The effect of AlN growth time on the electrical properties of Al0.38Ga0.62N/AlN/GaN HEMT structures

Al0.38Ga0.62N/AIN/GaN HEMT structures have been grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) on 2-inch sapphire substrates. Samples with AIN growth time of 0s (without AIN interlayer), 12, 15, 18 and 24s are characterized and compared. The electrical properties of two-dimensional electron gas (2DEG) are improved by introducing AIN interlayers. The AIN growth time in the range of 12-18s, corresponding to the AIN thickness of 1-1.5 nm, is appropriate for the design of Al0.38Ga0.62N/AIN/GaN HEMT structures. The lowest sheet resistance of 277 Omega sq(-1) and highest room temperature 2DEG mobility of 1460 cm(2)V(-1) s(-1) are obtained on structure with AIN growth time of 12s. The structure with AIN growth time of 15s exhibits the highest 2DEG concentration of 1.59 x 10(13) cm(-2) and the smallest RMS surface roughness of 0.2 nm. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Rhodococcus qingshengii sp nov., a carbendazim-degrading bacterium

A Gram-positive, aerobic, non-motile, mesophilic strain, djl-6(T), able to degrade carbendazim, was isolated from a carbendazim-contaminated soil sample from Jiangsu province, China. The taxonomic position of this isolate was analysed by using a polyphasic approach. Chemotaxonomic analysis including peptidoglycan type, diagnostic sugar composition, fatty acid profile, menaquinones, polar lipids and mycolic acids showed that the characteristics of strain djl-6(T) were in good agreement with those of the genus Rhodococcus. DNA-DNA hybridization showed that it had low genomic relatedness with Rhodococcus baikonurensis DSM 44587(T) (31.8%), Rhodococcus erythropolis DSM 43066(T) (23.8%) and Rhodococcus globerulus DSM 43954(T) (117.7%), the three type strains to which strain djl-6(T) was most closely related based on 16S rRNA gene sequence analysis (99.78, 99.25 and 98.91% similarity, respectively). Based on the phenotypic properties and DNA-DNA hybridization data, strain djl-6(T) (=CGMCC 1.6580(T) =KCTC 19205(T)) is proposed as the type strain of a novel Rhodococcus species, Rhodococcus qingshengii sp. nov.

线粒体 DNA 相关疾病的系统发育学研究

线粒体是细胞内提供能量的细胞器，并负责调节细胞的程序化死亡。因遗传 缺陷引起的线粒体功能障碍会导致ATP 合成障碍、能量产生不足而出现一系列 病症。线粒体DNA 相关疾病目前日益受到广泛的关注，然而在线粒体DNA 相 关疾病领域常用的病例对照法容易受到遗传背景、群体分层、数据质量等方面因 素的影响以致经常得到假阳性结果。系统发育分析方法有助于解决这些方面的问 题，因此我们以此分析方法开展了如下工作： 首先我们对线粒体DNA C1494T 突变及其所属单倍型类群和氨基糖苷类药 物性耳聋之间的关联进行了研究。之前有研究报道了两个中国氨基糖苷类药物性 耳聋的家系，经过对先征者的线粒体DNA 全序列测定在这两个家系中都发现了 C1494T 突变。我们采用系统发育方法分析这两个家系先征者的全序列后，发现 这两个个体都属于线粒体单倍型A。巧合的是，在我们之前的研究中，在一个来 自武汉的汉族样本WH6980 中也有C1494T 突变，而且该个体同样也属于单倍型 类群A。这不由得使人想到：C1494T 突变可能是单倍型类群A 中一个分支的界 定位点，或者，受母系遗传背景的影响，该突变偏好于在A 类群中发生。那么 很有可能单倍型类群A对能够引发氨基糖苷类药物性耳聋的C1494T 突变的发生 有促进作用。 为了验证这个假设，我们从三个省份随机选取了553 个正常个体来检测 C1494T 突变，以调查该突变在普通人群中的发生频率。另外，我们从1823 个中 国人样本中筛选出属于单倍型类群A 的111 个体，在这111 个个体中检测C1494T 突变，以调查该突变是否为单倍型类群A 特有的变异位点。我们的结果表明： 在553 个随机样本群中没有检测到C1494T 突变，这说明该突变是一个稀有的突 变，在正常人群中发生的频率极低。另外，在111 个属于单倍型类群A 的样本 群中，我们也没有检测到C1494T 突变的存在，这说明该突变并非单倍型类群A 特有的变异位点。经过对带有C1494T 突变的全序列进行综合的系统发育学分析 表明，这三条序列的C1494T 突变应是来源于同一次突变事件。同时，根据序列 之间共享变异位点的状况推断，两个耳聋家系具有很近的母系亲缘关系，我们推 测这两个家系的C1494T 突变是来源于一位共同的近期母系祖先。综合这些结果 表明，C1494T 突变的发生与单倍型类群即母系遗传背景没有相关性，是属于在人群中频率极低的散发性突变。 我们又将系统发育分析的方法应用于肿瘤相关的线粒体DNA 突变的研究 中。线粒体在细胞的自由基产生以及细胞凋亡中扮演重要角色；有研究报道线粒 体功能的缺陷能导致癌症的发生，同时又有很多报道指出癌变组织的线粒体基因 组存在异常。为探讨癌组织中线粒体基因组的变异情况及其在癌症的发生和发展 中所扮演的角色，我们选取乳腺癌早期患者为研究对象。 近年来，有大量的研究都报导了在癌组织中存在高频率高密度的线粒体 DNA 体细胞突变，并认为这些突变在肿瘤发生过程中可能具有功能相关性。但 这些研究存在着不可回避的问题，总结来讲归为三个方面：①数据质量差：很多 前面报道的突变数据，经系统发育分析，发现存在不少因样本交叉污染所造成的 假阳性突变。②所测片断太短。大多数研究只是检测了D-loop 区，只占了整个 基因组的约十六分之一，很难全面反映问题。③对照设置有问题，许多研究进行 简单的case-control 分析，忽略了不同个体间母系遗传背景的差异，导致大量假 阳性突变的产生。 针对以上问题的存在，我们基于系统发育分析的方法在中国的乳腺癌病人中 开展了一项研究。分别取得10 例乳腺癌早期患者的癌组织、癌旁组织、以及远 端正常组织；提取了总DNA，对每一份组织样品进行线粒体全基因组测序。这 样做有两个研究目的：第一是调查在严格的质量控制手段下，排除交叉污染所造 成的假阳性突变后，在癌症病人中是否仍然能观察到高频率高密度的线粒体 DNA 体细胞突变。第二个目的是调查中国乳腺癌患者线粒体DNA 体细胞突变情 况，为乳腺癌早期诊断提供有效的信息。 为了避免过去部分研究中出现的问题，我们采取了相应的措施。首先是在严 格的质量控制下，我们对同一个病人的三种不同组织，即癌组织，癌旁组织，正 常组织中的线粒体基因组进行全序列测定的方式来检测体细胞突变。同时将所测 得线粒体全基因组序列进行系统发育的分析；结果表明属于同一个病人的不同组 织都能忠实的聚到一支，而且每一条全序列都完整的带有所属单倍型特有的界定 位点，不存在任何样本交叉或者污染的情况；这样进一步确证了我们数据的可靠 性。同时经过这样的比较，可以非常清晰的筛选出在某一种组织类型中所发生的 体细胞突变。来自10 例病人的癌组织，癌旁组织和正常组织的29 条（7#患者远端正常组 织没有得到）线粒体基因组全序列中，我们只检测到了两个体细胞突变（T2275C 和A8601G）。这两个突变经PCR 克隆试验的验证，在远端正常组织中均不存在， 是真实的体细胞突变。突变A8601G 同时出现在3#患者的癌组织和癌旁组织中； 提示线粒体DNA 的体细胞突变可能先于细胞的癌变，这可能对乳腺癌的早期临 床诊断具有一定的意义。突变T2275C 只出现在6#患者的癌组织中，该突变位于 16S rRNA 基因非常保守的位点上，我们对该突变位点潜在的生物学作用作了进 一步的讨论。 在我们研究的病例中体细胞突变的比率要远远低于先前的报道；造成差异的 主要原因可能是因为我们采取了严格的质量控制手段。综合我们的研究结果表 明，先前所报道的乳腺癌组织中的线粒体基因体细胞突变的频率存在被高估的现 象。目前线粒体突变与肿瘤发生的关系还有待于更深入的研究，同时我们呼吁本 领域的研究要加强数据质量的可靠性。我们的研究表明，系统发育的分析方法在 线粒体DNA 相关疾病的研究中是有效的，因此我们推荐在线粒体DNA 相关疾 病的研究中进行推广。

