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关键词： 遗传学实验   网络教学平台   课程教学改革  

摘要： 应用型大学的培养目标与课程设置区别于学术型大学，传统的遗传学实验课程在新时代应用型人才的培养中存在不足，引入网络教学平台，把线上实验课程融入到线下实验课堂中，不仅可以辅助学生们对遗传学理论内容的深度内化，同时可以提高学生们的课堂参与感，培养其动手实践能力和辩证思维逻辑，为教师拓宽实验课程的呈现方式、服务学生主体化、考核标准量性化提供思路。

关键词： 群体遗传学   自然选择   群体规模统计   卷积神经网络   循环神经网络  

摘要： 群体遗传学是一门分析种群群体在各类进化事件下的遗传规律科学,其中自然选择现象是群体遗传学的研究核心之一。随着基因测序技术的进步,群体遗传学的研究难点逐渐从数据端转变为分析端。神经网络技术拥有对输入输出数据的包容性、学习特征的自动性和分析任务的准确性等优点,与群体遗传学的结合渐渐成为可能。目前群体遗传有两种常见的数据分析方式,分别是多汇总统计量和原始变异编码数据。汇总统计量相当于对基因组变异数据的某个概括视角,多汇总统计量则是全面审视变异数据,是变异数据的摘要。然而多汇总统计量数据规模少且高度概括,导致难以进行进一步分析。原始变异编码数据则是包含了SNP位点相对位置和变异编码矩阵两类数据,是未经进一步处理的无序、大规模数据,难以直接进行有效的分析。针对目前汇总统计量小规模和原始变异编码数据大规模等挑战,本文开展基于循环和卷积神经网络的群体遗传自然选择分类研究,主要研究工作为:(1)针对多汇总统计量数量规模少、高度概括性,导致难以进一步分析的问题,提出了一种利用循环模块分析空间信息的神经网络模型Demo Sele BC。首先将统计量序列化,将窗口视作时间步,各窗口计算的统计量视作窗口特征,将循环神经网络应用到群体遗传学统计量分析;其次,为了进一步提高分析能力,将循环模块和卷积模块组合分析。本研究工作选取赞比亚果蝇为实验对象,实验结果表明Demo Sele BC模型对自然现象分类准确率达到90.98%,最近群体规模的最低相对误差降至0.0370。(2)针对现有网络架构分析原始变异编码数据因多输入模型导致参数激增的问题,提出了一种变异编码矩阵和SNP数据融合的方法,通过对原始变异编码包含的2种数据以相对应元素乘法的方式形成新型矩阵,然后转换为灰度图像分析。(3)针对原始变异编码数据抽象、无序、规模大,导致难以进一步分析的问题,设计了基于卷积的网络模型Sele RVD,通过残差模块、小核串联、支路并行等模块对原始变异编码数据的图像化进行分析。同时为了研究模型对低变异小规模种群的分析能力,本研究工作选取新测序的山东德州驴为实验对象,实验结果表明Sele RVD模型结合数据融合方法在不损失重要信息且减少参数的情况下具有优秀的性能,对自然现象分类准确率达到77.90%。

