激光生物学报

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2022, 31(6): 1-2.

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总目次

2022, 31(6): 1-6.

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研究进展

组织学病理图像在深度学习中染色处理的研究进展

罗诗欢，刘智明，杨必文，郭周义

2022, 31(6): 481-487.

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摘　要：深度学习使辅助诊断的软件能够更积极有效地开发和应用，但是组织病理学图像的颜色变化降低了这些算法的性能。染色归一化可以解决扫描仪效应、不同的染色方法、患者的疾病状态、染色时间等因素产生的图像异质性。虚拟染色可以摆脱载玻片染色，减少载玻片的制备步骤，为临床缩短样本的制备时间，节省大量的成本。在缺乏注释训练数据的情况下，病理图像数据增强可用于创建具有纹理和颜色、样式逼真的人工样本来促进网络训练。本文就组织学病理图像在深度学习病理分析中染色处理的染色归一化、虚拟染色和数据增强等方面展开综述，为组织学病理图像在临床上的应用和研究提供参考。
关键词：组织学病理图像；染色归一化；虚拟染色；数据增强；深度学习
中图分类号：TP391 　　　　　　文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.001

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研究进展

CRISPR-Cas9基因编辑技术在肿瘤治疗中的研究进展

丁弈丹，陈　晨

2022, 31(6): 488-497.

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摘　要：CRISPR-Cas9基因编辑技术具有简单、高效、针对性强的特点，可通过编辑DNA序列治疗一些难治的具有遗传基础的疾病，特别是癌症。近年来，此技术主要用于遗传修饰动物模型的制备与药物开发，现已进入癌症临床试验阶段，并获得喜人的成效，极具临床价值。本文对CRISPR-Cas9系统在肿瘤治疗中的研究进展，包括功能基因筛选、递送系统和免疫疗法等方面进行概述，探讨了其在临床转化中所面临的问题，并展望了发展前景，旨在为今后应用该技术进行肿瘤精准治疗提供参考。
关键词：CRISPR-Cas9；肿瘤；递送系统；功能基因筛选；免疫治疗
中图分类号：Q78；R730.5 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.002

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研究进展

水稻垩白相关基因及其功能的研究进展

唐先宇，萧浪涛，夏石头

2022, 31(6): 498-505.

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摘　要：水稻是我国最重要的粮食作物之一，高垩白性状严重降低了稻米的食用与加工品质。水稻的垩白性状主要由遗传控制，并受环境因素的影响。降低稻米的垩白含量是水稻育种改良的重要目标。近年来，研究者们揭示了多个与垩白相关的遗传学机制。本文从能量产生、能量物质分配、淀粉合成和淀粉体堆积结构等途径综述了水稻垩白性状相关基因及其遗传特性的最新研究进展，从而为水稻垩白形成的机理研究与稻米品质遗传改良提供参考。
关键词：水稻；垩白；垩白相关基因；基因功能；育种
中图分类号：S511 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.003

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研究论文

基于NF-κB荧光蛋白报告基因抗肿瘤药物筛选平台的建立

王瑞萍，程浩杰，余　雳，黄明敏，谭拥军

2022, 31(6): 506-511.

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摘　要：采用基因工程技术构建绿色荧光蛋白（GFP）报告基因质粒，有利于活细胞成像、蛋白质印迹（WB）、细胞流式分析及活细胞示踪等，从而对抗肿瘤药物进行筛选。利用聚合酶链反应（PCR）扩增NF-κB基因的启动子序列以及GFP基因片段，将其克隆到pGL6-Enhancer载体中，通过菌落PCR检测、酶切鉴定和测序证明了质粒构建成功。然后，将构建的质粒转染到HEK-293T细胞中，根据活细胞荧光成像、WB及流式细胞分析验证，构建的报告基因质粒在细胞内可正常表达。选择抗肿瘤药物雷帕霉素、紫杉醇、吉西他滨，以及本实验室正在研究开发的多肽类抗肿瘤药物M1-20、M1-21验证报告基因体系试验，发现构建的报告基因质粒可以响应药物对细胞的影响。该药物筛选平台的建立为研究抗肿瘤药物对供试细胞的影响提供了良好的试验技术体系，同时，也为构建活细胞示踪体系提供了材料。
关键词：报告基因；启动子；分子克隆；抗肿瘤药物；药物筛选平台
中图分类号：Q78；R73 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.004

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研究论文

转录因子AP-2α调控SOX9基因的表达

黄桂香，李志伟，丁小凤

2022, 31(6): 512-517.

