基于距离转换参数优化的HiC数据增强分析

高通量染色质构象捕获(HiC)技术可反映染色体各位点之间的接触情况,为研究染色体三维空间结构和基因共调控机制提供依据.但目前受到测序技术和实验成本的制约,生物实验通常只能获得大量中低分辨率HiC数据,造成染色质远距离接触信息的缺失,为此,本研究将最短路径原理应用于增强低分辨率的HiC数据.首先将染色体接触数据转换为距离矩阵,利用Floyd算法对其进行最短路径更新后,再将其逆变换为增强的HiC数据,从而实现对远距离接触信息的恢复.在距离转换过程中,以Spearman相关系数作为评估指标,利用自适应权值粒子群算法(APSO)对转换参数进行全局寻优.本研究对人类不同组织细胞(人B淋巴细胞系(GM12878),人胚肺成纤维细胞系(IMR90)和人类白血病细胞系(K562))HiC数据进行了增强,结果表明该算法能够对不同下采样的HiC数据显著增强.本研究的研究思路可为HiC数据增强提供有益借鉴.     

基于希尔伯特-黄变换的核小体定位特征提取

核小体是染色体折叠的整体结构,它们的空间分布与基因组活动的调节密切相关,是基因工程和表观遗传的重要研究领域。为进一步研究核小体定位特征的物种间差异性,将希尔伯特-黄变换(HHT)引入到酵母和果蝇两个不同物种的定位信号中,从多个角度客观分析核小体定位信号特征在两个物种间的差异性。在此基础上,对酵母和果蝇核小体分布的周期特征和进化印记进行尺度和频域分析,结果表明酵母和果蝇染色体在组织结构上存在显著差异。本文研究思路为准确提取信号瞬时频率提供了前提条件。     

基于遗传算法酵母核小体定位性质预测

在DNA序列上,定位模糊的特殊核小体与定位良好的普通核小体同时存在于染色体区域内,但由于二者的化学性质差异不明显,区分较为困难。本文针对实验核小体在真核基因转录起始位点周围的分布规律和保守性建立了一个核小体分布模型,并在前人所做的预测核小体位置的工作基础上,利用遗传算法寻找模型上不同性质核小体的分布中心,构建核小体定位性质判别准则,最终确定了转录起始位点上、下游定位良好和模糊核小体的位置。     

具有ACC脱氨酶活性的海滨锦葵(Kosteletzkya pentacarpos)内生细菌对小麦耐盐性的影响

从盐生植物海滨锦葵块根中分离内生细菌43株,经形态学特征和16S r DNA序列相结合的方法鉴定,分属10个种属,其中芽孢杆菌属是优势属,其次是假单胞菌属和农杆菌属,蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)是优势种。对海滨锦葵内生细菌ACC脱氨酶活性的测定显示,其中5种菌明显具有ACC脱氨酶活性。用筛选到的5种细菌接种盐胁迫下小麦根系并测定其对于小麦耐盐性的影响。结果表明,蜡样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、地衣芽孢杆菌四种芽孢杆菌均能显著提高盐胁迫下小麦幼苗的干物质重和叶绿素含量,并能显著提高保护酶(SOD、POD、CAT)活性,对盐胁迫的毒害有一定的缓解作用。绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)对小麦幼苗株高、根长、鲜重、干重、叶绿素含量和保护酶活性的提高也具有一定的作用。上述分析表明从海滨锦葵块根中分离出的5株具有ACC脱氨酶活性的内生细菌均能提高小麦幼苗的耐盐性。     