关键词： 义乌小鲵   微卫星标记   线粒体标记   遗传学   系统发育  

摘要： 义乌小鲵(Hynobius yiwuensis)隶属于两栖纲(Amphibia)、有尾目(Caudata)、小鲵科(Hynobiidae)、小鲵属(Hynobius),仅在浙江分布,主要分布在金华、舟山、宁波、杭州等地。近年来,受栖息地破坏及人类活动影响,义乌小鲵野外种群急剧下降,现被列为“国家二级重点保护动物”,对其抢救保护势在必行。然而,迄今为止关于义乌小鲵的群体遗传学及系统发育研究未见报道。本研究采用无损伤取样法,采集了义乌小鲵全域分布区(7个地理种群)128尾个体样本(包括义乌市里美(LM)、义乌市望道(WD)、浦江县章山(ZS)、浦江县里黄(LH)、杭州市萧山区欢潭(HT)、舟山市定海区岗后(GH)、舟山市定海区蚂蝗山(MHS),运用SSR分子标记以及mtDNA的Cytb、COI和D-loop三基因联合序列对义乌小鲵进行群体遗传学及系统发育分析,分析其历史进化。研究结果为有效评估义乌小鲵遗传资源现状,为制定更加合理科学的保护方案提供基础信息。本研究主要研究结果如下:(1)义乌小鲵转录组微卫星特征及SSR标记的开发通过MISA软件对义乌小鲵转录组测序数据进行分析,在37,638个Unigene中共检测到9,818条微卫星序列,其中主要包含了单、二、三、四、五和六碱基重复的微卫星类型。其中单碱基重复占比最大(74.57%),其次为二碱基重复单元(13.05%),五、六碱基重复类型的序列较少。本研究通过转录组信息进而筛选义乌小鲵SSR标记,根据序列信息共设计了140对引物,经过初筛、复筛后得到14对多态性良好的引物。在21个义乌小鲵样本中检测到55个等位基因,每对微卫星引物的平均等位基因(Na)为3.93;平均观测杂合度(Ho)为0.3866;平均期望杂合度(He)为0.6707;平均香农指数(I)为1.3706。表明本研究筛选的14对微卫星引物多态性良好,可用于后续义乌小鲵群体遗传学的分析。(2)基于SSR标记的义乌小鲵群体遗传多样性分析运用14对引物对7个地理种群义乌小鲵进行哈迪-温伯格平衡检验,其中发现7个义乌小鲵群体中存在一些位点偏离了哈温平衡(P<0.05)。7个义乌小鲵群体在14个SSR位点中其平均等位基因数(Na)为4.5;平均有效等位基因数(Ne)为3.1372;平均观测杂合度(Ho)为0.3903;平均期望杂合度(He)为0.6768;近交系数Fis(-0.4358-0.7392)表明义乌小鲵存在近亲交配现象。AMOVA遗传变异分析表明义乌小鲵个体间遗传差异的是变异主要来源。遗传瓶颈分析发现3个地理种群(ZS、GH、HT)经历了遗传瓶颈。聚类结果表明,5个大陆区域义乌小鲵群体(LM、WD、LH、ZS、HT)聚为一类且遗传分化处于中等偏下水平,2个舟山岛屿群体(GH、MHS)聚为一类;5个大陆区域群体与其他2个舟山岛屿群体(GH、MHS)遗传分化处于较高水平。根据Mantel检验,义乌小鲵7个地理种群间的地理距离与遗传距离无显著相关性。(3)基于mtDNA(Cytb、COI、D-loop)基因序列的义乌小鲵群体遗传学及系统发育分析采用Cytb、COI和D-loop 3个mtDNA基因联合序列对义乌小鲵7个群体的进行遗传多样性研究。结果表明,义乌小鲵mtDNA的Cytb、COI和D-loop基因序列联合序列长度为2,015 bp(Cytb为1,042 bp,COI为520 bp,D-loop为453 bp)且均存在A、T碱基的偏向性,这一现象符合两栖类mtDNA碱基组成含量特征。在128尾义乌小鲵个体中共获得57个单倍型,单倍型多样性(Hd)在0.667(HT)-0.966(ZS)之间,其中Hap2由里美(LM)、里黄(LH)共享,Hap3由里美(LM)、章山(ZS)共享,Hap31、32由里黄(LH)、章山(ZS)共享,其他单倍型均为各个地理种群独有;核苷酸多样性(π)在0.00049(HT)-0.00782(LM)之间,表明义乌小鲵群体整体遗传多样性水平较低。AMOVA遗传变异分析显示与SSR分子标记结果一致,个体差异变化是主要的遗传变异来源。遗传分化系数结果表明:岗后(GH)、蚂蝗山(MHS)群体与其他5个群体间存在较远的遗传距离和较大的遗传分化。Tajima's D、Fu's Fs检验及核苷酸错配分布显示:部分地理种群义乌小鲵发生过种群扩张事件(更新世晚期),可能是由于寒冷的环境使得义乌小鲵种群规模增长。基于57个单倍型基础上,构建系统发生树及单倍型网络图结果均支持7个地理种形成2个分支:大陆支系和岛屿支系,但分支之间无地理相关性。通过S-DIVA分析,祖先在7个义乌小鲵地理种群均有分布。义乌小鲵的共同祖先存在于更新世时期,根据mcmctree分析结果,距今约1百万年,这也是大陆区域与舟山区域支系分化

