微生物菌群培养组学在动物医学中的应用

实验室条件下可培养的微生物约占自然界中微生物总数的1%，这限制了人们对99%未知微生物的认识和利用，而研究表明，那些“不可培养的微生物”是可以被开发和利用的，未能被纯培养的微生物才是未知微生物的主体。微生物培养组学探索利用多种培养条件和长时间的培养，结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱法（MALDI-TOF-MS）和16S核糖体RNA（rRNA）测序可以大规模鉴定各种微生物，同时利用全基因组测序和宏基因组测序手段对未知微生物进行深入分析。本文综述了国内外近年来微生物菌群培养组学在反刍动物胃肠道、禽类盲肠及家畜鼻腔微生物菌群研究中的最新进展，探讨将动物体内菌群培养组学方法应用于动物疾病防治领域的可行性。作为一个新兴的研究方法，尽管该培养组学还存在一些不够成熟的方面，但它的发展前景十分广阔，微生物菌群培养组学方法和其他研究方法的互补已经逐渐成为发展兽医微生物学新的突破口。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A及其保持系的花药蛋白质组比较研究

大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A是以栽培大豆组合（N8855 ´ N1628）F₂不育株为母本，以N1628为父本，通过连续回交选育而成的，N1628（或NJCMS2B）为其同型保持系。对NJCMS2A和NJCMS2B的二胞花粉期花药进行蛋白质组比较分析，获得重复性好的双向电泳图谱，在分子量18.4~116.0 kD、等电点4~7线性范围内，检测到约217个蛋白点，其中差异表达蛋白点25个，包括在NJCMS2A 中出现而在NJCMS2B中缺失的蛋白点13个，在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现的蛋白点10个，另有2个蛋白点的表达量在NJCMS2B中比在NJCMS2A中明显增强。利用基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）技术对差异表达蛋白进行分析，获得肽质量指纹图谱，用Mascot软件搜索NCBInr数据库，鉴定出14个差异表达蛋白，其中10个在NJCMS2A中出现而在NJCMS2B中缺失和4个在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现。对热激蛋白22 kD、半胱氨酸蛋白酶、V型H+-ATP酶A亚基、MADS盒蛋白和淀粉分枝酶等主要差异蛋白进行功能分析，推测不育系NJCMS2A雄性不育性可能与能量代谢紊乱、细胞程序化死亡（PCD）、淀粉合成受抑制和花器官发育调节基因作用失控等有关。     

家蚕经菊酯类农药诱导后脂肪体蛋白的表达谱及烯醇酶基因的组织转录活性

为了从蛋白质水平探讨家蚕对菊酯类农药的抗性机制,采用双向电泳结合基质辅助质量飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)技术,分析家蚕5龄幼虫经氯氰菊酯诱导前后脂肪体蛋白的表达特征。采用ImageMaster6.0软件分析表明,对照组共检测到432个蛋白点,诱导实验组检测到369个蛋白点,其中能匹配的蛋白点有342对,匹配率为76.68%。对特征蛋白进行MALDI-TOF-MS分析鉴定的蛋白包括烯醇酶、线粒体醛脱氢酶、伴侣素、肌动蛋白、gag-like蛋白。烯醇酶(enolase)是糖酵解过程中极为重要的酶类。采用半定量RT-PCR对经氯氰菊酯诱导后的家蚕脑、中肠、丝腺、脂肪体、精巢、马氏管、血液等7个组织器官的烯醇酶基因进行表达分析,结果表明,烯醇酶基因转录水平在7个组织器官中都呈现下调趋势,分别下调了13.79%、10.71%、22.48%、7.40%、27.00%、11.50%、14.52%,其中脂肪体的烯醇酶基因表达和蛋白的表达下调一致。受菊酯类农药诱导的影响,家蚕5龄幼虫脂肪体蛋白的数目减少,烯醇酶基因在各组织器官减量表达,提示可能与蚕体的基础生理代谢受到抑制有关。     

