在武汉发生的由新型冠状病毒SARS-CoV-2引发的人类冠状病毒病COVID-19, 仅仅2个多月时间在我国及国际上70多个国家出现迅速传播, 致病和死亡率高, 人类生命受到了极大威胁。一些科学家火速投入研究, 对SARS-CoV-2的来源和进化、形态特征和基因结构、感染和致病分子机制开展深入研究, 取得了重大进展, 为科学防控COVID-19提供了重要依据。根据上述研究的基础, 文中对COVID-19病毒疫苗、抗体和抑制剂研发提出了设想, 在研究防控COVID-19核心技术上具有一定的参考价值。

我国是世界产蕉大国, 香蕉总产量已居世界第2位, 香蕉产业已成为我国南亚热带地区农民脱贫致富的重要支柱产业。但目前我国香蕉品种更新缓慢, 现有品种的高产性、抗寒性、抗病性均存在一定程度的缺陷, 而物理诱变技术在培育改良品种特性上具有独特的优势。本文综述了物理诱变技术及其在香蕉育种中的研究进展, 包括物理诱变定义、种类及应用等方面, 以期对香蕉诱变研究及新品种选育实践提供参考。

自2012年首次证明了CRISPR/Cas9可以在体外进行DNA切割试验以来, CRISPR技术逐渐在基因编辑研究中获得了迅速的发展, 除了应用于基因编辑领域之外, 它在基因表达调控、基因成像、基因分析等方面也展现出了巨大的应用潜力。尤其在基因分析领域, CRISPR技术由于其精确的基因识别、室温的反应条件、易设计性和操作性等特色, 使得一系列新型的基因检测技术得以发展, 并取得了超越常规技术的一些检测参数。本文以Cas9蛋白为对象, 综述了近些年来在该领域取得的研究进展。主要论述Cas9蛋白的功能、改造、引导RNA(sgRNA)的设计及其在基因分析方法上的应用。

在病原菌、病毒、应激等因素的影响下, 畜禽肠道功能容易紊乱失调。抗生素可以预防或治疗由病原菌引起的感染, 但抗生素的滥用会给畜牧产品、生态环境带来一系列危害, 对人类的健康造成巨大威胁, 因此无抗养殖的趋势已成必然。益生菌在畜禽养殖中具有很重要的作用, 乳酸菌作为益生菌的重要组成部分, 它具有促进机体生长、改善胃肠道功能、提高机体免疫力、维持动物肠道菌群平衡等作用, 故乳酸菌可以作为抗生素替代品引入畜禽养殖。本文主要概述乳酸菌在畜禽养殖中发挥益生功效的作用机制和应用范围, 着重讲述乳酸菌相较于其他主要畜禽养殖益生菌的优势与劣势, 阐述乳酸菌在种养结合的运用, 对乳酸菌的未来发展和应用前景提出展望。

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种超灵敏的生化分析技术, 已经被广泛运用于细胞、核酸、蛋白质等生物分子的检测, 在生物医学领域表现出了巨大的应用潜力。近年来, 将表面增强拉曼光谱技术应用于遗传物质DNA的精准检测, 引起了人们广泛的关注。本文简要叙述了表面增强拉曼光谱技术的基本原理及其在DNA检测中的优势, 主要介绍了非标记的DNA-SERS检测应用进展, 其中包括本项目组的相关工作。研究表明, 非标记DNA-SERS技术有望成为一种快速、准确的临床诊断方式。

本文通过X射线照射SMMC-7721、BEL-7402和HepG2三种肝癌细胞后, 以克隆形成试验检测其存活分数, 结果显示在梯度剂量X射线0、2、4、6、8、10 Gy照射下SMMC-7721、BEL-7402、HepG2三种细胞克隆存活分数逐渐下降, 其中SMMC-7721在三种肝癌细胞系中对辐射最敏感, BEL-7402辐射抗性在三种肝癌细胞系中最高。Western blot检测发现PER1在SMMC-7721中的表达水平明显显著高于BEL-7402和HepG2(P<0.05)。过表达PER1蛋白以后, BEL-7402接受5 Gy X射线照射后凋亡明显增多, 同时, western blot 和RT-qPCR试验结果发现, X射线照射过表达PER1的BEL-7402细胞, 抗凋亡蛋白Bcl-2表达明显降低, 凋亡执行蛋白Caspase-3断裂明显增多。研究结果表明PER1蛋白的高水平表达可以促进X射线诱导的凋亡, 增强肝癌细胞的辐射敏感性。

