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关键词： Pickering乳液   两相反应   生物催化   连续流动催化   界面反应  

摘要： 连续流动生物催化制高光学纯手性醇、手性胺等医药中间体受到学术界和工业界普遍关注。生物催化反应过程往往需要酶与辅因子共同参与,然而传统酶固定方法酶活性易损失,昂贵的辅因子难循环再生,严重限制其工业化应用。现有的酶和辅因子固定化策略,如大分子共聚物(聚乙烯亚胺)静电结合吸附法、DNA框架分子固定以及共接枝到无机载体或具有活性基团的不溶性聚合物等,仍存在辅因子难循环、酶稳定性差等问题,无法满足工业长时间稳定运行的要求。因此,亟需发展一种新的固定化策略来提高酶和辅因子的稳定性,实现其长期稳定循环利用。 Pickering乳液是以固体颗粒为乳化剂形成的分散体系,乳滴创造的独特微纳界面/空间为发展高效绿色的生物与仿生催化提供了新的机会。酶需要适宜的水相微环境来发挥其催化活性,避免有机溶剂对酶的毒害;辅因子需要合适的限域空间以实现辅因子固定化,并自由的与酶结合并进行反应。本论文研究工作基于课题组前期工作基础,提出了一种基于Pickering乳液液滴内限域酶和辅因子的策略,并将其应用于连续流动催化反应。具体研究内容包括以下几个方面: 将酮还原酶与辅因子分别限域在Pickering乳液液滴界面与内部,Pickering乳液为辅因子与酮还原酶等催化活性中心提供液体微环境。将该Pickering乳液填充于固定床反应器中,并用于酶催化酮不对称还原反应连续流动催化反应。还研究了酮还原酶与辅因子在Pickering乳液内的空间分布、空间距离以及液滴尺寸大小等对反应的影响,实现了酮还原酶与辅因子在时间与空间上的高效耦合,进一步提高了手性醇类药物中间体的生成效率。相对于传统的两相催化反应体系,该连续流动反应体系的活性可提高3～4倍,且连续流动反应300小时后反应转化率可维持95%以上,产物手性醇的ee值大于99%,辅酶TTN可达60000以上。 以Pickering乳液液滴限域酶与辅因子为基础,建立了底物与酶与辅因子在界面扩散-反应的理论模型,模拟了底物与辅因子在界面反应过程,研究了辅因子在界面反应消耗的速率与油相中底物扩散到界面的速率的关系,验证了上述反应中关键参数调控的趋势。建立的具有关键理论参数的方程帮助我们合理理解相对复杂网络中反应结果的变化,并进一步指导底物浓度、辅因子浓度、液滴大小等反应条件的优化。进一步为了验证体系的普适性,将转氨酶与辅因子限域在Pickering乳液液滴内并用于酶催化不对称转氨连续流动生物催化反应,实现了4′-硝基苯乙酮的高效连续流动催化转化。转化率保持在88%以上,连续运行400 h,产物(R)-1-(4-硝基苯基)乙胺的ee值始终保持在99%以上。流动体系的催化效率值比传统两相体系和Pickering乳液搅拌体系的催化效率值大约高两倍。以上体系进一步证实了我们的共区隔系统在涉及酶和辅因子的连续流动反应中是通用的和有效的。 在已实现的Pickering乳液限域酶和辅因子用于固定床连续化反应的基础上,开发了一种Pickering乳液分别限域脂肪酶、油酸水合酶以及酮还原酶和NADH氧化酶,分层式分布进行连续流动串联催化反应的新方法。限域脂肪酶的Pickering乳液分布在流动柱的上层,限域油酸水合酶的Pickering乳液分布在流动柱的下层,两种限域不同生物酶的Pickering乳液分别为酶提供了适宜的微环境。流动相中的反应物在乳液界面分别与脂肪酶及油酸水合酶进行反应,反应结束后再流入装填有限域酮还原酶和NADH氧化酶的Pickering乳液另一根反应柱中,经反应后流出产物。最终实现了由三油酸甘油酯到10-羰基硬脂酸的连续流动串联催化反应。连续流动反应60小时后反应转化率可维持在60%以上,显著提高了酶催化不对称合成手性羟基硬脂酸中间体的连续性,开拓了Pickering乳液分层式固定化连续流动催化的新方法,为乳液串联催化反应奠定了基础。