适量摄入白兰地对健康大鼠肠道菌群的影响

目的探讨适量摄入白兰地对健康大鼠生理功能及肠道菌群的影响。方法将15只雄性SD大鼠分为对照组(n=7)和白兰地组(n=8),分别以自来水和白兰地进行灌胃,剂量为3.3 mL/kg。灌胃8周后,测定大鼠体质量、体质量增长率、肝脏指数、肝脏抗氧化酶和血清生化指标,并观察肝脏病理切片。灌胃结束时,收集大鼠新鲜粪便样本,应用Illumina-MiSeq测序平台进行16S rRNA基因V3-V4区测序,分析其肠道微生物群落结构、丰富度、多样性及组间差异,同时,对大鼠肠道微生物与生理指标之间的相关性进行分析。结果白兰地组大鼠体质量、进食量、总蛋白、白蛋白、球蛋白、尿素、肌酐/尿素和高密度脂蛋白胆固醇均显著低于对照组(t=2.856、1.152、4.144、4.320、3.393、3.495、3.666、2.223,均P0.05),且两组肝脏病理切片均未见病理改变。在门水平上,两组大鼠肠道菌群主要由厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、Candidatus-Saccharibacteria和放线菌门(Actinobacteria)组成,而白兰地组大鼠中放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度显著低于对照组(P0.05),螺旋体门(Spirochaetes)的相对丰度显著高于对照组(P0.05);在属水平上,白兰地组大鼠肠道中Saccharibacteria_genera_incertae_sedis的相对丰度显著低于对照组(P0.05)。LEfSe分析显示,螺旋体门(Spirochaetes)、螺旋体科(Spirochaetaceae)、Lactobacillus_johnsonii_F19785、双歧杆菌属(Bifidobacterium)是引起两组肠道菌群差异的主要菌群。与生理指标的相关性分析显示,体质量增长量与Odoribacter和另枝菌属(Alistipes)呈负相关[r=-(0.571～0.566),P0.05],乳杆菌属(Lactobacillus)与低密度脂蛋白胆固醇呈负相关(r=-0.722,P0.05),罗斯菌属(Roseburia)与胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇呈正相关(r=0.555～0.621,P0.05),总蛋白与韦荣球菌属(Veillonella)和罗氏菌属(Rothia)呈正相关(r=0.637～0.643,P0.05),双歧杆菌属(Bifidobacterium)与血清生化检测中的尿素、总蛋白和球蛋白呈正相关(r=0.606～0.653,P0.05),与肌酐呈负相关(r=-0.612,P0.05)。结论摄入白兰地对健康SD大鼠生长发育未产生不良影响,也未对大鼠肝脏和肾脏造成损伤,但可显著减缓大鼠体质量增长,且对大鼠某些肠道菌群的丰富度和组成产生一定的影响。     

杭州市中心城区大气PM2.5暴露致大鼠肺部损伤作用研究

目的：探讨杭州市中心城区大气细颗粒物（PM2.5）对大鼠肺部的损伤及其对内质网应激通路的激活作用。方法：在杭州中心城区采用大容积空气颗粒物采样器将PM2.5颗粒采集于石英纤维滤膜上,将收集的PM2.5洗脱于超纯水中,再经真空冰冻干燥处理。将24只雄性SD大鼠随机分为3组：空白对照组,PM2.5低剂量组（5 mg/kg BW）和高剂量组（25 mg/kg BW）。采用气管滴注法进行染毒,每周1次,连续染毒4周。末次染毒24 h后麻醉动物,取左肺行HE染色,观察肺组织病理学改变。以化学比色法检测右肺肺泡灌洗液（BALF）中总抗氧化能力（T-AOC）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性和乳酸脱氢酶（LDH）活性,ELISA法测定BALF中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）和白介素-6（interleukin-6,IL-6）水平。Western blot法检测肺组织中内质网应激标志物葡萄糖调节蛋白78（GRP78）表达、磷酸化蛋白激酶受体样内质网激酶（PERK）,磷酸化真核细胞翻译起始因子2α（eIF2α）,C/EBP同源蛋白（CHOP）,肌醇依赖酶1α（IRE1α）,X盒结合蛋白1（XBP1）蛋白的水平。结果：与空白对照组相比,低剂量和高剂量PM2.5染毒均能导致大鼠肺部出现明显的肺泡壁增厚、肺泡腔缩小、间质增生和炎细胞浸润,且随着染毒剂量增加组织损伤加重。PM2.5染毒组大鼠BALF中T-AOC含量和SOD活性呈剂量依赖性下降（P<0.05）;而BALF中的LDH活性则呈剂量依赖性上升（P<0.05）。PM2.5染毒导致大鼠肺部促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6的释放呈剂量依赖性增加（P<0.05）。高剂量PM2.5染毒组大鼠肺组织中GRP78、磷酸化PERK（p-PERK）、磷酸化eIF2α（p-eIF2α）、CHOP、IRE1α和剪切型X盒结合蛋白1（XBP1-S）表达显著升高,而未剪切型XBP1（XBP1-U）表达明显下降。结论：杭州市中心城区PM2.5染毒可引起大鼠肺部的炎性损伤,上述损伤可能与肺部氧化应激和内质网应激通路的激活相关。     