外泌体含有释放细胞的特异性物质, 反映了释放细胞的组成成分, 成为液体活检的重要物质。为了鉴别正常乳腺上皮细胞和乳腺癌细胞来源的外泌体, 本研究采用表面增强拉曼(SERS)技术检测乳腺癌细胞MCF-7和人正常乳腺上皮细胞MCF-10A来源的外泌体, 并且对比两种细胞外泌体的SERS光谱, 筛选出相应的特征拉曼光谱。结果发现在800~1 800 cm-1区域内, 相对MCF-10A细胞, MCF-7来源的外泌体中归属于核酸的拉曼峰相对强度明显增高, 且部分脂类峰强有所降低或部分特征峰消失, 同时发现MCF-7还表现出其自己独特的拉曼谱型。此结果表明SERS技术可高灵敏度检测不同细胞来源的外泌体细微分子变化, 可区分肿瘤细胞来源的外泌体与正常细胞来源的外泌体。SERS技术可作为癌症的早期检测和诊断的一种快速、无标记和无损的方法。

为了深入探讨乳腺癌治疗耐药的发生机制并寻找乳腺癌治疗耐药的潜在治疗手段, 我们以乳腺癌MCF-7和耐阿霉素MCF-7/ADR细胞为研究对象, 研究RNA甲基化酶WTAP对其迁移的影响。MTT试验发现阿霉素对MCF-7细胞活力的抑制作用大于对MCF-7/ADR细胞的抑制作用。qPCR和western-blot试验发现WTAP在耐阿霉素细胞MCF-7/ADR中高表达, 同时transwell试验发现在MCF-7细胞中增加WTAP的表达对MCF-7细胞的迁移没有影响, 而在MCF-7/ADR细胞中敲低WTAP的表达会抑制MCF-7/ADR细胞的迁移。western-blot试验进一步证明了这一作用是通过抑制上皮间质转化(EMT)来发挥的。这一发现有助于为乳腺癌的临床治疗提供新的理论依据并为乳腺癌的治疗提供新的策略。

对叶片高光谱信息进行分析, 实现苎麻褐斑病快速无损的诊断, 对提高苎麻产量和品质有重要意义。利用FieldSpec3便携式地物光谱仪和手持叶片夹持器, 采集了430个苎麻褐斑病叶片和健康叶片高光谱数据。提出了一种基于离散系数的子波段主成分分析PCA方法来提取特征变量。同时, 为了探讨不同主成分个数对模型的影响, 分别以1~10个主成分作为特征变量, 采用支持向量机分类SVC方法建立苎麻叶片褐斑病识别模型。结果表明: 1)波段A(511~636 nm)、波段B(690~714 nm)、波段C(1 406~1 511 nm)和波段D(1 870~2 450 nm)离散系数较大, 是建立识别模型的敏感波段; 2)4个子波段中, 波段C建模效果最好, 选择5~10个PCA主成分作为特征变量建立SVC识别模型时, 在主成分个数相同的情况下, 其正确率可以达到90%以上, 总体高于全波段和其他子波段。基于离散系数筛选较敏感的子波段进行PCA, 选择合适的主成分个数作为特征变量, 建立苎麻叶片褐斑病SVC识别模型是可行的, 为开创一种新的苎麻褐斑病诊断方法提供技术支持。

