生物学研究项目2021

拉娜Giha

指导老师:塔玛拉·戴维斯

甲基转移酶突变小鼠印迹基因甲基化维持的探索

我们的实验室探索印迹基因，仅从一个遗传等位基因表达，尽管遗传两个等位基因. 一个等位基因的表达取决于它的亲本来源. 在某些情况下, 母系遗传的拷贝可以表达，在其他情况下，父系遗传的拷贝也可以表达. DNA甲基化, DNA甲基转移酶对甲基(CH3)的添加, 影响DNA转录的能力. 结果是, DNA的差异甲基化决定了印迹基因的表达，并产生了通常被称为dmr的差异甲基化区域. 在受精时从配子遗传的初级dmr和在胚胎发育过程中获得甲基化差异的次级dmr.

我们实验室以前所做的工作表明，与继发性dmr相比，甲基化在原发性dmr中得到更好的维持和更一致. DNA甲基转移酶负责维持甲基化并促进其稳定性, 但它在原发性和继发性dmr中的功能似乎不同. 我们希望继续研究印迹和非印迹基因的甲基化维持，以了解为什么会出现这种情况.

本项目的重点是初级dmr与次级dmr的甲基化模式 Dnmt 1 突变小鼠. 这将利用亚硫酸氢盐诱变的方法进行探讨, 聚合酶链反应, 凝胶电泳, DNA提取, 和DNA测序. 亚硫酸氢盐诱变将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶, 使它们与保持不变的甲基化胞嘧啶区分开来. 诱变后的DNA可用于聚合酶链反应, 聚合酶链反应, 以扩增特定的主要或次要dmr. 对聚合酶链反应产物进行凝胶电泳分析，确认扩增了目标序列. 进行凝胶萃取以纯化最终产物. 纯化的最终产物将汇集并提交下一代扩增子测序. 然后，我将分析结果序列，以确定如何 Dnmt 1 突变会影响初级dmr和次级dmr以及非印迹基因的甲基化.  

关键词: 印迹基因, DNA甲基化，DNA甲基转移酶，原发性DMR，继发性DMR，亚硫酸盐诱变

麦迪逊卡恩斯

指导老师:Crystal Reynaga

四足无尾猿肢体形态与向前行走运动的比较分析

在雷纳加实验室，我们正在研究两种四足无尾动物形态学和运动模式的变化, Phyllomedusa, hypochondrialis和Phrynomantis bifasciatus. 这项研究分析了不同肢体尺寸对青蛙加速和减速以移动质心的影响. 阿努拉人有许多特征，使他们能够高效地跳跃, 比如强壮的后腿和更小的身体. 除了, 先前的研究表明，行走的青蛙在进化过程中改变了它们的身体组成, 使前肢和后肢长度的比例更均匀. 然而, 为了弥补轻微的肢体不对称，一些青蛙保持更伸展的前肢和蜷缩的后肢姿势. 与一些行走的青蛙蜷缩的肢体姿势相比, 某些物种在移动时采取更舒展的姿势. 然而, 目前还不清楚摊开或蹲着的姿势会对走路产生怎样的影响, 而不是更直立的姿势.我们使用三维高速摄像结合三维地面反作用力板来测量前肢和后肢反作用力. 然后将原始数据与其他物种进行对比，以了解每条肢体在跨步过程中的功能. 通过测量质心位移, 向前运动时的力, 以及前肢和后肢关节角度的变化我们可以比较已经进化出四足行走能力的物种之间的差异. 整体, 今年夏天进行的研究将继续扩大对四足步态的理解，尽管无尾龙的形态专门用于跳跃.

伊莎贝尔Kuszyk

指导老师:Crystal Reynaga

研究四肢长度差异对红带橡胶蛙行走步态的影响

Frogs are mostly known for their magnificent jumping ability; however, 有些物种用四足行走, 比如红带橡胶蛙. 之前的一项研究分析了一种特殊的四足行走蛙的行走和奔跑步态，并注意到它们使用的度量标准不同, 很难区分他们的步态是否真的是走路. 结果表明，四足蛙可以使用步行或跑步的步态，这取决于研究的因素. 例如, 当研究人员计算青蛙的动能和势能时, 研究表明，青蛙的步态是奔跑的，但当研究它们的脚步模式时, 青蛙走起路来. 然而, 以前的研究没有分析前肢和后肢施加的力的差异, 所以这些肢体是如何影响推进力的还不清楚. 我们将研究施加的力是如何与肢体形态相关的. 其他生物，如壁虎，尽管四肢长度稍有不均匀，但已经发展出四足行走. 研究人员已经展示了壁虎四肢侧向和前后方向的前肢和后肢之间的力量和肢体功能是如何不同的. 一般, 青蛙的肢体长度比壁虎的差距更大, 这就是为什么我们要测试长后肢对青蛙步态的影响. 我们的研究将确定四足青蛙是否已经适应了有效的步行者基于他们的解剖限制. 我推测前肢和后肢施加的力是相似的. 为了验证这个假设, 我们将研究青蛙在3D地面反力板上行走，同时用高速视频分析记录它们. 我们将把视频数字化，以帮助我们确定前肢或后肢施加的力是不同的还是相似的. 我们的研究可以帮助我们了解不同种类的青蛙是如何发展出独立行走的能力的.

