尽管人类替换恒牙的牙板在胚胎时就已经形成，但直到6~12岁期间才进行乳恒牙替换，这种替换恒牙时空启动的调控分子机制一直不清楚。因以往牙发育研究多以啮齿类动物为研究模型，没有乳恒牙替换，无法进行人类乳恒牙替换相关研究。本课题组经过10余年努力，创建小型猪牙发育研究平台，利用此大型动物模型开展乳恒牙发育替换模式和机制研究。明确了小型猪乳恒牙替换的时空发育模式，进一步的牙替换机制研究表明，乳牙发育速率快于颌骨产生的组织内生物应力；该应力上调乳恒牙之间间充质内Runt相关转录因子2（Runt-related transcription factor 2，RUNX2）-Wnt信号，抑制替换恒牙牙板发育，使替换恒牙牙板较长时间处于相对静止状态；该分子表达模式在人乳恒牙牙胚之间间充质内得到验证；乳牙萌出释放组织内应力引起Wnt信号从间充质转位至恒牙上皮启动恒牙发育。由此发现了组织内应力调控乳恒牙替换的机制，提出"组织内应力调控牙齿替换"学说。乳恒牙替换模式及调控机制的发现为通过调控生物力学及Wnt通路实现器官发育与再生提供了科学基础。

AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

大脑如何处理随时间和空间变化的感觉数据流,以执行复杂的认知计算和适应性行为控制,一直是脑科学和类脑技术领域的重要难题.这被称为感觉编码的表达与计算问题,其关键在于找到一种通用的方法,使大脑能够有效地学习和表达感觉数据流中的相似性或不变性,并将这些学习结果应用于认知计算、行为控制以及感知觉和意识形成.然而,现有的实验手段、理论框架和方法体系在揭示大脑生物学结构与功能的复杂关系,以及信息论上类脑智能表达与计算的通用机制方面仍面临挑战,更难以深入阐述这两者之间的内在联系.本文基于视网膜-外侧膝状体-视皮质轴神经编码的生理机制,提出构建一种新型的类脑智能单元模型架构,该架构专注于表达与计算感觉数据流的时空活动模式的相似性或不变性.它不仅模拟了人类大脑外周神经系统对信息的压缩表达、丘脑系统的有序分离与拼接、皮质的独立稀疏编码以及自组织映射计算等复杂过程,还模拟了皮质脑区间折返连接振荡与相干振荡的全局编码机制.这种类脑智能单元不仅为构建大规模集成神经网络模型提供了坚实的基础,而且有助于更深入地理解大脑的表达与计算机制,为实现意识的大脑皮质连接图的全局编码提供新的视角,进而推动类脑智能的实现.

目的 克隆获得水蛭Hirudo nipponia 弹性蛋白酶抑制剂(guamerin)基因HnGUA,并对其进行生物信息学分析、蛋白原核表达、时空表达模式等研究,以期为揭示水蛭抗凝类小分子物质生物合成途径、分子调控机理机制奠定基础.方法 以日本医蛭为研究对象,基于前期转录组数据,采用cDNA末端快速扩增方法(Rapid amplification of cDNA ends,RACE)获取HnGUA基因全长,并进行生物信息学分析;构建原核表达载体pET32a-HnGUA,并转化至大肠杆菌E.coli BL21(DE3)感受态细胞,诱导重组蛋白的表达;通过实时荧光定量检测了水蛭不同吸食阶段4个组织的HnGUA基因表达模式.结果 HnGUA基因cDNA全长507 bp(GenBank登录号OP490295),开放阅读框(Open reading frame,ORF)231 bp,编码76个氨基酸,蛋白分子量和理论等电点分别为8.17 kDa和4.44,包含一段长19个氨基酸的信号肽序列.多重比对分析结果显示,HnGUA蛋白与其他蛭类抑制剂基因编码蛋白具有较高的同源性.原核表达分析结果显示,构建的pET32a-HnGUA载体能在大肠杆菌BL21(DE3)中成功表达,SDS-PAGE结果显示,诱导的重组表达蛋白相对分子质量在6 kDa左右,与预测大小一致.实时荧光定量PCR结果表明,HnGUA基因存在时空表达差异,其主要在皮肤和嗉囊组织中表达.结论 该研究首次在日本医蛭中克隆得到HnGUA基因,使其重组蛋白在大肠杆菌中成功表达,并且进一步研究了该基因的时空表达模式,为后续深入研究该基因功能奠定基础,同时对于不依赖于水蛭药材直接生产活性成分,加快实现中药现代化进程具有重要的理论和实践意义.