一种基于二代测序辨识短串联重复序列长度变异的新方法及其在人类遗传疾病研究中的应用

二代测序技术的涌现推动了基因组学研究,特别是在疾病相关的遗传变异研究中发挥了重要作用．虽然大多数遗传变异类型都可以借助于各种二代测序分析工具进行检测,但是仍然存在局限性,比如短串联重复序列的长度变异．许多遗传疾病是由短串联重复序列的长度扩张导致的,尤其是亨廷顿病等多种神经系统疾病．然而,现在几乎没有工具能够利用二代测序检测长度大于测序读长的短串联重复序列变异．为了突破这一限制,我们开发了一个全新的方法,该方法基于双末端二代测序辨识短串联重复序列长度变异,并可估计其扩张长度,将其应用于一项基于全外显子组测序的运动神经元疾病临床研究中,成功地鉴定出致病的短串联重复序列长度扩张．该方法首次原创性地利用测序读长覆盖深度特征来解决短串联重复序列变异检测问题,在人类遗传疾病研究中具有广泛的应用价值,并且对于其他二代测序分析方法的开发具有启发性意义．     

大鼠脑皮层血管栓塞和再生过程的实时动态记录方法

本研究旨在建立观察脑皮层血管堵塞、脑缺血损伤区血管再生、重构的动态变化过程的方法。创建能够在体连续观测大鼠皮层血管缺血后变化的动物光窗模型,并用光化学栓塞法建立大鼠皮层局部脑缺血模型,通过光相干层析成像术(optical coherence tomography, OCT)实时记录血管堵塞的形成过程以及周围小血管的损伤、再生情况。结果显示,激光照射30 min可以形成完全堵塞大鼠皮层血管的栓塞;缺血后24～48 h内,脑损伤程度最大,损伤区域内血管数量达到最少,随后堵塞的主血管开始疏通,缺血区域内周围小血管开始再生;激光照射后皮层浅层/深层的小血管显著消失,在照射后第10天,皮层浅层出现大量新生血管,而深层血管仍未恢复。以上结果表明,本研究建立的方法可以进行不间断地长期观测,为深入定量研究脑缺血恢复期间栓塞血管及周边毛细血管的动态奠定了基础,为损伤区血管重构网络调控模式研究提供帮助,为脑缺血性疾病的治疗提供理论指导和新研究方法。     

促红细胞生成素对大鼠局灶性脑缺血再灌注神经元的保护作用及P53蛋白的表达

目的:探讨促红细胞生成素(Epo)对大鼠局灶性脑缺血再灌注神经细胞的保护作用.方法:60只SD大鼠随机分为缺血再灌注Epo治疗组(又分为高剂量A组、低剂量B组)、缺血再灌注组(C组)及假手术组(D组),采用大脑中动脉线栓法制备大鼠局灶性脑缺血再灌注模型.参考Longa的5分制法在大鼠麻醉清醒后进行评分,TTC染色法观察线栓侧的梗死体积,并检测脑组织含水量的变化,HE染色法观察脑缺血再灌注后脑组织的病理变化,TUNEL法观察神经细胞凋亡情况,western blot法观察p53蛋白的表达变化.结果:对照组比较,大鼠脑缺血再灌注后出现不同程度的脑梗死,24h后缺血中心区及周围区均可见到p53蛋白表达.缺血再灌注6h内给予Epo可显著改善大鼠神经功能评分,减少梗死体积及脑组织含水量,减轻病理学变化及神经细胞凋亡.结论:Epo通过调控神经细胞凋亡、改善缺血再灌注损伤而发挥脑保护作用,P53蛋白参与缺血再灌注后神经细胞凋亡机制.     

集胞藻ORFs侧翼序列的PCR扩增和定向基因插入失活策略

针对集胞藻PCC6803的1927个待定编码基因进行了两侧序列的PCR扩增。4个亚株基因组在sll0267-sll0269区域的PCR扩增产物与Kazusa DNA数据存在差异,以叶绿素合成基因chlH和chlL为例,显示三片段连接PCR产物可有效用于集胞藻6803基因组定向插入失活。