玉米花粉与花丝早期互作的蛋白质组学分析

 【目的】分离授粉早期玉米花丝的总蛋白质,为从蛋白质组角度揭示玉米花粉与花丝早期的相互作用奠定基础。【方法】以玉米(Zea mays L.)自交系Ga25为试材,采用三氯乙酸-丙酮法提取总蛋白质,运用双向电泳、质谱分析与检索技术,比较自交授粉后1 h和2 h的花丝蛋白质组的差异。【结果】与授粉1 h的蛋白质组相比,在授粉2 h后的蛋白质组中出现28个差异蛋白点,其中,6个蛋白质点特异表达,19个蛋白质点上调表达,3个蛋白质点下调表达;通过MALDI-TOF-MS质谱测序和MASCOT序列分析,注释了23个蛋白质点,其余5个为未知蛋白;功能分类表明,差异蛋白质分别参与细胞壁合成(21.4%)、防御/抗胁迫(17.9%)、细胞组织、蛋白命运、蛋白合成、转录等细胞过程。【结论】在玉米花粉与花丝早期的相互作用过程中蛋白质组有显著的变化,与授粉后1 h相比,授粉后2 h的蛋白质组中大部分差异蛋白呈上调趋势,并有特异蛋白质出现;分泌型过氧化物酶、膨胀素、果胶甲基化酶抑制蛋白、谷胱甘肽转移酶与未知蛋白4可能与玉米花粉和花丝的早期互作密切相关。     

Cd2+对番茄幼苗生长和蛋白质组的影响

以3 d龄番茄幼苗为试验材料, 从生理、生化和蛋白质组角度, 分析0.01~1.00 mmol L^–1 Cd²⁺处理72 h后对幼苗的影响。结果表明, Cd²⁺处理导致幼苗生长严重受抑, 幼苗高度从对照组的4.76±0.50 cm分别降至3.79±0.05 cm (0.01 mmol L^–1 Cd²⁺处理, P<0.01)和1.77±0.15 cm (0.03 mmol L^–1 Cd²⁺处理, P<0.01)。根长度从对照组的6.07±0.04 cm降至4.77±0.58 cm (0.01 mmol L^–1 Cd²⁺处理, P< 0.01)和3.65±0.66 cm (0.03 mmol L^–1 Cd²⁺处理, P<0.01)。叶绿素含量在0.1 mmol L^–1 Cd²⁺处理后开始下降。当幼苗用0.05 mmol L^–1 Cd²⁺处理时, 根系中有10个蛋白质斑点, 叶片中有21个蛋白质斑点产生变化。利用MS/MS技术, 根系中有4个蛋白质斑点得以鉴别, 它们是ribosomal protein L 20 (斑点1)、F-box /LRR repeat protein (斑点2)、ribosomal protein small submit 4 (斑点4)和CBL-interacting protein kinase (斑点5)。在叶片中, 有2个蛋白质斑点消失, 4个蛋白质斑点合成, 它们是ABC transporter (斑点16)、maturase-like protein (斑点17)、chalcone synthase (斑点1)、a hypothetical protein (斑点3)、an unknown protein (斑点4)和a predicated protein (斑点6)。这些被鉴别的Cd²⁺反应蛋白参与生物合成、mRNA转录调控和蛋白质转运。     

低温对不同基因型黄瓜叶片蛋白质组的影响

 【目的】分离不同基因型黄瓜叶片的低温诱导蛋白，为从蛋白质组角度揭示黄瓜应答低温逆境的调控机制打下基础。【方法】以黄瓜（Cucumis sativus L.）的日光温室品种‘新泰密刺’和露地栽培品种‘津研4号’为试材，采用分步提取法溶解叶片总蛋白质，运用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳、双向电泳、质谱分析与检索技术，在100 μmol?m-2?s-1的光照条件下，比较研究低温（15/15℃）和常温（25/18℃）下叶片蛋白质组的差异。【结果】利用提取液Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分步提取叶片总蛋白质后，提取液Ⅰ溶解的黄瓜蛋白质较少。对提取液Ⅱ和Ⅲ溶解的叶片蛋白质进行双向电泳后发现，相对于常温处理，低温使‘新泰密刺’的7个蛋白质点特异表达、2个蛋白质点上调表达、2个蛋白质点下调表达、5个蛋白质点未表达;使‘津研4号’的7个蛋白质点特异表达、1个蛋白质点上调表达、4个蛋白质点下调表达、9个蛋白质点未表达。低温下，‘新泰密刺’的蛋白质点3和4 以及‘津研4号’中蛋白质点2的表达量显著高于常温处理，通过MALDI-TOF质谱分析，这3个蛋白质点被鉴定为1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的大亚基。【结论】黄瓜叶片的高亲水性蛋白质含量低;在相同的光照（100 μmol?m-2?s-1）条件下低温对不同基因型黄瓜叶片的蛋白质组均有影响;1,5-二磷酸核酮糖羧化酶可能与黄瓜叶片耐低温有关。     