山东省德州市禹城市和湖南省长沙市望城区分别属于我国北方和南方地区, 环境和气候差异明显。本试验以禹城市和望城区两地的草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鲫鱼(Carassius auratus)和鲤鱼(Cyprinus carpio)为研究对象, 对肠道中的菌群进行16s rRNA V4高变区扩增, 基于IonS5TM XL测序平台进行测序, 并对相关数据进行分析。结果表明, 在门水平上鲫鱼、鲤鱼、草鱼的肠道优势菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、梭杆菌门(Fusobacteria)、硬壁菌门(Firmicutes), 拟杆菌门(Bacteroidetes), 各组中这四种菌门所占比之和均在80%以上; 基于Bray-Curtis距离值的秩次进行组间差异显著性检验, 山东草鱼组和湖南草鱼组比较中组间差异大于组内差异(R=0.307, P<0.05), 且线性判别分析显示湖南草鱼组的特征性菌群为弧菌属, 而山东草鱼组的为梭菌纲, 推测特征性菌群差异与环境的影响有关; 有害菌种的统计分析表明, 湖南鲫鱼组和鲤鱼组的嗜水气单胞菌属相对丰度明显高于对应的山东鲫鱼组和鲤鱼组, 山东草鱼组和鲤鱼组的弧菌属相对丰度高于对应的湖南草鱼组和鲤鱼组, 可能受外界环境的影响, 不同地区抵御外来有害细菌的能力也不一样。本研究对两地的淡水鱼类肠道微生物群落结构进行了比较和分析, 为进一步的鱼类发育研究奠定基础。

本文采用超连续谱激光光源滤除其红外部分仅输出可见谱段部分, 在不超过****标准允许的最大辐照量条件下, 以正入射方式照射人眼后, 记录并分析在明、暗适应条件下中心极限视力恢复时间、中心近极限视力恢复时间和视觉后像持续时间, 明确超连续谱激光可见谱段对人眼的眩目效果。明适应下激光照射0.1 s导致人眼中心极限视力恢复时间为31~119 s, 中心近极限视力恢复时间为19~76 s; 暗适应下激光照射0.1 s导致人眼中心极限视力恢复时间为26~223 s, 中心近极限视力恢复时间为13~123 s; 明、暗适应下导致人眼眩目效应的最小功率密度值分别为0.055 mW/cm2和0.005 mW/cm2。结果表明, 超连续谱激光可见谱段对人眼有良好的眩目效果, 可导致数十秒至数百秒的中心视力下降, 随着照射功率密度增高, 眩目效应增强, 显示出较好的量效关系, 且相同功率密度时暗适应下人眼的眩目效果优于明适应。该研究探究了明、暗适应条件下超连续谱激光对人眼眩目效应, 明确了超连续谱激光与人眼眩目的量效关系。

为探究谷胱甘肽和没食子酸对紫淮山花色苷的辅色作用，本文研究了谷胱甘肽和没食子酸对紫淮山花色苷降解率、热稳定性及色差的影响。试验表明，谷胱甘肽和没食子酸能有效抑制花色苷的降解，且最佳添加量分别为0.03%和0.2%。在此添加量条件下，紫淮山花色苷在50、70、90 ℃水浴中的热降解均符合一级降解反应动力学规律。添加谷胱甘肽和没食子酸的紫淮山花色苷降解速率常数(k)小于对照组，半衰期(t1/2)和活化能(Ea)高于对照组，说明谷胱甘肽和没食子酸能够增强花色苷的热稳定性。色差测定结果表明，经谷胱甘肽和没食子酸辅色后的紫淮山花色苷，其明度指数(L*)和色品指数(a*、b*)较对照组变化缓慢，颜色的稳定性增强。

本文利用大豆滞绿突变体Z-94320经60Co-γ射线诱变的突变体后代M5、M6代为材料，进行两年的田间性状观察记录统计，用相关性分析、主成分分析、聚类分析对其17个主要表型性状统计分析。结果表明：诱变后代产生了丰富的变异，出现了多种种皮色和子叶色，产生了非滞绿性状，形成了各种生育周期，且分离出晚熟性状。通过相关性分析发现，单株粒重与株重、茎粗、主茎荚数、分枝荚数、一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数、瘪粒荚数、虫食数呈极显著正相关，这些性状可以对产量进行预测；主成分分析在M5代提取出“产量因子”、“株型因子”、“粒荚因子”、“茎荚因子”四个主成分，对农艺性状累计贡献率达到70.50%，M6代提取出“产量因子”、“虫害因子”、“株型因子”、“茎杆因子”四个主成分，对农艺性状累计贡献率达到71.54%；聚类分析将M5、M6代材料分别划分为6类，发现同代中各类群农艺性状情况大致相似，但是各农艺性状在两代之间的变化明显，在株重、结荚高度、单株粒重等方面M6代显著高于M5代，并筛选出两株高产品系和一株特色滞绿品系。本研究逐步完善了对滞绿大豆突变体库的构建，为滞绿大豆诱变后代的遗传多样性研究提供了基础的数据分析。