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植物病原线虫鉴定软件PPNID介绍
trojanxue 2020-3-1 15:52
作物病原线虫引起的病害已成为农业生产中最重要的病害之一,全球每年因作物病原线虫造成的直接经济损失高达1570亿美元(Abad et al., 2008)。植物病原线虫的鉴定是植物线虫学研究的热点之一。然而作物病原线虫体型较小,通常小于2mm,给形态特征的识别带来较大困难。形态鉴定需要对活体线虫进行固定并通过复杂的过程制作玻片标本,期间需要花费大量人力和时间,实践中难以同时对大量线虫进行鉴定。此外,通常植物线虫种内与种间形态均存在变异,两者差异范围往往存在重叠,这使得人为鉴定极为困难且随机性较大。加之准确的线虫形态鉴定受制于鉴定人的经验积累,但世界范围内专业从事线虫形态分类鉴定的科研工作者逐年减少(Coomans, 2005),因此目前以形态为基础的分类鉴定面临极大的挑战。 近年来,测序技术逐渐普及,成本不断下降,基于DNA条形码序列的分子鉴定逐渐成为主流技术。此方法提取单条虫并进行Sanger测序,通过比对基因序列对物种进行鉴定,具有准确度高,可重复性强的特点。但正确的条形码基因选择与序列分析解读对于鉴定结果至关重要。然而,这对大多数非线虫专业人士而言存在较大困难。实践中,大多数人选取核糖体28S或ITS基因,将测序结果在BLAST中做比对,选取相似度最高的作为鉴定结果。这一方式存在较大问题:BLAST结果中百分之几的相似度可以认为一个种?部分根结线虫28S rDNA 100%相似仍然可能为不同种,这些类群基因组极度相似,仅能够通过特定位点的SNP进行区分;而部分垫刃科线虫93%差异往往仍认为是同一种。线虫中目前尚无统一阈值,不同类群,不同基因都可能有很大的差异,这需要大量前期知识,且判断时非常主观。此外,不同于真菌与细菌,NCBI中线虫数据库存在大量错误 (Janssens et al., 2018; Qing et al., 2019),比对获得的线虫序列往往信息不全,甚至可能获得真菌序列,降低了鉴定结果的可靠性。 针对这些问题,从2018年起,我在以色列农业研究中心进行博士后研究期间联合荷兰植保所与根特大学合作开发植物病原线虫条形码鉴定软件PPNID。该软件将复杂的线虫分子鉴定过程模块化,将所有需要考虑的因素都整合至软件中。用户不需要线虫学与生物信息分析基础,只需要简单的粘贴序列至软件中即可自动完成序列的比对,统计学辅助鉴定,以及极大似然进化树的构建。相比BLAST比对,本方法考虑了不同基因与线虫类群间的差异,采用系统进化种的定义进行物种界定。同时使用自建的参考序列库,人工剔除GenBank中错误,重复或未标记的序列,确保获得的比对信息可靠有效。对于核糖体基因无法区分的热带根结线虫,本软件引入SNP识别系统,通过搜索SNP进行种的鉴定。PPNID是目前首个植物线虫条形码数据库和分析鉴定软件,可简化植物线虫分子鉴定的操作步骤与人为因素,提升鉴定效率。 详细信息见: Qing X. et al. PPNID: a reference database and molecular identification pipeline for plant-parasitic nematodes, Bioinformatics , 2019, DOI:10.1093/bioinformatics/btz707 该软件可以通过Github进行下载: https://github.com/xueqing4083/PPNID 相关教学视频: https://www.bilibili.com/video/av92946040/ 图1: PPNID鉴定过程原理图 图2:PPNID用户界面
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为何横跨三大洲竟然同一物种?
热度 19 trojanxue 2015-5-6 18:37
今晚吃饭时随意点开Youtube上一段关于视频,里面有关动物多样性的讨论引发了一些联想,不知到是否能找到合理的解释 在生物界,动物和植物在世界范围内的分布有着极强的地域性,如植物中的猪笼草科,番杏科,仙人掌科集中分布在热带特定区域,动物中大到象类,虎类,小到昆虫都有极强的地域性。虽然植物中有一些科被认为是世界范围内广泛分布,如菊科,蔷薇科等,但到具体的一个种,往往还是有很强的地域性。也就是说,如果说这些特定生态环境或者地理隔离,造就出不同物种。 动物尤其是大型动物活动范围可达几十公里,即使小型昆虫其活动范围至少也有数十平方米以上。植物随不能动,但通过风,水以及动物的协助传播,其种子传播范围也绝对不会小。这样说来大型动物植物见种群间基因交流机会很多,但即使这个量级上的活动范围仍然造成较高的地域多样性。相反,可能大家很少去考虑小型生物,如微生物,线虫。很多研究已经证实许多微生物可以在全球各种环境下生存。以我较为熟悉的线虫为例,线虫中活动较快的Plectus大概的活动范围仅仅在一米以内,大部分线虫都在几十厘米这个范围内。然而,令人惊讶的是线虫中很多都是全球分布的。例如,我们最近与美国加州大学河滨分校的一项研究显示,来自中国云南地区样品中的Cephalenchus属A种与美国,加拿大与比利时的三个样品形态学观察完全相同,28S序列99%相似。在28S所建贝叶斯树上处于posterior probablity=100的单系群。在讨论之前,我们需要明确一个概念。许多报道显示以根结线虫为代表的植物寄生线虫同一种多次在世界各地发现。个人认为这中间有很大认为因素。因为这些线虫主要存在于经济植物上,并随着国际贸易广泛流动。他们的广泛分布并不能真正说明问题。因此,以上例子中的这些样品都随机采集自森林土壤中,完全排除了人为传播的影响。 为何分处亚欧美三个大洲的线虫没有因为地理隔离产生明显的地理分布?线虫活动范围如此之小,如何与上万公里外的种群保持如此之高的一致性?不说与美洲板块隔着太平洋,即使数百万年前板块尚未漂移的泛古陆时期,如此小的线虫要跋山涉水进行基因交流也是不可能的。 更令人意外的是,虽万里之外存在这相同种,但在很近的地理范围内却可能出现多个种类。在比利时一块森林,距离A种发现十公里外又发现同属的B种,两者有着明显的形态差异。两者间唯一的区别是两种所生活的土质和植被有所区别。 在线虫中,也有极少的类群有着明显的地域性。如我硕士期间涉及的Bicirronema,是一个极其罕见的,仅分布在热带的类群,在非洲和亚洲的热带雨林中常常会看到,而温带寒带是绝对不可能发现的。同理,Cephalobidae的scottnema目前被认为是典型的极端寒冷地区种,在南极被多次发现报道。 对于这种现象,个人能够想到是由于线虫等较为原始的生物出现的非常之早,其形态极度适宜环境。土壤生态环境相对稳定,食物充足(植物受气候影响大,动物受食物影响大),选择压小,数百/千万年前已进化成非常适应其生存条件的形态结构,通俗的讲,就是太成功了,结构太完美了,于是不思进取长久保持原样。同时,相近的地点可能由于土壤环境不同,选择压力造就了另一个适宜对应环境的种。 下面来几张这个神奇Bicirronema的图,
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介绍几本重要的国外线虫学书籍---3.植物寄生线虫
trojanxue 2015-4-13 00:46