关键词： 链霉菌   基因组组装和分析   软件开发   泰乐菌素   基因组学   比较基因组学  

摘要： 随着测序技术和生物信息学的发展,基于基因组序列的生物学研究越来越多。从基因组序列中可以解读物种的遗传信息,研究物种的进化关系,识别功能元件,解析调控网络及生物多样性等。基因组分析在生物学研究中发挥着越来越重要的作用,基因组学研究已成为其他组学研究的基础,获得研究对象的基因组序列几乎成为现代生物学研究开展的前提条件。本研究拟从实际遇到的问题出发,开发出适合于链霉菌等原核微生物基因组序列组装和分析的管道软件,将专业人员才能组装的基因组序列变成非专业人员也可以方便使用。同时应用开发的管道软件对三株弗氏链霉菌基因组进行分析,并通过比较基因组探究弗氏链霉菌中泰乐菌素高产的分子机制。具体的研究结果如下: 一、原核微生物基因组组装和分析管道软件的开发 链霉菌基因组大小在7-10 Mb,是基因组最大的原核生物。与一般细菌环状的染色体不同,链霉菌的染色体为线性DNA,且GC含量高达75%,具有复杂的二级结构,测序难度较大。按照测序公司常用的细菌基因组组装和生信分析方法所得到的结果往往不尽如人意。 为了开发更合适的基因组组装和分析软件,本研究首先搭建了原核微生物基因组组装和分析的流程。明确了不同测序数据进行质量控制和过滤的方式,如illumina测序数据使用fastp,nanopore测序数据使用nanofilt进行过滤和质控。通过数据测试选出适合不同测序方式的组装软件,其中nanopore+illumina使用unicyler或者flye+pilon,pacbio CLR 使用 flye,pacbio hifi 使用 hifiasm,illumina 使用 spades。确定了对基因组组装结果进行评估的软件和标准,使用软件prokka进行基因组注释,并设置使用软件interproscan进行GO分析、使用软件kofamscan进行KEGG分析,使用软件antiSMASH进行次级代谢产物生物合成基因簇的预测。最后利用python语言进行后端开发,HTML、css3、JavaScript进行前端开发,mysql数据库进行数据存储。后端开发使用了 python中的flask框架,前端开发使用了 bootstrap框架。该软件可以实现用户仅上传测序文件就能得到基因组组装和分析的结果。 二、泰乐菌素高产菌株的比较基因组学分析 通过基因组学及比较基因组学,对三株不同泰乐菌素产量的弗氏链霉菌进行基因组分析,以揭示泰乐菌素高产的原因。首先,对三株弗氏链霉菌进行全基因组测序,包含一株野生型菌株(WT)和两株高产菌株(SF和TLFS),然后将两株高产菌株与野生型菌株进行比较基因组分析,寻找抗生素产量的关键影响因子。结果在高产菌株SF的基因组中发现了 109个移码突变和707个单核苷酸替换,在高产菌株TLFS的基因组中发现了 420个移码突变和2278个单核苷酸替换。突变基因大多涉及代谢途径及次级代谢产物生物合成途径。在高产菌株SF中明显改变了编码蛋白氨基酸序列的突变基因有21个,在TLFS中有48个,其中12个突变同时出现在两株高产菌株中。利用CRISPR/Cas9-CodA(sm)技术构建这些关键基因的缺失突变菌株,目前已经成功完成两个基因缺失突变菌株的构建,后期可以通过生物活性检测及代谢产物分析来验证基因的功能。

