邱如星;曾韦锟;周文会;李丹;林凤鸣;丁爱军;甲型副伤寒沙门菌(Salmonella Paratyphi A)引发的副伤寒是重要的公共卫生威胁,目前尚无有效疫苗,为研究其致病机制,本研究应用前期建立的秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)-甲型副伤寒沙门菌感染模型,通过油红O染色检测甲型副伤寒沙门菌感染后线虫体内脂肪含量的变化。采用转录组测序技术检测甲型副伤寒沙门菌处理组与大肠杆菌(Escherichia coli) OP50对照组的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),经RT-qPCR验证后进一步开展GO与KEGG富集分析及蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络构建。结果显示,甲型副伤寒沙门菌感染可显著降低野生型N2线虫体内脂肪含量。转录组分析鉴定出213个DEGs,其中脂肪酸代谢相关基因acox-1.5和ech-9显著上调,acs-2下调。同时,多个细胞色素P450解毒基因(CYP-35A3、 CYP-35A2、 CYP-35B1、 CYP-35C1及CYP-13B1)表达受到抑制。功能富集分析表明,差异表达基因主要参与脂肪酸代谢、过氧化物酶体通路及解毒过程。以上结果揭示了甲型副伤寒沙门菌感染可能通过扰乱宿主的脂代谢稳态和解毒能力以创造有利于其感染环境的新机制,增进了对甲型副伤寒沙门菌致病机制的认识,为其预防和治疗提供了理论基础。
嗜吡啶红球菌全基因组测序及比较基因组学分析
孙学亮;方展明;郭慧玲;冯洪超;于宏;陈成勋;赵林;为深入解析嗜吡啶红球菌(Rhodococcus pyridinivorans)的基因组特征和功能潜力,本研究基于第三代测序技术对该菌株进行全基因组测序及比较基因组学分析。结果显示,该菌株基因组总长为5.71 Mb, G+C含量为67.97%,共预测到5 549个蛋白质编码基因,其中包括54个t RNA基因和12个r RNA基因。功能注释显示,在KEGG、 COG、 GO、 CAZy数据库中分别识别到2 590、 3 694、 2 983、 130个功能基因,主要涉及脂质、氨基酸和碳水化合物代谢,信号转导与转录调控等过程。比较基因组学分析显示,嗜吡啶红球菌具有开放型泛基因组特征,共有基因主要与能量代谢和信息传递相关,特有基因多涉及代谢和防御机制等通路。系统发育分析进一步揭示,该菌株与其他嗜吡啶红球菌菌株存在一定遗传分化。本研究为阐明嗜吡啶红球菌的代谢潜力及其在水产养殖和环境修复中的应用提供了基因组学依据。