1. Plant Nematology 作者:PerryMaurice. 第一个介绍此书是因为是我印象最深的且对我影响最大的一本书。2011年我硕士入学,来第一个月各种困难,其中最难忘的这本好几百页的书是我们的教材。口语没过关,上课都还听不懂,下课还得啃这本书。当时我们用的还是第一版。读着各种困难,平均一小时一两页,对自信心打击特别大。但不看也没办法,考试题都是这本书里面出的。不过还好,后期熬过去确实收获很大。全书先以形态学开篇,引进了最新De Ley分类系统,然后又已寄生属性(外寄生/内寄生, 迁移性/非迁移性)分章讨论每种线虫的生物学习性极其常见种类,是一本非常有价值的书。现在第一版有了翻译过来的中文版,方便国内读者阅读,实在是一件好事。 2. Introduction to plant nematology 作者:Victor Dropkin, 第二版出版于1989年,属于比较元老级的。作者一生极富传奇。早年博士毕业于芝加哥大学动物学,二战开始后加入美军,奔赴前线,先是参加空军,后来又负责南太平洋地区疟疾的控制工作。战后开始从事线虫学工作,主要做根结线虫寄主抗性方面工作。1995年去世,79岁。 3. Root-knot nematodes 根结线虫:作者Perry, Maurice, James. Perry 是英国人,我们这都叫他Rolo, 本人很高很壮... 人很活泼开朗幽默极其健谈。可能是非英语国家待久了,每天生活在各种母语口音浓重的不良语境中,每次听他讲标准伦敦音绝对是一种难得的享受。Perry主要做线虫生理方面研究,曾经就职洛桑试验站,应该是生理方面最优秀的学者。同时借着英语母语的背景,他是sci期刊Nematology的副主编,几套丛书的编辑,在业界大名鼎鼎。Maurice是比利时人,弗拉芒农业和渔业研究中心(ILVO)和Ghent University的教授。虽然母语非英语,但口语极好,几乎没有口音。有幸上过几节课,上课引经据典十分有趣,是一个极有气质和魅力的人。同时,他也算是与国内线虫界交流最多的西方线虫学家,自己直接或间接为中国培养了数位重要的线虫学家。其中也包括他的博士生,一直以来给我很多帮助支持的南农李老师。2012年退休,但仍在常常活跃在各种活动中。 4. Plant parasitic nematodes in subtropical and tropical agriculture 这本书是热带亚热带线虫病害比较重要的一本书。主要讨论了热带地区常见作物极其常见线虫,如香蕉穿孔等,有较强的地域特色和指导性。 5. Genomics and Molecular Genetics of Plant-Nematode Interactions 作者, Jones, Gheysen. 这本书主要侧总侵染激励和交互作用,如线虫侵染前中后其各种物质的分泌与代谢,相关基因的表达与翻译。植物细胞的免疫应激,生理代谢代谢等等。更偏重植物病理的交互总用,适合有一定分子基础的读者,但线虫学相关知识要求不是很高。作者 Jones是上面提到Perry的学生,现在在苏格拉邓迪的苏格拉作物研究所工作。Gheysen是比利时根特大学生物工程学院教授,有很多优秀的文章,业内名气也很大,与国内也有很多的交流。 6. Parasitic Nematodes : Molecular Biology, Biochemistry and Immunology 这本书据说也是业内比较有名的,但没看到过原书,所以先暂时只放张图片在这里 7. Biological Control of Plant-Parasitic Nematodes: Building Coherence between Microbial Ecology and Molecular Mechanisms 线虫的生防。其实属于广义范畴的线虫,因为做生防的其实更多时候是与真菌或者细菌等其他生物打交道。本人没见过此书,为了方便相关从事防治的研究人员,先暂时放在这里 8. Horticultural Nematology 园艺线虫,其实很多与植物线虫重复的部分,但有很多园艺作物的例子。因此对于园艺生产有很大借鉴价值。 9. Practical Plant Nematology 这本书是墨西哥的两个作者完成的,两人在业内名气不是很大。这本书给我最大印象是选图精良,排版印刷非常精美。全书总体偏分类,特别是同类的线虫有很多综合比较的图,操作性很强。里面很多章节都由曾经上过课的老师执笔,看起来又多很几分亲切感。奇怪的一点是最后一章由Holovachov写了个土壤腐生线虫,个人感觉有点奇怪,虽然内容不多,但和书的标题不符。
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介绍几本重要的国外线虫学书籍---2. 综合著作
trojanxue 2015-4-12 18:52
1. Introduction to Nematology 作者 B.G. Chitwood and M.B. Chitwood,最早一本综合系统的线虫学书籍,五十年代出版。作者业界名气很大,目前根结线虫里面一个非常重要的检疫性线虫就是以他命名的(Meloidogyne chitwoodi) 2. General Nematology 作者:Armand Maggenti,UCD 教授,现已退休,研究线虫范围较广,植物寄生,动物寄生,腐生都有涉及,最有名的是他六十年代根据不同类群食道结构所构建的进化树。此书图非常精美,是一个经典之作。 3. The structure of Nematodes 作者:Alan F. Bird Jean Bird,线虫细微结构方面最经典的著作。运用大量绘图和电镜照片,仔细阅读后会发现能够解决你很多结构上的困惑。缺点是实在太专业,里面动物学术语太多太精细,对于绝大多数只需要掌握常见普通结构的读者来说只会越读越糊涂。 对于一般结构的了解,推荐Frida Decreamer编辑的线虫形态学教材。 4. The Biology of Nematodes 作者 Donald Lee,很新的一本书,2002年出版。很多人推荐,但还没看过 5.Nematodes: structure, development, classification and phylogeny 作者 Malakhov,V.V,好像有好几版,我见过的是蓝色封皮的一本,但网上没找到合适的图。1994年出版,特点是加进去很多精细结构,轻分类学,种发育与结构。引用秀丽隐杆线虫细胞发育最新研究,是一本非常细致而专业的书籍。可惜此书极其不好买。 6. Nematology advances and perspectives 最近才出版的线虫学书籍,一共一和二两卷,本人虽然没看过但据说还挺不错,加进去很多生理学研究,而且作者是两个中国人,在美国也很有名气,实在难得,所有必须得支持下。
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老化的原因仍然是难以捉摸的
热度 12 zhpd55 2014-10-23 17:26
老化的原因仍然是难以捉摸的 诸平 据 MedicalXpress 网站 2014 年 10 月 22 日 报道,德国波恩大学( University of Bonn ) 、 德国海德堡癌症研究中心( German Cancer Research Center Heidelberg )以及英国剑桥医学研究委员会( Medical Research Council in Cambridge, England )的科学家领导的有来自9个国家28位专家参与的研究结果, 对于中国学者关于老化问题的研究结果持有不同的观点,认为老化的原因仍然是难以捉摸的。 2014 年 2 月 12 日 ,北京生命科学研究所董梦秋( Meng-Qiu Dong )实验室与北大分子医学研究所程和平( Heping Cheng )实验室在《自然》( Nature , DOI:10.1038/nature13012 )杂志在线发表题为 “Mitoflash frequency in early adulthood predicts lifespan in Caenorhabditis elegans ” 的文章,报道了线粒体的 “ 超氧炫 ” 频率可以预测线虫的寿命—— En-Zhi Shen , Chun-Qing Song , YuanLin , Wen-Hong Zhang , Pei-Fang Su , Wen-Yuan Liu , Pan Zhang , Jiejia Xu , Na Lin , Cheng Zhan , Xianhua Wang , Yu Shyr , Heping Cheng Meng-Qiu Dong . Mitoflash frequency in early adulthood predicts lifespan in Caenorhabditis elegans . Nature 508 , 128- 132 ( 2014 ); doi:10.1038/nature13012 . 