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摘要： Mechanobiology, a relatively young field that centers on how external physical forces on cells or tissues and their intrinsic mechanical properties can influence physiology and disease, has become a pillar in cell biology. Indeed, cells experience a myriad of external, mechanical stimuli such as shear stress, stretch, substrate and matrix rigidity, surface topography, compression, and inter-cellular junction forces. Mechanosensors on the cell surface interfacing with the external environment (e.g., receptors, mechanosensitive ion channels, focal adhesions) and within the cell (e.g. the cytoskeleton) can sense, transmit, and amplify these inputs. This results in a cascade of intracellular biochemical signaling that leads to altered gene expression, protein expression, and finally, altered cell behavior and function. This process is known as mechanotransduction. Mechanotransduction at the cellular-scale has perceptible, large-scale implications such as proper organism development, our ability to sense sound and touch, function and homeostasis of organ systems, and disease progression. Previous work in mechanobiology has focused on investigating or capitalizing on native, endogenous mechanotransduction. This dissertation work proposes a relatively unexplored frontier in mechanobiology: exogenous mechanotransduction, by demonstrating a novel approach towards achieving signal transduction and mechanically driven behavior in cells through the introduction of exogenous mechanosensory components. Here we demonstrate how the functional expression of the E. coli membrane tension gated mechanosensitive channel of large conductance (MscL) in mammalian cells endows the cells with new mechano-sensing capabilities such as the activation of MscL in the plasma membrane through membrane tension resulting from (1) osmotic down-shock and (2) new interactions with native mechano-sensory components, as well as altered cell function such as (3) impairment of cell migration in metastasis i

关键词： 林乔利科   系统分类学   个体发育   澄江生物群   寒武纪大爆发  

摘要： 发现于我国云南东部寒武纪早期(第二世第三期)的澄江生物群是世界上保存最好的特异埋葬化石库之一,其中节肢动物化石是该化石库中多样性最高的类群,占到了已描述总物种数的30.8%,是研究真节肢动物起源与早期演化这一重要基础科学问题的珍贵素材。林乔利科(Leanchoiliidae)是澄江生物群节肢动物中的优势类群,但长期以来其丰富的化石材料一直缺少系统的整理和研究。本论文以澄江生物群中大量林乔利科节肢动物化石标本为材料,对林乔利科的形态学、分类学、系统发生学和个体发育开展系统的研究,以期进一步加深理解寒武纪早期真节肢动物化石的演化意义。通过系统的标本整理和形态学的研究,识别出澄江生物群中三种新的林乔利科节肢动物,分别为Leanchoilia obesa ***.、Alalcomenaeus siveterorum ***.和Alalcomenaeus caudellus ***.,并对林乔利科其它属种进行了修订,重新定义了林乔利科的鉴定特征为:大附肢具有五个肢节的大附肢类节肢动物,其中茎部2个肢节,远端3个肢节,远端第一、二肢节具有长的内突,末端各有一个细长的鞭节,第三远端肢节长,末端具爪和细长的鞭节;躯干具有11个体节;尾节具有刚毛。在对形态矩阵进行重新编码后,对林乔利科节肢动物已报道的5属13种以及其它的大附肢类节肢动物进行了分支系统分析。分析结果支持林乔利科的单系性,但不支持林乔利目是单系群;分析结果支持Leanchoilia superlata、***、***和***组成Leanchoilia属的‘核心类群’(可能还包括***);但Leanchoilia属是否为单系群需要未来对其他几个‘泛林乔利属’(Actaeus、Oestokerkus和Yawunik)的形态学和分类学进行重新评估。本论文首次描述了Leanchoilia obesa尾节的发育模式,发现其尾节前、后部位的发育存在异时现象,这表明林乔利科节肢动物的尾节是一个二分的结构;据此笔者提出林乔利科节肢动物的尾节具有极其重要的分类学意义。首次通过定量分析的方法对Leanchoilia illecebrosa和Alalcomenaeus siveterorum的个体发育进行了研究,揭示了二者在发育过程中的身体长度增长速率大于身体宽度的增长速率,这表明林乔利科节肢动物在发育过程中身体的长宽比在逐渐变大;这一体形上的变化趋势可能和林乔利科节肢动物在发育过程中生活环境的变化以及成体和幼体之间生态区位的分化有关。研究还发现Leanchoilia属和Alalcomenaeus属的躯干、头甲和尾节之间存在生长速率的差异;这种发育上的异速现象可能是寒武纪林乔利科节肢动物多样性比较高的原因之一。本论文的研究增加了学界对澄江生物群中大附肢类节肢动物的多样性的认识,为研究大附肢类节肢动物化石的亲缘关系提供了基本的分类学基础,为理解寒武纪时期节肢动物多样性的演化机制提供了个体发育学的证据。