关键词： 贵金属合金   电催化剂   原子排布调控   醇氧化反应   氢氧化反应  

摘要： 阴离子交换膜燃料电池如直接醇类燃料电池及氢燃料电池由于其阳极氧化反应动力学缓慢、贵金属催化剂成本高且易中毒的特点而导致其发展受限,开发低成本、高活性及长寿命的阳极催化剂是突破其商业化瓶颈的关键。目前,构建贵金属合金催化剂,可实现催化剂的降本增效。然而,对于贵金属合金催化剂中原子排布方式的精确调控较为困难,同时对原子排布方式造成的性能提升机理不够明确。因此,本论文以开发高效的碱性醇氧化及氢氧化反应贵金属合金催化剂为目的,通过液相共还原法,借助去合金化及制备金属间化合物两种路径,调节了贵金属基合金催化剂的原子排布方式,在此基础上对催化剂的生长机制、催化性能及原子排布方式导致的性能提升机理进行了深入研究。主要研究内容与结果如下: (1)为提升碱性条件下的甲醇氧化反应(MOR)速率,采用液相共还原法制备了富拉伸应变的PtBi合金纳米环催化剂;研究了 PtBi纳米环的形成机制,发现前驱体中的溴离子与环境中氧气导致的自刻蚀去合金作用是形成纳米环形貌的关键。在自刻蚀去合金过程中控制Pt原子与Bi原子的还原、沉积及扩散速率,从而调控了纳米环表面的原子排布,引起了表面晶格畸变,导致了约4%的拉伸应变。PtBi纳米环在碱性MOR中的表现优于商业Pt/C,其质量活性与比活性分别为商业Pt/C的9.4倍和10.7倍,同时具有卓越的稳定性和抗CO中毒能力。采用理论计算研究了 PtBi纳米环的性能提升机理,结果表明纳米环中的拉伸应变和Bi掺杂引起的配体效应协同优化了关键反应中间体的吸附能,降低了决速步能量势垒,因此提升了 PtBi纳米环的催化活性。 (2)为促进碱性条件下的乙醇氧化反应(EOR),在液相共还原法中通过反应时间与反应温度的调控,得到原子有序排布的Pd8Sb3金属间化合物催化剂。研究了在碱性介质中Pd8Sb3金属间化合物的EOR催化性能,其质量活性和比活性分别达到了商业Pd/C催化剂的6.0倍和2.6倍。此外,该催化剂还表现出了卓越的电化学稳定性和对毒性中间体的高抵抗力。采用第一性原理计算结合产物核磁共振氢谱分析研究了 Pd8Sb3金属间化合物纳米盘作催化剂时EOR的产物与反应路径,研究发现,EOR反应路径为CH3CH2OH→*CH3CH2O→*CH3CHO→*CH3CO→*CH3COOH,CH3COOH 在碱性溶液中形成乙酸盐。此外,理论计算表明Pd原子与Sb原子间存在p-d杂化作用,调节了 Pd原子的电子结构,优化其对反应物与反应中间体的吸脱附能,因此Pd8Sb3的反应能垒低于商业Pd/C。 (3)为提升碱性条件下乙二醇氧化反应(EGOR)的催化活性,通过液相共还原法制备了具有富电子环境Pt位点的六方相PtSb金属间化合物催化剂。采用原子有序化的方法调控了 Pt与Sb的原子排布方式与成键方式,优化了 Pt位点与EGOR中间产物的吸脱附过程。PtSb金属间化合物在EGOR中的质量活性为商业Pt/C的8.7倍,反应的主要产物为具有高附加值的乙醇酸。第一性原理计算结果表明,PtSb金属间化合物降低了 EGOR制乙醇酸的决速步能垒,显著提升了反应动力学。此外,PtSb金属间化合物在电催化MOR及EOR中同样表现优异,其MOR与EOR的质量活性分别为商业Pt/C的6.6和8.3倍。 (4)为提升氢氧燃料电池中的阳极反应(HOR)及电解水制氢(HER)反应活性,在液相共还原过程中对前驱体与反应溶剂进行调控,制备了具有纳米立方体状的RhPb2金属间化合物。RhPb2金属间化合物纳米立方体表面暴露{001}与{110}晶面族,优化了催化剂对反应中间体(即吸附氢与吸附羟基)的吸附性能,降低了 HOR与HER的反应能垒,提升了在HOR与HER中的催化活性;在过电位为50 mV时,RhPb2纳米立方体的HOR动力学电流密度与交换电流密度分别为Pt/C的8.2倍和6.9倍;其达到10 mA cm-2的HER过电位仅为18 mV。