Yeipyeng克瓦语

指导老师:Gregory Davis

JH基因在蚜虫繁殖多态性中的作用

          众所周知，蚜虫表现出生殖多表型, 一种可塑性，允许它们在周期性孤雌生殖(无性生殖)和有性生殖之间切换. 雌性无性胎生蚜虫, 叫virginoparae, 当暴露在短夜(长昼)和高温(夏季)条件下时, 产生同样无性和胎生的雌性胚胎. 然而, 当这些雌性暴露在漫长的夜晚(和短暂的白天)和较低的温度(秋季条件)时，, 一种特殊的无性和胎生的雌性被称为性para, 和 this female produces the single generation of sexual females 和 males in the aphid lifecycle; these sexual females lay eggs that are able to withst和 winter tempertures, 在已知冬季严寒的地区，蚜虫种类具有优势. 尽管众所周知，光周期是决定生殖命运的环境线索, 由母体接收并传递给胚胎, 这种母性信号的性质尚未确定.

          我们所知道的是，这种母性信号是一种无性促进信号, 尽管这个信号的身份还不清楚, Juvenile Hormone (JH) is considered one of the leading c和idates based on correlative data as well as results from tests of sufficiency: Asexual aphids express higher levels of JH than sexual aphids; JH 和 JH analogs, 当局部应用于性器官时, 足以诱导她的胚胎接受无性生殖的命运吗. 然而，进一步的研究表明，母亲JH不是确定无性命运的必要条件. 我的假设, 因此, 胚胎JH在蚜虫胚胎发生过程中是否起着决定命运的作用，并且是由一种从母体传递给胚胎的不同信号诱导的.

          为了更好地理解JH在确定生殖命运中的作用, 我将首先确定一种可靠的方法来测量豌豆蚜虫(Acyrthosiphon pisum)中JH的表达。, 这样我就可以测量无性蚜虫胚胎和有性蚜虫胚胎中的JH信号了. 一个可能的结果是，无性蚜虫的胚胎比有性蚜虫的胚胎表达更高水平的JH, 在胚胎发生过程中，JH是一种决定胚胎命运的信号分子.

丽贝卡·李

指导老师:Gregory Davis

豌豆蚜虫生殖多表型的神经生理学基础研究

          豌豆蚜虫， Acyrthosiphon pisum, 由于光照周期的季节性变化，该物种周期性地孤雌生殖，表现出生殖多表型. 在夏季短夜的条件下 A. pisum 显示胎生孤雌生殖.e. 无性雌虫能活产下一代). 在秋天, 为了应对漫漫长夜, 无性生殖的雌虫产有性生殖, 哪些是一种胎生的无性雌性动物，可以生育有性的雌性动物和有性的雄性动物. 这些有性的雌性随后通过与雄性交配并产下受精卵来繁殖，受精卵可以越冬.

          我们试图研究在胚胎发育过程中指定性与无性命运的母体信号的性质 A. pisum. 据推测，该信号是促进无性行为的，起源于I组神经分泌细胞(I组NSCC)。, 是在大脑的前背区发现的吗.

          先前的研究表明，这是无性母亲的光周期诱导状态, 经历过产前和产后, 这决定了她自己后代的繁殖命运. 例如, 如果蚜虫在出生前暴露在长时间的夜间环境中，它就会成为性类昆虫. 有证据表明，性伴侣正在发育的后代后来会有性行为，因为他们没有被指示变成无性行为.e.，性的命运是默认的). 蚜虫神经微灼实验 Megoura viciae 表明I族细胞是指定无性后代所必需的.e. 如果没有这个信号, 产生有性后代), 因此这个信号是促进无性行为的.

          考虑到这些实验是在40多年前进行的，而且是在一种不同的蚜虫物种中进行的，我们的目标是在蚜虫体内建立一种促进无性繁殖的母性信号 A. pisum 通过信号的功能性破坏. 将探索各种技术, 包括第一组NSC的电烧灼和手术消融, 阻挡了头部胶囊的光线.

