水库细菌群落分类组成与抗生素耐药功能基因变化过程研究获进展
抗生素自发明以来被广泛使用,曾经被认为是可以治愈任何细菌感染的灵丹妙药。然而,由于多种因素的影响,21世纪以来细菌抗生素抗性(耐药性)问题日益突出,导致抗菌药物治疗失效时有发生,因此抗生素抗性基因被认定为新兴污染物。细菌抗生素抗性虽然是环境中的自然现象,但随着环境中抗生素、重金属和杀菌剂等浓度升高,对抗生素抗性基因的选择压力增大,促进并加速了抗生素抗性基因在环境中的增殖、扩散和传播;特别是,抗性基因能够通过多种途径转移给致病菌,对人类、环境和社会健康构成了巨大威胁。水环境是抗生素抗性基因重要的储存库,自然水体受市政污水、农业径流等人类活动影响,可为抗性基因的增殖和传播提供理想的环境条件。研究表明,在生活污水、养殖废水等抗生素含量较高的环境中,细菌群落物种分类组成变化与抗生素抗性基因动态密切相关。然而,在低抗生素选择压力的自然水体中,细菌群落组成对抗生素抗性基因动态变化的影响研究较少。此外,目前国际上对高频率时间尺度上抗生素抗性基因的季节变化趋势与规律认知不足,限制了水体抗生素抗性基因污染风险的精准、有效防控。
中国科学院城市环境研究所水生态健康研究组杨军团队建立了城市水库高频观测研究站,选取杏林湾水库连续1年每周取样,采用高通量荧光定量PCR和高通量测序方法研究了浮游细菌群落和抗生素抗性基因组成的动态变化过程,多角度、多层次揭示了细菌群落组成与抗生素抗性基因的关系。该研究共检出197种抗生素抗性基因和10种可移动遗传因子。研究发现,在一周时间内,一些细菌和抗生素抗性基因丰度可发生剧烈变化或波动;但在一年时间尺度上,细菌群落组成变化具有显着的季节性,而抗生素抗性基因组成变化没有明显的季节性。进一步研究表明,尽管细菌群落与抗性基因具有较弱的相关关系,但是细菌群落组成与抗性基因组成在时间尺度上变化是不同步的;细菌群落与环境因子之间联系较抗性基因更紧密,但是中性过程(随机性过程)对细菌群落组成变化影响更大、决定性过程对抗性基因组成变化影响更大。此外,研究发现降雨和浊度与抗性基因丰度和丰富度显着正相关,而且可移动遗传因子与抗性基因显着正相关。总的来说,该研究解析了城市水库水体中抗生素抗性基因在高频时间尺度上的变化模式及影响因素,揭示了低抗生素选择压力水体中细菌群落物种组成与抗性功能的解耦合现象,为水环境中抗生素抗性基因的风险评估、控制和管理提供了基础数据。
研究成果以Decoupling the dynamics of bacterial taxonomy and antibiotic resistance function in a subtropical urban reservoir as revealed by high-frequency sampling 为题发表在微生物领域国际期刊Frontiers in Microbiology, 2019,10: 1448。(生物谷Bioon.com)
寨卡病毒疫苗!Moderna公司基因疫苗mRNA-1893获美国FDA授予快速通道资格
Science:到底存不存在同性恋基因?
Genome Research:基因治疗可以减少肥胖,逆转小鼠的2型糖尿病
科学家破译软籽石榴“突尼斯”基因组密码
吃石榴不吐籽,软籽石榴做得到!然而,与硬籽石榴相比,国内广泛栽培的软籽石榴“突尼斯”不抗冻的特点严重威胁和限制了产业健康发展。
近日,Plant Biotechnology Journal在线发表了中国农业科学院郑州果树研究所研究员曹尚银课题组完成的软籽石榴“突尼斯”的高质量基因组图谱,为解析软籽和硬籽石榴品种分化遗传机制提供了支撑,并为软籽石榴遗传改良研究奠定了重要基础。
石榴(Punica granatum L.)是一古老的落叶灌木果树树种,栽培历史悠久。论文通讯作者曹尚银告诉《中国科学报》,石榴被誉为“生命之果”,其果皮、果肉以及种子均含有丰富的类黄酮、多酚、花青素等抗氧化物质,有利于预防高血脂、高血压、HIV、传染性疾病、冠心病、前列腺癌症等疾病。尤其是软籽石榴品种,籽粒硬度小,食用时易于吞咽,避免了营养的流失;此外,软籽石榴市场售价通常是普通品种的2~4倍,是广大果农脱贫致富的良果佳品。
论文第一作者骆翔博士介绍,该研究基于二代和三代测序获得了软籽石榴“突尼斯”高质量基因组序列,基因组大小为320.31 Mb,Contig N50为4.49 Mb,注释了33,594个基因。采用Hi-C光学技术结合遗传图谱将97.76%的序列组装到了8对染色体上。与现有的“泰山红”石榴基因组相比,“突尼斯”多组装出了46.01Mb序列,Contig N50的平均长度提升了46倍,在组装完整度及精确度上都得到了极大地提升。