关键词： 课程教学   《遗传学基础》   活动单导学   案例研究   教学设计  

摘要： 中职教育要作为高等职业教育的基础性地位,为高等职业教育输送具有基础技能和合格文化的生源,不断更新中职教育的教学理念与方法是职业教育的时代要求和现实需要,“活动单导学”是指在课堂教学中教师根据学情设计“活动单”,并引导学生以“活动单”为载体、以“合作学习小组”为基本活动单元完成活动达成教学目标的一种教学模式。在新时代要求和“职教高考”政策推动的双重背景下,本研究尝试以《遗传学基础》课程教学为载体进行“活动单导学”教学模式的设计与应用。本文通过问卷调查了解学生对《遗传学基础》课程的学习现状,结果显示,学生对《遗传学基础》课程的学习兴趣不高,学习习惯不良,学习效果不佳。针对调研结果,围绕“活动单导学”教学模式的基本要素,开发了符合《遗传学基础》课程特点的“活动单”结构,设计了符合学情的活动单具体教学流程,并对该教学模式应用于定西市某职业学校18级园林技术专业《遗传学基础》课程的教学效果进行了反思与评价。应用研究表明:“活动单导学”能有效融入中职《遗传学基础》课程教学,并有助于提高中职生的学习兴趣、培养中职学生良好的学习习惯、提升学生的学习效果,可以成为解决中职学生学习兴趣不高、学习习惯较差和学习效果不佳等问题的有效教学策略。

关键词： 迷思概念   概念教学   教学策略   逻辑学视角   高中生物学  

摘要： 教育实践中发现学生存在因死记硬背导致不会应用概念的现象。我国教育部颁布的《普通高中生物学课程标准(2017年版)》强调了概念教学的基础性和必要性。学生在学习直至考试时产生的迷思概念会阻碍其认知发展,进而影响其生命观念等生物学学科核心素养的提高。因此,探查迷思概念并用有效的教学策略扭转该现象,具有非常重要的意义。本研究围绕生物遗传学迷思概念现状,对学生进行了问卷调查、教师进行了访谈,基于此摸索了转变迷思概念的教学策略,并进行了相应的教学案例开发,以期为一线教师的教学实践提供参考。首先采用文献法进行文献述评,梳理了概念教学的研究背景,明确了具体的研究问题和研究意义,奠定了本研究的理论依据。接下来,设计了针对高中生物学遗传学相关内容的迷思概念调查问卷,通过分析梳理出了当前学生们在学习中存在的遗传学迷思概念。就上述现象,本研究进一步通过教师访谈了解了教师对概念教学的认知状况,结果发现:教师关于概念和概念教学的理论有一定认知但存在不足;突破概念的教学策略比较常规、种类有限。高中生迷思概念集中出现在分子生物学部分。最终,本研究基于文献研究法,发现在相关内容的教学中,用比较、分析、综合、抽象、概括等逻辑思维策略可以有效地促进概念学习,其次元认知是进行有效概念学习的更高阶思维策略;基于教师研讨法,发现教师若能注重课堂语言的科学性、简洁性、形象性、趣味性、灵活性,也可以有效促进学生迷思概念的转变,因此提高语言素养是在语言层面上提升概念教学有效性的操作策略。在上述策略支撑下,本研究基于迷思概念的研究现状开发了一个在逻辑学框架下结合5E教学模式的教学设计,以期为广大一线教师提供参考案例和教学设计思路的启发。