[目的]本研究旨在鉴定褐飞虱Nilaparvata lugens G蛋白β亚基基因(NlGβ)并分析其功能,以期为基于RNAi技术防治褐飞虱提供潜在的新靶标基因.[方法]利用PCR克隆并验证褐飞虱NlGβ的编码序列(coding sequence,CDS)并进行生物信息学分析;基于褐飞虱不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和雌雄成虫)和成虫不同组织(头、足、肠道、表皮、脂肪体、雌性生殖系统和雄性生殖系统)转录组表达谱分析NlGβ的时空表达模式;通过对2和5龄褐飞虱若虫进行显微注射dsRNA沉默NlGβ,观测个体和雌性生殖系统表型,统计存活率、单雌产卵量和卵孵化率,利用透射电子显微镜技术观察侧输卵管膨大区.[结果]褐飞虱NlGβ(GenBank登录号:XP_022200908.1)的CDS长948 bp,NlGβ蛋白包含7个WD40结构域和4个WD_REPEATS_1基序,是一个较为保守的蛋白,除了直翅目昆虫外,来源于其他昆虫目中的NlGβ同源蛋白能很好地聚集在同一簇进化分支上.NlGβ的表达量在1-3龄若虫期呈现周期性变化,在5龄雌若虫和雌成虫中的表达量高于5龄雄若虫和雄成虫中的;NlGβ在成虫不同组织中都表达,但在脂肪体中表达量最高,在雌性生殖系统中的表达量高于雄性生殖系统中的.沉默褐飞虱2龄若虫NlGβ,出现蜕皮困难的现象,导致存活率较dsGFP对照组显著降低;沉默褐飞虱5龄若虫NlGβ,雌成虫腹部异常膨大,卵巢发育畸形,单雌产卵量较对照组显著下降,卵无法孵化,侧输卵管膨大区内分泌物增加,上皮细胞发生降解.[结论]NlGβ与褐飞虱的生长发育和雌虫的繁殖密切相关.

目的 观察膜转运体Megalin、Cubilin在发生发育小鼠肾内的分布,从而揭示它们在肾发生发育中相应功能分化的时空规律.方法 C57BL/6小鼠按雌雄1:1合笼饲养,并于胚(胎)龄(Ed)E10、12、14、16、18 d,及生后日龄(Pd)P1、3、7、14、28、42 d,分离胎鼠、仔鼠或成鼠的肾脏.应用改良的块染技术对不同发育阶段的肾脏组织进行整体固定及染色,分别进行常规石蜡包埋,制成连续的石蜡切片(5μm).选取连续切片中目标切片,采用免疫组织化学技术和免疫荧光技术对不同发育阶段的小鼠肾脏膜转运体Megalin和Cubilin进行定位,观察其在不同发育阶段的表达情况.结果 Megalin和Cubilin在E10 d的中肾管上皮细胞开始有表达,E12 d时表达于肾脏输尿管芽上皮细胞的近腔面游离缘,二者主要以共表达模式存在.E14 d以后在发生发育小鼠肾脏的"逗号"小体、"S"型小体上皮细胞的游离缘呈弱表达,于肾脏近端小管的上皮细胞游离缘表达明显,偶尔可见在未发育成熟的血管球有弱表达.Megalin和Cubilin在细段、远端小管、集合管系统以及间质部分都未见表达.结论 膜转运体Megalin和Cubilin在中肾管、输尿管芽、"逗号"小体、"S"型小体,以及近端小管的依次表达规律提示小鼠肾脏在中肾形成时期就开始有蛋白或多肽的转运功能.此外,二者稳定地出现在较为成熟的近端小管,较弱地出现在未成熟近端小管,表明其重吸收蛋白质的功能与近端小管结构的成熟度有关.

