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研究揭示海洋蛇类适应海洋环境的遗传机制

 时间:2020-05-02 来源:成都生物所

发展海洋经济、推动海洋科研是推动我们海洋强国战略的重要部分。地球上海洋总面积约为3.6亿平方公里,约占地球表面积的71%。作为原始生命的孕育场所,海洋环境对地球上生命的起源与演化起着至关重要的作用。广阔的海洋是众多生物赖以生存的环境,目前已知生活于海洋之中的物种数约24万种,其中大部分物种是从海洋中演化而来的,但是部分物种却是从陆地环境次生性返回海洋并逐渐适应生存下来的,哺乳动物中的鲸类便是最为人所熟知的类群。对于物种而言,由于海洋与陆地环境存在巨大的差异,如光线、盐度、氧气摄取、渗透压、运动方式等,从陆地进入海洋并逐渐生存适应必须克服巨大的阻力,演化出适应独特环境的能力。

海蛇是一类生活在海洋中的爬行动物,目前世界上已知大约200个物种。海蛇下潜的深度可达140米,但是常在30米深以内的浅海海域活动,以肺呼吸空气中的氧气,其肺部发达的贮气部几乎纵贯腹腔而达泄殖腔孔,这可为它们在水下提供充足的氧气。海蛇是具有前沟牙的毒蛇,蛇毒成分主要为神经毒素,也是蛇毒研究的重要对象。前期研究表明,海蛇是在最近的1000万年以内从陆地次生性返回海洋生境中的,部分物种迅速而又成功地拓殖了海洋环境。那么,海洋蛇类是如何适应海洋特殊环境的呢?

为探讨这一科学问题,中国科学院成都生物研究所李家堂团队利用基因组学、比较基因组学、转录组学等分析,揭示了海洋蛇类物种适应海洋特殊生境的遗传机制,发现平颏海蛇编码基因及非编码保守元件均存在快速进化信号,这些快速进化的元件可能在平颏海蛇由陆到海,重新适应海洋环境过程中发挥了重要作用,保证了平颏海蛇能够在较短时间内适应海洋环境,在海洋中正常生活。

研究基于从头测序的平颏海蛇全基因组分析,揭示了平颏海蛇669个基因家族发生扩张,扩张时间大约为20个百万年前。这些基因富集于“细胞对渗透压的响应”,“感官声音感受”,“正调控成骨化”,“躯干肌肉发育”功能以及免疫相关信号通路。通过选择压分析,结果显示平颏海蛇470编码基因受到正选择,其中GRK7,VISININ,CNG3和GUC2基因与光线传导有关,SC6A6是重要的细胞渗透压调节氨基酸转运蛋白编码基因(图2)。非编码元件序列的改变可能引起相关基因调控的改变从而影响表型,保守非编码元件(CNEs)分析发现平颏海蛇108个CNEs发生快速演化,与其关联的编码基因富集于骨骼,肌肉以及神经系统发育相关信号通路,这可能与平颏海蛇横向压缩的身体,扁平尾巴的形成以及陆地到海洋运动方式的改变有关。

海蛇与海龟有着相似的从陆地到海洋的再次环境适应过程,具有相同的生活环境,分子趋同演化分析提示,海蛇与海龟DNA损伤修复基因ERCC4蛋白序列具有相同的特异性氨基酸残基替换(V870I),该氨基酸替换位于ERCC4 HhH2结构域,与其它海洋动物的比较进一步揭示这个氨基酸位点可能为海洋动物特有氨基酸残基替换位点(图3)。ERCC4基因主要在处于低氧条件下的细胞中发挥作用,因此,该研究推测此基因可能是平颏海蛇及其它海洋动物能够在海洋中长时间潜水适应低氧条件的机制之一。通过对平颏海蛇,五步蛇及青环海蛇毒腺进行转录组测序,结合已公布的5种眼镜蛇转录组数据,比较转录组分析提示平颏海蛇表达了最多的PLA2毒素转录本,这或许能够帮助它更有效捕食海洋中快速游动的鱼类(图3)。

该研究提供了迄今质量最好的海蛇参考基因组,基于该基因组,首次对平颏海蛇次生性海洋适应的遗传演化机制进行了阐释,研究结果有助于加深对于二次由陆地进入海洋爬行动物环境适应性的理解,同时对研究经历同样过程动物的适应性演化研究提供了重要启示。高质量的完整基因组对海蛇类动物抗蛇毒血清的开发利用也具有重要意义。