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摘　要：肝癌是肝脏中最常见的恶性肿瘤，是全球癌症相关死亡的第三大主要原因。肝癌发病具有隐蔽性、细胞异质性、耐药性的特点，且肿瘤易侵袭、转移和复发，使得其临床治疗效果欠佳。转录因子AP-2α在肝癌中作为肿瘤抑制因子发挥作用，其表达与肝癌患者的预后呈现正相关。SOX9在细胞分化、性别决定和肿瘤发生中起主要作用。在肝癌细胞中，SOX9异常增加可以促进癌细胞的生长。本研究利用JASPAR软件预测到SOX9的启动子区域含有潜在的AP-2α结合位点，通过萤光素酶和凝胶迁移试验（EMSA）证实了AP-2α可以与SOX9的启动子区域直接结合，抑制SOX9的转录活性。通过实时定量PCR和蛋白质免疫印迹发现，AP-2α抑制了SOX9的mRNA和蛋白质水平表达。这些结果提示了AP-2α可与癌基因SOX9的启动子区域结合，负调控肝癌细胞中SOX9的表达。
关键词：肝癌；AP-2α；SOX9；基因调控；转录因子
中图分类号：R735.7 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.005

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研究论文

非小细胞肺癌奥希替尼获得性耐药细胞株的建立及其耐药机制的探讨

刘怡婷，王　喆，冯　静，高　敏，张秀伟，张允雷

2022, 31(6): 518-525.

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摘　要：耐药的产生是肺癌死亡率居高不下的主要原因。因此，建立非小细胞肺癌（NSCLC）第三代分子靶向药物奥希替尼获得性耐药细胞株，并探讨其耐药机制对肺癌耐药的研究具有重要意义。本研究采用间歇性大剂量冲击和梯度递增法，以HCC827为模型，在体外建立奥希替尼耐药细胞株HCC827OR。利用细胞计数（CCK8）法检测细胞增殖，通过耐药指数（RI）评估细胞对奥希替尼的敏感度；利用荧光染色法比较耐药前后细胞的形态学变化；利用Western blot法检测表皮生长因子受体（EGFR）及其下游信号蛋白的表达；第二代测序（NGS）检测EGFR的基因突变；细胞周期和划痕试验检测细胞的增殖和迁移能力。试验结果显示，HCC827OR的RI为18.65，表明HCC827OR为奥希替尼耐药细胞株。与野生型HCC827细胞相比，奥希替尼耐药细胞的核质比显著增大，关键蛋白p-EGFR表达显著下降，而细胞增殖相关的p-AKT显著增加，这表明其可能通过非EGFR依赖信号通路产生耐药。同时，流式细胞术和划痕试验结果表明，HCC827OR细胞株出现了明显的G2/M周期阻滞，但其迁移能力得到了提高。本研究成功构建了NSCLC奥希替尼耐药细胞株HCC827OR，初步证明了其可通过非EGFR依赖的旁路产生耐药，为研究肿瘤细胞耐药提供了重要的体外模型。
关键词：奥希替尼；非小细胞肺癌；表皮生长因子受体；耐药细胞株；耐药机制
中图分类号：R73 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.006

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研究论文

斑马鱼gpr112a基因敲除品系的构建

孙鲁宁，杨博宇，刘　玲，朱俊伟，杨添乐，彭　政，郑　澜，谢华平

2022, 31(6): 526-532.

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摘　要：GPR112蛋白作为黏附类G蛋白偶联受体（aGPCRs）家族的一员，由GPR112基因编码。它含有7个跨膜结构域，与G蛋白相互作用行使其功能。斑马鱼作为研究脊椎动物发育的重要模式生物，其基因组中含有GPR112的同源基因gpr112a，且在幼鱼和成鱼中均有表达。为了研究GPR112在脊椎动物生存和发育中的作用，利用CRISPR-Cas9技术构建了gpr112a基因敲除斑马鱼品系。首先，合成用于靶向gpr112a基因第二外显子的一对sgRNAs，经显微注射得到F0代嵌合体斑马鱼。然后，对嵌合体与野生型斑马鱼杂交所得的F1代斑马鱼进行基因型鉴定，筛选gpr112a突变杂合子，并对其gpr112a突变等位基因进行Sanger测序，以确定gpr112a基因敲除品系的建立。之后，gpr112a突变杂合子斑马鱼自交，获得gpr112a纯合子突变斑马鱼。经显微成像并观察发现，受精后7 dpf的gpr112a突变纯合子斑马鱼并没有出现与野生型差异明显的表型，这可能是斑马鱼机体的代偿机制所致。此研究为探究GPR112基因在脊椎动物生存和发育中的作用开辟了道路。
关键词：斑马鱼；gpr112a；CRISPR-Cas9；基因敲除；代偿机制
中图分类号：Q341；Q812 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.007

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研究论文

油莎豆丙酮酸激酶基因的鉴定及其在块茎发芽和幼苗形态建成时期的表达分析

史先飞，高　宇，黄旭升，周雅莉，刘宝玲，李润植，薛金爱

2022, 31(6): 533-541.