关键词： 科技伦理审查   法治化   合成生物技术  

摘要： 合成生物技术等前沿科学技术在快速发展的同时，也带来了巨大的伦理挑战，而科技伦理审查正是应对这种挑战的重要一环。对于科技伦理审查，我国已经制定了相当数量的法规和文件，形成了基本的规范架构，但在审查实践中仍存在一些问题，需要进一步提高科技伦理审查的法治化。对此，应当完善科技伦理审查的法律规范体系，探索制定《科技伦理法》、具体科学技术的伦理规范和相应的监管规范；完善分级审查机制，根据风险的不同适用不同的审查程序和不同严格程度的审查标准；完善全过程的审查机制，对科技活动的各个阶段进行审查，并做好不同审查主体之间的审查衔接；以及引入比例原则对科技伦理审查进行监督，使审查权在法治的框架下行使。

摘要： 一、栏目设置本刊设置固定栏目和随机栏目。固定栏目常设研究论文，发表最新的原始研究成果。随机栏目根据稿源设述评及其他栏目。二、论文写作的基本要求1题目与标题论文题目要紧扣主题，务求简明、新颖，有足够的信息，能引起读者的兴趣，不用副标题，一般不宜超过25个汉字或英文单词。应使用标准术语、学名全称、药物和化学品通用名称，不宜使用广义术语、夸张词语等，同时避免在题目中使用不常用的缩写词。

关键词： D-木糖   糠醛   糠胺   香草醛   香草胺  

摘要： 木质纤维素是一种用途广泛的可再生的生物质资源,是衍生为多种生物基产品的初始底物。其主要有纤维素,半纤维素和木质素组成,其中半纤维素在酸性催化剂的作用下水解、脱水和缩合成糠醛（FAL）,而木质素是生产香草醛（VAN）的原料。它们都是重要的化学平台分子,可以衍生为具有高价值的大宗商品。其中,糠醛是一种前景广阔的平台化学品,有多种用途,可作为杀线虫剂和杀菌剂,各种食品和酒精和非酒精饮料中的调味剂,以及作为商业除草剂、防腐剂、消毒剂和除锈剂的成分。糠胺（FLA）作为半纤维素衍生的糠醛的胺化产物,其广泛应用于一系列有机化合物的合成,同时也可以作为抗腐蚀剂和食品,饲料中的添加剂。香草醛具有香荚兰豆香气及浓郁的奶香,起增香和定香作用,广泛用于化妆品、烟草、糕点、糖果以及烘烤食品等行业,具有重要的经济价值。而香草胺（VLA）可以由木质素衍生的香草醛转化而来,它是一系列药物合成的关键中间体,对于新型药物的研发发挥着重要作用。同时他也是合成辣椒素的前体物质,而后者在食品,抗腐蚀材料,药物等领域中有着巨大的价值。目前,使用来源于土曲霉的ω-转氨酶可以进行生物胺化来促进生物基产品的价值提高。