该工作以The genome of Shaw’s sea snake (Hydrophis curtus) reveals secondary adaptation to its marine environment 为题于近日在Molecular Biology and Evolution上在线发表。李家堂团队的科研人员彭长军和博士生任金龙分别为文章的第一和第二作者,成都生物所研究员李家堂和中科院昆明动物研究所研究员吴东东为论文共同通讯作者。该项研究得到中科院战略先导专项、前沿重点研究项目、西部之光交叉团队、青促会项目和国家自然科学基金项目的资助。(生物谷 Bioon.com)

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川贝母是一味名贵中药材。药用始载于明代的《滇南本草》一书。陶弘景曰:“形如聚贝子,故名贝母。”川贝母呈卵圆形,颗粒大小均匀,直径一般不超过1厘米。顶端稍尖、闭口。底部平,能直立放稳。外层两鳞片大小悬殊,小鳞片被包在心脏形的大鳞片内,留一新月形部分在外俗称“怀中抱月”。

川贝母是止咳化痰的良药,中医处方用量相当大。以川贝母为原料生产的中成药达100种以上,尤其近20年开发的川贝枇杷露、川贝止咳糖浆、蛇胆川贝液等川贝母制剂,服用方便,比较受欢迎。由于其疗效卓著,药用需求量大,也有人用伪品来冒充川贝。川贝性寒味微苦,能够清肺化痰,又味甘质润故同时能润肺止咳,特别适用于内伤久咳不止,燥痰、热痰之症。可用于治疗阴虚劳嗽、久咳有痰者,亦可治疗肺热、肺燥咳嗽等症。川贝还能散结消肿,可用于治疗痰火郁结多导致瘰疬之症,如热毒壅结所导致的疮疡、乳痈以及治疗肺痈咯吐脓血、胸闷咳嗽之症。现代医学体外抗菌实验证明川贝有一定的抗菌作用,能抑制大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的生长繁殖,川贝碱同时具有降压作用。

川贝止咳效果好,在这干燥寒冷的冬季,我们可以自制川贝枇杷膏。首先把川贝焙干,碾压成粉备用,枇杷去皮去籽,取出果肉,冲洗干净沥干水并把果肉放入料理机,打成果浆,随后将果浆倒入搪瓷锅,中火加热冒泡后,加入冰糖,改小火慢慢熬,需用木勺不停地搅拌,用勺子舀掉少许泡沫,此时加入川贝粉继续熬一会儿,完全成为膏状即可。放凉后装入开水烫过的密封玻璃瓶,放入冰箱,需要吃的时候舀一勺直接食用。

川贝炖雪梨是一道家常药膳,主要材料有川贝、雪梨、冰糖等。川贝炖雪梨的口味甜中带点微苦,性寒,入肺经,有很好清热、化痰、止咳的作用。准备雪梨1个,冰糖25克,川贝少许。把雪梨洗净削皮切开去核掏空,成一个梨盅。在梨盅里放入几粒川贝和冰糖,盖上梨盖,用牙签固定。并将雪梨放入碗中,加冰糖、水,隔水蒸30分钟即可。制作完成的雪梨味甘,入肺经,又浸入川贝的药效,生津润燥、清热化痰之功效倍增,特别适合秋冬食用。

 

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紫禁城中轴线的“五维”解构

时间:2020年02月21日 来源:科技日报

 

从平面布局来看,紫禁城重要的建筑均位于中轴线上,且平面布局方式巧妙而又合理。其中,午门是紫禁城的南大门,是帝王举行重要仪式的场所。前朝三大殿是帝王举行重要仪式的场所,其位于三层高高的台基之上,在平面上与台基组成一个硕大的“土”字形,而“土”在我国古代传统文化中则寓意皇权。

 

从立面规划来看,在东西两侧附属建筑的簇拥下,紫禁城中轴线的建筑犹如一条蜿蜒游动的巨龙,高低起伏,收放自如。其中,午门是紫禁城的南大门,也是紫禁城内的最高建筑,城楼建在城台之上,犹如升起的龙头,显示出震慑和防卫功能;外朝三大殿和内廷后三宫均为马鞍形起伏的高度变化,总体有秩序地由高至低,再由低至高,其屋顶正中的连线犹如贯穿紫禁城南北向起伏的龙身。

 