在这篇文章中,作者借助程和平课题组在 2008 年发现的线粒体超氧探针 cp-YFP ,直接观察单个线粒体内超氧阴离子自由基的自发的、爆发性的生成,即线粒体 “ 超氧炫 ” 现象。已知细胞内超氧炫的频率与线粒体呼吸、 ATP 合成、钙信号、基础活性氧水平等紧密相关,那么在衰老过程中,线粒体超氧炫怎么变化呢?作者从成虫第 1 天连续观察到第 19 天,惊讶地发现野生型线虫咽部肌肉细胞的超氧炫频率在第 2 ~ 3 天和第 8.5 ~ 9.5 天出现 2 个峰值,恰好分别对应线虫的生育高峰期和开始有个体死亡的阶段。对于长寿或者短寿的突变体线虫,这 2 个峰的位置和强度都有特征性变化,暗示了线粒体的功能活性与衰老有着密切关系。决定寿命的因素分为三类,即基因、环境和随机因素。《自然》杂志发表的这篇文章的作者发现,三类因素对线虫寿命的影响都可以通过成虫第 3 天咽部肌肉细胞的超氧炫频率反映出来。第 3 天的超氧炫频率与寿命负相关,而第 9 天的超氧炫频率与寿命没有相关性。线虫成虫第 3 天的超氧炫频率作为线粒体的机能状态参量可以预测寿命长短变化是一个出人意料的发现。这意味着,在动物机体功能最旺盛的时候,衰老的速度在相当大程度上已经决定了,虽然年轻时设立的衰老轨迹在后期仍然有机会被修改。该发现提示衰老是生物体程序调控的过程,与线粒体的功能活动密切相关。这篇文章的结果对于衰老研究的理论意义在于:首先,它支持广义的线粒体衰老学说,即线粒体是遗传、环境和随机因素调控衰老的一个重要节点;同时,也为程序化衰老学说( programmed theories of aging )提供了可能是迄今为止最有说服力的实验证据。前者有关个体衰老的原因,后者有关物种寿命的自然选择与进化。对于线虫之外的其它动物,年轻成体的线粒体超氧炫频率与寿命的负相关性是否成立,以及相关性背后的生物学机制等问题都亟待进一步研究。 北京生命科学研究所博士研究生申恩志( En-Zhi Shen )、宋春青( Chun-Qing Song ,中国农业大学学籍)和北京大学博士研究生林渊( Yuan Lin )为此文的共同第一作者。通讯作者为董梦秋和程和平。台湾国立成功大学的苏佩芳( Pei-Fang Su )和范德堡大学( Vanderbilt University )的石瑜教授( Yu Shyr )主持了数据的统计分析。北京生命科学研究所所影像中心的刘文苑( Wen-Yuan Liu )和占成( Cheng Zhan )博士在图形数据的处理方面提供了很多支持。此文其他作者还有董梦秋实验室的张文红( Wen-Hong Zhang )、张攀( Pan Zhang ),程和平实验室的林娜( Na Lin )、徐杰佳( Jiejia Xu )和王显花( Xianhua Wang )。这项研究得到了科技部、国家自然科学基金和北京市的资助。 这篇论文使全世界的专家为之震动, 文章中研究者认为他们似乎找到了老化的原因。但是,由波恩大学牵头的一个国际性的科学家小组最近对中国学者文章中提出的基本假设持有不同的观点 , 他们认为老化的原因仍然是一个难以捉摸的问题,相关研究结果于 2014 年 10 月 23 日 在 Nature 杂志网站发表 —— Markus Schwarzländer , Stephan Wagner , Yulia G. Ermakova , Vsevolod V. Belousov , Rafael Radi , Joseph S. Beckman , Garry R. Buettner , Nicolas Demaurex , Michael R. Duchen , Henry J. Forman , Mark D. Fricker , David Gems , Andrew P. Halestrap , Barry Halliwell , Ursula Jakob , Iain G. Johnston , Nick S. Jones , David C. Logan , Bruce Morgan , Florian L. Müller , David G. Nicholls , S.James Remington , Paul T. Schumacker , Christine C. Winterbourn , Lee J. Sweetlove et al. The ‘mitoflash’ probe cpYFPdoes not respond to superoxide. Nature 514, E12–E14 (23 October 2014). doi: 10.1038/nature13858 . 其摘要如下: Ageingand lifespan of organisms are determined by complicated interactions betweentheir genetics and the environment, but the cellular mechanisms remaincontroversial; several studies suggest that cellular energy metabolism and freeradical dynamics affect lifespan, implicating mitochondrial function. Recently,Shen et al. 1 providedapparent mechanistic insight by reporting that mitochondrial oscillations of‘free radical production’, called ‘mitoflashes’, in the pharynx of three-dayold Caenorhabditis elegans correlated inversely with lifespan.The interpretation of mitoflashes as ‘bursts of superoxide radicals’ assumesthat circularly permuted yellow fluorescent protein (cpYFP) is a reliableindicator of mitochondrial superoxide 2 , but this interpretation has beencriticized because experiments and theoretical considerations both show thatchanges in cpYFP fluorescence are due to alterations in pH, not superoxide 3 , 4 , 5 , 6 , 7 . Here we show that purified cpYFP iscompletely unresponsive to superoxide, and that mitoflashes do not reflectsuperoxide generation or provide a link between mitochondrial free radicaldynamics and lifespan. There is a Reply to this Brief Communication Arising by Cheng, H. et al. Nature 514, http://dx.doi.org/10.1038/nature13859 (2014). 更多信息请浏览原文。
个人分类: 新观察|8742 次阅读|17 个评论
先辈挨饿,后代长寿
热度 2 qpzeng 2014-7-18 06:18
