基于生物信息学探讨骨质疏松症与2型糖尿病的关系

目的：基于生物信息学探讨骨质疏松症与 2 型糖尿病的关系。方法：通过基因表达汇编（GEO）数据库检索骨质疏松症和2型糖尿病的相关数据集,并筛选骨质疏松症-2型糖尿病共同差异表达基因,将数据导入STRING数据库找寻关键基因,以一个单细胞测序数据集作为检验集验证关键基因细胞层面的表达水平,对筛选结果进行基因本体（GO）功能及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析,并对关键靶点、相关中药进行频数统计及功效分类。结果：骨质疏松症与 2 型糖尿病相关通路集中在 ErbB信号通路、丝活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、神经营养素信号通路、NOD样受体信号通路。频数统计结果显示,与骨质疏松症-2型糖尿病关键基因相关的中药有51味,以功效分类,可分为清热解毒药、止痛药、祛风药、补虚药、止呕药。结论：骨质疏松症和2型糖尿病都是复杂的代谢性疾病,涉及众多基因表达网络和信号通路。尽管两种疾病存在复杂的基因网络背景,但是分析结果表明两种疾病之间仍存在高度重合的差异基因表达和信号通路。这表明两种疾病的分子机制密切相关,可能存在共同调控的靶点,因此这些靶点可能成为药物同时干预两种疾病的治疗靶点。     

基于高通量测序的表层水体纤毛虫多样性评估方法比较与优化

基于扩增子的高通量测序技术广泛应用于微型生物多样性的研究, 不同的测序手段和数据分析流程, 影响着微型生物多样性与群落结构的分析结果。本研究以易于形态鉴定的砂壳纤毛虫作为研究对象, 比较DNA测序、RNA测序和形态学方法检获的多样性和物种组成等, 探究序列分析流程中关键步骤: 嵌合体处理、可操作分类单元分析方法选择、合并相似分类单元以及去除稀有类群等对多样性结果的影响。研究结果显示无论基于DNA还是RNA的分子手段与形态学方法检获的主要物种基本一致, 与DNA测序相比, RNA测序检获的物种数少, 但差异不显著。基于97%以上相似度聚类和单核苷酸变异所得群落结构相似, 无显著差异; 且所有分析方法都能在一定程度上反映出自然界中不同类群的相对丰度。相较于单核苷酸变异和其他相似度阈值, 99%相似度下聚类所得多样性更为接近形态学结果。去除嵌合体和稀有类群(去除阈值: DNA测序0.05%; RNA测序0.07%), 可明显改善分子多样性虚高的问题。本研究为纤毛虫等真核微生物的分子多样性研究提供了科学的数据分析流程, 对未来真核微生物多样性研究具有指导意义。     

基于高通量测序方法分析荣成月湖潮间带趋磁细菌多样性

荣成月湖是一个典型天然潟湖,潮间带沉积物中存在多种形态趋磁细菌。通过Roche454高通量测序平台,对沉积物样品(B_S)和磁收样品(B_M)进行16SrRNA基因高通量测序,认识荣成潮间带沉积物的细菌群落结构,并了解趋磁细菌多样性及系统进化地位。研究结果表明沉积物样品中主要的细菌类群为δ-变形菌纲,占总细菌数的26.4%,其次是γ-变形菌纲和α-变形菌纲;而磁收样品中细菌多样性和种类明显降低,以α-变形菌纲占绝对优势,相对比例达72.6%。在磁收样品和沉积物样品分别发现了1 612条和186条reads与趋磁细菌相关,分别占细菌总数的5.76%和0.85%,磁收样品中趋磁细菌数是沉积物样品的6.8倍。对两个样品中获得的趋磁细菌序列进行系统进化分析,发现这些序列多数属于变形菌门的α-变形菌纲,以趋磁球菌占绝对优势,少数属于δ-变形菌纲,与多细胞趋磁原核生物亲缘关系最近。海洋趋磁螺菌属仅在B_M样品中检出,趋磁弧菌属在B_M样品优势度高于B_S样品,而多细胞趋磁原核生物和趋磁螺菌属在B_S样品中优势度更高。通过分析样品间的差异OTUs,认为荣成潮间带沉积物中可能存在大量未知的趋磁细菌新类群。研究结果为下一步培养和开发趋磁细菌这一功能菌群,发现趋磁细菌新类群及趋磁细菌生态功能提供了基础资料。     

南海沉积物细菌胞外蛋白酶在家族水平上的多样性

海洋产蛋白酶细菌及其分泌的胞外蛋白酶在降解有机氮以推动海洋氮循环进行方面发挥着重要作用,但目前对这二者多样性的认识非常有限。本研究自南海沉积物中筛选得到90株产蛋白酶细菌,并通过N-端氨基酸序列,分析了其胞外蛋白酶在家族水平上的多样性。16S rRNA基因序列分析的结果表明,筛选的产蛋白酶细菌均属于Gammaproteobacteria纲,且大多数属于Alteromonadales目和Vibrionales目的不同属。对其中14株菌株的14个胞外蛋白酶的N-端氨基酸序列分析表明,所有这些蛋白酶属于金属蛋白酶的M4家族或丝氨酸蛋白酶的S8家族。本研究提供了海洋沉积物产蛋白酶细菌在类群及其胞外蛋白酶在类型上的新细节,这将有助于全面了解微生物酶促降解海洋沉积物有机氮的过程和机理。     