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摘　要：丙酮酸激酶（PK）是调控糖酵解途径的关键限速酶，在植物基础物质代谢等生物学过程中起着重要的作用。油莎豆（Cyperus esculentus L.）的块茎富含油脂、淀粉、糖等营养物质，是研究碳代谢及调控机制的一个理想模型。本研究基于转录组分析鉴定出7个油莎豆CePK基因，包括3个质体型CePKp（CePKpα、CePKpβ1和CePKpβ2）和4个细胞质型CePKc（CePKc1、CePKc2、 CePKc3和 CePKc4）。CePK编码的CePK蛋白均具有典型的PK和PK_C结构域，同一类型的CePK蛋白的序列长度、相对分子质量、稳定性和等电点等基本相似。CePKp为亲水蛋白，亚细胞定位预测位于叶绿体。CePKc为稳定的疏水蛋白，亚细胞定位预测位于细胞质。三级结构预测结果显示，CePK均为同源四聚体。在块茎发芽和幼苗建成时期，CePK基因的表达模式具有时空特异性，预示着CePK基因可能差异化调控块茎营养物质的代谢途径。该研究为深入解析油莎豆块茎发芽和幼苗建成的碳流通以及分配等生物学过程协同调控机制和油莎豆高产优质育种提供了新的科学依据。
关键词：油莎豆；丙酮酸激酶；块茎发芽和幼苗建成；碳流通；转录组分析
中图分类号：S565.9 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.008

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研究论文

根际细菌群落结构与装配对烟草根系生长性状的影响

侯建林，李宏光，肖艳松，职齐琦，胡　琦，许淘莎，于法辉，靳志丽，周向平

2022, 31(6): 542-549.

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摘　要：植物根际微生物与植物生长密切相关，但根际微生物群落如何影响根系的发育情况仍研究甚少。本研究利用16S rRNA基因高通量测序技术检测了烟草的根际细菌群落，并探究了烟草根系不同发育情况与根际微生物群落差异的关联机制。结果表明：相比不发达根系（UDR），发达根系（WDR）的根际细菌物种的丰度和多样性均较高，Gallionella和Luteimona等属的丰度显著增加，而Edaphobaculum、PLTA13和Rhodobacter等属的丰度则显著降低（P<0.05）；UDR的分子生态网络更加复杂，且物种间相互作用强，特别是合作行为，而WDR的网络关键节点数较多，其碳循环相关网络模块数与UDR相比增加；此外，WDR的根际细菌群落装配更趋向于发育聚集，且环境过滤在其中发挥了更重要的作用。总体上，本研究结果强调了根际微生物群落的结构组成、网络变化和群落装配在植物根系的生长过程中的重要作用，为植物根际微生物生态学研究提供了理论依据。
关键词：根际细菌；群落结构；发育装配；烟草；根系生长性状
中图分类号：Q938 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.009

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研究论文

野生黑斑蛙与驯食黑斑蛙的舌组织学比较研究

王雪景，陈志男，陈佳艳，黄　镇，符　文，彭亮跃，刘锦辉，徐永福，王冬武，肖亚梅，刘文彬

2022, 31(6): 550-558.

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摘　要：由于环境污染以及人工捕杀等因素，野生黑斑蛙（Rana nigromaculata）的数量已远不能满足人们的需求，因此，人工驯食蛙养殖逐渐兴起。但是，要保证驯食蛙的产量，第一步就是解决食物的摄取问题。而舌头是一个重要的摄食和味觉器官，直接影响了其对食物的摄取与否。因此，本研究采用光学显微技术、扫描电子显微技术及透射电镜超微技术对野生黑斑蛙和驯食黑斑蛙的舌背表面及内部超微结构进行了研究。石蜡切片研究表明，野生黑斑蛙与驯食黑斑蛙二者都有角质化的丝状乳头和菌状乳头。丝状乳头分布在整个舌背表面，并由主乳头和次级乳头构成。菌状乳头呈圆形，位于舌尖和舌缘；去除上皮后，菌状乳头的上皮细胞呈火山状，顶部有一个味蕾腔。但二者在舌组织学结构上也存在一定的差异：野生黑斑蛙舌表面的丝状乳头相对更加发达，且角质化程度比驯食黑斑蛙更明显。通过扫描电镜超微结构的比较发现，在野生和驯食黑斑蛙中都可以观察到位于背表面尾部区域舌侧的大尺寸轮廓乳头，以及由上皮褶皱组成的叶状乳头，并由平行的凹槽分隔开。二者的舌组织扫描亚显微结构也存在一定的差异：野生黑斑蛙舌表面的丝状乳头更加发达，其角质化程度比驯食黑斑蛙更大，这与石蜡切片研究结果一致。通过透射电镜超微结构的比较观察发现，野生和驯食黑斑蛙的舌心由骨骼肌纤维、结缔组织和舌腺组成。肌纤维在三个平面上交叉，固有层和黏膜下层包含有血管和神经纤维, 周围环绕着薄的结缔组织纤维。唾液腺局限于舌的后部，由许多浆液细胞和黏液细胞组成。因此，可推测黑斑蛙舌组织结构与其摄食食物是密切相关的。本研究结果既丰富了黑斑蛙乃至两栖类动物舌组织学结构的研究，也为野生黑斑蛙种质资源保护、驯食黑斑蛙饲料配方的改良及其产业发展提供了试验依据。
关键词：野生黑斑蛙；驯食黑斑蛙；舌乳头；组织学；水产养殖
中图分类号：S966.3+2 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.010

