鉴于特异性PCR、试纸条等常用转基因植株检测方法存在费时费力且需要一定专业技术等局限性,研究希望探索一种低成本、高效、操作简便且适用于小麦全生育期田间大规模筛选的转基因植株鉴定方法。选取具有草铵膦除草剂BASTA抗性的转基因小麦进行最适BASTA溶液浓度筛选,发现在大田环境下200 mg·L-1的BASTA溶液可分别在苗期和扬花期有效鉴定转基因阳性植株。同时,为了验证BASTA叶片涂抹法的准确性和实用性,选取20个T0代转基因小麦样本,分别采用Bar试纸条、特异性PCR和BASTA叶片涂抹法3种方法进行转基因阳性鉴定。结果显示,BASTA叶片涂抹法与Bar试纸条鉴定结果一致,并且其检测范围能够覆盖特异性PCR的检测结果。与传统方法相比,BASTA叶片涂抹法成本低、高效、操作便捷,且全生育期可用,尤其适用于田间转基因植株的大规模筛选。
质粒DNA是最常用的基因运载工具,在基因合成技术中扮演着至关重要的角色。如何实现合成质粒DNA的准确且快速检测,是确保基因组完整性和提高基因合成效率的关键。尽管基于一代DNA的测序方法,其准确性已成为行业标准,但在检测通量、检测速度和检测成本等方面仍然存在局限性,这促使科学家们不断寻求新的解决方案。基于生物酶库,开发了DNA建库酶TN5,建立了高通量质粒DNA检测方案——Fast NGS。利用不同长度、不同质量的质粒DNA样本评估了Fast NGS的可行性,并对质粒DNA样本进行了高通量测序,最后对比了Fast NGS与Sanger测序的效率。结果表明,DNA建库酶TN5蛋白的纯度和质量符合二代测序要求。Fast NGS适用于3~8 kb基因合成质粒的测序检测,其检测通量高达2 500个·12 h-1,测序成功率超过95%,测序准确性与一代测序相当,并且无明显序列偏好性。Fast NGS实现了质粒DNA的高通量、快速且低成本检测,为基因合成技术的发展提供了新的方向。
转基因定量检测在食品安全监管和消费者知情权保障中扮演着重要角色。当前,数字PCR方法被广泛认可为核酸精准定量的黄金标准,但缺乏与之相互验证的新型核酸定量技术,这在一定程度上限制了其应用。然而,近年来高通量测序技术的兴起为解决这一难题提供了新的可能性。尽管高通量测序技术主要用于核酸定性序列测定,但其在核酸定量领域的应用潜力尚未充分挖掘。以含有转基因T-NOS、P-35S、CP4-EPSPS和大豆内标准基因Lectin的质粒DNA标准物质为检测对象,采用免扩增建库的方法,比较了NGS、三代测序以及数字PCR定值的差异。结果表明,NGS测序结果与数字PCR结果存在显著性差异,这一发现突显了目前核酸定量技术中的挑战和需求。然而,值得注意的是,三代测序结果与数字PCR检测结果一致性良好,显示了其作为转基因核酸精准定量方法的潜力。这一发现为未来转基因产品标识阈值的制定提供了技术上的支撑和参考,为食品安全监管提供了新的技术途径。
为了了解福建省闽北牧场奶源中微生物污染情况和奶源中所分离致病菌的耐药性特征,对2023年12月—2024年6月采集自闽北14个牧场的46份大罐奶生牛乳样品开展菌落总数和大肠菌群计数以及金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单增李斯特氏菌、克罗诺杆菌属和克雷伯氏菌等5种致病菌污染情况筛查,同时对试样中分离出的金黄色葡萄球菌、克雷伯氏菌和大肠埃希氏菌进行抗生素药物敏感性试验。46份生牛乳样本的菌落总数平均值为5 500 CFU·mL-1;大肠菌群计数平均值为39 CFU·mL-1。分离出的致病菌总耐药率为63.5%,金黄色葡萄球菌耐药率为38.3%,克雷伯氏菌耐药率96.6%,大肠埃希氏菌耐药率为84.6%。β-内酰胺类抗生素耐药比率最高,二重耐药及以上致病菌占比93.2%。福建省闽北牧场生牛乳中菌落总数污染风险较低,达到“特级乳”标准。生牛乳中致病菌对β-内酰胺类抗生素耐药情况较为严重,存在多重耐药风险。
拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)是引起玉米茎基腐病和穗粒腐病的主要病原菌之一,严重威胁玉米的产量和品质。为了深入研究拟轮枝镰孢菌致病基因的功能,对该菌中非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)途径中的2个关键基因FvKu70和FvKu80分别进行了基因敲除以创制高效的基因敲除菌株,并比较了野生型菌株和突变体菌株在营养生长速率、菌落形态、产孢量、对玉米的致病力和基因敲除效率等方面的差异。研究结果表明,FvKu70和FvKu80的基因缺失突变体与野生型FvLNF15-11相比,在PDA平板上的形态特征(如菌丝形态、生长速率、菌落直径、产孢量)没有明显差异,对玉米茎秆的致病力也类似。此外,选择尿嘧啶生物合成相关基因FvpyrG作为敲除的靶基因,分析了FvKu70或FvKu80缺失突变体菌株的同源重组效率,结果显示突变体菌株均显著高于野生型,其中ΔFvKu70的同源重组效率最高。综上所述,FvKu70或FvKu80基因缺失突变体可以快速又高效地实现拟轮枝镰孢菌的基因敲除,为进一步研究该菌的功能基因提供了技术支持。
为了探讨新城疫病毒与鸡链球菌二者各自感染鸡后的共同基因及其分子相互作用机理,深入了解二者协同感染关系,从GEO数据库中获取新城疫病毒和链球菌临床上感染鸡的相关基因芯片数据集,进行生物信息学数据二次挖掘,并开展了GO功能注释、KEGG通路分析以及蛋白质相互作用网络的构建。结果表明,新城疫病毒感染和链球菌感染后机体的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)共34个。GO功能注释和KEGG富集分析显示,这些DEGs主要参与对病毒的反应、细胞死亡、程序性细胞死亡、对细胞因子产生的调节作用等生物学过程和NOD样受体信号通路、细胞因子受体的相互作用、Toll样受体信号通路等。蛋白质互作网络显示二者共有15个蛋白参与相同的生物学功能,并进一步分析筛选出IL6、TNFSF13B、TNRSF1A、IL1B、TLR4、CD83、IRF7、IRF1、SOCS1、SOCS3 10个关键基因,均为表达上调基因。对核心基因的临床验证结果显示,部分核心基因在鸡新城疫病毒感染与鸡链球菌感染出现一致的显著性上调,且二者存在相互作用。研究结果表明,鸡新城疫与鸡链球菌病不仅在临床症状表现相似,且二者在感染机体时也存在相似的作用机理。
随着转基因玉米种类以及种植面积的不断增加,转基因玉米相关产品的定性和定量检测需求日益迫切。选择稳定遗传、特异性强的内标准基因对于转基因玉米鉴定结果的准确性和一致性具有重要意义。利用数字PCR技术对hmg、adh1-1、adh1-2、ivrI-1、ivrI-2、zSSIIb-1、zSSIIb-2、zein-1、zein-2在内的9种玉米内标准基因进行了筛选比较,通过退火温度的优化,找到各自最适的退火温度,并以转基因玉米MON810为研究对象,用上述内标准基因进行实际样品测定。结果表明,adh1-1和adh1-2可以用于实际样品的拷贝数检测。研究结果将为今后转基因玉米内标准基因的选择和相关定量检测提供参考,并对我国转基因作物的管理提供有力的技术支撑。
为探究不同海拔新疆地方绵羊EPAS1基因多态性与血红蛋白指标及低氧适应的关联,对79只塔什库尔干羊(海拔4 200 m)和74只多浪羊(海拔1 200 m)EPAS1基因的第9、第16外显子进行PCR扩增并测序。共检测到7个SNP位点,随后计算基因频率和基因型频率,并分析了血红蛋白指标的差异。结果表明,塔什库尔干羊的血红蛋白含量极显著高于多浪羊,这表明塔什库尔干羊通过增加血红蛋白含量来适应高海拔引起的低氧环境。同时,EPAS1基因的第9、第16外显子相对保守,氨基酸水平的变异远低于核苷酸水平。此外,多浪羊的遗传信息更为多样,显示出海拔与多态信息含量呈负相关趋势,为进一步理解塔什库尔干羊适应高海拔低氧环境的分子基础和血液生理指标变化提供了参考。
基因组中转座子的插入和剪切都会使插入位点的序列发生改变,包括基因突变,进而导致表型变异或基因组进化。Mrh/rMrh是玉米Mutator超家族中首个经遗传学鉴定的双元转座子系统,其中仅有非自主性转座子rMrh完成了基因克隆及序列测定。通过遗传杂交后代的表型分离比确定Mrh活性系中仅有一个自主性转座子Mrh调控报告基因a1位点的rMrh发生转座。为了明确rMrh转座子在玉米体细胞中的转座剪切修复对宿主a1基因功能的影响,以及分处两个遗传位点的自主性Mrh转座子对同一a1位点rMrh剪切转座后序列修复类型的影响,对转座修复位点的PCR扩增产物进行了分子克隆及测序。结果显示,rMrh在玉米体细胞中a1位点转座后产生两种足迹类型,一种是精确修复,另一种是末端反向重复序列(terminal inverted repeat,TIR)残留。同时,在不同遗传位点的自主性转座子Mrh的调控下,rMrh在玉米体细胞中原初位点发生转座剪切时的修复类型相对单一,既能通过精确修复恢复宿主基因功能,也会因为残留碱基导致宿主基因功能的突变,但是不同遗传位点的自主性转座子Mrh的修复产物序列不尽相同。研究结果明确了经典Mrh/rMrh双元转座子系统中rMrh的转座剪切修复特性,在丰富对Mutator转座子遗传特性认识的同时,也为进一步应用这一转座子系统创制玉米新种质资源和功能基因组学遗传材料奠定了理论基础。
土壤盐度是全球农业生产的主要制约因素,对农业可持续发展和粮食安全造成严重威胁。玉米(Zea mays L.)是我国三大作物之一,而盐碱地是我国极为重要的后备耕地资源。木质素作为植物细胞壁的主要结构成分,研究玉米中木质素的积累及细胞壁增厚对高盐度的响应具有重要意义。选取耐盐玉米自交系(Zhongke4M、Zheng58)和盐敏感玉米自交系(PH4CV、Chang7-2)为研究对象,采用清水对照和200 mmol·L-1 NaCl处理,分析不同盐浓度下玉米根系的形态变化、细胞学特征,检测相关酶活性、木质素含量和基因表达的差异。甲苯胺蓝染色结果表明,耐盐自交系Zhongke4M和Zheng58在盐胁迫下根皮层和内皮层面积的减少明显低于盐敏感玉米自交系PH4CV、Chang7-2。此外,番红荧光观察显示,耐盐自交系在盐胁迫下木质化程度增强或保持稳定,而盐敏感自交系则木质化程度下降。结果表明,耐盐自交系Zhongke4M和Zheng58在盐胁迫下木质素含量稳定,而盐敏感自交系显著降低。酶活性分析显示,盐胁迫下苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)和肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohd dehydrogenase,CAD)在盐敏感自交系中活性降低,而肉桂酸4-羟化酶(cinnamic acid 4-hydroxylase,C4H)在耐盐自交系中活性上升。RNA-seq分析确定了3个与木质素合成相关的基因,其在不同玉米品种中的表达量存在差异。研究结果为深入理解玉米通过调节木质素积累和细胞壁结构应对盐胁迫提供了新视角,有助于揭示玉米的耐盐机制。
目前,簇状规则间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)相关蛋白Cas9系统(CRISPR/Cas9)已经成为提高真核生物基因组编辑效率的主要技术。然而,对于像罗非鱼这样繁殖周期较长的物种,CRISPR/Cas9技术由于低纯合效率,在进行大规模遗传筛选研究时面临一定的困难。为了解决这一问题,以罗非鱼为模型,以SLC24A5基因为例,开发了一种高效的CRISPR/Cas9方法,能够在注射的胚胎中以相对稳定的概率直接实现F0代的双等位基因敲除。具体而言,采用两个高效的gRNA进行混合,Cas9蛋白的浓度为800 ng·μL-1,Cas9蛋白与gRNA的质量比例为4:1,注射剂量控制在1 nL,即800 pg的Cas9蛋白和200 pg的gRNA。这一敲除技术使得在新吉富罗非鱼(Oreochromis niloticus)的F0代注射胚胎中,能够直接产生表型外显率(Lv.1、Lv.2、Lv.3和Lv.4)为71%的个体,其中显著表型外显率(Lv.1和Lv.2)为17%。这一技术突破为罗非鱼的遗传筛选提供了便利和高效的手段。
血小板是维持机体稳态和应对疾病感染等的关键血液成分,其无核特征以及转录本和蛋白质来源的多样性导致血小板的转录组和蛋白组相关性普遍偏低。前期研究已解析了血小板蛋白质组在新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV2)奥密克戎感染不同阶段的动态表达模式,但对其具体来源未作深入分析。为了解血小板对奥密克戎感染的应答机制,对血小板蛋白组与转录本进行了对比分析,以探究不同蛋白分子的来源。结果发现,血小板转录组变化相较于蛋白组更为剧烈,且二者的变化存在差异。感染后血小板转录组与蛋白组共同上调的基因/蛋白主要富集了固有免疫、抗病毒免疫反应等特征,提示相关蛋白可能来自血小板内RNA翻译。血小板蛋白组单独上调的蛋白特征包括急性炎症反应、吞噬识别作用等,提示该部分蛋白可能由血浆直接摄入或与其他细胞互作所得。此外,血小板转录组也单独上调RNA代谢过程、RNA剪接的调控等相关基因。研究结果为探究奥密克戎感染条件下血小板RNA和蛋白质的来源多样性提供了重要的数据支撑。
骨髓增殖性肿瘤是一组由造血干细胞异质性增殖引起的疾病,主要包括真红细胞增多症、原发性血小板增多症和原发性骨髓纤维化。在骨髓增殖性肿瘤患者和小鼠模型中都表现出炎症反应紊乱,而过度的炎症反应会推进骨髓增殖性肿瘤的发生和进展。深入研究骨髓增殖性肿瘤的免疫炎症机理,对其控制有着至关重要的意义。从基因表达综合数据库中寻找合适的骨髓增殖性肿瘤的基因表达谱芯片(GSE174060),其中骨髓增殖性肿瘤患者有50个,正常供者有15个。利用limma分析,筛选获得1 269个差异表达基因(|log2FC|≥0.5,P.adj<0.05),包括810个上调基因和459个下调基因。随后将差异基因与免疫相关基因集取交集获得了128个免疫相关基因,包括108个上调基因和20个下调基因。基因功能注释分析发现这些基因主要富集在免疫应答、趋化、白细胞介素信号传导、中性粒细胞脱颗粒、适应性免疫等通路。蛋白互作网络分析中,首先利用Cytoscape软件构建这些基因的重要模块,主要包括2个重要模块,模块一包括11个节点(node)和62个连接(edge),模块二包括9个节点和36个连接;然后通过Cytohubba插件确定了10个免疫相关关键HUB基因(IL1B、JAK2、CXCL10、ICAM1、CX3CR1、TLR4、MMP9、CD4、CCR1、LYN)。利用GSE103237数据集对这10个基因进行基因表达分析,发现其中7个基因在骨髓增殖性肿瘤组中表达上调,验证了HUB基因的重要性。综上,研究结果有助于发现骨髓增殖性肿瘤中重要的免疫炎症因子,为肿瘤治疗提供一定的策略和依据。
红系造血岛(erythroblastic island, EBI)是哺乳动物红细胞终末分化的独特微环境, EBI研究对于深入理解生理和病理条件下造血微环境的组成和变化至关重要。骨髓中EBI分布较为分散,现有富集方法的富集效果不尽如人意。研究旨在建立一种新的更高效的小鼠骨髓EBI富集方法。在前人研究的基础上进行了创新和优化,建立了以二次密度梯度沉降结合洗涤去除非EBI细胞团为核心的富集方法。通过细胞团形态观察、瑞氏吉姆萨染色、成像流式技术(imaging flow cytometry, IFC)等手段比较了该方法与现有富集方法的富集效果,在直接镜检和瑞氏吉姆萨染色中发现,方法4富集体系中少见单细胞,主要为以巨噬细胞为核心周围围绕红细胞的典型EBI结构。使用IFC技术对于F4/80、CD71以及CD11b进行分析,富集产物中约63.7%的细胞团为EBI,高出之前方法的最高标准(方法3),约38.4%。富集的EBI中发现巨噬细胞为CD11b-,且除红细胞外,部分EBI中存在CD11b+细胞,与之前的研究相符。结果显示,该方法在没有造成EBI结构明显破坏的情况下,富集效果在去除单细胞以及非EBI细胞团等方面显著优于现有其他方法,适合对EBI纯度要求较高的研究,为造血微环境研究提供了有效的方法和手段。
为探究冷等离子体处理对盐胁迫下燕麦耐盐性的影响,以坝莜14号燕麦种子为试验材料,选用5和6 kV的电压对燕麦种子进行不同时长(30 s、15 s×2)的冷等离子体处理,测定不同浓度的NaCl 溶液(0.5、1.0、1.5 g·L-1)胁迫下燕麦种子萌发和幼苗生长及生理指标。结果发现,冷等离子体可以显著提高燕麦种皮亲水性及燕麦种子的吸水率,缓解盐胁迫对燕麦株高和根长的影响。基于隶属函数对燕麦抗盐能力进行综合评价分析发现,冷等离子体处理参数为5 kV、30 s和6 kV、15 s×2时,1.5 g·L-1浓度胁迫下燕麦的抗盐能力提高,且随着胁迫强度的增加,5 kV、30 s参数下,冷等离子体处理对盐胁迫的缓解作用效果逐渐增强。
巨噬细胞吞噬氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein,ox-LDL)后形成的泡沫细胞是动脉粥样硬化过程的标志。在巨噬细胞摄取ox-LDL过程中,清道夫受体人类白细胞分化抗原36(cluster of differentiation 36,CD36)、清道夫受体A1(scavenger receptor class A1,SR-A1)、氧化低密度脂蛋白受体1(lectin like oxidized low density lipoprotein receptor,LOX-1)发挥着重要功能。有研究表明,与炎症相关的巨噬细胞Toll样受体(Toll-like receptors,TLR),如TLR4,通过激发炎症反应影响ox-LDL的摄取,然而两者的调控机制尚不清楚。巨噬细胞清道夫受体和TLR如何相互影响可能是治疗动脉粥样硬化的关键。通过对经典清道夫受体和TLR4在ox-LDL摄取与炎症反应中的作用研究进展进行综述,以期为寻找治疗动脉粥样硬化新的靶点提供思路。