佩内洛普北航

指导老师:Thomas Mozdzer

功能性状与基因型的定位 P. 南极光 在普通的花园里

在全球变化的背景下，沿海湿地的研究很重要，因为它们比任何其他生态系统吸收更多的碳，同时受到海平面上升的影响, 物种入侵, 还有其他影响. 近年来在滨海湿地生态学领域的研究进展表明，入侵的欧亚多年生禾本科植物, 芦苇南极光，可能会受到不同全球变化因素的选择压力，导致快速进化. 这一发现表明，在采取恢复和管理策略时，种群水平上的快速进化可能是一个重要的考虑过程 P. 南极光 在北美东部的沿海湿地. 为了确定种群是否 P. 南极光 是否因全球变化而进化, 确定功能性状的相对可塑性和遗传力是十分必要的. 今年夏天，我的项目试图回答不同基因型如何 P. 南极光 通过绘制性状与基因型之间的关系来对应功能性状, 这些数据将为长期遗传性研究提供信息. 莫兹泽将在接下来的几年里担任指挥. 这个项目利用了一个试验性的普通花园设置，有300个独特的基因型 P. 南极光 从史密森尼环境研究中心收获, 帕克的小溪, 以及Edgewater的全球变化研究湿地, 马里兰. 我将测量高度, 基底直径, 光合速率, 氮和碳含量, 比叶面积, 以及其他的功能特征 P. 南极光 花园里的植物. 最终，这个项目的结果将有助于增加关于……的知识体系 P. 南极光的 作为入侵物种对美国东部沼泽的影响, 哪些可以帮助科学家和决策者改善恢复和管理我们珍贵湿地的做法和政策. 妥善管理 P. 南极光 是否有可能不仅拯救沿海湿地生态系统, 但是通过充分利用它们的碳捕获能力和其他重要的生态系统服务来帮助应对气候变化.

卡米尔Pastrana

指导老师:悉尼唱片公司

槲寄生寄生动态研究

寄生是物种间相互作用的一种形式，其中一个物种以牺牲其他物种为代价从另一个物种中获益. 某些植物被认为是寄生植物，因为它们能够直接从根或芽中吸取营养和水分, 木质部, 寄主植物的. 通过观察寄生植物的种群动态, 人们可以获得关于寄主植物及其与寄生虫关系的一般知识. 在这项研究中, 我们专门研究一种寄生植物，槲寄生, 槲寄生阿尔巴, 在西尔伍德公园的一个研究森林里, 英格兰. 我们问V的定位是怎样的. 寄主植物上的白桦影响槲寄生的生存、生长和繁殖. 我们假设槲寄生在寄主植物上的位置越低, 根据水力限制，它可以更好地获得宿主植物中的水和营养. 从2014年到2021年，对含有V的各种树木进行了数字图像拍摄. 每个图像都被数字化了, 测量每棵树上的个体数量, 每个个体的大小, 个体是否具有繁殖能力, 以及每个个体在树上的位置. 根据这些信息, 将建立积分预测模型来研究槲寄生的种群预测. 通过这些模型，我们可以了解到V的种群动态变化. 阿尔巴，并获得宿主-寄生虫动力学的一般知识.

克莱门泰佩恩

指导老师:塔玛拉·戴维斯

印迹基因与非印迹基因甲基化的比较

          在发育过程中，母亲和父亲的DNA都对胚胎的基因组有贡献. 一个有机体的大部分发育是由这些基因的母本和父本拷贝共同调控的. 然而，当一个基因被印记时，这两个亲本拷贝中只有一个被表达. 印迹表达通过表观遗传修饰或DNA甲基化来调节, 在CpG二核苷酸的胞嘧啶上加一个甲基(-CH3). DNA化学的变化会影响基因的表达. 甲基化的拷贝通常沉默，而非甲基化的拷贝则表达. 配子体形成过程中获得的起源特异性差异甲基化模式的亲本, 初级差异甲基化区(dmr), 在整个发育过程中由DNA甲基转移酶1维持，并且在整个发育过程中被证明是稳定的. 与此形成鲜明对比的是, 甲基化模式在二次dmr中不太稳定和不对称, 在胚胎发育过程中获得甲基化的位点. 这些结果表明，在植入后发育过程中获得的表观遗传修饰维持不同，表明DNA甲基转移酶1在这些位点的工作不一致.