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研究论文

大气CO₂浓度和气温升高下硝化抑制剂后效对大豆土壤无机氮和N₂O排放的影响

李　超，郝兴宇，李　萍，宗毓铮，张东升，史鑫蕊

2022, 31(6): 559-567.

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摘　要：为探究气候变化背景下，小麦-大豆轮作体系中小麦季施用硝化抑制剂对大豆土壤无机氮、N2O排放及相关酶活性的后效作用，在控制气室内设置了不同的大气CO₂浓度（400和600 μmol/mol）和气温（环境温度T和T+2℃），在此基础上测定了小麦季添加硝化抑制剂时大豆土壤的硝态氮和铵态氮的含量、土壤硝化-反硝化相关酶活性以及N2O排放量。结果表明，小麦季添加硝化抑制剂配合麦秸还田，使大豆土壤的硝态氮和铵态氮均有所增加，但是对土壤硝化-反硝化酶的活性影响较小。升温（ET）使大豆土壤硝态氮含量显著增加，而铵态氮含量显著降低；大气CO2浓度增加（EC）或同时升高气温和CO2浓度（ECT），土壤硝态氮和铵态氮的含量均有所增加，但与环境高温和CO₂浓度（CK）下的无机氮含量差异不显著。不同环境条件下的土壤硝化-反硝化酶的活性没有明显规律。在ET和ECT条件下，大豆生长季N2O排放总量均显著高于CK处理，且添加硝化抑制剂使N2O排放量降低。EC与CK条件下的N2O排放量差异较小，但在CK条件下，硝化抑制剂处理的N2O排放量显著高于普通尿素处理。综上所述，在气温和CO2浓度升高背景下，硝化抑制剂的合理施用有利于大豆土壤有效氮的增加，但是温度升高（ET和ECT）使N₂O排放量增加，在此条件下添加硝化抑制剂可以减少N2O的排放，单独升高CO2浓度（EC）时，N₂O排放的变化不明显。本研究可为未来气候变化背景下的小麦-大豆轮作施肥管理及农田N2O减排提供理论支持。
关键词：大豆；气候变化；土壤硝态氮；N2O；酶
中图分类号：S565.1 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.011

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研究论文

刘琼芝，黄文丽

2022, 31(6): 568-576.

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摘　要：为了构建急性髓系白血病（AML）患者的预后风险模型，本研究通过IMMPORT数据库提取免疫基因，通过基因表达综合（GEO）数据库和AML相关转录组RNA测序数据集筛选差异表达的免疫基因，基于癌症基因组图谱（TCGA）数据库下载AML相关的表达谱数据集（TCGA-LAML）及临床数据，对差异表达的免疫基因进一步进行单因素COX回归分析和多因素COX回归分析，最终确定了关键免疫基因，随后根据免疫基因进行单基因预后分析以及免疫浸润分析。结果显示：与正常对照组相比，在AML患者的骨髓样本中，有55个免疫基因显著上调或下调，其中由4个免疫基因（FGF13、GZMB、FLT3、CRLF3）构建的风险模型能预测AML患者的预后［曲线下面积（AUC）=0.741］；高风险组和低风险组之间免疫细胞的含量存在显著差异，其中FGF13、CRLF3为低风险基因，GZMB、FLT3为高风险基因。这为4个免疫基因FGF13、GZMB、FLT3、CRLF3及其构建的风险模型用于监测AML患者的预后和免疫浸润情况提供了理论基础。
关键词：急性髓系白血病；免疫浸润；预后；免疫基因；生物信息学
中图分类号：R733 文献标志码：A　　　　　DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2022.06.012

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