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关键词： 先天性晚发白内障   高通量SNP检测   多重PCR   全外显子测序  

摘要： 研究背景：普通的先天性白内障为出生后即发现白内障，欲跟踪白内障发生、发展的过程，就需在胚胎期进行解剖，研究过程较为困难且与发病量更大的老年性白内障发生发展过程难以对应。而晚发性白内障，使得科学研究人员得以在小鼠开眼后，逐步有针对性的实施分子机制的分析，也有利于新药开发时，观察药物抑制突变基因或者控制性状进展的过程，因此，晚发性白内障突变小鼠模型对于人类的老年性白内障研究是极为方便的。　　2015年某实验动物公司在FVB小鼠饲养过程中，发现自发突变导致发育至50天后产生白内障的小鼠，经复旦大学五官科医院鉴定，为典型的先天性白内障。本实验室与该公司合作后，将自发突变小鼠与C3H小鼠进一步回交繁育，保持了稳定的显性常染色体遗传特征。患病小鼠在50-60天左右即出现明显的白内障症状（晶状体混浊），常规观察发现角膜无异常、无行为学异常、无生殖障碍，生长发育无其他的异常情况。因此，该突变小鼠被认定为先天性晚发白内障动物模型，对该模型的研究与遗传学鉴定不仅对阐明先天性晚发性白内障机制研究具有重要意义，亦可为老年性白内障新药研发提供合适的模式动物。　　目的：建立先天性晚发白内障的小鼠模型和筛选先天性晚发白内障的致病基因。方法：首先，利用多重PCR靶向二代测序，建立小鼠SNP全基因组扫描技术方案：我们从小鼠SNP数据库筛选出相对均匀分布在20条染色体上的112个SNP位点，对SNP位点附近片段进行多重PCR靶向扩增，建库后再进行illumina的高通量测序，原始的测序数据进行生物信息学分析获得SNP信息。其次，构建白内障小鼠F2代家系：使纯系突变小鼠FVB与纯系野生型小鼠C3H产生F1代，并自交产生F2代，利用上述建立的高通量SNP测序方案进行白内障小鼠F2代家系的基因组扫描，对致病基因进行定位连锁分析。最后，采用全外显子测序技术对白内障小鼠测序，分析突变小鼠全外显子突变，根据基因定位连锁结果，获得候选突变基因。　　结果：（1）测序结果显示，建立的一个基于多重PCR靶向二代测序的小鼠SNP高通量监测方案，既可用于小鼠基因定位，又可用于近交系小鼠遗传质量监控。其优点主要表现如下：首先，多重PCR的扩增子均一性好，各片段成功率高达90%以上;其次，特异性高，高深度测序条件下，SNP位点的等位基因比例趋近于1或0，符合纯合子条件;分析4批小鼠样本，发现SNP位点成功鉴定的比例分别为99.82％，92.00％，99.10％和90.35％，且所有小鼠品系个体的SNP位点均为纯合，并被成功确定为目标品系;两两品系之间相比，最大差异数为73个，最小差异数为3个，差异位点平均数为53个，差异中位数为60个，显示出本方案对常见近交系小鼠品系分辨率较高。（2）全基因组定位结果显示，70余只F2代小鼠覆盖在常染色体上的SNP位点进行基因分型，之后再通过FVB纯合子的比例来判断各染色体连锁程度，发现位于11号染色体上的rs4228772SNP位点比例最高（达到了82.11%），所以初步鉴定导致白内障的突变基因位于11号染色体上。（3）全外显子结果显示，通过对外显子测序数据的分析和过滤，只留下功能性变异，最后筛选出28个单碱基变异以及3个插入缺失突变。（4）综合全基因组扫描和全外显子测序分析，在11号染色体上发现了3个候选基因（Sfi1、Obscn和Ptrh2 ）分别是3134337位置上的G变成了A进而发生了无义突变(missense)、59054628位置上的C增加了个A变成了CA进而发生了移码突变(frameshift insertion)和86689778位置上的C变成了T进而使该位置提前产生了终止密码子(stopgain)。　　结论：先建立了小鼠高通量SNP检测方案，其次将小鼠高通量SNP检测方案用于白内障突变基因的全基因组扫描，将基因定位到11号染色体上，然后利用外显子测序发现若干候选功能性变异，最终在11号染色体上发现了3个候选基因（Sfi1、Obscn和Ptrh2）。