          评估继发性dmr DNA甲基化模式的可变性是否是这些位点的独特特征, 评估印迹位点和非印迹位点的甲基化是很重要的.  本研究的目的是分析非印迹序列的DNA甲基化，并将其与印迹位点上观察到的DNA甲基化进行比较. 我们的假设是，这些非印迹序列将具有相似的甲基化谱的主要, 配子, dmr, 与已知的DNA甲基转移酶活性一致, 虽然看起来和次要的不一样, 植入后, dmr.

          我们正在描述非印迹基因的甲基化动力学. 在目前分析的三个基因中, 两个, ZFP553和Hnf4a, have methylation patterns consistent with our hypothesis; both have very stable methylation patterns similar to primary dmr associated with imprinted genes. 与此形成鲜明对比的是, Glut3的甲基化模式与原发dmr不一致，而与继发dmr一致. 这些数据表明需要更广泛的分析，因此我们正在分析额外的基因座，以进一步为我们的研究提供信息.

丽丽伦道夫

指导老师:Thomas Mozdzer

一个基础湿地植物物种基因型恢复的定量分析

湿地是最有效的固碳生物群落之一，并提供宝贵的生态系统服务，使其福利对环境及其居民具有价值. 这些湿地生态系统内和物种本身内不同物种的生物多样性(种内多样性)促进了健康的生物群系，并根据气候变化等外部因素而大幅波动, 引进外来入侵物种, 营养丰富. In 2004, 参与TIDE项目的研究人员开始在两个地点的每一次潮汐中添加氮，以模拟沿海富营养化. 2009年又增加了一个现场. 从另外两个未施肥的地点收集样本作为对照. 在这个富营养化过程中, 研究人员希望在米草属植物中看到表型反应，比如根结构变浅，离地高度增加. 除了这些表型反应, 研究人员还注意到，这些植物的基因型多样性下降了. 研究人员已经停止向这些地方添加额外的氮，希望能阻止富营养化过程, 使得米草属植物的遗传多样性在受影响的地区得以增加. 我将用微型卫星量化在我们的野外站点从过度氮富集中恢复的过程中互花米草的遗传多样性发生了多少变化, 分析在天才, 鉴定米草属植物基因型, 并使用GenAlEx计算所有米草属样本的遗传亲缘关系. 然后，我们将使用方差分析来比较受精和未受精小溪的基因型多样性和遗传相关性. 我们还将在受精前比较遗传多样性和亲缘性, 在受精结束时, 经过三年不加氮的恢复. 通过这样做, 我们可以量化米草属植物从氮过剩中恢复的速度和水平，以及如何进行湿地地区的养分富集管理.

弗朗西丝·罗梅罗

指导老师:Thomas Mozdzer

重新评估 芦苇 和 芦苇 沿海恢复力方面的管理

我的SSR研究项目的问题是如何管理入侵的沼泽草 芦苇南极光 影响沿海沼泽的恢复力. 沼泽是储存碳最有效的生态系统之一. 气候变化正在加速海平面的上升, 为了继续发挥碳汇的作用，沼泽需要跟上这种上升的步伐.  芦苇南极光 是一种入侵北美的草种，与沼泽生物多样性的丧失以及生物地球化学循环的变化有关. 美国花费超过4美元.600万美元 芦苇 每年管理一次，主要是通过喷洒草甘膦. 虽然有很多研究的作用 芦苇 在沼泽生态系统中，人们对喷洒草甘膦的有效性知之甚少 芦苇 管理及其如何影响沼泽对海平面上升的适应能力. 本研究的重点是评估芦苇在沿海沼泽恢复力方面的管理实践，以确定我们是否需要重新评估何时何地进行处理 芦苇. 我的假设是 芦苇 与本地草相比，会增加蓝碳库和生态系统的恢复力吗. 另外，我们假设 芦苇 入侵将增加分解速率和甲烷排放，从而抵消这些预测的碳收益. 考虑到这两种预测，我假设管理 芦苇 土壤碳库会减少吗?恢复后的湿地对海平面上升的适应能力最低，蓝色碳库也最低吗. 这项研究的广泛影响是至关重要的，因为我们每年在芦苇管理上花费数百万美元, 并重新评估我们如何管理芦苇，以有效地恢复沼泽的弹性, 面对气候变化，维持沼泽储存碳的能力是否至关重要.