比较基因组学研究表明,软籽“突尼斯”基因组和硬籽“泰山红”“大笨籽”基因组间存在着大量的SNP和InDel变异。对26个石榴品种进行群体遗传学分析表明,软籽石榴群体和硬籽石榴群体间存在着大量的受选择位点。尤其是Chr1上,存在着高达26.2Mb的受选择区段。基因注释信息表明,与基因组变异及选择信号相关的基因潜在地影响着石榴硬籽和软籽特性分化。
本研究得到了中国农业科学院科技创新工程以及国家科技基础性工作专项重点项目的资助。(生物谷Bioon.com)
Current Bio:关键基因拷贝数决定后代性别比例以及雄性精子活性
肿瘤用药基因检测纳入医保 千亿市场放量第一步
Nat Genet:特殊基因突变或与人类机体多种复杂特性直接相关
2019年11月9日 讯 /生物谷BIOON/ –最近,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究发现,人类基因组中难以研究的突变—短串联重复序列(short tandem repeats, STRs或微卫星)或能参与与机体复杂性状相关的基因的表达过程,这些性状包括精神分裂症、炎性肠病、甚至是身高和智力。
图片来源:CC0 Public Domain
STRs由1-6种DNA基本元件(这些元件为核苷酸),组成的序列,其会重复一遍又一遍,有时候甚至会多达数百或数千次。这些突变参与了大约30种疾病的发生,最为人所熟知的就是亨廷顿氏症了,这种疾病会促进患者大脑中的神经细胞出现进行性的破坏,每年在美国大约有3万人会被诊断为亨廷顿氏症,这些患者机体中拥有超过40个拷贝的特殊重复,即CAG三核苷酸重复,患者拥有的拷贝数越多,其就会越早地遭受疾病影响,病情也会越严重。
截止到目前为止,由于缺乏适当的数据库,在全基因组关联性研究中,研究者揭示STRs对基因表达的影响也仅发现了非常有限的关联。这项研究中,通过利用来自“基因型-组织表达项目”(Genotype-Tissue Expression Project)中的17和自重的全基因组测序和表达数据,研究者鉴别出了特殊的STRs,其邻近基因的表达受到了基因组中重复单位数量的影响,研究者在基因组中发现了超过2.8万个与STRs相关的表达。
随后研究人员利用统计学方法来衡量每种效应的显著性,他们鉴别出了数百个负责相关效应的STRs,相关研究结果揭示了与特殊性状相关的重复突变,这些性状包括身高、精神分裂症、炎性肠病和智力等;最后研究者Gymrek说道,总的来说,本文研究结果支持了一种假设,即这些突变会促成一系列人类机体表型的形成,同时也能作为一种非常宝贵的资源来帮助研究者研究更为复杂的性状。(生物谷Bioon.com)
原始出处:
Stephanie Feupe Fotsing, Jonathan Margoliash, Catherine Wang, et al. The impact of short tandem repeat variation on gene expression, Nature Genetics (2019). DOI: 10.1038/s41588-019-0521-9
科学家利用一个有3000年历史的埃及埃默小麦基因组揭示了传播和驯化的历史
近日,英国伦敦大学学院等科研机构的研究人员在Nature Plants上发表了题为“A 3,000-year-old Egyptian emmer wheat genome reveals dispersal and domestication history”的文章,通过分析一个有3000年历史的埃及埃默小麦基因组,发现了小麦传播和驯化的历史。
四倍体二粒小麦(Triticum turgidum ssp. dicoccon)是目前世界上种植最广泛的作物六倍体面包小麦(Triticum aestivum)的祖先,也是四倍体硬粒小麦(T. turgidum subsp. turgidum)的直接祖先。埃默小麦是古代最早被驯化的谷物之一。公元前9700年左右,埃默小麦开始在黎凡特种植,而后随着新石器时代农业的普及,逐步扩展到西南亚、北非和欧洲。在本研究中,科研人员报道了一个埃默小麦糠博物馆标本的全基因组序列。运用碳十四测年技术,推定其年代为公元前1130-1000年的埃及新王国时期。其基因组序列显示,与落粒性、种子大小和萌发相关的基因座,以及其他推测的驯化基因座,与现代驯化的埃默小麦有相同的单倍型,这表明这些性状在埃默小麦被引入埃及之前有着共同起源。同时,其基因组也不寻常地携带了现代埃默小麦缺失的单倍型。基因组之间的相似性可用于推断作物在世界各地的传播历史。古埃及埃默小麦与现代阿拉伯和印度埃默小麦之间的遗传相似性表明一个早期的向东和向南传播。该研究结果表明,博物馆藏品作为基因数据来源对于揭示古代谷物的历史和多样性具有重要意义。(生物谷Bioon.com)