然而ω-转氨酶却也面临热稳定性和溶剂耐受性差的缺点,需要对其进行突变改造。另外,使用ω-转氨酶来合成香草胺一般需要过量的胺供体进行胺化。若将ω-转氨酶和来源于枯草芽孢杆菌的丙氨酸脱氢酶进行串联结合催化来生产糠胺和香草胺可以有效的降低胺供体的消耗,实现其高效合成。主要研究结果如下: 首先,制备了三种不同的深共熔溶剂（Deep eutectic solvent,DES）(Ch Cl/LA/MA、Ch Cl/LA和Ch Cl/MA),通过DES催化D-木糖合成糠醛来筛选最佳的DES（Ch Cl/LA/MA）,以15 wt%的DES作为化学催化剂,在190℃的条件下反应45 min,可以使300 m M的D-木糖生成211.83 m M的糠醛（产率70.6%）,由此可见,三元DES（Ch Cl/LA/MA）能够高效催化D-木糖转化为糠醛。 其次,为提高含有ω-转氨酶重组大肠杆菌AT的热稳定性。对其进行了突变改造并得到了催化性能较好三突变体菌株HNILQE。在DES-水体系中利用HNILQE作为生物催化剂催化糠醛合成糠胺,并优化了影响生物催化的因素。结果表明,在p H 8.0和35℃的条件下,以D-丙氨酸（胺供体/底物=16:1,m M:m M）作为胺供体,可以有效地将500m M的FAL生物转化为FLA（95.9%）。进一步,采用串联化学生物法法催化2.252 g的D-木糖得到了0.693 g的FLA。建立的化学生物法实现了一锅高效催化D-木糖合成糠胺。 最后,构建了重组大肠杆菌HNILQE-Ala DH表达载体,并将HNILQE-Ala DH细胞作为生物催化剂,并筛选了最佳的催化体系（石油醚-水）,催化香草醛合成香草胺。在使用较低剂量的胺供体（VAN:D-丙氨酸:NH4Cl=1:2:1,mol/mol/mol）,40 m M的香草醛经过24 h的催化可以得到28.6 m M的香草胺（71.5%）。在两相催化体系中,通过HNILQE-Ala DH细胞作为生物催化剂合成香草胺,不仅有效的降低了胺供体的添加量。还极大的降低了副产物香草醇的产生。 综上,本研究制备了一种高效的酸性DES（Ch Cl/MA/LA）用于催化生物质资源的转化。进一步,构建了重组大肠杆菌HNILQE-Ala DH,提高了ω-转氨酶的热稳定性和降低胺供体D-丙氨酸的使用量。最后,成功地构建了香草醛合成香草胺及D-木糖转化为糠胺的合成工艺。总之,本研究建立的绿色、可持续性的高效合成生物基平台化合物途径为生物质升级转化提供了一种新思路。