目的:观察电针预处理对永久性脑缺血大鼠不同时相、不同缺血区域钠钙交换体1(NCX1)表达的影响,并探讨其可能机制.方法:84只雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组和电针组,每组再分0、1、2和24 h亚组,每亚组各7只.电针刺激大鼠"百会"、双侧"内关"和"三阴交",疏密波,频率2/15 Hz,强度1 mA,每次20 min,连续5d.于末次电针后2 h采用线栓法制备大鼠永久性脑缺血模型,通过免疫组化染色及Western Blot观察电针预处理对不同时相(0、1、2和24 h)、不同缺血区域(缺血区、非缺血区)皮层NCX1阳性细胞数及蛋白表达的调控模式.结果:缺血区,3组间0h时相NCX1蛋白表达差异无统计学意义(P＞0.05);模型组NCX1蛋白表达于1、2和24 h均低于同时相假手术组,差异具有统计学意义(P＜0.05);电针组NCX1蛋白表达于1 h、2 h显著高于同时相模型组差异具有统计学意义(P＜0.05),于24 h降至最低,与同时相模型组,差异无统计学意义(P＞0.05).非缺血区,3组间0 h时相NCX1蛋白表达比较差异无统计学意义(P＞0.05);与同时相假手术组比较,模型组NCX1蛋白表达于2 h、24 h显著降低,差异具有统计学意义(P＜0.05),电针组可上调2 h、24 h时NCX1蛋白表达,与同时相模型组比较,差异具有统计学意义(P＜0.05).结论:脑缺血后缺血区、非缺血区皮层NCX1蛋白表达均呈现不同程度的降低,而电针预处理可以上调缺血区1 h、2 h NCX1蛋白及非缺血区2 h、24 h NCX1蛋白表达,可能是其脑保护作用的途径之一.

[目的]CYP707A是细胞色素P450 家族的亚家族成员,所编码的ABA8'-羟化酶是ABA分解代谢的关键酶,对植物生长发育起着重要作用.鉴定葡萄CYP707A基因家族,可为进一步研究葡萄果实成熟机理和生物育种技术提供理论依据.[方法]利用生物学信息方法分析葡萄中CYP707A家族基因的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性、系统进化关系及启动子区顺式作用元件等,并利用RT-qPCR分析VvCYP707A基因在葡萄不同品种(早熟和中熟)的时空表达模式、组织表达模式以及对外源ABA处理的响应模式,并利用果实瞬时表达技术对Vitvi07g01751 进行功能验证.[结果]葡萄基因组鉴定出 5 个VvCYP707As基因,分布于 5 条染色体,其中Vitvi02g01269、Vitvi07g01751 和Vitvi18g00792 为片段复制基因.CYP707A基因家族高度保守,其中,基因结构和蛋白基序相似,亚细胞定位均位于内质网;VvCYP707A启动子区域富含与生长发育和激素响应相关的顺式作用元件,均含有ABA激素响应元件;通过RT-qPCR检测基因的表达模式发现,VvCYP707A基因具有时空特异性和组织特异性,主要在果实的幼果期与膨大期和茎、叶组织中高表达,其中Vitvi07g01751 基因在早熟品种'甬早红'膨大期果实中特异性高表达,且在两个品种间的表达模式一致,随着果实的成熟其表达先升高后降低.外源ABA处理下VvCYP707A分为两种表达模式,在浆果肉中外源ABA可诱导 5 个VvCYP707A基因高表达,在浆果皮中会显著抑制VvCYP707A基因的表达;在葡萄果实中瞬时表达Vitvi07g01751,葡萄的糖度积累缓慢,显著增加编码ABA的受体VvPYL4基因表达量,推测了Vitvi07g01751介导ABA调控葡萄果实成熟的机制.[结论]研究结果揭示了葡萄Vitvi07g01751 在果实成熟中起着重要作用.