关键词： 白藜芦醇   HIV-1潜伏感染   组蛋白甲基化   乙酰化   KDM1  

摘要： 研究目的联合抗逆转录病毒疗法(combined AntiRetroviral Therapy,cART)是在广大科研人员和医学家们的共同努力下研发出能有效抑制人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)复制的治疗策略。此策略能将HIV-1控制在低于临床检测的水平,从而降低感染者死亡的风险,延长其生命周期。但是因为HIV-1潜伏感染贮存库的存在,导致HIV-1无法被彻底清除,感染者必须终生服药,以维持体内的病毒载量在检测水平以下。为了清除HIV-1潜伏库,科研人员研究多种治愈的策略,而当前被认为可行性最高的治愈策略是功能性治愈策略,其中“shock and kill”策略是受到科研工作者的广泛关注的一项。在“shock and kill”策略中,关键核心是“Shock”-激活剂,所以关于新的激活靶点和潜伏激活剂(LRAs)的研究是该策略成功的重中之重。白藜芦醇是存在于天然植物中的小分子化合物,在自然界中广泛存在,易于制备,并且作用靶点众多,通路广泛。根据本实验室前期研究发现白藜芦醇能激活HIV-1潜伏感染,而且能降低相关炎症因子表达,但具体的激活机制还有待深入研究。因此本课题研究主要针对白藜芦醇对HIV-1潜伏感染的激活作用进行研究,希望推动白藜芦醇发展为新型的潜伏感染激活剂。研究方法本实验通过设计不同浓度的白藜芦醇处理多个HIV-1潜伏感染模型,从而验证其激活效率,再通过一系列的原代细胞实验验证白藜芦醇对细胞的影响。按照治疗策略和药物评价的需要将白藜芦醇与多种经典的HIV-1潜伏激活剂联合使用评价其作用效果。进行上述功能性实验后,我们将继续深入研究白藜芦醇激活HIV-1潜伏感染的作用机制,通过质谱推测分析出相关的差异性靶标蛋白,利用Western blot检测白藜芦醇处理后靶标蛋白的含量差异,再使用检测试剂盒检测相关蛋白的酶活性,最后通过靶向性敲除目的蛋白基因,验证其蛋白对HIV-1潜伏感染的作用。研究结果我们设计不同浓度的白藜芦处理多个HIV-1潜伏感染模型,证明了白藜芦醇能激活HIV-1潜伏感染,并具有浓度依耐性。再通过细胞毒性实验得到白藜芦醇在不同HIV-1潜伏感染模型中的CC50,证明白藜芦醇的细胞毒性较低。白藜芦醇与多种LRAs联合使用,能增强对HIV-1潜伏的激活效果,具有良好的协同作用。为了研究白藜芦醇的安全性,我们用白藜芦醇处理PBMCs后,进行一系列的安全实验研究。结果表明在规定浓度范围内白藜芦醇不会引起T细胞的全局性激活、不会引起细胞因子释放和不会导致细胞的异常增殖。最后,我们通过质谱数据的分析,得到两个差异性的靶标蛋白HDAC1和KDM1。我们通过Western blot检测相关蛋白的表达量,证明白藜芦醇能降低KDM1的表达,上调组蛋白甲基化的蛋白标记的表达。再用相关的酶活性试剂盒检测这两种蛋白的酶活性,证明白藜芦醇能有效抑制HDAC1和KDM1的酶活性。接着使用siRNA靶向性敲除KDM1,发现敲低KDM1后,能激活HIV-1的潜伏。研究结论我们对上述实验结果进行综合分析,证明白藜芦醇能激活HIV-1潜伏感染,并具有明显的药物浓度依赖性;与其他LRAs联合使用能起协同作用,增强对HIV-1潜伏的激活效果。原代细胞实验显示,白藜芦醇不会导致T细胞的全局性激活和细胞因子风暴、细胞异常增殖,对细胞毒性较低,证明白藜芦醇的安全性较高,不会引起过度的细胞免疫反应。在机制研究中发现白藜芦醇能通过介导组蛋白的乙酰化和甲基化修饰,激活HIV-1潜伏。白藜芦醇不仅自身的细胞毒性低,安全性较好,具有激活HIV-1的作用,还能与LRAs联用产生协同作用的效果。其作用机制可能是通过表观遗传学上的修饰,而激活HIV-1的潜伏。白藜芦醇是HIV-1潜伏感激活剂的优秀候选化合物。