关键词： 高同型半胱氨酸血症小鼠模型   体外受精   表观重编程   同型半胱氨酸代谢通路  

摘要： 目的:探究母体高同型半胱氨酸血症状态对早期胚胎发育的影响及表观遗传学改变方法:使用含3%蛋氨酸的动物繁殖饲料喂食6周大小C57/BL6雌鼠6周,建立高同型半胱氨酸血症小鼠模型,小鼠血值>17 umol/L为建模成功的高同型半胱氨酸血症小鼠。以PMSG+HCG序贯促排法对建模成功的小鼠进行超促排卵后体外受精并且进行体外胚胎培养,观察并记录胚胎不同时期的发育率,收集囊胚,摘取模型鼠卵巢组织。另外,对建模小鼠进行合笼实验,一部分用于产仔计数活产数;一部分在14.5dpc时取雌性胎鼠卵巢用于检测胚胎发育及表观重编程过程和同型半胱氨酸代谢关键基因表达水平。结果:高同型半胱氨酸血症组囊胚形成率(50.6%)显著低于正常组(75.5%),两组之间有统计学差异(p<0.05)。高同型半胱氨酸血症组囊胚甲基化水平较正常组低,与甲基化重编程密切相关的两个蛋白DNMT1、DPPA3表达水平低于正常组。模型组(F0)卵巢中与同型半胱氨酸代谢相关的关键基因表达水平上调,而模型组14.5dpc(F1)卵巢中该通路相关基因表达水平无明显改变。模型组(F0)和14.5dpc(F1)卵巢中与表观重编程密切相关的两个关键蛋白DNMT1、DPPA3表达下调,14.5dpc(F1)卵巢中参与胚胎发育的关键基因OCT4、SOX2表达下调。高同型半胱氨酸血症组活产数(4.2±1.9)较正常组活产数(7.6±1.7)低,两组有统计学差异(P<0.05)。

关键词： Medical imaging   Bioinformatics  

摘要： Disease trajectories describe the health of patients as they are diagnosed, treated, and observed. Along this path, physicians are repeatedly expected to integrate numerous pieces of evidence and explain the possible outcomes of the disease, such as survival. This expectation becomes increasingly challenging with the proliferation of patient data collected. The goal of this research is to evaluate the use of machine learning and related techniques to integrate complementary patient data to better characterize disease trajectories. This dissertation provides approaches (1) to map cellular-level information to diagnostic images, (2) to identify temporal patterns that can estimate the probability of decline at each patient encounter, and (3) to interpret the trained models to explain the underlying patterns of disease and subset ones that affect survival. The approaches are demonstrated on patients with glioblastoma, a brain tumor with poor prognosis. This research shows how radiogenomic maps can be created using deep neural networks to improve the representation of gene expression. Methods developed to interpret neural networks were systematically evaluated and found transcriptomic patterns of imaging traits that were both new and consistent with prior works. Furthermore, longitudinal changes were mined from patients' radiology and oncology visits. The temporal patterns were used to predict residual survival at each visit and were consistent with physicians' understanding of disease progression. Together, these approaches demonstrate how patterns integrated from molecular, medical imaging, and other clinical data can provide prognostic insights throughout a patient's disease trajectory.

关键词： Genetics   Zoology  

摘要： The marsh rice rat (Oryzomys sp.) is a semiaquatic rodent native to wetlands in the southeastern United States. The northwestern-most part of the rice rat’s range extends to Illinois where rice rats are found in wetlands across the southern part of the state. Recent studies have shown that rice rats in the United States can be divided into two species: O. palustris and O. texensis, but the taxonomic status of rice rats in Southern Illinois is unclear. To resolve this, I sequenced cytochrome-b and the control region, two regions of mitochondrial DNA, for 16 rice rats and constructed a phylogeny using these new sequences and previously obtained O. palustris and O. texensis sequences. In contrast to previous morphological assessments, I found that rice rats in Southern Illinois should be classified as O. texensis. This would extend the range of O. texensis north and west from its current extent. Further investigation using nuclear loci will be needed to confirm this classification. Recent studies in Illinois have shown that rice rats metapopulation dynamics are dependent on the hydrology of the wetland that they occupy, but little is known about how these differences affect the genetic connectivity of rice rats. Specifically, a study on a floodplain site with dynamic changes in water levels and a reclaimed mining with a more stable hydrology showed different patterns of colonization and extinction of patches within each site. To investigate how the genetic structure of rice rats at these sites is affected by this dynamic, I genotyped 148 rice rats at 7 polymorphic microsatellite loci. I did not detect significant genetic differentiation between rice rat populations at the floodplains site and mining site nor between patches within these sites. Assignment testing with STRUCTURE did result in most, but not all, individuals being assigned to groups corresponding to the population from which they were sampled. Tests for population bottlenecks at both sites revealed that th

关键词： 紫荆属   紫荆亚科   历史生物地理学   GBS   生态位模型   系统发育   群体进化历史   群体遗传学  

摘要： 紫荆属(Cercis L.)隶属于豆科(Leguminosae)紫荆亚科(Cercidoideae),为北半球洲际间断分布类群,东亚为该类群的主要分布区和可能的地理起源分化中心,因此是研究北半球洲际间断分布格局形成机制与探讨东亚类群在分布格局形成过程中作用的理想材料。本研究多方面渠道获取与筛选紫荆属分布点数据,实地采集东亚、中亚、南欧和北美的类群,以第二代测序技术简化基因组GBS方法为主,结合叶绿体基因组数据,重建紫荆属系统发育关系,检测紫荆属群体遗传多样性和群体遗传结构,探讨其群体进化历史,揭示物种形成和分化时间,从而探明东亚类群在间断分布格局形成过程中的作用和地位,进而阐明该属间断分布地理格局的形成机制及物种进化历史。本文主要研究结果如下:1.基于生态位模型预测紫荆属潜在适生区本研究收集和筛选紫荆属9个物种2个变种的分布点信息,结合末次间冰期、末次盛冰期、全新世中期和现代的环境变量数据,利用生态位模型Maxent软件进行潜在适生区预测。结果表明紫荆属在各地理区域具有多个冰期避难所,影响各类群地理分布的重要环境影响因子各有不同。其中,适应干旱环境的革氏紫荆(Cercis griffithii Boiss.)的分布格局主要与降水量有关,而广布种湖北紫荆(Cercis glabra Pampan.)和紫荆(Cercis chinensis Bunge.)的重要环境影响因子涉及范围较广,可能与其分布范围较广、适应性强有关。2.紫荆属的系统发育关系基于GBS数据和叶绿体基因组数据,重建紫荆属系统发育关系。结果表明,东亚的类群处于基部位置,中亚、北美和南欧的类群聚成一起。在东亚的类群中广西紫荆(Cercis chuniana Met C.)最早分化。垂丝紫荆(Cercis racemosa Olivar.)与湖北紫荆聚成一支,各自并非单系,表明两者间可能存在基因渐渗或杂交。叶绿体基因组和GBS数据的系统发育分析结果有所不同,其中在南欧紫荆(Cercis siliquastrum L.)分支中的来自南岭的黄山紫荆(Cercis chingii Chun.)可能发生了叶绿体捕获或受到人工栽培引种的影响,导致叶绿体基因组数据无法正确揭示其系统发育位置。中亚、北美和南欧之间的系统发育关系也不确定,这样有可能与叶绿体基因组母系遗传的特性相关。3.紫荆属的历史生物地理学基于GBS和叶绿体基因组数据,在系统发育的框架下,进行紫荆属历史生物地理学分析。结果表明紫荆属在东亚具有以下四个遗传多样性中心,包括南岭山地、罗霄山脉和东部山地。生态位模型也支持紫荆属在东亚具有多个冰期避难所。通过分化时间估算及祖先区域推测,同时结合地质历史事件和冰期气候波动、化石记录等,我们推测紫荆属自东亚起源与分化,分别通过白令陆桥与陆地迁移扩散到北美与中亚,北美类群则通过大西洋陆桥到达南欧。从中新世中期开始,由于中新世变冷事件、晚中新世干旱事件以及墨西拿盐度危机的多个地质气候事件的发生,导致各地理区域发生隔离,从而形成了东亚-中亚-南欧-北美的间断分布生物地理格局。4.广西紫荆群体进化历史基于GBS数据对广西紫荆(***)进行群体进化历史分析。广西紫荆沿中国南部山脉呈现由东向西的地理分布特征,其群体主要分布于东部山地、武夷山脉、罗霄山脉和南岭地区。基于系统发育分析、群体遗传学分析,并结合地质历史事件和冰期气候波动,我们推测广西紫荆的冰期避难所位于南岭地区、罗霄山脉和武夷山脉。祖先区域重建的结果显示,广西紫荆祖先区域为东部山地的铜铃山。同时,由于主要山脉的地理隔离,广西紫荆各群体之间存在隔离分化。其中罗霄山脉的井冈山和南岭大东山的形成在群体进化过程当中起地理屏障作用,说明隔离分化机制是广西紫荆遗传多样性空间分布格局形成的主要原因。利用物种分化时间分析,广西紫荆群体的隔离分化事件大约发生于中新世早期的庐山-大姑间冰期。

关键词： 中职   农业遗传学   教学效率  

摘要： 遗传学是中职农业专业一门重要课程。虽然教学理念日益完善,但教学效率还有待提高。笔者根据自身教学经验,对提高中职农业专业遗传学课堂教学效率提出见解,从教师与学生,理论与实验多角度激发学生兴趣,开拓学生思维,最终达到理想的教学效果。

关键词： 课程教学   遗传学   思想政治教育  

摘要： 在课程教学中进行思政教育,可以很好地打消学生对单纯政治工作的抵触情绪。我们充分挖掘遗传学教材中的思想政治教育资源,在理论和实验教学中对学生进行润物细无声地教育,达到了提高遗传学教学效果、实施素质教育的目的。

关键词： 遗传学   报告讨论式   教学法   效果  

摘要： 遗传学是生命科学的核心基础课程,在其理论教学过程中传统授课模式多为教师负责教、学生负责学,多数学生较被动、对知识的掌握局限于课本。作者通过探索改革教学模式,将学生参与的报告讨论式教学方法引入课堂,充分调动学生的学习主动性。通过实践探索表明,融合这种教学法不仅有效加深学生对课本知识的深刻掌握,还能提高学生主动学习、积极思考与团结合作的能力,因此报告讨论式教学对提高遗传学学习效果有着积极的意义。

关键词： Biology  

摘要： Genetic mosaicism is the concept that organisms may contain groups of cells that do not have identical genomes, despite being derived from a single cell. When a somatic mutation occurs during development, the affected cell and all of its progeny will carry this mutation. When pathogenic mutations occur within individuals during development patients present with some affected tissue, as well as some unaffected tissue. Perhaps this is most dramatically clear in the skin, where the pathology is visually apparent. By employing next-generation sequencing technology, we are able to identify the causative mutations across a variety of disorders. We gained insight into disorders caused by mutations within the RAS-RAF-MEK pathway. While these genes and specific mutations have been well studied in the context of cancer biology, our findings raise new questions the effects of RAS on the interfolicular and follicular keratinocytes. Further, we found mutations in NEK9 cause nevus comedonicus. The role of NEK9 within the epidermis has heretofore been unstudied. These NEK9 mutations influence follicular differentiation, leading affected follicular keratinocytes to adopt a differentiation status more similar to interfolicular keratinocytes. Identification of these pathogenic variants helps with both a clinical understanding of these disorders and as well as expanding our understanding of epidermal biology.

关键词： 异鳔鳅鮀   裸体异鳔鳅鮀   形态特征   遗传多样性   群体基因组学  

摘要： 长江上游是生物多样性研究的热点,孕育着多种适应当地生态环境的特有鱼类。长江上游也是水能资源十分丰富的地区,是我国水能开发的重点,已建和拟建多座大型水利工程。水利工程建设对鱼类,特别是特有鱼类产生严重影响。异鳔鳅鮀(Xenophysogobio boulengeri)与裸体异鳔鳅鮀(***),隶属于鲤形目(Cypriniformes)鲤科(Cyprinidae),是异鳔鳅鮀属(Xenophysogobio)仅有的两个物种,为长江上游特有鱼类。这两种鱼具有相近的形态特征和习性,如均为小型底栖鱼类、喜流水环境、产漂流性卵、基本重叠的分布区等,但也存在明显差异,如资源量大小、体表鳞片多寡等,是研究生物适应性良好的对象。三峡、向家坝及溪洛渡等水电站的建设,造成了异鳔鳅鮀和裸体异鳔鳅鮀生境的压缩和破碎,资源量显著下降。本研究采用历史资料收集、现场采样和分子标记等方法对异鳔鳅鮀和裸体异鳔鳅鮀分布格局历史和现状、形态特征和群体遗传等进行系统研究,旨在阐明这两种鱼的环境适应性差异及水利工程建设对其产生的潜在影响,为管理和保护提供科学依据。主要研究结果如下:1.渔获物和早期资源调查结果显示,异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀的分布区有重叠,但主要分布区存在差异。异鳔鳅鮀在长江上游江津至宜宾江段占有优势,裸体异鳔鳅鮀在金沙江下游的攀枝花至巧家江段更具优势。金沙江下游的平均水温显著低于长江上游江段,表明裸体异鳔鳅鮀更适应于低温环境。基于Maxent生态模型对异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀在末次冰盛期(22000年前)、中全新世(6000年前)、当前时期(1950-2000年的平均值)和未来时期(2050年)的适生区进行预测,结果显示异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀重叠分布的长江上游是其共同的冰期避难所。2.选取25个形态特征,对异鳔鳅鮀和裸体异鳔鳅鮀的形态分化进行研究。结果显示,(1)基于62尾样本发现裸体异鳔鳅鮀有4对须,第二对颏须长度在不同样本间存在差异,大多数样本第二对颏须约与第一对颏须长度等长。历史文献记载裸体异鳔鳅鮀共3对须,第二对颏须退化,仅个别标本可见遗迹。本研究调查结果与文献记载不一致。(2)PCA分析结果显示,异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀种间存在明显的形态分化,但有部分个体重叠。异鳔鳅鮀的群体间不存在明显的形态分化,但裸体异鳔鳅鮀的金沙江群体与长江群体出现形态分化。(3)独立样本t检验结果显示,异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀种间存在显著差异的形态指标为:眼径、眼后头长、胸鳍长、腹鳍长、臀鳍高长、背鳍高长、尾柄长、尾鳍长、头长、胸鳍前距、胸腹距、背吻距、背尾距、口角须长、第一对颏须长、第二对颏须长及第三对颏须长。裸体异鳔鳅鮀金沙江群体与长江群体的形态差异主要表现在腹鳍长、背鳍基长、尾柄长、头长、胸鳍前距、腹鳍前距、眼间距和口角须长。3.采用线粒体DNA(Cyt b和D-loop)序列和微卫星DNA(SSR)等3种分子标记对异鳔鳅鮀和裸体异鳔鳅鮀的遗传多样性进行研究。结果显示:(1)长江上游异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀均呈现出较高的遗传多样性水平,但金沙江下游裸体异鳔鳅鮀的2个群体的遗传多样性较低。(2)异鳔鳅鮀地理群体间不存在显著遗传分化,但基于Cyt b序列分析显示,异鳔鳅鮀存在同域分化现象。与之相比,裸体异鳔鳅鮀各群体间发生显著遗传分化。地理距离和遗传距离间相关性分析表明,裸体异鳔鳅鮀各群体分化符合距离隔离(Isolation by Distance,IBD)模型。(3)种群动态分析显示,异鳔鳅鮀和裸体异鳔鳅鮀的长江上游群体在晚更新世时期均发生了种群扩张事件,但裸体异鳔鳅鮀金沙江的群体未发生历史扩张事件。4.基于RAD-seq技术获得126,799个SNP位点,对异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀的群体结构和种群历史进行分析。结果表明:(1)异鳔鳅鮀遗传多样性略高于裸体异鳔鳅鮀,且两种鳅鮀间存在显著分化。裸体异鳔鳅鮀金沙江群体与长江群体存在显著遗传分化,与基于线粒体DNA和SSR分子标记的研究结果一致。(2)Structure分析显示异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀未发现种间基因渐渗现象;(3)基于PSMC进行种群动态分析显示,异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀均在0.012 Ma开始出现种群扩张,但裸体异鳔鳅鮀的扩张速度低于异鳔鳅鮀,这可能是造成目前裸体异鳔鳅鮀资源量较低的原因之一。(4)GO注释结果显示,异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀种间的受选择位点主要与膜、信号转导、能量代谢及对温度的应答等相关,这些受选择位点对响应温度变化起着重要作用,显示两物种对温度的敏感性存在差异。裸体异鳔鳅鮀金沙江群体与长江群体间的受选择性位点主要与膜、膜的组成成分和发育过程相关,显示其对温度的耐受程度存在差异。综上所述,异鳔鳅鮀与裸体异鳔鳅鮀这两个近缘物种尽管在外形特征和习性上存在相同或相近之处,但在主要分布区、可量可数性