动物线粒体基因常常被作为系统发育研究、环境DNA、物种鉴定的分子标记,如COX1、12S rRNA等,而不同学者使用的位点各不相同,导致参考数据库难以统一,而使用完整的线粒体基因组序列作为参考,可以很好地解决这个问题。建立本地物种的线粒体基因组数据库,对环境DNA研究尤为重要。根据鸟类线粒体基因组内10个保守位点开发了针对鸟类的线粒体基因组基因富集探针,利用该探针富集并组装、注释了17 种共19只采集于上海地区的鸟类样本的线粒体基因组,在没有白腹鸫(Turdus pallidus)参考线粒体基因组的条件下组装获得了该物种的完整线粒体基因组。同时,针对白腹鸫样本“不富集,直接建库”和“先富集,后建库”两种方法的测序结果进行了对比,结果表明基因富集可以显著提高全基因组文库中线粒体DNA的占比;随后对两种方法的测序结果进行随机抽样,结果表明在约40 000条序列(约0.012 G测序量)的极端情况下,富集后结果可达到约75%的覆盖度,而未富集的样本仅有约25%的覆盖度;在测序量约0.24 GB时,富集后的样本首次达到100%覆盖度。相对于传统使用引物逐段扩增获取线粒体基因组的方法,研究提出的RNA探针为获取鸟类线粒体基因组提供了更加高效、快捷的方法。
酿酒用糯高粱生长过程需要大量的磷元素,缺磷会造成糯高粱的减产,但是化肥的大量施用会造成土壤肥力下降,为开发促进糯高粱生长的溶磷菌剂,使用溶磷圈法从糯高粱根内筛选具有溶磷功能的菌株,对获得的菌株进行菌种鉴定,并将该菌株制成菌悬液接种到糯高粱根部,测定糯高粱的生长指标,评估该菌株对糯高粱的促生长性能。从糯高粱根中筛选得到了6株溶磷菌,其中溶磷圈直径与菌落直径比值最大的是菌株GP4-1,为2.2。基于菌株16S rDNA序列的系统发育分析,GP4-1属于伯克霍尔德菌(Burkholderia sp.)。将GP4-1菌悬液接种到高粱幼苗根部30 d后,高粱幼苗的株高增加了4.46%,鲜重增加了19.69%,干重增加了100%,植株全磷含量增加了2.65%。糯高粱根内生菌GP4-1通过促进糯高粱植株对磷元素的吸收促进高粱的生长,为针对糯高粱的溶磷菌剂的开发和应用奠定了基础。
生长素(auxin, IAA)信号途径在植物生长、生物胁迫和非生物胁迫响应中发挥着重要的作用。白粉病是南瓜普遍发生且较为严重的一种病害,为探究IAA信号途径响应白粉病胁迫的分子机制,对白粉菌处理的南瓜叶片进行了转录组测序和全基因组DNA甲基化测序分析。结果发现,在IAA信号途径中,有25个差异表达基因,53个基因发生了差异甲基化,其中16个生长素上调小RNA (SAUR)基因均发生了不同程度的甲基化,说明这些基因可能参与了白粉病胁迫响应。SAUR50(CmoCh19G007170)基因的甲基化水平降低,且甲基化区域位于基因的启动子区。在白粉病胁迫下SAUR50的表达水平显著上调,在IAA诱导下显著下调,因此该基因可能通过DNA甲基化调节其表达水平,并且通过IAA信号途径参与南瓜白粉病胁迫的调控。研究结果为IAA信号途径响应白粉病胁迫途径与抗白粉病南瓜分子育种提供了理论依据。
嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T cell,CAR-T)疗法目前已应用于血液肿瘤的治疗,前期研究发现CD74在白血病患者白血病干细胞中高表达,为了探索其对白血病细胞的杀伤作用,通过CD74 CAR表达载体的构建、慢病毒载体的包装及T细胞的感染,制备CD74 CAR-T细胞。利用体外杀伤实验及细胞因子的释放检测确定CAR-T细胞对CD74+的白血病细胞的特异性杀伤作用。结果显示,CD74 CAR-T分别与CD74+的THP-1及CD74-的K562白血病细胞共培养时,THP-1细胞可被清除,而对CD74-的K562细胞无明显杀伤作用。CD74 CAR-T细胞可被CD74+的THP-1细胞有效激活,通过细胞因子释放途径有效杀伤白血病细胞。研究成功构建了靶向CD74+的白血病细胞的 CAR-T细胞,为白血病的免疫治疗提供了新的靶点和免疫治疗策略。