印度人群线粒体 DNA 系统发育基因组学研究

人类线粒体DNA(mtDNA)是一个长度16,569bp 的环状分子，编码13 种蛋白 质、22 种tRNA 和2 种rRNA。由于mtDNA 全基因组信息具有缺乏重组、母系 遗传、高突变速率和相对较高的分辨率等特点，近年来已经成为重建人类历史的 重要工具。这些研究已经证实，mtDNA 最古老的六个单倍型类群，L0-L5，在非 洲特异的出现；而6-7 万年前从L3 衍生出的M 和N 两个超类群最终占领了世界 其他地区。然而，mtDNA 全序列研究在世界上某些特定地区尚是一片空白，其 中之一便是作为人类“走出非洲”的关键区域——印度。 为弥补这一空白，我们从 1200 个印度样品中选择了131 个可以代表所有主 要单倍型类群的个体，进行了全基因组扩增和测序，手工重建并软件验证了系统 发育关系树。我们的结果发现了12 个新的印度特有单倍型类群(N5, R7, R8, R30, R31, M34-M40)，修订了11 个已知特有单倍型类群(N1d, R5, R6, U2a, U2b, U2c, M2, M4, M5, M6, M30)的定义，详细描述了存在于印度的欧洲特有类群(HV, JT, U, N1, W)。 这一工作产生了多个推论。第一个是关于人类“走出非洲”假说长期以来 存在的争论。欧亚大陆和大洋洲mtDNA 在M 和N(包括R)超类群系统发育关系 上星状和不重叠的分布，表明了人类走出非洲是沿着亚洲海岸线(即所谓的“南 方路线”)的一个快速扩散的过程。第二个推论是关于存在于印度的欧洲特有世 系。与典型的欧洲世系相比，这些世系仅仅存在一到两个突变，从而证实了新石 器时代以来来自于近东新月地带或中亚高原的基因流。第三个推论涉及一个早期 的印度全序列研究。仔细分析其数据表明，他们的数据丢失了很多基部的特有突 变并产生了多个幻影突变，从而证实了系统发育思想对检测数据质量的作用。 随着印度人群 mtDNA 全序列研究的完成，人类mtDNA 系统发育的基本框 架得以建立。人类mtDNA 明显地呈现出大洲特异性分布。目前已经有两种假说用来解释这一现象。传统的观点把这一现象归于遗传漂变；而近期的选择假说认 为选择在人类mtDNA 的分化中扮演了极其重要的角色，而气候是主要的选择压 力。为解决这一争论，我们收集了来自南亚、大洋洲和东亚三个具有不同气候的 地区的mtDNA，使用直接计数的办法比较了各个大洲之间同义突变和异义突变 的差异。结果表明，几乎在所有的基因中，异义突变的数量低于同义突变的数量， 从而表明纯净化选择是人类mtDNA 进化中的主要力量。然而，在这三个大洲之 间没有发现显著的差异，表明mtDNA 在这三个区域上所承受的选择压力基本相 同。这一结果表明，气候不大可能是造成人类mtDNA 分化的主要原因。