ATS藻板与自然礁石上藻群生物多样性的比较

ATS(algal turf scrubber)系统是一种利用潮间带藻类高效去除富营养化水体中氮(N)、磷(P)元素的水质净化系统, 藻类是支持整个系统最重要的组成部分, 其群落结构与水质净化效果密切相关。该研究基于Illumina MiSeq平台的高通量测序技术对海水水族缸的ATS系统中藻板样品和自然礁石上的藻类进行多样性分析。18S rDNA研究结果表明, ATS系统中经筛选得到藻类优化序列21390条, 其中对丝藻属Antithamnion占主要地位, 占序列总数的22.79%, 其次19.07%序列归入斜纹藻属Psammodictyon; 宋井、展南亭、后宅3个地区的藻类经筛选分别得到88435、87129、106458条优化序列, 主要为分枝色指藻属Chroodactylon、宽果藻属Mastocarpus和日本马泽藻属Mazzaella。ATS系统和自然环境样品共有的优势藻为骨条藻属Skeletonema和仙菜属Ceramium。本实验在研究ATS系统与自然礁石上的藻类群落相似性的同时, 深入探究了其群落结构的差异性, 为进一步优化ATS系统的功能提供了理论依据。     

南沙珊瑚礁区波纹钩鳞鲀(Balistapus undulatus)食性和营养级分析

波纹钩鳞鲀(Balistapus undulatus)是一种在热带珊瑚礁海域中广泛分布的杂食性鱼类, 研究其自然环境中的食物组成有助于了解其食物来源及其在生态系统中的功能地位。但目前的认识仅限于他们是珊瑚礁区的海胆捕食者, 对其准确的食物组成和生态功能定位尚不清晰。本研究于2017年夏季在南沙珊瑚礁区采集了波纹钩鳞鲀样品, 通过特异性引物扩增波纹钩鳞鲀消化道中的线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因, 以高通量测序技术分析了其现场食物组成, 并测定了碳、氮稳定同位素以分析其营养级。研究结果显示, 波纹钩鳞鲀摄食的食物种类有13种, 分属于节肢动物门(Arthropoda)、脊索动物门(Chordata)和环节动物门(Annelida)。其中最主要的食物来源是节肢动物门扇蟹科的蟹类, 如滑面蟹(Etisus sp.)、Luniella pubescens、皱纹花瓣蟹(Liomera rugata)等, 分别占61.8%、6.7%和1.8%。鱼类也有一定的贡献, 占总食物序列的23.5%。同位素结果显示其营养级为3.71±0.07, 与分子检测的结果相符。研究结果表明波纹钩鳞鲀的主要食物是小型甲壳类动物以及植食性鹦嘴鱼, 这拓展了以往对波纹钩鳞鲀所扮演生态角色的认识。     

太平洋牡蛎HSP70基因SNPs开发及其与温度相关性分析

利用高通量二代测序联合先进的高分辨率熔解曲线技术,在牡蛎HSP70基因中开发并验证SNP标记,获43个能够分型的SNP标记,其中33个转换类型SNP,10个颠换类型SNP标记。随机挑选8个SNP位点在大连及厦门共计116个样本中进行分型分析,8个标记位点均符合H-W平衡,最小等位基因MAF在0.037 3~0.495 7之间。有2个标记基因型在不同地域群体间具有显著差异,O_H70-20标记的T等位基因在南方群体中的频率更高,表现出更高温度耐受性(P=0.025,OR=1.809,95%CI:1.074~3.044)。O_H70-41位点T等位基因频率在大连群体中明显高于厦门群体(P=0.003,OR=0.394,95%CI:0.210~0.733),该位点的T等位基因携带个体则表现出低温耐受性。NGS-HRM策略为牡蛎SNP标记开发提供简洁、高效的方法。     

基于转录组测序的方斑东风螺单核苷酸多态性位点挖掘及功能注释

【目次】了解方斑东风螺中响应LPS刺激的SNP位点及SNP所在基因SNP-Unigenes的功能。【方法】使用SOAPsnp软件分析不同时间条件下转录组数据中的SNP位点,使用GO、COG和KEGG数据库进行功能注释。【结果】转录组数据中共挖掘到673 782个SNP位点,分布在110 869条SNP-unigenes序列上。SNP类型分析表明,转换位点发生的频率远高于颠换位点,且6种单碱基变异类型中以A/G转换发生概率最大。有5866条SNP-unigenes富集到298个KEGG子集中,其中以"内吞作用"子集中富集的SNP-Unigenes最多,共富集182条。     

基于第二代测序技术的条斑紫菜(Pyropia yezoensis)贝壳丝状体附生菌群研究

条斑紫菜(Pyropia yezoensis)贝壳丝状体黄斑病给育苗产业造成危害,但目前对健康状态下的菌群结构及其发病后变化仍缺乏认识。本研究基于第二代测序技术和16S r RNA序列分析,对健康和患病丝状体的细菌组成与变化进行比较。测序共产生1.6Gb配对末端序列,获得了第一个高通量的条斑紫菜贝壳丝状体细菌群落数据集。通过数据分析共识别出7,833种可操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs),比对确定为18个细菌门。相对于健康样本,黄斑病丝状体样本的微生物多样性显著增加。主坐标分析和非加权组平均法(unweighted pair group method using arithmetic average,UPGMA)聚类均将健康和黄斑病丝状体分成不同的组,且健康组样本间的距离明显小于黄斑病组。上述结果说明,健康贝壳丝状体保持着相似的微生物群落结构,而患病后的丝状体则发生了不同的变化;健康样本和黄斑病样本组间差异显著的细菌属有39个,其中29个在健康样本中的相对丰度明显高于病患组样本。本研究从菌群生态角度分析了健康贝壳丝状体微生物菌群结构、发病后菌群的变化及其对丝状体生长的潜在作用,为丝状体病害的检测和预防提供有价值的信息。