美国哥伦比亚大学医学院的研究人员今天在Cell发表最新研究论文,详细披露了长辈动物饥饿对后辈动物寿命的影响。在线虫中的研究结果表明,父母挨饿,子女长寿,而且此效应可以延续3代。也就是太爷爷、太奶奶挨饿,重孙儿、重孙女还能长寿。 研究显示,挨饿导致的长寿效应不涉及任何基因序列的改变,也就是属于“非孟德尔式遗传”,而是“拉马克式获得性遗传”,用现代术语表述则是“表观遗传”或称“外基因性状”(epigenetic traits)。 研究人员发现,饥饿的线虫体内积累了一些能影响营养相关基因表达的小干扰RNA(siRNA),它们 可通过生殖细胞跨代遗传给后代,并 在RDE-4和HRDE-1等蛋白质协助下表现延寿效果 。 这项研究进一步证实,先辈经历的快乐和痛苦都可以在后代中留下不可磨灭的印记,比如热量限制(饥饿)、精神创伤、疾病、口味等,现在看来都是可以遗传的。由此联想,获得性遗传现象也许大大推动了生物对环境的适应性进化。 Effects of starvation can be passed to future generations, through small RNAs apparently without DNA involvement Date: July 17, 2014 Source: Columbia University Medical Center Summary: A new study, involving roundworms, shows that starvation induces specific changes in so-called small RNAs and that these changes are inherited through at least three consecutive generations, apparently without any DNA involvement. Starvation in roundworms induces changes in small RNAs, resulting in the transmission of acquired traits to subsequent generations. Credit: Columbia University Medical Center Evidence from human famines and animal studies suggests that starvation can affect the health of descendants of famished individuals. But how such an acquired trait might be transmitted from one generation to the next has not been clear. A new study, involving roundworms, shows that starvation induces specific changes in so-called small RNAs and that these changes are inherited through at least three consecutive generations, apparently without any DNA involvement. The study, conducted by Columbia University Medical Center (CUMC) researchers, offers intriguing new evidence that the biology of inheritance is more complicated than previously thought. The study was published in the July 10 online edition of the journal Cell . The idea that acquired traits can be inherited dates back to Jean Baptiste Larmarck (1744-1829), who proposed that species evolve when individuals adapt to their environment and transmit the acquired traits to their offspring. According to Lamarckian inheritance, for example, giraffes developed elongated long necks as they stretched to feed on the leaves of high trees, an acquired advantage that was inherited by subsequent generations. In contrast, Charles Darwin (1809-82) later theorized that random mutations that offer an organism a competitive advantage drive a species' evolution. In the case of the giraffe, individuals that happened to have slightly longer necks had a better chance of securing food and thus were able to have more offspring. The subsequent discovery of hereditary genetics supported Darwin's theory, and Lamarck's ideas faded into obscurity. However, events like the Dutch famine of World War II have compelled scientists to take a fresh look at acquired inheritance, said study leader Oliver Hobert, PhD, professor of biochemistry and molecular biophysics and a Howard Hughes Medical Institute Investigator at CUMC. Starving women who gave birth during the famine had children who were unusually susceptible to obesity and other metabolic disorders, as were their grandchildren. Controlled animal experiments have found similar results, including a study in rats demonstrating that chronic high-fat diets in fathers result in obesity in their female offspring. In a 2011 study, Oded Rechavi, a postdoctoral fellow in Dr. Hobert's laboratory, found that roundworms (C. elegans) that developed resistance to a virus were able to pass along that immunity to their progeny for many consecutive generations. The immunity was transferred in the form of small viral-silencing RNAs working independently of the organism's genome. Other studies have reported similar findings, but none of these