关键词： 水电解制氢   阴离子交换膜   交联   互穿聚合物网络  

摘要： 目前,全球能源格局正向绿色低碳化转型,可再生能源占比逐年升高。可再生能源与二次能源的结合,可以实现间歇性电力的最大化利用,促进效率与经济的双赢。作为最有潜力的二次能源,氢能逐渐得到广泛关注。在所有制氢方式中,电解水制氢具有效率高、无污染等优点,是当之无愧的“绿氢技术”。其中,聚合物电解质电解水制氢更是走在技术开发的前沿。阴离子交换膜水电解（AEMWE）是一种新兴技术,与质子交换膜水电解技术（PEMWE）相比,碱性环境下非贵金属催化剂的使用可以实现低成本、高效率的高纯度氢气生产,结合零排放、无污染等特点,使AEMWE在近几年来得到了广泛开发。阴离子交换膜（AEMs）作为AEMWE的核心组件,直接影响了水电解性能与长期耐久性。然而,目前AEMs的开发存在离子传导率与尺寸稳定性、机械性能之间的“trade-off”问题,影响了AEMWE的商业化发展。因此,如何开发具有优秀综合性能的AEMs是目前AEMWE领域需要攻克的技术瓶颈。 交联是改善AEMs尺寸稳定性与机械性能最直接有效的方法,然而传统的疏水交联剂将不可避免地牺牲部分离子传导能力。同时,互穿聚合物网络的构建也被证明是改善AEMs性能平衡的有效策略。此外,通过设计膜内亲-疏水链段差异,促进良好的微相分离结构和构建快速离子传输通道,可以在提高AEMs离子传输效率的同时保持尺寸稳定性。因此,基于上述策略,本论文合成了一系列主链含咔唑基团的聚芳基聚合物,通过合理的交联结构设计,制备了一系列新型阴离子交换膜,并对其综合性能进行了表征与测试。 具体内容如下: （1）构建半互穿聚合物网络（sIPN）是改善AEMs综合性能的有效策略。相互交错的聚合物网络,可确保分子链在吸水后不至于产生较大的滑移,维持良好的尺寸稳定性和力学强度,有效均衡AEMs的离子传导能力与尺寸稳定性之间的矛盾。为此,在聚（对三联苯-哌啶）(QPTP)基质中引入聚合物交联网络并构建了IPN结构,用以强化聚芳基AEMs的综合性能。首先利用超酸催化反应,制备了新型聚（咔唑-五氟苯基）(PC-PF)聚合物。再将PC-PF与QPTP两种组分按不同质量比混合,随后加入双哌啶交联剂,制备了一系列sIPN AEMs。多阳离子交联剂的引入,使交联膜的离子基团含量（IEC）升高,其中交联度最高的sIPN-70/30 AEM在80℃时的离子传导率为102.0 m S cm-1。同时,高IEC值并没有带来过度的吸水溶胀,sIPN AEMs的溶胀度均控制在20.10%以下,具有良好的尺寸稳定性。交联网络中的长烷基间隔链促进了微相分离结构形成,sIPN-70/30 AEM的原子力显微镜相图中观察到最明显的亲疏水相区分离。水电解性能测试中,sIPN-70/30 AEMWE在2.0 V电压下的电流密度为1110 m A cm-2,这一性能高于未引入IPN结构的QPTP膜。测试结果表明,在AEMs的结构设计中引入双阳离子-IPN策略可以有效提高其综合性能,解决离子传导率与尺寸稳定性之间的平衡问题。 （2）在第二部分工作中,对交联型AEMs进行进一步的分子设计和交联结构调控,以改善传统疏水交联剂对离子传导率造成的损失,制备出具有优异综合性能的AEMs与离聚物（AEIs）体系。通过超酸催化反应合成新型聚（咔唑-对三联苯哌啶）聚合物（QPCTP-x）,其中x代表主链中咔唑单体的含量（x%）。再利用不同的季铵化试剂与QPCTP-x侧链中的烷基溴发生的Menshutkin反应,制备了一系列含咔唑聚芳基AEMs。与未交联的QPCTP-x-pip AEMs相比,QPCTP-x-bpip AEMs中的交联网络限制了AEMs的吸水溶胀,保证了良好的尺寸稳定性。同时,聚合物交联网络增强了AEMs的机械性能,QPCTP-x-bpip AEMs的拉伸强度在48.43 MPa～50.71 MPa之间,断裂伸长率在32.81%～38.52%范围内。通过SAXS表征了AEMs内部的微观形态,良好的微相分离结构的构筑促进了膜内高速离子传输通道的形成。QPCTP-20-bpip AEM在80℃具有最高达190.0 m S cm-1的离子电导率。在水电解测试中,以QPCTP-20-pip为AEI,基于QPCTP-20-bpip AEM的电解槽在2.0 V电压下具有2910 m A cm-2的电流密度。在相同的测试条件下,QPCTP-20-bpip AEM的水电解性能较商业膜FAA-3-50提升了1.9倍。在原位耐久性测试中,QPCTP-20-bpip AEM在500 m A cm-2的恒定电流密度下稳定运行200 h以上,电压平均增长率仅为0.65 m V h-1。这些结果表明,QPCTP-20-bpip AEM具有优异的综合性能,在AEMWE领域具有良好的应用潜力。