关键词： 线粒体病   癫痫   临床特征   基因   危险因素   儿童  

摘要： 目的:分析线粒体相关癫痫患儿的临床和遗传学特征,探讨原发性线粒体病（Primary mitochondrial disease,PMD）共患癫痫的危险因素。方法:回顾性分析2009年9月～2020年9月于重庆医科大学附属儿童医院确诊的原发性线粒体病患者的临床资料。根据是否合并癫痫,将所有患者分为癫痫组与非癫痫组。首先描述两组患者的一般情况、临床表现及分子遗传学特征,重点展示了癫痫组患者癫痫发作的临床、脑电图特点,以及癫痫发作与PMD基因型,临床表型的相关性,然后利用单因素分析和二分类Logistic回归模型多因素分析研究PMD患者共患癫痫的危险因素。结果:1.共收集原发性线粒体病患者85例,中位发病年龄4.5岁（1.1-8.15岁）,男:女=1.1:1,癫痫组45例,非癫痫组40例,癫痫组发病年龄较非癫痫组大,两组性别无差异;2.本组线粒体相关癫痫的发生率为53%,综合征性及非综合征性的PMD均可见,以MELAS综合征共患癫痫最为常见,此外,mtDNA突变、参与mtDNA维持/表达/翻译机制的基因突变导致的PMD更易共患癫痫;3.癫痫组癫痫发作形式多样,局灶性发作及全面性发作同样常见,一半以上的患者可见2种以上的发作形式;4.癫痫组中37.8%患者有惊厥持续状态表现,综合征性PMD、nDNA基因变异、参与mtDNA维持/表达/翻译机制的基因变异导致的PMD更易出现惊厥持续状态;5.癫痫组首次脑电图检查异常率为95.6%,以弥漫性慢波（68.9%）及枕/额区为著,多灶性癫痫放电（55.6%）最为常见;6.所有癫痫组患者都使用抗癫痫药物治疗,24.4%为药物难治性,药物难治性癫痫更常见于综合征性PMD、nDNA基因变异及参与mtDNA维持/表达/翻译机制的基因变异导致的PMD;7.82.3%的MELAS综合征共患癫痫,22.3%为难治性,在该综合征中,癫痫发作常在学龄期以首发症状形式出现,发作形式以局灶性发作最为常见,可见光敏感现象,近一半患者出现惊厥持续状态,所有患者均有脑电图异常,且以多灶性放电最为常见;8.21.7%的LS共患癫痫,癫痫发作常常不是该综合征的首发症状,且更容易在婴幼儿期出现;9.60%的mtDNA变异共患癫痫,22.2%为难治性,癫痫发作常在学龄期以首发症状形式出现,发作形式以局灶性发作最为常见,约三分之一患者出现惊厥持续状态,94.4%患者均有脑电图异常,异常慢波及癫痫样放电均较常见;36%的nDNA变异共患癫痫,约一半的患者出现惊厥持续状态,癫痫发作首发偏低龄,且发作更不容易控制。10.69.8%的参与mtDNA维持/表达/翻译机制的基因变异共患癫痫,26.7%为难治性,癫痫发作常在学龄期以首发症状形式出现,发作形式以局灶性发作最为常见,43.3%患者出现惊厥持续状态;约30%的编码OXPHOS亚单位/组装因子/电子传递的基因变异者共患癫痫,癫痫发作常在婴幼儿期以首发症状出现,发作形式常见全面性发作,且更容易控制;11.单因素分析发现年龄、临床表型、基因型、头颅MRI脑萎缩、头颅MRI白质损害、头颅MRI皮层损害、脑电图痫样放电、脑电图慢波这些因素在PMD癫痫组及非癫痫组间差异有统计学意义（P＜0.05）;多因素Logistic回归结果表明痫样放电为PMD共患癫痫的独立危险因素（OR值=1.355,P＜0.05）。结论:约50%左右的儿童PMD患者可共患癫痫,线粒体相关癫痫有较高的临床表现及遗传异质性,同时也具有一定的的临床表型及基因型相关性;综合征性（尤其MELAS）、mtDNA基因变异及参与mtDNA维持/表达/翻译机制的基因变异者更容易共患癫痫;脑电图检查发现癫痫波对预测PMD共患癫痫可能具有一定的价值。

关键词： 漆树   遗传多样性   表达序列标签-简单序列重复标记   保护遗传学  

摘要： 漆树[Toxicodendron vernicifluum(Stokes)***]为漆树科(Anacardiaceae)漆属(Toxicodendron)落叶乔木,是新生代第三纪孑遗树种,主产于中国。漆树具经济、生态、文化价值。我国漆树资源丰富,但由于环境变化及人类活动影响,野生漆树资源遭到破坏,亟待保护。本研究应用现代分子生物学技术开展野生漆树的群体遗传研究,旨在揭示漆树的遗传背景,为漆树的保护提供理论依据和支撑。本研究应用18对EST-SSR引物,对采集自14个省份的26个种群,共520个野生漆树个体,进行群体遗传研究。研究结果表明:(1)18对引物的平均等位基因数目A=3.111,观测杂合度H=0.764,期望杂合度H=0.572,Shannon’s信息指数I=0.943,总遗传多样性H=0.571,引物的PIC平均值为0.497,其中9对引物的PIC值大于0.5。说明本研究选用的EST-SSR引物多态性丰富。(2)遗传多样性分析结果显示,漆树在种群水平(H=0.408,H=0.398,I=0.557)和物种水平(H=0.572,H=0.571,I=0.943)均具有较高的遗传多样性。(3)漆树种群遗传分化系数F=0.296 6(>0.25),基因流N=0.567(<1),表明种群间基因交流水平低,遗传分化较大,且遗传变异主要来源于种群内。Mantel Test结果显示漆树种群的遗传距离与地理距离具有显著相关性(r=0.598,P=0.01<0.05)。(4)贝叶斯聚类分析、邻接聚类分析和PCA分析结果基本一致,26个种群被分为华中、华东、西南地区三大组。(5)BOTTLENECK检验结果表明26个漆树种群均经历了瓶颈效应。漆树在我国分布广泛,其有性生殖方式、虫媒传粉等生活史特征及悠久的进化历程为漆树种群积累了丰富的遗传多样性;同时,受到气候变化、地理隔离、瓶颈效应以及生境片段化等因素的制约,基因流无法抵制遗传漂变的影响,导致了漆树种群较显著的遗传分化。鉴于漆树遗传多样性丰富、种群遗传分化显著等特征,我们建议对漆树的保护应以就地保护为主,重点保护秦巴山区及西南地区种群。