addressed whether a biological response induced by natural circumstances, such as famine, could be passed on to subsequent generations. To address this question, Dr. Hobert's team starved roundworms for six days and then examined their cells for molecular changes. The starved roundworms, but not controls, were found to have generated a specific set of small RNAs. (Small RNAs are involved in various aspects of gene expression but do not code for proteins.) The small RNAs persisted for at least three generations, even though the worms were fed normal diets. The researchers also found that these small RNAs target genes with roles in nutrition. Since these small RNAs are produced only in response to starvation, they had to have been passed from one generation to another. We know from other studies that small RNAs can be transported from cell to cell around the body, said Dr. Hobert. So, it's conceivable that the starvation-induced small RNAs found their way into the worms' germ cells -- that is, their sperm or eggs. When the worms reproduced, the small RNAs could have been transmitted generationally in the cell body of the germ cells, independent of the DNA. The study also found that the progeny of the starved worms had a longer life span than the progeny of the controls. We have not shown that the starvation-induced small RNAs were responsible for the increased longevity -- it's just a correlation, said Dr. Hobert. But it's possible that these small RNAs provided a means for the worms to control the expression of relevant genes in later generations. The findings have no immediate clinical application. However, they do suggest that we should be aware of other things -- beyond pure DNA changes -- that may have a long-term impact on the health of an organism, said Dr. Hobert. In other words, something that happened to one generation, whether famine or some other traumatic event, may be relevant to the health of its descendants for generations. Story Source: The above story is based on materials provided by Columbia University Medical Center . Note: Materials may be edited for content and length. Journal Reference : Oded Rechavi, Leah Houri-Ze’evi, Sarit Anava, Wee Siong Sho Goh, Sze Yen Kerk, Gregory J. Hannon, Oliver Hobert. Starvation-Induced Transgenerational Inheritance of Small RNAs in C. elegans . Cell , 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.06.020
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Nature载文揭示长寿的奥秘
热度 12 qpzeng 2014-5-15 06:43
5月14日,Nature在线发表了“代谢物α-酮戊二酸通过抑制ATP合酶及TOR延长寿命”,由来自美国洛杉矶加州大学及哈佛大学的数十位作者联名发表,从姓名拼写法看,有多位华裔人士参与研究,其中通讯作者肯定是华人(Jing Huang)。以下是该文的题目和摘要: The metabolite α-ketoglutarate extends lifespan by inhibiting ATP synthase and TOR Nature (2014) doi:10.1038/nature13264Received 03 October 2012 Accepted 17 March 2014 Published online 14 May 2014 Metabolism and ageing are intimately linked. Compared with ad libitum feeding, dietary restriction consistently extends lifespan and delays age-related diseases in evolutionarily diverse organisms 1 , 2 . Similar conditions of nutrient limitation and genetic or pharmacological perturbations of nutrient or energy metabolism also have longevity benefits 3 , 4 . Recently, several metabolites have been identified that modulate ageing 5 , 6 ; however, the molecular mechanisms underlying this are largely undefined. Here we show that α -ketoglutarate ( α -KG), a tricarboxylic acid cycle intermediate, extends the lifespan of adult Caenorhabditis elegans . ATP synthase