[目的]为明确星豹蛛Pardosa astrigera体内2个谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)基因的时空表达模式,并探究其是否能对溴氰菊酯的胁迫做出响应.[方法]基于星豹蛛转录组数据库,PCR克隆星豹蛛GST基因PaGSTd1和PaGSTd2全长cDNA序列并进行生物信息学分析;利用RT-qPCR检测PaGSTd1和PaGSTd2在星豹蛛不同发育阶段(2-6龄若蛛和成蛛)、雌雄成蛛不同组织(头胸部、腹和足)以及通过药膜法利用不同浓度[LC10(5.151 mg/L),LC30(8.619 mg/L)和 LC50(12.311 mg/L)]溴氰菊酯胁迫不同时间(6,12,18,24 和 48 h)雄成蛛中的表达量.[结果]星豹蛛PaGSTd1(GenBank登录号:OR096398)全长cDNA序列长708 bp,开放阅读框长645 bp,编码214个氨基酸;星豹蛛PaGSTd2(GenBank登录号:OR096399)全长cDNA序列长793 bp,开放阅读框长645 bp,编码214个氨基酸.RT-qPCR检测结果表明,PaGSTd1和PaGSTd2在星豹蛛不同发育阶段和成蛛不同组织都有表达,均在5龄若蛛中的表达量最低;PaGSTd1在4龄若蛛中的表达量最高,PaGSTd2在成蛛中的表达量最高;PaGSTd1和PaGSTd2在足中的表达量最高,在除腹部外的其他组织中表达量均为雄成蛛的显著高于雌成蛛的.LC10溴氰菊酯胁迫24 h时星豹蛛雄成蛛中PaGSTd1被诱导表达,6和18 h时PaGSTd2被诱导表达;LC30溴氰菊酯胁迫18,24和48 h时雄成蛛中PaGSTd1被诱导表达,18 h时PaGSTd2被诱导表达;LC50溴氰菊酯胁迫24 h时雄成蛛中PaGSTd1和PaGSTd2被诱导表达.[结论]本研究克隆得到星豹蛛两个GST基因PaGSTd1和PaGSTd2,均在星豹蛛足中表达量最高,说明足中这2个GST基因在对外源物质的解毒起到重要作用;这两个GST基因可以被溴氰菊酯诱导表达,说明可能参与星豹蛛对溴氰菊酯的胁迫响应,为后续GSTs的功能研究提供线索.

[目的]本研究旨在克隆西方蜜蜂Apismellifera RNA m6A甲基转移酶14(methyltransferase 14,METTL14)基因AmMETTL14,分析AmMETTL14的理化性质和分子特性以及AmMETTL14在工蜂不同发育阶段和不同组织中的表达模式,并制备AmMETTL14多克隆抗体,为持续深入开展AmMETTL14的功能研究提供参考和基础.[方法]通过PCR扩增西方蜜蜂AmMETTL14的CDS并进行Sanger测序验证.使用相关生物信息学软件对AmMETTL14进行生物信息学分析,并构建系统进化树.通过原核表达系统诱导表达AmMETTL14融合蛋白,免疫新西兰白兔以制备多克隆抗体,利用ELISA和Western blot分别检测抗体的效价及特异性.采用RT-qPCR检测AmMETTL14在卵、幼虫、预蛹、蛹及工蜂成虫中以及刚出房工蜂成虫的触角、毒腺、脑、中肠、咽下腺、脂肪体和表皮7种组织中的相对表达量.[结果]成功克隆到西方蜜蜂AmMETTL14的CDS;AmMETTL14的分子式为C1957H3113N567O589S15,分子量约为44.49 kD,脂溶系数为79.97,理论等电点为8.58,平均亲水系数为-0.59,不含典型的跨膜结构域和信号肽,可同时定位于细胞核、线粒体和细胞质;西方蜜蜂、中华蜜蜂A.cerana cerania、黑大蜜蜂A.laboriosa、东方蜜蜂A.cerana、大蜜蜂A.dorsata、小蜜蜂A.florea、欧洲 熊蜂 Bombus terrestris、金环胡蜂 Vespa mandarinia、美洲东部熊蜂 B.impatiens 和黑腹果蝇Drosophila melanogaster的METTL14均含有MT-A70结构域和3个相同的保守基序;AmMETTL14与黑大蜜蜂的METTL14的氨基酸序列一致性最高(65.60％)且亲缘关系最近.制备的AmMETTL14多克隆抗体效价较高(大于512K)且特异性较强.AmMETTL14在7和8日龄预蛹与卵中的表达量相近且均显著高于在3日龄幼虫中的表达量,在12日龄蛹中的表达量显著高于卵、幼虫和预蛹中的表达量,在6,12和15日龄工蜂成虫体内的表达量显著高于1日龄工蜂成虫体内的表达量;AmMETTL14在刚出房工蜂成虫脑和咽下腺中的表达量与触角中的表达量相近且均显著高于在毒腺、中肠、脂肪体和表皮中的表达量.[结论]研究结果表明,AmMETTL14可能为亲水性、非跨膜和胞内蛋白,AmMETTL14在幼虫生长发育中发挥潜在的调控作用,制备得到的AmMETTL14的多克隆抗体效价高、灵敏度高和特异性强,为进一步探究AmMETTL14的功能及其参与的表观调控机制打下了基础.