关键词： 脊髓损伤   机器学习   线粒体代谢   免疫反应  

摘要： 【研究背景】 脊髓损伤(Spinal Cord Injury,SCI)是一种严重的以运动和感觉功能受损为主要临床表现的致残性疾病。据统计,我国SCI患者超过300万例,全球每年新增SCI患者超过25万例,目前约有超过2700万患者因SCI导致运动功能障碍,进而引起肌肉萎缩、骨质疏松、疼痛、心理及认知障碍等严重后遗症,在美国平均每位SCI患者每年花费7万美元,给患者家庭和社会带来极为沉重的负担。目前治疗脊髓损伤的方法主要包括减压治疗、药物治疗、局部冷疗以及干细胞治疗等。其中,手术治疗必须在关键时间窗内,且对患者创伤较大;大剂量激素冲击等药物治疗只能短期使用;细胞移植疗法存在伦理问题,且具有一定致畸性。因此,阐明SCI的病理生理机制、提供新的干预靶点是临床医学的迫切需求,也是基础研究的热门方向。 【研究目的】 1、基于基因组学和机器学习算法获得与线粒体代谢相关的关键差异基因 2、构建体内动物脊髓损伤模型,观察关键基因及其蛋白的表达情况 3、探究在细胞模型中对细胞增殖及减轻炎症反应具有正向调控作用的关键基因 【研究方法】 1、通过GEO(Gene Expression Omnibus)公共数据库获取SD大鼠脊髓损伤节段样本微阵列数据。使用R软件对样本数据进行分析,筛选差异基因。与线粒体代谢相关基因交集,得到重叠的线粒体代谢相关差异基因。通过多数据库联合机器学习算法计算基因重要性评分,预测关键基因。 2、通过构建SD大鼠脊髓损伤撞击模型,评估造模成功性。于造模后3天取样,使用q RT-PCR和Western Blot技术检测关键基因及蛋白表达量在造模前后的变化情况,验证生物信息学分析结果是否正确。 3、基于上述研究筛选得到目的基因,通过体外实验探索干预其表达后对细胞活性及炎症因子的影响。研究通过前期的数据挖掘和实验验证,选取了Bid作为研究的目的基因。利用LPS诱导BV2小胶质细胞构建炎症损伤模型,CCK-8(Cell Counting Kit-8)法检测对细胞增殖的影响,ELISA法检测炎症因子表达的变化,选取最适LPS浓度。通过si RNA技术沉默Bid基因,WB检测其蛋白在干预前后的表达变化情况,CCK-8法验证对细胞增殖的促进作用,ELISA实验验证对炎症因子表达的抑制作用。 【研究结果】 1、我们基于GEO数据库获取了脊髓损伤大鼠损伤节段脊髓样本和正常对照的脊髓样本微阵列数据信息并进行整合分析。将筛选出来的差异基因同线粒体代谢相关基因集结合,鉴定出97个既与脊髓损伤相关又与线粒体代谢相关的差异基因(Mito DEGs),其中上调基因21个,下调基因76个。通过两个蛋白质数据库分析,使用Cytoscape中的MCODE算法和Cyto Hubba算法鉴别重要模块和候选的25个关键基因。根据CTD数据库和多种机器学习算法对所得的关键基因进行相关性、特征性评分预测,最终得到Bid、Txnrd1、Adhfel为排名前三的关键基因。第一部分的研究针对SCI和线粒体代谢筛选获得潜在的关键基因,其不仅是与SCI密切相关的差异基因,也是能反应SCI过程中线粒体代谢状态的关键基因,同时也具有潜在治疗SCI的能力,为临床医生提供全新的SCI治疗策略和思路。 2、第二部分我们通过Allen法构建标准化SD大鼠脊髓损伤撞击模型,由两位专业人员分别在造模前、12h、24h、48h、72h五个时间点对损伤组和假手术对照组大鼠进行BBB评分(Basso,Beattie&Bresnahan locomotor rating scale,BBB scale),结果显示损伤组大鼠术后基本为全瘫痪状态,而假手术对照组大鼠基本为正常状态,提示大鼠SCI造模是成功的。在造模后第3天处死大鼠获取造模节段脊髓组织样本,通过q RT-PCR实验分析23个关键基因在损伤组和对照组的表达量变化,结果显示,Acss1、Adhfe1、Coq9、Ech1、Idh2、Sirt3、Txnrd1、Coq10a、Oxct1、Aldh1l2、Acsl6在损伤后明显下调,Acacb、Aldh1l1、Bid、Coq7在损伤后明显上调,而Acsl1、Casp3、Hmgcs2、Mlycd、Endog、Coq3、Bdh1、Sirt5在损伤前后无统计学意义。根据PCR结果,结合机器学习预测结果,通过查阅文献选择了Bid基因作为后续研究的目的基因,同时通过Western-blot技术验证了BID蛋白在损伤前后表达量的变化,其结果与PCR相吻合。 3、基于上述研究挖掘得到的Bid基因,我们通过细胞实验探索干预Bid基因及蛋白的表达来治疗SCI的潜能。研究利用LPS体外诱导BV2小胶质细胞建立炎症损伤模型,通过CCK-8实验验证了LPS对BV2细胞增殖的抑制作用,ELISA法验证了炎症

关键词： 古DNA   汪沟遗址   仰韶文化   婚葬形式   核心家庭  

摘要： 中原地区由于其优越的地理条件以及发达的农业是中华民族的重要起源地。而作为在该地区史前时期时间较早、遗存较多、与许多周边文化有众多交流痕迹的重要文化,仰韶文化一直被认为是东亚地区新石器时代最具影响力的文化之一,也是研究中华文明起源的重要材料。目前对于仰韶人群与中原地区晚期人群以及中国北方其他地区人群遗传关系的研究已经取得一定成果,但由于该时期相关样本数量较少,很难对仰韶时期人群具体的遗传组成、古东亚南方成分大量进入的时间以及当时的社会结构下定论。 汪沟遗址是众多仰韶时期聚落遗址中面积较大、地理位置较为居中的一处。我们对其中人骨样本进行随机取样,使用遗传学方法分析所获取的全基因组数据,以解构仰韶晚期中原地区人群的遗传特征以及该时期社会劳动生产结构、婚配制度转变的痕迹。同时我们还将汪沟人群与其他已发表的中国古代和现代人群进行对比分析,以探求仰韶晚期汪沟人群与时间相近或稍晚的黄河流域人群、另一旱作农业中心的西辽河流域人群之间的遗传联系,并追踪其与古东亚南方成分较多的人群之间可能发生的遗传交流事件。 我们对汪沟遗址的51例人骨样本进行随机取样,成功从颞骨中获得42例汪沟个体的古DNA数据,其中5例数据已发表,剩余37例个体中包含18例男性个体和17例女性个体(还有两例个体数据质量不足以判断性别)。其中污染率低、数据质量较好的14例男性个体和12例女性个体的单亲遗传标记全部属于东部欧亚常见遗传类型,多数个体的单倍型在已有报道的中国北方古代人群以及现代汉族中均有出现。对常染色体的分析结果表明,汪沟人群与中国北方黄河流域以及西辽河流域的史前文化相关人群具有相似的遗传成分,只是古东亚南方成分明显低于时间较晚的中原地区古代人群,但我们也发现在某一个体中存在大于其他汪沟个体的东亚南方成分;此外,我们也证明了汪沟人群对现代汉族人群存在一定程度的遗传贡献。最后,我们还发现男女合葬墓M71中无亲缘关系的一对个体WGM71N、WGM71S均与其周边个体WGM74有一级亲缘关系,这可能是专偶制(即一夫一妻制)出现的标志。对汪沟人群的群体遗传分析结果显示该地区人群的遗传结构具有很强的连续性,且在汪沟人群中已经有古东亚南方成分较多的个体出现,证明可能在进入龙山时期之前中原地区已经有古东亚南方成分的进入。 本研究对中原地区仰韶时期比较有代表性的汪沟遗址人骨样本进行了古DNA提取与遗传学分析,验证了黄河流域人群遗传结构的同质性,证明了仰韶人群存在向周边地区迁徙的现象,同时对仰韶晚期人群的社会生产关系以及其与古东亚南方人群混合事件可能发生的时间有了新的认识,补充了当前对仰韶时期人群的研究。

关键词： medicinal plants   targeted breeding   germplasm enhancement   genomics  

摘要： In China, the area used to grow Chinese herbal medicinal plants continues to expand, reaching 90 million mu in 2021, with an output of 4.952 million tonnes. At present, the selection and breeding of these medicinal plants is mainly based on conventional breeding, resulting in relatively few elite varieties, with most little more than cultivated wild plants. Research into selection and breeding of high-quality, disease-resistant, stress-resistant, and storage-resistant varieties has been limited, making it difficult to meet the needs of large-scale, modernised agriculture and Chinese medicine. The germplasm purification, cross-breeding, and bio-breeding of Chinese herbal medicinal plants is very limited, and requires the improved selection and rational grouping of a core breeding germplasm. To promote and accelerate the cultivation of these medicinal plants, as well as to more broadly develop the seed industry, there is an urgent need to strengthen germplasm innovation in Chinese herbal medicinal plants, particularly for medicinal characteristics. Identifying and collecting germplasm resources is foundational work with societal benefits. The rational use of foreign varieties, local varieties, or wild relatives will play an important role in germplasm amplification, improvement, and innovation. The development of genomics technologies has promoted the use of Chinese herbal medicinal germplasm resources and the discovery of trait-associated genes, and has improved breeding efficiency by facilitating the targeted breeding of new varieties. This paper systematically discusses the current situation and challenges faced when cultivating Chinese herbal medicinal plants, their germplasm innovation, the key genomic technologies involved, and the strategies for constructing the basic platform to achieve these innovations. Chinese herbal medicinal plants have a high degree of heterozygosity, which poses breeding challenges that differ from those of major crops. The breeding obj