从空间规划来看,太和殿以南、坤宁宫以北均为由门到门,以及两侧的廊庑围合而成的空间,通过门的连通和贯穿,将每个似乎封闭的空间串成流动的大空间。太和殿与坤宁宫之间的六座宫殿则形成相对独立的空间,它们是帝王执政及帝后活动的场所,具有一定的隐秘性,彼此只能从两侧通过重重门槛和台阶才能抵达。

 

从营建技艺来看,紫禁城中轴线建筑是我国古代建筑技艺精华的体现。紫禁城中轴线建筑的功能重要性和地位的特殊性,决定其营建材料和技术的卓越性。如位于中轴线南部的太和殿是明清皇帝举行重要仪式的场所,是我国现存体量最大、建筑等级最高、装饰最为豪华的宫殿建筑。

 

从文化角度来看,中轴线古建筑反映了我国古代儒家思想的秩序、礼仪和道德观念,以建筑命名为例进行说明。中和殿之“中和”二字取自《礼记.中庸》“中也者,天下之本也;和也者,天下之道也”,即勉励皇帝办事不偏不倚,遵守中庸之道。由此可知,紫禁城中轴线建筑本身蕴含着丰富的文化内涵。

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很多人认为,夏朝有文字,有夏篆。一般以为,周宣王太史籀著《大篆》十五篇,始为篆字,此'夏篆'所言之'篆',泛称也。从考古实物来看,尚未发现确切可靠的夏代文字;如有之,则必较甲骨文更原始一些。

何为篆?指官方文字也。这些夏篆字体非常成熟,非常规范,笔道圆润,讲究对称,是一种非常进步的文字。而甲骨文则显得很原始、很落后,异体字很多,这正是民间俗体字的特点。文字和人一样,不进则退。不常使用,或很少使用,文字就会落伍,就会退化。尽管商朝有国六百余年,但在前三百多年里,商朝各王一直在东拼西杀,处于经常迁都的状态,商民族人较少,又是以游牧为生,无文字,又不重视文化,所以造成了整个夏朝文字的荒废。盘庚迁殷后,由于占卜的兴盛,这才让夏朝的民间俗体字派上了用场,将占卜过程及结果用夏字刻在龟甲和兽骨上,这才有了甲骨文。

周朝的甲骨文是沿习和继承了商朝的甲骨文,并无多大发展。周人原是生活在岐水一代的姬姓民族,农耕发达,与姒姓同根同源,人少无文字,夏时使用夏文字,商时使用甲骨文,周武王讨纣伐商时,是打着奉帝命复夏的旗号。当把商纣赶走建立周朝的时候,周天子又恢复和使用了夏朝的官方文字--夏篆,这就是周篆为什么与夏篆如此接近和相似的真正原因。

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科研人员应用新技术实现水稻内源基因人工定向进化

时间:2020-02-07 来源:工人日报

 

工人日报客户端2月7日电 近日,中国农业科学院植物保护研究所周焕斌团队提出并应用单碱基编辑技术(BEMGE)介导的植物内源基因定向进化技术,借此开发出具有除草剂抗性的水稻新种质,助力农作物精准分子育种。

据了解,该研究通过BEMGE技术发掘出不同农艺性状及强度的等位基因,预示人类可定向进化各农作物重要性状的基因,进而掀开了农作物精准分子育种的新篇章。相关研究成果在线发表在《分子植物(Molecular plant)》上。

在漫长的历史长河中,野生植物中多个关键基因上偶然出现的优良性状逐渐留传,最终形成现代作物。然而,依靠基因缓慢的自然变异速率,无法满足当今人类社会对农作物快速增长的需求。因此,周焕斌团队在前期开发一系列单碱基编辑器基础之上,提出了单碱基编辑技术介导的水稻内源靶标基因的定向进化技术理念,在水稻细胞内人工模拟自然界基因的长期进化过程,短时间内创制成千上万个靶基因的新等位基因材料,用于育种筛选。

该研究根据BEMGE原理,针对水稻除草剂基因OsALS1,设计了63条sgRNA进行覆盖,通过基因枪和农杆菌转化将sgRNA库和水稻单碱基编辑器rBE9与rBE14同时转入水稻细胞中。结果表明OsALS1基因产生了大量变异。通过除草剂抗性筛选,成功鉴定出4个自然界中未曾被发现的、对除草剂具有不同抗性程度的新等位基因;并通过单碱基编辑技术,成功将变异位点P171F引入到水稻生产品种南粳46中,将其升级为通过苗期一、两次施药,生育期田间无杂草发生的“洁田稻”。(记者黄哲雯)

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