subunit β is identified as a novel binding protein of α -KG using a small-molecule target identification strategy termed drug affinity responsive target stability (DARTS) 7 . The ATP synthase, also known as complex V of the mitochondrial electron transport chain, is the main cellular energy-generating machinery and is highly conserved throughout evolution 8 , 9 . Although complete loss of mitochondrial function is detrimental, partial suppression of the electron transport chain has been shown to extend C. elegans lifespan 10 , 11 , 12 , 13 . We show that α -KG inhibits ATP synthase and, similar to ATP synthase knockdown, inhibition by α -KG leads to reduced ATP content, decreased oxygen consumption, and increased autophagy in both C. elegans and mammalian cells. We provide evidence that the lifespan increase by α -KG requires ATP synthase subunit β and is dependent on target of rapamycin (TOR) downstream. Endogenous α -KG levels are increased on starvation and α -KG does not extend the lifespan of dietary-restricted animals, indicating that α -KG is a key metabolite that mediates longevity by dietary restriction. Our analyses uncover new molecular links between a common metabolite, a universal cellular energy generator and dietary restriction in the regulation of organismal lifespan, thus suggesting new strategies for the prevention and treatment of ageing and age-related diseases. 这项研究是在线虫和哺乳动物培养细胞系中做的。文章的大意是:三羧酸循环中间产物α-酮戊二酸可以延长线虫的寿命,其原理在于它能结合到ATP合酶的β亚基上,并抑制其ATP合成活性,这一结果已通过“药物亲和性响应靶点稳定性”(DARTS)的分子靶点技术加以鉴定。在线虫和哺乳动物细胞中,像ATP合酶基因敲除一样,随着ATP含量降低,氧消耗减少,自噬增加。同时,这种效应还要依赖下游的雷帕霉素靶点(TOR)。在饥饿时,体内α-酮戊二酸含量水平升高,而α-酮戊二酸并不能升高热量限制 (calorie restriction) 动物的寿命,说明α-酮戊二酸是热量限制导致延寿的关键代谢物。 根据现有的长寿理论,长寿相关的一系列代谢变化是由线粒体启动的,而启动此过程的关键信号是ATP与NAD+的减少,前者导致AMP/ATP比值升高,直接激活AMPK,后者导致NAD+/NADH比值升高,用来激活SIRT1,并与AMPK共同激活PGC-1α,其结果是促进线粒体增殖和呼吸活动增强。在此过程中,抗氧化系统整体活化,活性氧逐渐减少,细胞代谢活动模式改变,具体表现在合成代谢相对减弱,分解代谢相对增强。 这项最新研究的突出成果是首次鉴定出热量限制减少ATP合成的关键是α-酮戊二酸增加,而且将调控的靶点精确定位在ATP合酶上,的确非常有创意。除了热量限制之外,任何能导致线粒体解偶联(mitochondrial uncoupling)的因素都能引起ATP合成减少,因而都能发挥延寿效应。此前有报道称,线粒体解偶联剂2,4-二硝基苯酚能通过质子泄漏的机制使ATP合成减少,可以在小鼠中发挥长寿效应。 不过,在食物中添加或直接服用 α-酮戊二酸并不会在人体中产生长寿效果,因为三羧酸循环发生在线粒体中, α-酮戊二酸及其靶点ATP合酶也都存在于线粒体内。目前,最好的非药物长寿良方就是热量限制,药物方面曾报道雷帕霉素、白藜芦醇等具有延寿效果,但仍在继续探索。这篇论文描述的是线虫研究结果,在培养基中添加 α-酮戊二酸可以使体内 α-酮戊二酸升高50%,说明线虫生物膜上存在一种运输 α-酮戊二酸的分子 机制。 最近,我们在酿酒酵母中完成了一项有关热量限制及其模拟物(青蒿素、过氧化氢)诱导长寿及其作用机理的研究,发现热量限制、青蒿素、过氧化氢都能通过一氧化氮介导线粒体解偶联,然后诱导线粒体增殖,最后导致酵母寿命延长,我们把青蒿素、过氧化氢这类有毒物质在低浓度时导致的生命长寿现象归因于“低毒兴奋效应”(hormesis),并验证了呼吸代谢“先升后降”的“双期”模式(研究结果已投给《中国科学—生命科学》英文版,现已通过二审)。 总之,生命长寿的逻辑其实很简单,就是尽量增加繁殖后代的机会。当营养丰富时,可以最大限度地生殖,不必长寿;而饥饿时,必须延长自己的生存期,等待营养再度丰富,以便增加成功交配、孕育和抚育后代的机会。 附:Nature论文首页预览( http://www.readcube.com/articles/10.1038/nature13264?utm_campaign=readcube_accessutm_source=nature.comutm_medium=purchase_optionutm_content=thumb_version )
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线虫和果蝇的情人节:想你就要老命了
热度 3 ecoliugy 2014-2-14 17:59
艺术表达的爱准确地表达了生命世界的规律 早晨随意浏览了几篇 science 文章,其中有两篇讲述雌性和雄性爱人之间的化学战争的。今天恰巧是情人节,可简单翻译介绍一下文章中所描述的自然界中情人间的 “ 残酷 ” 现实。雌性和雄性之间是如何相互影响,并最终影响寿命长短的。在自然界中,动物的雌性关系除了性爱,还涉及衰老和死亡。 日常生活中我们所说的寿命,一般是指男女共同生活在一个圈子之中的存活时间长度。这其中经历了诸多生理发育、感情变迁和疾病灾变的过程,通常情况下不容易被感知。动物世界的寿命则更加不易被认识。 在 science 发表的一篇评文章中写到,仅仅是感知到异性的就会缩短动物的寿命( Merely perceiving the opposite sexcan shorten an animal’s life span )。科学上早已发现,生孩子会折寿母亲,特别是线虫和果蝇的社会中,交配甚至导致了雌性的死亡。在很多动物的发育过程中,异性的出现会降低自己的适合度,会加速衰老和死亡。更加令人惊叹的是, science 文章中说,线虫只要感知到异性(无需交配)就会引发损伤,简短寿命。真可说是:想你就真是要老命了。 线虫是生物学的模式生物,种群中拥有少量雄性( 0.1% ) , 其它则是具备雌雄生殖器的雌雄同体。通常情况下,雌雄同体的线虫是不愿与雄性交配的,常通过自交繁殖以保持自己的基因。但雄性线虫也绝不会放过自己把妹的机会,而且进化出了相当高深的内功。斯坦福大学科学家利用人工饲养的线虫发现,存在雄性的线虫种群中,雌雄同体的寿命会缩短 20% 。雄性线虫和雌雄同体线虫交配之后,通过精液会启动一些分子信号,缩短雌雄同体的寿命。雄性线虫通过释放激素,雌雄同体的线虫感知后,大量基因表达引发的一系列生理行为。雌雄同体的线虫活动会逐渐减弱,麻痹,组织衰退,身体衰老,并死亡。这种现象被称为“雄性诱导死亡”( male-induced demise )。 线虫哥哥露个脸,妹妹就离死亡不远了( 10 天短一截) 雄性线虫为何要杀“爱人”呢?科学家猜测,这是一场 “ 一切为了孩子 ” 的蓄意谋杀 ” 。由于雄性线虫在种群中数量很少,能找到妹子的几率不高,所以它的手段变得有些残忍。雄性线虫在交配之后,为了替宝宝节约宝贵的资源,或减少其它男人(雄性)获取爱人的机会,所以在精液中启动了雄性诱导死亡程序。据说,这种要命的感情关系已经有 2--3 千万年的历史,且在进化上相当保守。由此引发出众关于性、衰老和死亡的生物学问题,还有待进一步探索。 果蝇妹妹的内功:体内的杀手锏性激素激(银光染色部分) 果蝇的世界中,爱情也是要老命的。在感知过程中,与线虫的角色却恰恰相反,果蝇社会中是雌性折损雄性的寿命。果蝇的性过程中,果蝇哥通过精液中的化学物质和有毒蛋白,增强果蝇妹纸的产卵行为并缩短其寿命,以增强自己的适合度。为补偿自己的生存能力,雌性果蝇则进化出通过性激素损伤果蝇哥哥的老命这一手段。 2013 年的 science 文章报道,雄性果蝇前足感受到雌性果蝇的性激素后,会引发一系列生理反应,雄性果蝇的脂肪储存量会逐渐减少,抵抗饥饿的能力减弱,寿命减短。基因组分析表明,雄性果蝇感受到雌性两天后,若不能交配,那么一系列和寿命有关的基因便会表达。要是一直不能找到妹纸,那么雄性的寿命可能会缩短 40% ,活生生憋出个短命来。通过军备竞赛,果蝇哥和果蝇妹纸在爱情面前,竟然各自偷偷练就了一首杀手锏,边爱边捅刀子。 果蝇和线虫想到就要命的生理通道 果蝇残杀情人的方式与线虫有相似也有不同的地方。雄性线虫残害雌雄同体的妹纸,原因是雄性线虫的数量非常少,遇到妹纸的概率不大,所以就只能出狠招了。不仅能利用激素,相见时就启动危害系统,而且能通过精液进一步减短雌性的寿命;果蝇的社会中则雄性的比例较高,也很滥情。雌性果蝇毒害雄性获得的适合度,或许早已被雄性果蝇滥交的行为抵消了吧。 胡适 说“爱情的代价是痛苦,爱情的方法是要忍得住痛苦。”在动物界的爱情真理面前,胡大师所言的爱情明显弱爆了。动物的爱,不仅是痛苦,那简直是要命啊! Reference: (图 1 、 3 来自网络; 2 、 4 截自文献) Daniel et al.2014. Chemical Warfare in the Battle of the Sexes. Science 343 (6170): 491-492 Gendron et al.2013. Drosophila Life Span and Physiology Are Modulated by Sexual Perceptionand Reward. Science. 343 (6170): 544-548 Maures et al.2013. Males Shorten the Life Span of C. elegans Hermaphrodites via SecretedCompounds. Science. 343 (6170): 541-544
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线虫的食源信息素
ahyxwangdong 2011-1-12 23:15
引诱线虫找寻食物源的化学物质或信息素:2-庚酮、苯甲醛。 1、2-庚酮 物化性能: 无色液体,具有强烈的类似香蕉的水果香气,微溶于水,溶于乙醇等有机溶剂。沸点150-152℃,闪点47℃,相对密度(d1450.816-0.824),折射率n2D01.408-1.410. 危险特性: 遇明火,高热能引起燃烧、爆炸、与氧化剂能发生强烈反应,若遇高热容器内压增大,有开烈和爆炸的危险。 灭火方法: 用泡沫、二氧化碳、干粉、砂土灭火,用水灭火无效。 包装和贮运: 用53加仑铁桶包装,净重170Kg/桶,贮存于阴凉、通风、干燥处、注意防火、防晒,按一般易然化学品规定贮运。 2-庚酮的用途 : 用于调配凤梨,奶酪,黄油,香蕉,桃子,菠萝蜜等食用香精。 2、苯甲醛 外观:无色液体 。    香气:具有类似苦杏仁的香味。   熔点 :-26℃。    沸点 :178℃。    相对密度 : 1.0415(10/4℃)。    折光率:1.5455 。    溶解性:能与 乙醇 、 乙醚 、 氯仿 等混溶,微溶于水。能进行水蒸气蒸馏。 苯甲醛的用途: 苯甲醛是医药、染料、 香料 和树脂工业的重要原料,主要用于制造 月桂醛 、月桂酸、品绿等,还可用作 溶剂 、增塑剂和低温润滑剂等。在香精业中主要用于调配食用香精,少量用于日化香精和烟用香精中。
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[转载]中国进境植物检疫性线虫名录
yufen 2010-10-29 22:17
Anguina agrostis (Steinbuch) Filipjev 剪股颖粒线虫 Aphelenchoides fragariae (Ritzema Bos) Christie 草莓滑刃线虫 Aphelenchoides ritzemabosi (Schwartz) Steiner et Bhrer 菊花滑刃线虫 Bursaphelenchus cocophilus (Cobb) Baujard 椰子红环腐线虫 Bursaphelenchus xylophilus (Steiner et Bhrer ) Nickle 松材线虫 Ditylenchus angustus (Butler ) Filipjev 水稻茎线虫 Ditylenchus destructor Thorne 腐烂茎线虫 Ditylenchus dipsaci (Khn ) Filipjev 鳞球茎茎线虫 Globodera pallida (Stone ) Behrens 马铃薯白线虫 Globodera rostochiensis (Wollenweber ) Behrens 马铃薯金线虫 Heterodera schachtii Schmidt 甜菜胞囊线虫 Longidorus (Filipjev) Micoletzky ( The species transmit viruses ) 长针线虫属(传毒种类) Meloidogyne Goeldi(non-Chinese species) 根结线虫属(非中国种) Nacobbus abberans (Thorne ) Thorne et Allen 异常珍珠线虫 Paralongidorus maximus (Btschli ) Siddiqi 最大拟长针线虫 Paratrichodorus Siddiqi ( The species transmit viruses ) 拟毛刺线虫属(传毒种类) Pratylenchus Filipjev (non-Chinese species) 短体线虫 ( 非中国种 ) Radopholus similis (Cobb) Thorne 香蕉穿孔线虫 Trichodorus Cobb ( The species transmit viruses ) 毛刺线虫属(传毒种类) Xiphinema Cobb ( The species transmit viruses ) 剑线虫属(传毒种类)
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线虫领域2010年国家自然科学基金中标课题
陈井生 2010-8-27 09:36
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Plant defence against nematodes is not mediated by changes in the soil microbial
zhyk97 2009-5-22 00:31
原文:Susanne Wurst, Sander van Beersum, Roel Wagenaar, Tanja Bakx-Schotman, Barbara Drigo, Ingar Janzik, Arnaud Lanoue, Wim H. van der Putten. Plant defence against nematodes is not mediated by changes in the soil microbial community. Functional Ecology, 2009, 23 (3): 488-495. 1. Indirect plant defence, the recruitment of antagonists of herbivores, is well-known above the ground. In spite of various soil microorganisms acting as antagonists to root herbivores, it is still largely unknown whether plants can promote antagonistic microorganisms as an indirect defence mechanism. 2. In a greenhouse study we examined whether soil microorganisms could mediate plant defence against plant-feeding nematodes. Growth, nutrient contents and root exudation of three plant species ( Plantago lanceolata , Holcus lanatus , Lotus corniculatus ) and the performance of nematodes and fungal communities in the rhizospheres were measured. 3. The plant species differed in their effects on plant-feeding nematodes; however, the addition of soil microorganisms did not enhance nematode control. Nematode addition changed root exudation patterns and rhizosphere fungal community structure in a plant species-specific manner. Glucose levels in the root exudates of all three examined plant species were enhanced, and P. lanceolata root exudates contained higher levels of fumaric acid when nematodes had been added. 4. We conclude that nematodes have plant species-specific effects on root exudate chemistry and rhizosphere fungal community composition, but these effects do not necessarily enhance indirect control of nematodes by antagonistic microorganisms. More studies on below-ground plant defence are definitely needed. 注:传统上地下生态学过程往往被处理为一个黑箱,随着研究方法的发展以及地下生态过程的揭示,不得不让我们重新反思或重新认识各种生态过程,特别是营养级相互关系,top-down和bottom-up效应。特定种类的食根线虫会改变植物根际分泌物的组分,进一步影响根际微生物群落组成和结构;而微生物群落的改变,是否也改变了作为植食者天敌的间接效应,这些都还有待于进一步的研究。
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问渠哪得清如许---彭德良
陈井生 2009-2-15 10:34
 彭德良,男,博士,研究员。中国植物病理学会常务理事,植物线虫专业委员会副主任委员,中国动物学会寄生虫专业学会常务理事。1984年7月华中农业大学毕业,1987年8月中国农科院研究生院硕士毕业,2001年7月毕业于中国农业大学研究生院,获博士学位,一致从事植物线虫病害研究,现任植物线虫课题组主持人。1993-2003年先后5次在意大利农业线虫研究所、英国国际寄生虫研究所、比利时农业研究中心作物研究所线虫实验室从事植物线虫系统分类鉴定和线虫分子诊断合作研究。
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具毒杀植物线虫活力的链霉菌的制备方法及其应用
陈井生 2009-2-15 09:59
本发明涉及一株具毒杀植物线虫作用的链霉菌的培养方法及其代谢物制备方法和应用,属于微生物农药技术领域。本发明涉及的链霉菌菌株Snea253为委内瑞拉链霉菌 Streptomyces venezuelae,已于2008年1月18日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址:北京市朝阳区大屯路,邮编100101),保藏号为CGMCC No.2348。该链霉菌菌株Snea253 的分类地位是放线菌门,放线菌纲,放线菌目,链霉菌属,委内瑞拉链霉菌。通过液体发酵培养制备,其代谢产物对植物寄生线虫,特别是对大豆胞囊线虫、根结线虫和水稻干尖线虫具有很高毒力,杀线虫效果明显。该菌株的发酵液对大豆胞囊线虫(Heterodera glycines)二龄幼虫具有较高的毒杀活性并显著抑制胞囊孵化,不同稀释浓度发酵液的处理和无菌水处理有显著差异,发酵原液的杀线虫效果可达到90%以上,温室防效试验效果明显。同时该菌株对根结线虫(Meloidogyne spp.)和水稻干尖线虫(Aphelenchoides besseyi)有显著的毒力作用,具良好的应用开发前景。(国家专利网)
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能发Nature或Science的线虫研究领域
nematodes 2008-7-25 14:56
首先声明,本文提到的线虫指植物寄生线虫。 能发 Nature 或 Science 的线虫研究领域 1. 线虫信号传递机制研究 评论:线虫有很多种类通过两性生殖的方式繁衍后代。那么,两性之间是通过什么机制取得联系呢?性信息素存在吗?如果存在,那,如何证实?性信息素的本质又是什么? 2. 孤雌生殖的线虫种类,雄虫存在的价值研究 评论:线虫是一类低等的多细胞真核生物。这类低等生物中的很多种类通过孤雌生殖的方式繁衍后代,因此,这类线虫的雄虫在生殖过程中完全失去了存在的价值。但,一个不争的事实是,这类线虫的雄虫一直存在,而且在某些情况下还会有较大的数量出现。那么,这类线虫雄虫存在的价值到底是什么呢?控制线虫性别向雄虫分化的开关是什么呢?这种开关开启的诱因又是什么呢? 目前线虫领域亟需解决的科学问题 1. 线虫分子标记研究; 2. 线虫远程专家诊断技术研究(已初步解决); 3. 线虫地理分布模型研究(生物地理学); 4. 线虫入侵的机理研究(如,线虫定殖、侵染的种群数量阈值研究); 5. 线虫防治控制理论技术研究。 以上所述为一家之言,如能发挥抛砖引玉之功用,我心足慰! 2008.7.25
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