A switch-on mechanism to activate maize ribosome-inactivating protein for targeting HIV-infected cells

Maize ribosome-inactivating protein (RIP) is a plant toxin that inactivates eukaryotic ribosomes by depurinating a specific adenine residue at the a-sarcin/ricin loop of 28S rRNA. Maize RIP is first produced as a proenzyme with a 25-amino acid internal inactivation region on the protein surface. During germination, proteolytic removal of this internal inactivation region generates the active heterodimeric maize RIP with full N-glycosidase activity. This naturally occurring switch-on mechanism provides an opportunity for targeting the cytotoxin to pathogen-infected cells. Here, we report the addition of HIV-1 protease recognition sequences to the internal inactivation region and the activation of the maize RIP variants by HIV-1 protease in vitro and in HIV-infected cells. Among the variants generated, two were cleaved efficiently by HIV-1 protease. The HIV-1 protease-activated variants showed enhanced N-glycosidase activity in vivo as compared to their un-activated counterparts. They also possessed potent inhibitory effect on p24 antigen production in human T cells infected by two HIV-1 strains. This switch-on strategy for activating the enzymatic activity of maize RIP in target cells provides a platform for combating pathogens with a specific protease.

藏鸡和姬鼠属(Apodemus )系统进化中的比较基因组学研究

在过去的十几年时间里，利用不同的分子标记促进了分子生态学和群 体遗传学的较大发展，其中线粒体DNA 和微卫星DNA 分析在分子生态学 研究中得到了最为广泛的应用，多核基因分子标记也越来越受到人们的关 注。本文采用了比较基因组学方法来研究了藏鸡(Tibetan Chickens)和姬鼠 属(Apodemus)的系统进化，对藏鸡的研究主要是为了解决藏鸡的系统进化 地位及其线粒体基因组的进化特征；对姬鼠属的研究目的在于发展建立一 种崭新的研究野生动物系统进化和生物地理的比较基因组学手段。主要结 果描述如下： (1)藏鸡(Tibetan Chickens)线粒体全基因组序列的测序和分析 通过利用PCR 扩增，测序，拼接，获得藏鸡线粒体全基因组序列并进 行数据分析处理。藏鸡线粒体全基因组序列全长16783bp，共有13 个蛋白 质编码基因、2 个rRNA 基因、22 个tRNA 基因和1 个D-loop 区。模拟电 子酶切结果显示，藏鸡DraI 酶的酶切结果和其他家鸡及红原鸡的酶切结果 都相同。基于D-loop 区全序列和13 个蛋白质编码基因序列，采用N-J 算 法与原鸡属4 个种，3 个亚种和3 个家鸡品系构建系统进化树：初步确定 藏鸡起源于红原鸡，与家鸡中的来航鸡、白洛克鸡亲缘关系最近，但是藏 鸡的进化与来航鸡、白洛克鸡这两个家鸡品系又显得相对独立。推测可能 原因是藏鸡的祖先在进入高原以后处于相对封闭的环境，从而形成了独特 群体遗传特性。 (2)姬鼠属(Apodemus)系统进化中的比较基因组学研究 本文中我们利用比较基因组学的研究方法寻找Exon-Primer-Intron- Crossing(EPIC)座位，并在中国四川省姬鼠属3 个种18 个个体中进行检验。 其方法是：通过比较人和小家鼠基因组，选择其中的外显子高度保守的单 拷贝基因，然后在500-1500bp 长度内含子的两端利用外显子序列设计了引 物，再进行PCR 扩增和克隆分析。通过PCR 扩增，我们在102 对引物选 择了6 对引物在18 个姬鼠属个体中进行PCR 产物克隆和测序。通过和 Cyt-b 相比较，在6 个座位当中，有5 个座位构建的系统进化树和Cyt-b 构建的系统进化树的拓扑结构高度一致，其中4 个座位可以很好的区分地 理不同的种群。通过计算核酸多样性，6 个座位的得到的结果都很接近， 说明6 个座位的突变率没有太大的差别。由此可见，我们利用比较基因组学的方法寻找EPIC 座位用于系统发育和群体遗传学的研究是可行的，通 过利用模式物种的基因组信息来研究野生非模式物种的系统发育和群体 遗传学将会提供前所未有的数据量和分辨率。