ISBN: (纸本)9787030573995

关键词： 哺乳动物   SNX25蛋白   PX结构域   磷脂酰肌醇   分子机制  

摘要： Sorting Nexin(SNX)蛋白家族是由一类具有吞噬细胞氧化酶同源性结构域(Phox-homology domain，PX domain)的蛋白质组成的。PX结构域能够与磷脂酰肌醇相互作用，并且在细胞内物质运输、信号转导、膜重建等过程中发挥作用。目前为止，在酵母中SNX家族包含10个蛋白，在哺乳动物中SNX家族包含34个蛋白。根据SNXs蛋白质结构域的特点，又将哺乳动物的SNXs蛋白质分为三类:第一类为含有PX结构域和Bin，amphiphysin，Rvs (BAR)结构域的亚家族;第二类为只含有PX结构域的亚家族;第三类为含有PX结构域以及另外一些已知结构域的亚家族。　　在第三类SNXs的亚家族中，有4个结构域组成非常特殊以及类似的蛋白质:SNX13、SNX14、SNX19、SNX25，它们包含了PX结构域、PX-associated (PXA)结构域、Regulator of G-protein signaling (RGS)结构域（注:SNX19不包含该结构域）、以及C-terminal PX-associated(PXC)结构域。已有的研究表明，SNX13和SNX 19的PX结构域能够与磷脂酰肌醇三磷酸(PI3P)相互作用，并定位在早期内含体上;而由于SNX14与SNX25的PX结构域缺少与磷脂酰肌醇结合的保守的关键氨基酸，SNX 14与SNX25的PX结构域被认为不能够结合磷脂酰肌醇。然而在本实验室前期的研究中已经证明斑马鱼SNX25-PX的二聚体形式能够与PI3P相互作用。但是，由于目前没有解析SNX25-PX二聚体的结构，其与PI3P相互结合的分子机制仍不清楚。　　本研究对鼠源和人源的SNX25-PX结构域蛋白进行表达和纯化后，发现它们在溶液中都能够形成单体和二聚体。蛋白质-脂质相互作用实验表明，与单体相比，鼠源和人源的二聚体都显著地提高了结合PI3P的能力。为了进一步研究SNX25-PX结构域二聚体的形成以及其结合磷脂酰肌醇的分子机制，我们对鼠源和人源的SNX25-PX结构域进行了结构生物学研究。对鼠源和人源的SNX25-PX结构域的单体和二聚体分别进行了晶体筛选，但只获得了鼠源SNX25-PX结构域单体蛋白的晶体。有意思的是，我们发现鼠源SNX25-PX晶体的一个不对称单位中有一个由二硫键介导的二聚体。该二聚体的理论小角散射曲线与鼠源SNX25-PX二聚体蛋白溶液中的小角散射曲线吻合较好，这表明该二聚体的结构与溶液中SNX25-PX二聚体的结构是一致的。通过蛋白质-脂质相互作用实验发现，二聚体作用界面上的碱性氨基酸(R332，K333)不是结合P13P所必须的;位于多聚脯氨酸loop上的氨基酸(K351，K355)是结合PI3P的关键氨基酸。由此，我们解析了SNX25-PX结构域的结构，发现了的PI3P结合位点，并提出了SNX25-PX二聚体结合PI3P的新模型。