大豆抗疫霉根腐病的蛋白组研究

利用双向电泳及MALDI-TOF-MS技术分析绥农10号真叶接种疫霉菌1号生理小种后的蛋白质组变化。在抗病品种绥农10号叶片中共获得19个差异表达蛋白点, 其中有12个上调表达, 6个下调表达, 1个特异表达(仅在接种后出现)。利用生物质谱分析8个上调表达点、1个下调表达点和1个特异表达点, 最终鉴定得到8个有注释功能的蛋白, 根据功能可分为4类, 第1类为参与新陈代谢的蛋白, 包括二磷酸核酮糖羧化酶的大亚基及前体、琥珀酰-辅酶A；第2类为参与信号传导的蛋白, 包括激酶受体类蛋白、氧化还原酶和半胱氨酸氧化还原酶；第3类为参与细胞内物质运输的蛋白, 包括衣壳蛋白的zeta-3亚基；第4类为转录因子, 是参与茉莉酸介导的F-box蛋白。这些蛋白可为进一步研究大豆抗病机制奠定基础。     

MALDI-TOF-MS用于微生物鉴定的影响因素分析

影响MALDI-TOF-MS微生物鉴定的因素有很多。本研究主要从微生物培养基、培养状态、菌体前处理、上样量等方面进行MALDI-TOF-MS操作技术和方法的探讨。研究结果显示:进行MALDI-TOF-MS细菌鉴定,培养时间在4～24 h之间为佳;尽量选择无色、不含盐的液体培养基;0.1μL菌液是最低鉴定菌量;上样量对结果无影响;对于菌体前处理,除按照标准化前处理程序操作外,也可将菌体加dd H2O制成混悬液进行点靶鉴定,这样更加简便。本研究有助于减少MALDI-TOF-MS操作盲目性,提高鉴定质量,利于操作的规范化和简便化。     

The Application of Microbiome Culturomics in Veterinary Medicine

Under laboratory conditions, the number of cultured microorganisms accounts for about 1% of the total number of microorganisms in nature, which limits people's understanding and utilization of 99% of the unknown microorganisms. However, relevant researches show that those "uncultured microorganisms" can be developed and utilized, and the uncultured microorganisms are the main body of the unknown microorganisms. The microbial culturomics explored the application of multiple culture conditions and long-term culture, it was combined with Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF-MS) and 16S ribosomal RNA (rRNA) sequencing to identify all kinds of microorganisms on a large scale. At the same time, whole-genome sequencing (WGS) and Metagenomics sequencing technology were used to analyze unknown microorganisms in depth. In this paper, the latest progress of culturomics in the ruminant gastrointestinal tract, poultry cecum, and livestock nasal microflora in recent years was reviewed, and the feasibility of applying the method of microflora culturomics in animal disease prevention and control was discussed. As a new research idea, culturomics has some immature aspects, but its development prospect is very broad. The complementary of microflora culturomics and other research methods have gradually become a breakthrough in the development of veterinary microbiology.     

寒胁迫诱导灰木相思无性系差异蛋白的表达

本实验提取寒胁迫前后的灰木相思组培苗的水溶性蛋白进行双向电泳和质谱鉴定,分析在寒胁迫条件下蛋白质组的变化。利用ImageMaster 5.0软件分析比较,经基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱测定差异蛋白点的肽质量指纹图谱,通过Mascot软件查询Swiss-Prot等数据库,鉴定得到4个显著差异蛋白点,R7、R15、R20表现为上调表达,R17表现为下调表达。结果表明:在寒胁迫条件下灰木相思组培苗存在明显的蛋白质表达差异。