凤鹛属鸟类（Yuhina, Aves）的系统发育研究

本研究以凤鹛属（Yuhina）鸟类为研究对象，分别使用分子生物学性状和形 态学性状来重建凤鹛属种间的系统发育关系，为东南亚地区鹛类的起源与进化研 究提出新的见解。分子生物学研究的内群不仅包括了凤鹛属（11 种中的10 种）， 而且还包括了菲律宾特有穗鹛属（Stachyris）和绣眼鸟属（Zosterops）等近缘种。 通过测定线粒体上两个蛋白编码基因Cyt b、ND3 的全长序列和两个RNA 编码 基因 12S, 16S 的部分序列，得到长度为2379bp 的联合序列，使用最大简约法、 最大似然法和贝叶斯法进行系统发育分析的结果表明，菲律宾岛特有的穗鹛（金 冠穗鹛S. dennistouni、纹穗鹛S. striata、怀氏穗鹛S. whiteheadi）与绣眼鸟属（暗 绿绣眼Z. japonicus、红胁绣眼Z. erythropleurus、灰腹绣眼Z. palpebrosus）聚为 一支，位于凤鹛属支系内部。通过凤鹛、菲律宾穗鹛、绣眼鸟三个类群羽冠性状 演化趋势的分析，发现羽冠性状在菲律宾特有穗鹛和绣眼鸟支系中发生丢失。与 前人的研究结果相比，新发现纹喉凤鹛Y. gularis 与棕肛凤鹛Y. occipitalis 是姐妹 群，黄颈凤鹛Y. flavicollis 和白项凤鹛Y. bakeri 是姐妹群，这两个姐妹群又聚为 一大支的关系。 在分类问题上，暗绿绣眼、红胁绣眼和灰腹绣眼在本研究中与鹛类表现出近 缘关系，与前人使用绣眼鸟属其它物种进行的相关研究显示出高度一致性，说明 绣眼鸟属的系统学地位存在很大疑问，应该扩大取样进行深入研究。栗冠凤鹛 Y. everetti 与栗耳凤鹛Y. castaniceps 聚为姐妹群的关系，但是二者之间较小的遗 传距离和形态学差别显示二者之间应该为亚种关系，而不是种级关系。依据栗耳 凤鹛特有的尾羽形态提出的Staphiada 属没有得到本分子生物学研究结果的支持 （Harrison, 1986a, b）。在白腹凤鹛Y. zantholeuca 不属于凤鹛属支系这一结果的 提示下，发现白腹凤鹛独有的形态学特征，例如羽冠由冠羽形成、鼻孔半裸露、 飞羽外翈没有异色羽缘，这些独有的特征与其特殊的系统学地位相对应。因此， 我们支持前人提出的将白腹凤鹛从凤鹛属中分出去，单独成Erpornis 属的建议 （Cibois et al., 2002）。 在历史生物地理学方面，根据菲律宾特有穗鹛和绣眼鸟的近缘关系，认为菲 律宾特有穗鹛的祖先具有与现在绣眼鸟一样的跨海迁移的能力，在中新世末期（5.74Mya）由喜马拉雅地区或印度支那起源地经大巽他地区扩散到菲律宾岛屿 上，经过长期独立进化后，形成现在高度特有的穗鹛支系。更新世冰期时，大巽 他地区海平面下降，使栗冠凤鹛得以扩散至婆罗州（1.66Mya）。在上新世初期台 湾岛成陆后，由于台湾岛与中国大陆相连，褐头凤鹛Y. brunneiceps 的祖先扩散 至台湾岛屿上（5.05Mya）。高黎贡山为第四纪冰期时凤鹛属鸟类的避难场所，因 此形成了现在凤鹛属鸟类在高黎贡山地区密集分布的格局。喜马拉雅山和青藏高 原的隆起导致青藏高原上植被带的变化和喜马拉雅山南麓在第四纪冰期中避难 所的作用，是纹喉凤鹛、棕肛凤鹛、黄颈凤鹛、白项凤鹛等种类现今在喜马拉雅 山南麓密集分布的可能原因。 在凤鹛属分子系统学的研究基础上，从形态学角度探讨凤鹛属除白领凤鹛外 其它物种之间的系统发育关系。使用最先分化出来的白领凤鹛为外群以外群比较 法进行51 个形态学特征的性状极化，使用最大简约法分析后，结果不仅支持一 些分子系统学揭示的物种之间的亲缘关系，例如，栗耳凤鹛与栗冠凤鹛姐妹群的 关系，黑颏凤鹛和褐头凤鹛姐妹群的关系，三种绣眼鸟聚为一支，再与怀氏穗鹛 聚为一个大支；而且发现了新的系统关系，黄颈凤鹛与缅甸凤鹛Y. humilis 是姐 妹群，具有浅色下体的凤鹛属物种具有较近的系统关系。分子数据和形态数据对 凤鹛属系统发育树中部节点解决能力的差异，说明凤鹛属物种之间分化间隔时间 很短。 通过综述近年来核基因在鸟类分子系统发育研究中的应用情况，建议未来研 究中增加核基因的内含子序列，例如肌球素基因内含子2（ myoglobin intron Ⅱ） 或β纤维蛋白原基因内含子7（β-fibrinogen intron7, β-fibint 7）来解决本研究 中未确定的末端分枝分歧顺序。

贾第虫的核仁基因组与真核细胞核仁的起源进化

核仁是真核细胞核中最明显的结构，是rRNA转录、加工和核糖体亚基组装的场所。核仁的起源进化无疑是真核细胞起源进化问题的一个极为重要的方面。但迄今为止，这方面的研究很少。本文首先对"不具核仁"的低等单细胞真核生物贾第虫的"核仁"基因及核糖体合成系统的基因群进行了研究，进而对已知的核仁蛋白质组的生物进行了比较基因组研究，从而从基因和基因组的角度对核仁的起源进化问题进行了较为深入的研究。获得了如下结，和结论：1）在"不具核仁"的贾第虫中分离鉴定出了典型真核细胞参与pre-rRNA加工的krr］基因；表明贾第虫中的pre-rRNA加工机制与典型真核细胞的是一致的。在具有核仁结构的典型真核细胞中，krr1基因所编码的KRRIP蛋白是参与Pre一rRNA加工的核仁定位蛋白之一。我们在一度被认为是极为原始的"不具核仁结构"的真核生物－贾弟虫的基因组中分离鉴定出了该基因，并证明该基因在贾第虫中是活跃转录的。同时，还调查发现与KRRIP形成蛋白复合体从而发挥功能的众场，其基因在贾第虫中也是存在的，这提示贾第虫的pre寸RNA加工机制与具有核仁结构的典型真核细胞是一致的。2）对贾第虫核糖体合成系统的基因群／亚基因组进行了全面调查，发现在典型真核生物中所共有的参与核搪体合成的129条保守蛋白基因中有89条在贾第虫基因组具有相应的直系同源基因，包括编码参与rRNA申基化和假尿嗜陡化的蛋白复合体成员以及存在于905、405和605复合体中的蛋白等诸多重要基因。这表明贾第虫的核糖体合成系统与典型的真核生物相似，只是参与的成分相对简单些。以上1）、2）的结果表明贾第虫虽然没有核仁结构，但其核糖体合成机制却与具核仁结构的典型真核细胞一致。这可能意味着真核细胞核仁的核糖体合成功能的起源形成是在核仁结构形成之前，那么核仁结构的形成可能是在此功能之外另有"新意"；另外也可能是由于贾第虫因适应寄生生活而导致核仁"退化"之故，虽然这种可能性偏少，但若果真如此也是生物适应性进化中的一个重要现象，值得深入研究。3）对已知核仁蛋白质组的人、酵母和拟南芥进行了比较基因组学研究。通过搜索KOG直系同源蛋白簇数据库，发现约74％的人的核仁蛋白，约75％的酵母的核仁蛋白以及约84％的拟南芥的核仁蛋白在动物、真菌和植物中都保守。这表明这些高等真核生物的核仁蛋白大都在它们分化之前就已起源形成。进一步的调查发现：共同定位于人和酵母核仁中的同源蛋白中，人有154条蛋白对应于酵母的134条蛋白，其中人的核仁蛋白相对于酵母的有10条蛋白发生了基因重复；同样的分析发现，人的核仁蛋自相对于拟南芥的有21条蛋白发生了基因重复。这些事实表明：随着真核生物的进化，至少在高等真核生物中基因重复是核仁成分复杂化和核仁进化的重要途径。4）用人的442条核仁蛋白（它们在植物和真菌中也都存在同源蛋白，但不一定是核仁蛋白）对原核生物基因组进行了搜索。结果表明，在真细菌和原（古）细菌中都能找到好多同源物，但发现下列重要现象：只在原（古）细菌有同源物的核仁蛋白要比只在真细菌中有同源物的核仁蛋白多得多，包括了RNA修饰蛋白、核糖体蛋自以及参与翻译的相关蛋白等；而只在真细菌中有同源物的核仁蛋白只是RNA螺旋酶和WD重复蛋白。因此，我们认为核仁可能是由真细菌和原细菌复合起源的，但其主体起源于原细菌。

贾第虫rDNA的研究

典型的真核生物有四种rRNA（18S、5.8S、28S和5SrRNA）。一般18S、5.8S和28S的基因分别由转录间隔区（ITS）隔开而位于同一个转录单位上构成一个rRNA基因拷贝，多个rRNA基因拷贝串联形成rDNA。rDNA聚集在一起构成核仁组织区（NOR），成为核仁发生的位置。5SrRNA基因除在少数真核生物（如：酵母）中是和18S、28S rRNA基因位于同一个转录单位上外，一般是处在核仁以外的区域。贾第虫一度被认为是现存最原始的真核生物。支持这一观点的一个重要证据之一就是它还不具核仁结构。那么它的rDNA与典型真核生物的相比会有怎样的特点呢？本文在基因组的水平上对贾第虫的rDNA进行了全面调查分析，并对5S rRNA及其相关蛋白进行重点研究，得到如下结果和结论： 1）贾第虫的18S rRNA（1448bp）基因和28S rRNA（2300bp）基因比其他一些真核生物的（一般为1800bp和3400bp）要小的多，甚至比一些原核生物的相应的rRNA基因还要小。不仅如此，其5.8S rRNA基因和28SrRNA基因之间的转录间隔区（ITS2）比典型真核生物的对应区域也要短得多（只有54bp），且GC含量较高。结构预测表明该间隔区不能形成在许多真核生物中所能形成的保守的二级结构。更特别的是，贾第虫基因组中的rRNA基因序列大部分都是不完整的，并且不按照18S-5.8S-28S rRNA基因顺序排列，也没有多个完整拷贝顺序排列的区域。这提示贾第虫rRNA基因可能是以一种不同于典型真核生物的方式聚集的。因此本文认为以上这些特点可能与贾第虫不能形成典型核仁结构有关。 2）本文从贾第虫基因组中鉴定出了5S rRNA基因，并实验验证了其表达及其完整基因序列所编码的5S rRNA具有典型真核生物的T型二级结构，且具有绝大多数保守位点。RT-PCR表明该基因具有转录活性。该结果否定了前人的贾第虫没有5S rRNA的实验结果。并表明贾第虫尽管很原始，但其5S rRNA基因仍然是独立存在的和单独转录的。贾第虫基因组中总共有8个5S rRNA基因拷贝（且其中还有一个拷贝具有15个bp的异常插入）这大大低于一般真核生物的拷贝数。这些5S rRNA基因也不形成串联排列的区域。 我们还在贾第虫中鉴定出在真核生物中唯一与5S rRNA接触的核糖体蛋白L5蛋白并验证了其表达，该序列与其他真核生物的L5蛋白相似性很高，这提示贾第虫在5S rRNA基因转录出核后与L5蛋白结合形成5S RNP的过程可能与典型的真核生物是一致的。此外，我们从贾第虫中鉴定不出符合典型真核生物TFIIIA因子特征的蛋白，这提示贾第虫5S rRNA的转录起始以及转录后出核的机制可能与典型真核生物不同。过去对贾第虫的研究表明高等真核生物里RNA聚合酶III所独有的四个亚基在贾第虫中找不到同源物，而这样不完整的RNA聚合酶III已经可以在贾第虫中完成5S rRNA的转录了，这表明RNA聚合酶III所独有的这些亚基可能是为了完成其他功能而进化出来的。

固氮树木丛枝菌根真菌(AMF)遗传多样性的研究

丛枝菌根是自然生态系统中分布最广的内生菌根，在促进植物生存与生长、植被恢复以及生物多样性保护等方面有着非常重要的作用。 随着现代分子生物学技术的不断发展，丛枝菌根真菌研究得到空前发展。大量DNA分析新技术在丛枝菌根真菌的分子遗传、分类鉴定、种间及种内亲缘关系、菌株持久性等方面得到应用，与传统菌根研究方法相比，表现出巨大的优越性。 本项研究利用分子生物学技术和研究方法对中国吉林长白山地区非豆科固氮植物以及东北地区固氮树木的丛枝菌根真菌DNA分子多态性及其与宿主植物之间的相互关系等进行初步研究，旨在利用分子生态学理论和研究方法揭示丛枝菌根真菌多样性及其与宿主植物之间相互适应和协同进化的一般规律，为更好地保护和利用这一重要的微生物资源提供理论依据。 通过比较与筛选，建立起丛枝菌根真菌痕量DNA快速、简便、高效的提取纯化方法——改良CTAB法。经PCR检测，所得DNA满足进一步研究的要求。 根据丛枝菌根真菌18s rRNA 小亚基核基因片段的特点，利用“科”特异性引物进行半巢式标记PCR (Labelled Primers-PCR，LP-PCR) 及单链构象多态性（Single-Stranded Conformation Polymorphism，SSCP）分析技术研究了长白山赤杨在属水平上表现出的多样性。另外，利用巢式PCR-RFLP技术，分别对来源于长白山不同海拔的四种赤杨菌根样品的AMF侵染情况及其系统进化进行了研究。利用AMF特异性PCR技术对我国东北地区四种非豆科树木和5种豆科树木菌根侵染情况和系统发育规律进行了研究 研究结果显示：赤杨根内AMF存在丰富的基因多样性。AMF的侵染有从宿主混乱性向宿主专一性发展的趋势。 长白山地区赤杨属植物至少有东北赤杨、西伯利亚赤杨和色赤杨三个树种在其“属”的水平上与共生的球囊霉科（Glomaceae）至少一个“种” 的丛枝菌根真菌，即根内球囊霉（Glomus intraradix），在“种”的水平上表现出不相关于宿主海拔高度的某种相互选择性。 东北赤杨AMF菌的宿主专一性水平最强，球囊霉属已成为东北赤杨的优势侵染类群；对于其余三种赤杨，AMF则出现宿主混乱现象。宿主因素比海拔因素对AMF侵染特异性的影响更为重要。 豆科与非豆科样本的混乱性都比较强，在特定植物和AMF属之间无特异侵染规律，相对来说，非豆科树木比豆科树木对于AMF的选择性要更强一些，更倾向于和球囊霉属与无梗孢囊霉属的AMF构建共生体。

UASB反应器处理维生素C生产废水研究

维生素C生产废水有机物浓度高、成分复杂、排放量大，是一种亟待处理的典型工业废水。本研究分别采用实验室规模和中试规模的升流式厌氧颗粒污泥床反应器（UASB）对该制药工业废水的厌氧生物处理工艺进行了较为深入的研究。同时采用两种不依赖于纯培养的分子生物学手段—变性梯度凝胶电泳（DGGE）和扩增核糖体DNA限制性分析（ARDRA）技术揭示了UASB反应器不同运行阶段污泥中微生物群落多样性组成及变化。此外，首次研究了零价铁（Fe0）在厌氧消化过程中对反应器运行及微生物群落结构的影响。 采用城市污水处理厂厌氧消化池絮状污泥和处理啤酒废水的颗粒污泥混合接种，小试中温（35±1℃）UASB反应器在其运行的第65天启动成功。反应器稳定运行阶段，在进水COD浓度为9000mg/L、水力停留时间为12h、容积负荷为13.6 kgCOD/m3.d条件下，其COD去除率稳定在85~90%之间，沼气产率达到4.5 m3/m3.d，沼气甲烷含量平均为72%。中试UASB反应器的接种污泥为厌氧消化污泥，其启动时间相对较长，为90天。在稳定运行期，反应器的进水COD浓度为8000~10000mg/L，水力停留时间和容积负荷分别保持在12~16h和10.6~14.2 kgCOD/m3.d范围，该阶段反应器的平均COD去除率稳定在85%左右，沼气产率平均为5.2m3/m3.d，沼气中甲烷含量为69%。上述结果表明中温UASB工艺用于维生素C生产废水处理是高效、可行的。 与对照反应器相比，添加Fe0的小试UASB反应器的COD去除率和沼气产量分别提高了6.5%和10.2%。同时，磷酸盐平均去除率为79%，比对照提高了64%，目前尚未见类似研究报道。在中试规模的UASB反应器中补充一定量的Fe0可缩短反应器启动时间，促进颗粒污泥的形成，该结果可能具有重要的应用价值。培养试验进一步表明，Fe0可以作为产甲烷菌还原CO2生成甲烷的电子供体。培养实验还表明，当系统中存在硝酸盐（0.40 mM）和硫酸盐（0.26 mM）时，Fe0促产甲烷过程受到一定程度的抑制。 采用细菌通用引物968F/1401R和341F/907R获得的PCR-DGGE指纹图谱均表明UASB反应器不同运行阶段细菌种群结构变化明显。小试和中试稳定期污泥的微生物多样性均高于各自初始接种污泥。产甲烷菌通用引物340F/519R的PCR-DGGE结果显示，虽然接种污泥中产甲烷菌的丰富度系数略低于稳定期，但总体而言，反应器运行期间产甲烷菌的种群组成相对稳定。 通过构建不同处理和不同运行阶段污泥样品的16S rRNA基因文库并对克隆基因进行限制性内切酶消化、测序分析。结果表明，稳定期两个反应器微生物群落结构相似，但与各自接种污泥差异明显。小试UASB反应器接种污泥中细菌的优势菌群分别为变形菌纲的δ亚纲（28.7%）和β亚纲（17.4%），至稳定运行期则演替为革兰氏阳性低GC菌群（21.9%）和变形菌纲的δ亚纲（14.0%）。中试反应器接种污泥Green non-sulfer bacteria（25.9%）和变形菌纲的δ亚纲（16.4%）类群占优势，而稳定期Green non-sulfer bacteria类群（17.9%）、革兰氏阳性低GC菌群（16.2%）和变形菌纲的δ亚纲（15.4%）为优势菌群。 产甲烷菌的优势克隆为SRJ 230、SRJ 26和SRJ 583，前两者分别与Methanosaeta concilii和未培养的Methanobacteria-like克隆Gran7M4的同源性达到97%和98%，后者与Methanomethylovorans. sp同源性为99%。接种污泥中上述类群占总克隆数量的比例较低。小试、中试接种污泥中产甲烷菌分别占7.8%和3.0%，但稳定运行期，该比例明显增加，分别达到21.9%和18.8%。上述结果表明启动期与稳定期污泥产甲烷菌种群组成相对稳定，但各类群数量明显增加。 添加Fe0的UASB反应器稳定运行期污泥中产甲烷菌比例（31.2%）高于对照反应器（24.2%）, 革兰氏阳性低GC类群、变形菌纲的δ亚纲比例差异不明显，而变形菌纲β亚纲（6.0%）和Green non-sulfer bacteria（9.2%）的比例均分别低于对照反应器（13.1%和17.1%）。该结果表明，添加Fe0使反应器内微生物群落多样性发生了显著变化。 此外，在添加Fe0的UASB反应器中检测到特异性的克隆SRJ 341和SRJ 320，两者分别同磷酸盐去除和铁氧化有关的克隆子Orbal D41和Clone195的序列相似性达95%和96%。这两个类群可能分别与磷酸盐去除及铁促产甲烷作用密切相关。这一结果尚未见报道。

光苔科(Cyathodiaceae)系统位置修订研究

光苔科 (Cyathodiaceae) 隶属于地钱亚纲，地钱目。光苔科仅含光苔属(Cyahtoldium Kunze) 1属，包括11个种，中国有5种，分布在西南地区。光苔科的系统位置一直存有争议，不同苔类学家将其置于不同的系统位置之中。本研究在对光苔科和地钱目以及其他演化关系较近的叶状体苔类植物形态结构解剖特征进行比较分析的基础上，利用PCord 4.0统计软件，分别在属、科、目级别上利用聚类分析方法探讨其系统关系。利用Phylip软件分析GenBank中的苔类植物基因序列并构建其分子系统树。主要研究结果有： 1.形态结构解剖特征分析结果表明光苔科配子体结构简单，没有组织分化，不具特化的生殖枝，雌苞直接着生在叶状体腹面，孢蒴具环带，盖裂，规则裂瓣，具单式气孔，气室单层且不具营养丝，与地钱目及其他演化关系较近的叶状体苔类植物差别较大。在不同级别上的苔类植物系统关系聚类分析结果也表明光苔科与地钱目及其他演化关系较近的叶状体苔类植物关系较远。因此宜将光苔科单独成立为目。 2.基于26S rRNA和18S rRNA基因序列构建的苔类植物分子系统树未能对光苔科植物的系统位置进行验证。 3.叶状体苔类植物形态结构解剖特征聚类分析结果表明壶苞苔的雌苞及配子体特征在叶状体苔类植物中处于较特殊位置，与复杂叶状体苔类植物更接近。

固氮树木丛枝菌根真菌（AMF）遗传多样性的研究

丛枝菌根是自然生态系统中分布最广的内生菌根，在促进植物生存与生长、植被恢复以及生物多样性保护等方面有着非常重要的作用。 随着现代分子生物学技术的不断发展，丛枝菌根真菌研究得到空前发展。大量DNA分析新技术在丛枝菌根真菌的分子遗传、分类鉴定、种间及种内亲缘关系、菌株持久性等方面得到应用，与传统菌根研究方法相比，表现出巨大的优越性。 本项研究利用分子生物学技术和研究方法对中国吉林长白山地区非豆科固氮植物以及东北地区固氮树木的丛枝菌根真菌DNA分子多态性及其与宿主植物之间的相互关系等进行初步研究，旨在利用分子生态学理论和研究方法揭示丛枝菌根真菌多样性及其与宿主植物之间相互适应和协同进化的一般规律，为更好地保护和利用这一重要的微生物资源提供理论依据。 通过比较与筛选，建立起丛枝菌根真菌痕量DNA快速、简便、高效的提取纯化方法——改良CTAB法。经PCR检测，所得DNA满足进一步研究的要求。 根据丛枝菌根真菌18s rRNA 小亚基核基因片段的特点，利用“科”特异性引物进行半巢式标记PCR (Labelled Primers-PCR，LP-PCR) 及单链构象多态性（Single-Stranded Conformation Polymorphism，SSCP）分析技术研究了长白山赤杨在属水平上表现出的多样性。另外，利用巢式PCR-RFLP技术，分别对来源于长白山不同海拔的四种赤杨菌根样品的AMF侵染情况及其系统进化进行了研究。利用AMF特异性PCR技术对我国东北地区四种非豆科树木和5种豆科树木菌根侵染情况和系统发育规律进行了研究 研究结果显示：赤杨根内AMF存在丰富的基因多样性。AMF的侵染有从宿主混乱性向宿主专一性发展的趋势。 长白山地区赤杨属植物至少有东北赤杨、西伯利亚赤杨和色赤杨三个树种在其“属”的水平上与共生的球囊霉科（Glomaceae）至少一个“种” 的丛枝菌根真菌，即根内球囊霉（Glomus intraradix），在“种”的水平上表现出不相关于宿主海拔高度的某种相互选择性。 东北赤杨AMF菌的宿主专一性水平最强，球囊霉属已成为东北赤杨的优势侵染类群；对于其余三种赤杨，AMF则出现宿主混乱现象。宿主因素比海拔因素对AMF侵染特异性的影响更为重要。 豆科与非豆科样本的混乱性都比较强，在特定植物和AMF属之间无特异侵染规律，相对来说，非豆科树木比豆科树木对于AMF的选择性要更强一些，更倾向于和球囊霉属与无梗孢囊霉属的AMF构建共生体.