关键词： H5Nx禽流感病毒   野生动物   遗传进化   生物学特性  

摘要： 近年来,H5Nx禽流感病毒遗传进化迅速,不断通过基因突变和基因重排产生新的亚型,严重威胁家禽养殖业和人类健康,对H5亚型禽流感的防控带来新的挑战。野生动物在H5Nx禽流感病毒的进化、流行与传播过程中扮演了重要角色。一方面,野鸟是禽流感病毒的天然储存库,禽流感病毒可随候鸟在全球范围内长距离迁徙而获得与各地区流行病毒重组和重配的机会。另一方面,致死性H5N1禽流感病毒跨种传播至果子狸、虎、狮等野生哺乳动物,威胁野生哺乳动物的生命安全和生物多样性。监测H5Nx流感病毒野生动物中的流行趋势,解析野生动物携带H5Nx流感病毒的遗传进化规律及其对家禽、哺乳动物致病性和传染性改变趋势,对于及时进行H5Nx禽流感病毒流行预警、评价野生动物携带的H5Nx流感病毒有无跨种传播风险至关重要。本研究通过对野鸟及野生哺乳动物感染H5Nx禽流感病毒进行主动预警监测和紧急疫情检测明晰了野生动物携带H5Nx禽流感病毒情况;利用病毒全基因组测序、系统发育及关键氨基酸位点分析解析了野生动物源H5Nx禽流感病毒遗传进化情况,进而通过体外和体内复制动力学、受体结合特性检测、豚鼠间传播实验等方法,评价了不同野生动物源H5Nx禽流感病毒致病性与传播能力。首先,本研究进行了野鸟及野生哺乳动物的主动预警监测和紧急疫情检测。2015年8月份至2017年5月份,选取候鸟迁徙路线上重要的繁殖与停歇地作为野鸟样品采集点,采集咽拭子、肛拭子、粪便等样品共计9082份,分离获得不同亚型的低致病性禽流感病毒53株,包括:H3N8(7株)、H4N6(12株)、H9N2(8株)、H6N5(6株)H7N8(14株)、H10N4(1株),H10N7(4株)、H12N5(1株),未分离到H5亚型禽流感病毒。在紧急疫情检测方面,本研究从死亡野鸟体内分离获得3株clade 2.***.4.4 H5N6及H5N8亚型禽流感病毒,从死亡东北虎及狮子体内分离到3株clade 2.***.2.1c H5N1亚型禽流感病毒,继而对分离到的H5Nx AIVs毒株进行系统发育分析,明确了其遗传进化情况,并对决定其相关生物学特性的关键氨基酸位点进行分析,发现不同谱系野生动物源H5Nx禽流感病毒重配情况复杂,既存在H5亚型之间的重配,又存于低致病禽流感病毒的重配。氨基酸突变位点分析显示H5Nx分离株不同程度携带哺乳动物致病性增强的氨基酸突变位点。在上述研究的基础上,将虎源H5N1、狮源H5N1、野鸟源H5N8(斑头雁)、H5N6(孔雀)亚型禽流感病毒野毒株分别感染MDCK细胞和BALB/c小鼠,评价与分析野生动物源H5Nx分离株的体内外复制能力、组织嗜性、小鼠半数致死量、受体结合能力、致病性及传播能力。实验结果表明,clade 2.***.2.1c H5N1禽流感病毒在体内外表现出更强复制能力,对小鼠具有广泛的组织嗜性及高度致病性。Clade2.***.4.4野鸟源H5亚型禽流感病毒可以不经适应直接感染小鼠并在呼吸系统内复制,其中野鸟源H5N8对小鼠呈低致病性,野鸟源H5N6对小鼠呈中度致病性。与野生哺乳动物源clade 2.***.2.1c H5N1禽流感病毒相比,其在体内外复制能力较低,表现出有限的组织嗜性;保持结合禽样受体的能力,且不能在豚鼠间传播。综上所述,本研究加深了对野生动物携带H5Nx禽流感病毒的认识和理解,对野生动物源H5Nx禽流感病毒生物学特性的评价,为预测野生动物源H5Nx禽流感病毒遗传进化趋势及其生物安全风险评估提供借鉴和参考。

关键词： 神经调节   体液调节   免疫调节  

摘要： 人和高等动物的生命活动调节这一部分知识,对中学生来说是一个需要掌握的重点,但同时也是一个难点.对这一部分知识,如何才能较容易地理解和掌握呢?本文就试图从问题入手,并进行调节的实例分析,希望可帮助中学生较容易地掌握它们.