Amara萨哈

指导老师:亚当·威廉姆森

吞噬作用起始的分子洞察

          跨膜吞噬受体蛋白，如黑腹果蝇中的Draper及其哺乳动物同源物Megf10，作为分子桥梁，通过配体将吞噬细胞与其靶标连接起来. 这些受体的激活启动细胞质信号程序，最终导致靶细胞的吞噬. 然而，这些受体的分子几何结构尚不清楚. 这种对受体结构的了解可以提供对其功能的关键见解，并增强我们对它们如何与其他蛋白质相互作用以启动吞噬作用的理解. 为了定义受体的几何形状, 我将进行二聚化实验，了解Draper/Megf10分子是否以顺式相互作用, i.e. 在同一个细胞上. 来研究蛋白质之间的相互作用, 我将使用GFP和FLAG特异性抗体对修饰的Draper-GFP和Draper-FLAG蛋白进行共免疫沉淀. 如果Draper是顺式二聚体, 抗GFP western blot显示FLAG条带，抗FLAG印迹显示GFP条带.

          该领域的研究表明，Draper被Src42A等激酶磷酸化，被激活并启动吞噬作用. 我将使用生化分析来理解上述受体的相互作用，这可以进一步深入了解有利于激活的结扎后微聚类等事件. 除了, 其他分子，比如鲨鱼, 一种非受体酪氨酸激酶, 能否识别激活的Draper开始下游信号传导过程并完成吞噬. 最初的二聚化研究可以为实验提供空间，以了解Draper与Shark的相互作用，并提供一个平台来了解它们在启动吞噬作用方面的合作. 集体, 我的工作将为受体介导免疫的古老机制提供分子视角

卡特里娜飓风的火花

指导老师:亚当·威廉姆森

吞噬作用的机械控制

          机械生物学是一个连接物理学和生物学的领域，旨在了解机械线索如何指导和调节生命系统. 吞噬作用是免疫细胞吞噬目标的过程, 包括死细胞和病原体. 死亡细胞表面的“吃我”信号作为吞噬细胞的化学摄取信号, 但是，目标和环境的动力和机械特性如何控制吞噬细胞的行为尚不清楚. 今年夏天我的指导问题是，吞噬进食行为是否由目标与环境之间的刚度比决定. 最近的研究指出，吞噬细胞热衷于吞噬密度更大的颗粒(如细胞).g., 死细胞比活细胞密度大), 但我希望了解吞噬能力在目标与环境刚度比的范围内是如何变化的.

          我假设目标与环境刚度的较大比例将促进更高水平的吞噬, 而较低的比例将抑制吞噬. 我将通过给吞噬细胞喂不同密度的软圆珠来改变目标的硬度. 我将通过在由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的不同密度的基质上培养吞噬细胞来改变环境刚度。, 柔软的弹性体. 这个细胞生物学实验, 我将在特拉华大学的共聚焦显微镜上对其成像, 可能对吞噬细胞如何与环境相互作用的基本原理提供见解. 具体地说, 我的工作将阐明吞噬细胞是否仅根据目标刚度的测量来区分可能的目标, or, 而, 目标与其环境之间的刚度比. 这项工作是Cheng和Williamson实验室的合作成果. 除了提供对吞噬作用的机械控制的见解, 我的工作也将有助于促进布林莫尔的跨学科合作.

拐的张

指导老师:Crystal Reynaga

研究柔顺基质如何影响跳蔗蟾蜍的生物力学特性

甘蔗蟾蜍, Rhinella滨，以跳跃作为它们的主要运动方式. 它们可以在较长的时间内跳跃较短的距离. 还有一种叫做 Osteopilus septentrionalis又名古巴树蛙，跳得又快又远. 先前的研究表明，古巴树蛙跳离有弹性的基质时不会主动改变肌肉的激活模式, 并且可以利用储存在肌腱中的弹性能量. 博士. Reynaga的实验室, 我们感兴趣的是研究跳虫(甘蔗蟾蜍)与跳虫之间的生物力学差异. 跳跃者(古巴树蛙)，同时从柔顺的底物上跳下来. 大量的研究表明，甘蔗蟾蜍可以根据环境调节和调整它们的着陆运动模式. 因此，对于这个项目，我们假设:1)甘蔗蟾蜍可能能够在跳下不同的弹性基质时调整肌肉的激活模式，2)甘蔗蟾蜍可能无法像树蛙那样有效地利用储存在基质中的弹性能量. 这项研究将帮助我们了解不同种类的青蛙在面对环境扰动时如何利用不同的肌肉补充策略. 高速摄像技术用于拍摄蔗蟾蜍在物理柔性基板上的跳跃表演. 这些视频将被数字化并进行分析，以表征包括关节角度在内的关键参数, 肢体伸展的速度, 能量输出. 接下来，我们将观察肌肉激活模式，并比较两种物种的结果，以确定环境扰动的影响.