污水处理体系中的微生物群落特征研究

污水生物处理系统本质上是一种人工强化的工程化微生态系统。污水处理过程往往由多个功能互补的反应单元协同完成，例如因对污水中有机碳、氮和磷兼具良好的去除功能而在城市污水处理中被广泛应用的Anoxic / Oxic（A/O）生物处理工艺。不同反应单元特有的微生物群落之间的相互关系和相互作用与处理系统的稳定性和处理效率密切相关。所以对污水处理系统中微生物群落进行系统分析非常重要。研究系统中微生物群落的时空演替对于优化处理系统的设计和操作具有重要意义。但是，以往对于污水处理系统中微生态系统的解析多数针对实验室规模的其中个别反应器独立进行，还缺乏从系统水平对实际大规模运行的整个污水处理过程中所有反应单元群落进行分析的研究。 悬挂链移动曝气系统是对A / O工艺的完善和发展。悬挂链曝气工艺的实现是依靠悬挂链移动曝气设备和完善的自动控制系统来完成的。可以在系统中实现类似多级A/O的可能性，水力停留时间较长，污泥龄达到15天以上，能够完全实现A / O 工艺。 目前正被广泛应用在各种行业的污水处理项目中。 本文应用基于细菌16S rRNA中的PCR扩增方法（Polymerase Chain Reactor），结合变性梯度凝胶电泳指纹分离技术（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE），对实际规模的运用Anoxic / Oxic（A/O）工艺并采用悬挂链式移动曝气技术的污水生物处理系统中微生物群落特征，主要对细菌组成结构和群落动态，细菌优势菌群的多样性以及与系统功能稳定性的关系进行了研究，拟为更全面了解活性污泥处理系统中的优势菌群特征，以及细菌群落结构和功能动态变化关系，实现对活性污泥处理的优化操作，对污染物降解功能菌群的筛选，为运用现代培养技术实现分离培养并运用于环境修复实践奠定方法和理论基础。 首先，对影响PCR-DGGE分析的重要前操作步骤进行了优化和筛选，包括两个方面：细菌基因组DNA的高效提取和纯化；不同16S rRNA靶序列对PCR-DGGE分析的影响。从中选出适合于活性污泥样品的细菌基因组DNA提取方法和PCR-DGGE分析的最优靶序列组合。 其次，运用PCR-DGGE指纹图谱技术分析了该污水处理系统中不同功能反应单元中活性污泥的细菌种群结构特征，探讨了系统运行过程中细菌种群时间和空间上的动态特征。并将图谱中所显示的优势条带进行切割回收，重复扩增，电泳检测，序列测定并与GenaBank数据库中的微生物类群进行同源性比对，探讨活性污泥中细菌种群多样性，了解污泥中可能含有的主要具有污染物降解功能的类群信息。 在整个处理过程中，同一功能反应单元中不同位置的活性污泥微生物菌群结构不同。执行不同功能的处理单元活性污泥细菌多样性和组成结构各有不同。 在系统稳定运行的状态下，细菌组成结构的时间变化动态不显著。但是在系统的不同操作条件下，主要处理池的微生物群落的DGGE遗传指纹图谱较独特。 对该处理系统污泥中优势菌群的序列测定和同源性比对表明，优势菌群所对应的细菌的16S rDNA序列可以被归属于以下四个主要的细菌系：α, β, γ- Proteobacteria 以及厚壁菌门 phylum Firmicutes （low G+C Gram-positive）。 该处理系统的优势菌群的DGGE条带拥有潜在的具有异养硝化/好氧反硝化的除 N / P 类群。该类菌群中的大多数属于Pseudomonas spp.。另外，回收到两个与已鉴定的具有异养硝化和好氧反硝化能力的Pseudomonas stutzeri 和 Pseudomonas borbori 最相似的菌株的条带。γ-变形菌纲门（γ- Proteobacteria）的微生物类群在该缺氧-好氧处理厂中分布较广泛，尤其是和 N / P 去除紧密相关的具有脱氮除磷能力的Pseudomonas 类群，而且在好氧曝气处理池中分布较广，这可能和系统中表现的好氧反硝化现象相关。 不同的操作状况下微生物群落结构有差异。增加污泥回流比，增加DO（Dissolved oxygen）浓度，COD去除率和NH4+-N去除率显著增加，总N和总P的去除率改变不显著。 最后，对整个处理过程中微生物群落结构在系统正常调控改变范围内的长期动态和稳定性进行了探讨。整个处理系统的长期稳定性与体系中的每个处理环节相关，而不是仅与其中的单个主要反应池相关。污水处理体系的功能稳定性与其中的微生物群落稳定性相关，微生物群落结构决定了生态功能，群落结构变化能反应系统的运行状况及其降解效率。