关键词： 鄂西   山区河流   大型底栖动物   群落结构   生物评价指数  

摘要： 鄂西地区是我国南北气候过渡带,水资源十分丰富,如恩施、宜昌和十堰等山区河网是长江重要支流,是国家级水源保护区。近期鄂西一些河流水体断面监测数据显示,部分区域水质污染较重,直接威胁长江水环境安全。为增进对鄂西山区河流水生态状况的了解,为合理实施有针对性的生态保护措施提供科学依据,共同推进长江流域绿色发展,本研究于2014-2017年不同时段在清江利川段(Q)、宜昌国家可持续发展实验示范区卷桥河(J)、宜昌市水源地黄柏河(H)和丹江口入库河流天河郧西段(T)选择对外界污染反应敏感的大型底栖动物,开展了其群落结构特征及水质生物学评价研究,具体结果如下:(1)2016年5月-2017年3月在Q河(源头至利川设置5个采样点)开展了6次调查研究,共检出5门8纲16目61科,其中源头采样点Q1共采集9目,蜉蝣目占74.1%;临村庄Q2采样点共采集7目,蜉蝣目占41.6%;下游城区上、中、下Q3、Q4和Q5采样点分别采集10、9和13目,优势目均为十足目,其数量分别占总量的73.5%、79.9%和54.5%;敏感类群蜉蝣目比例从Q1-Q5逐渐降低,表明水质污染沿河流呈加重趋势。运用FBI科级生物评价指数、SIGNAL敏感性计分指数、BPI生物学污染指数、EPT-Fa科级分类指数和生物多样性评价指数等对Q河水污染状况进行评价,表明FBI与SIGNAL对水质的敏感性更高,其中Q1略有污染、Q2和Q3点处于中等污染,Q4和Q5点处于中等污染和严重污染状态;比较结果表明FBI和SIGNAL指数可以作为Q河水质污染生物评价指数,其中SIGNAL应作为首选。(2)为了进一步研究鄂西其他河流的水质污染状况,并验证FBI和SIGNAL指数评价适用性,于2014年10月-2017年1月不同时段在J、H、T和Q开展了研究。J河上游J1点以敏感类群细裳蜉科为主,中游J2点以具一定耐污能力的匙指虾科为主,下游J3点以耐污类群摇蚊亚科为主,其中耐污类群数量占比超过一半而污染敏感类群蜉蝣目仅占0.7%。H河7个采样点优势类群均以水质敏感性高的底栖动物为主。T河城市上游T1和T2以蜉蝣科为主;城市下游T3和T4以摇蚊科为主。Q河2次采样的底栖动物群落结构特征和耐污类群分布及其变化趋势和(1)中6次采样结果趋于一致。基于底栖动物耐污性及其丰度占比分析,表明J、Q和T河流污染程度沿水流方向呈加重趋势,而H河水体健康状况整体较好。运用FBI和SIGNAL指数分析表明四条河流健康程度沿水流方向均呈下降趋势,但H变化趋势平缓,与水质理化指标变化一致。本结果进一步验证了FBI和SIGNAL指数可以作为鄂西河流水质污染生物评价指数。鄂西山区底栖动物敏感指示类群的变化能够反映水体污染情况,水质污染程度从源头到下游在流经村庄城镇后多呈现加重趋势。尽管四条河流(段)采集到的底栖动物数量与种类有差异,采样时间/次数也不一致,但底栖动物污染敏感性分类及FBI和SIGNAL底栖生物评价指数对水体健康状态的反应具有很好的一致性,表明基于底栖动物群落特征的FBI和SIGNAL评价指数适合于评估鄂西山区河流的水生态健康状况。

关键词： 对分课堂   动物生物学   讲授式   讨论式  

摘要： 动物生物学是生命科学中重要的基础课,传统教学不利于调动学生学习的积极性和主动性,不利于培养创新性。本文针对动物生物学讲授式教学的弊端,实行对分课堂,通过课上精讲内容,学生课下内化思考完成作业,下次课堂开展讨论,将讲授式和讨论式教学有机结合起来,促进学生自主学习、深入思考、个性化学习,增加了师生、生生互动,有利于培养学生批判性思维和创新能力,显著提高了教学效果,值得推广。

关键词： Evolution   Diversity   Molecular mechanisms   Arms race   Coevolution  

摘要： Understanding how biotic interactions shape the genomes of the interacting species is a long-sought goal of evolutionary biology that has been hampered by the scarcity of tractable systems in which specific genomic features can be linked to complex phenotypes involved in interspecific interactions. In this review we present the compelling case of evolved resistance to the toxic challenge of venomous or poisonous animals as one such system. Animal venoms and poisons can be comprised of few or of many individual toxins. Here we show that resistance to animal toxins has evolved multiple times across metazoans, although it has been documented more often in phyla that feed on chemically-armed animals than in prey of venomous predators. We review three types of gene-product based resistance: 1) toxin scavenging, where molecules produced by the envenomed organism bind and inactivate the toxins;2) target-site insensitivity, including landmark cases of convergent changes that make the molecules normally targeted by animal toxins refractory, and;3) off-target repurposing, where envenomed organisms overcome toxicity by exploiting the function of toxins to alter their physiological effect. We finish by discussing the evolutionary processes that likely played a role in the origin and maintenance of toxin resistance. We conclude that antagonistic interactions involving poisonous or venomous animals are unparalleled models for investigating microevolutionary processes involved in coevolution and linking them to macroevolutionary patterns. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved.