Дидактика 6 класс мерзляк читать: Математика. Дидактические материалы. 6 класс

Содержание

Поиск материала «Математика, 6 класс, Дидактические материалы, пособие для учащихся общеобразовательных организаций, Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Рабинович Е.М., Якир М.С., 2018» для чтения, скачивания и покупки

Ниже показаны результаты поиска поисковой системы Яндекс. В результатах могут быть показаны как эта книга, так и похожие на нее по названию или автору.

Search results:

Математика. Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк…
Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, Е. М. Рабинович, М. С. Якир.
Используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, М. С. Якир) системы «Алгоритм успеха». Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования (2010 г.).
11klasov.net
Скачать бесплатно Математика. 6 класс — Мерзляк…
6 класс — Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С. cкачать в PDF. Учебник предназначен для изучения математики в 6 классе общеобразовательных учреждений. В нем предусмотрена уровневая дифференциация, позволяющая формировать у школьников познавательный интерес к математике. Содержит большой дидактический материал: задания для подготовки к изучению нового материала, задания для повторения. Учебник входит в систему «Алгоритм успеха».

fizikadlyvas.net
Купить эту книгу
Канцтовары
Канцтовары: бумага, ручки, карандаши, тетради. Ранцы, рюкзаки, сумки. И многое другое.
my-shop.ru
Мерзляк дидактические материалы 6 класс математика 2017
Автор: А. Г. Мерзляк Предмет (категория): Дидактические материалы по математике Класс: 6 Читать онлайн: Да Скачать бесплатно: Да Формат книги: jpg Разме.
Читать онлайн или скачать дидактические материалы по математике для 6 класса Мерзляка 2017 года

gdz-online.ws
А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, E. M. Рабинович, М. С. Якир
Полонский В. Якир М. С. Сборник задач и заданий для тематического оценивания по математике для 6 класса. Гимназия.
Вторая часть пособия содержит задания для тематическо- го оценивания знаний учащихся (два варианта). Содержимое заданий разделим условно на две части. Первая соответствует начальному и среднему уровням учебных достижений.
cmiso.ru
6 класс. Математика. Дидактические материалы. А. Г. Мерзляк
Дидактические материалы содержит упражнения для самостоятельных и контрольных работ.
Они используется в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт.
Они используется в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир) системы «Алгоритм успеха». Соответствуют федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования (2010 г.).
multiurok.ru
Дидактические материалы по математике, 6 класс (Мерзляк)
Данное пособие содержит дополнительные задания по каждой теме учебника (в 2 вариантах). Также здесь вы найдете контрольные работы ( 2 варианта). Математика, 6 класс, Дидактические материалы по математике, 6 класс (Мерзляк).
Просмотр содержимого документа «Дидактические материалы по математике, 6 класс (Мерзляк)».
multiurok.ru
Математика 6 класс
. Методическое пособие — Буцко. ..
Пособие содержит примерное планирование учебного материала, технологические карты уроков, методические рекомендации к каждому параграфу, комментарии к упражнениям, математические диктанты, контрольные работы и решения задач раздела «Задачи от мудрой совы». Пособие используется в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авторы А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир) системы «Алгоритм успеха».
11klasov.net
Математика. 6 класс. Дидактические материалы. Мерзляк…
Дидактические материалы используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир), входящим в систему «Алгоритм успеха».
Содержание Упражнения 4 Вариант 1 4 Вариант 2 34 Вариант 3 64 Вариант 4 94 Контрольные работы 125 Вариант 1 125 Вариант 2 135. Пособие вместе с учебником «Математика. 6 класс» авторов А.Г. Мерзляка, В.
Б. Полонского, М.С. Якира входят в учебно-методический комплект.
www.at.alleng.org
Математика. 6 класс — Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С.
6 класс — Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С. Учебник предназначен для изучения математики в 6 классе общеобразовательных учреждений. В нем предусмотрена уровневая дифференциация, позволяющая формировать у школьников познавательный интерес к математике. Содержит большой дидактический материал: задания для подготовки к изучению нового материала, задания для повторения. Учебник входит в систему «Алгоритм успеха».
11klasov.net
Домашние зачётные работы по математике 6 класс…
класс: учебник для учащихся общеобразовательных. организаций, — 2-е изд., перераб.
общеобразоват. учреждений -4-е изд. испр. и доп. – М.: Мнемозина, 1996. • А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, Е.М. Рабинович, М.С. Якир. Математика: 6 класс: дидактические материалы: пособие для.
uchitelya.com
Математика. Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк…
Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, Е. М. Рабинович, М. С. Якир.
Используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, М. С. Якир) системы «Алгоритм успеха». Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования (2010 г.).

cdnpdf.com
Мерзляк А.Г.: Математика: 6 класс. Дидактические материалы.
«Дидактические материалы содержит упражнения для самостоятельных и контрольных работ…государственному образовательному стандарту основного общего образования (2010 г. ).»
Они используется в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир) системы «Алгоритм успеха». Соответствуют федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования (2010 г.).»
fb2lib.ru
Математика. 6 класс. Дидактические материалы. Мерзляк
…
Дидактические материалы используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир), входящим в систему «Алгоритм успеха».
Содержание Упражнения 4 Вариант 1 4 Вариант 2 34 Вариант 3 64 Вариант 4 94 Контрольные работы 125 Вариант 1 125 Вариант 2 135. Пособие вместе с учебником «Математика. 6 класс» авторов А.Г. Мерзляка, В.Б. Полонского, М.С. Якира входят в учебно-методический комплект.
at.alleng.org
Математика. Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк…
Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, Е. М. Рабинович, М. С. Якир.
Дидактические материалы содержат упражнения для самостоятельных и контрольных работ. Используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, М. С. Якир) системы «Алгоритм успеха».

school-textbook.com
Дидактические материалы по математике. 6 класс. Мерзляк
Дидактические материалы для проведения самостоятельных и контрольных работ по математике в 6 классе..
Просмотр содержимого документа «Дидактические материалы по математике. 6 класс. Мерзляк».
multiurok.ru
ГДЗ: Математика 6 класс Мерзляк — Дидактические материалы
Математика 6 класс. Тип: Дидактические материалы. Авторы: Мерзляк. Издательство: Вентана-граф. Математика – достаточно сложная наука, которую начинают изучать с первого класса и продолжают до последнего курса в высших учебных заведениях математического

«Дидактические материалы по математике 6 класс» Мерзляка, Полонского, Рабиновича издательства Вентана-Граф позволяют закрепить изученный по учебнику «Математика. 6 класс» Мерзляка материал, поскольку в нем собраны 4 варианта упражнений по 229 номеров…
gdzbezmoroki.com
Математика. 6 класс. Дидактические материалы. Мерзляк…
Дидактические материалы используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир), входящим в систему «Алгоритм успеха».
Содержание Упражнения 4 Вариант 1 4 Вариант 2 34 Вариант 3 64 Вариант 4 94 Контрольные работы 125 Вариант 1 125 Вариант 2 135.
Пособие вместе с учебником «Математика. 6 класс» авторов А.Г. Мерзляка, В.Б. Полонского, М.С. Якира входят в учебно-методический комплект.
uchebniki.alleng.me
Скачать бесплатно Математика. Дидактические материалы.
6 класс — А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, Е. М. Рабинович, М. С. Якир. cкачать в PDF. Дидактические материалы содержат упражнения для самостоятельных и контрольных работ. Используются в комплекте с учебником «Математика.
Категория: математика 6 класс. Страниц: 425. Формат: pdf. Автор: А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, Е. М. Рабинович, М. С. Якир. Год: 2018.
fizikadlyvas.net
Мерзляк 6 класс Контрольные работы — МАТЕМАТИКА
Мерзляк 6 класс Контрольные работы по математике в четырех вариантах УМК Мерзляк, Полонский, Якир. Цитаты из методического пособия Е. В.Буцко.
Смотрите также аналогичные контрольные работы из Дидактических материалов для УМК Мерзляк (2 варианта с ответами).
algeomath.ru
Подтяните знания с репетитором за лето | Книга по математике…
Методическое пособие по математике 6 класс А.Мерзляк книга по математике (6 класс) на
В пособии даны рекомендации по способам устных вычислений и нестандартному решению полных
Пособие для занятий по математике в 7 классе со слабоуспевающими учащимися….
nsportal.ru
1-11klasses Математика. Дидактические материалы. 6 класс…
Математика. Дидактические материалы. 6 класс — А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, Е. М. Рабинович, М. С. Якир. cкачать в PDF. Дидактические материалы содержат упражнения для самостоятельных и контрольных работ. Используются в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт.
1-11klasses.ru
Математика. 6 класс. Методическое пособие. Мерзляк
Пособие содержит примерное планирование учебного материала, технологические карты уроков, методические рекомендации к каждому параграфу, комментарии к упражнениям, математические диктанты, контрольные работы и решения задач раздела «Задачи от мудрой совы».Пособие используется в к.
Учебно-методическое пособие. Буцко Елена Владимировна, Мерзляк Аркадий Григорьевич. Полонский Виталий Борисович, Якир Михаил Семёнович. Математика. 6 класс.
multiurok.ru
Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С. Математика. 6 класс
Учебник предназначен для изучения математики в 6 классе общеобразовательных учреждений. В нем предусмотрена уровневая дифференциация, позволяющая формировать у школьников познавательный инте.
Автор: Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С. Название: Математика. 6 класс Формат: PDF Размер: 55,75 Мб Язык: Русский. Скачать по прямой ссылке. Учебник предназначен для изучения математики в 6 классе общеобразовательных учреждений.
www.psyoffice.ru
Математика 6 класс. Мерзляк А.Г.
— Мерзляк А.Г. Математика: 6 класс: дидактические материалы: пособие для учащихся общеобразовательных организаций/ А.Г.Мерзляк, В.Б.Полонский, Е.М.Рабинович, М.С.Якир.
Выполнение учащимися работы в целом определяется суммарным баллом, полученным им по результатам выполнения всех заданий работы. Максимальный балл работы составляет – 17 баллов. Задания 1 части оцениваются 1 баллом, задания 2 части оцениваются 2 баллами.
Yagubov.ru
Книга: «Математика. 6 класс. Дидактические материалы. «
Математика. 6 класс. Дидактические материалы. ФГОС Просвещение/Вентана-Граф Пособие содержит упражнения для самостоятельных и контрольных работ. Дидактические материалы используется в комплекте с учебником «Математика. 6 класс» (авт. А. Г. Мерзляк, В. Б. Полонский, М. С. Якир). Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования.
www.labirint.ru
Математика. 6 класс — Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С.
6 класс — Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Якир М.С. Учебник предназначен для изучения математики в 6 классе общеобразовательных учреждений. В нем предусмотрена уровневая дифференциация, позволяющая формировать у школьников познавательный интерес к математике. Содержит большой дидактический материал: задания для подготовки к изучению нового материала, задания для повторения. Учебник входит в систему «Алгоритм успеха».
cdnpdf.com
Решебник по математике Дидактические материалы Мерзляк…
ГДЗ по математике дидактические материалы 6 класс Мерзляк, Полонский даст возможность шестиклассникам не только отлично справиться с домашними заданиями, но и в значительной мере подтянуть уровень владения предметом, если с ним наблюдаются проблемы.
Содержание ГДЗ дидактические материалы Мерзляк 6 класс. Издание содержит максимально подробные решения для каждого из 4 вариантов к 229 заданиям, а также к 2 вариантам двенадцати контрольных работ. Такое количество задач обеспечивает успешное закрепление…
reshak.ru
ГДЗ Математика 6 класс Мерзляк, Полонский, Рабинович…
Математика 6 класс. Серия: Алгоритм успеха . Тип пособия: Дидактические материалы. Авторы: Мерзляк , Полонский, Рабинович. Издательство: «Вентана-Граф».
Созданный учебник «Математика 6 класс дидактические материалы Мерзляк, Полонский, Рабинович Вентана-Граф» позволит учащимся потренироваться и выполнить самостоятельные и контрольные работы. Это пособие, с графским названием издательства, следует применять в паре с учебником математики за 6 класс тех же авторов, для которого оно было создано.
megashpora.com
Математика 6 класс. УМК Мерзляк и др. (2014-2017)
Математика 6 Мерзляк Учебник — онлайн версия проверенного временем учебника для общеобразовательных организаций «Математика 6 класс» (2014-2017).
В нём предусмотрена уровневая дифференциация, позволяющая формировать у школьников познавательный интерес к математике. Учебник входит в систему «Алгоритм успеха». Ниже представлена ознакомительная версия с цитатами в учебных целях для учащихся на самообучении (семейное образование, домашнее обучение).
xn--6-8sb3ae5aa.xn--p1ai
ГДЗ Дидактические материалы по Математике 6 класс Мерзляк…
ГДЗ решебник Математика 6 класс дидактические материалы Мерзляк А.Г. Вентана-граф 2017 ФГОС с
ГДЗ Математика Дидактические материалы Алгоритм успеха за 6 класс Мерзляк
Мерзляк А.Г., Полонский В.Б., Рабинович Е.М., Якир М.С. Серия: Алгоритм успеха.
gdz.moda
Математика. 6 класс. Дидактические материалы. Мерзляк…
Готовые домашние задания (ГДЗ) по математике за 6 (шестой) класс, дидактические материалы, самостоятельные, проверочные и контрольные работы, рабочая тетрадь, авторы: Мерзляк, Полонский, Якир, издательство: Вентана-граф.
А родители, в частности, смогут показать алгоритмическое решение, пользуясь нашим сайтом. ↓ Раскрыть. Автор : Мерзляк, Полонский, Якир. Издательство: ВЕНТАНА-ГРАФ. Тип книги: Учебник. Содержание решебника: Выберите задание из списка или воспользуйтейсь поиском.
dnsis.ru
Математика 6 Контрольные Мерзляк + ОТВЕТЫ
Математика 6 Контрольные Мерзляк — это контрольные работы ( цитаты ) из пособия для учащихся «Математика. Дидактические материалы. 6 класс ФГОС » (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, Е.М. Рабинович, М.С. Якир, изд-во «Вентана-Граф»), а также РЕШЕНИЯ и ОТВЕТЫ.
Дидактические материалы используются в комплекте с учебником «Математика 6 класс» (авт. А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир) системы «Алгоритм успеха» . Соответствует ФГОС основного общего образования (2010).
xn--b1agatflbfbtgq5jm.xn--p1ai

На данной странице Вы можете найти лучшие результаты поиска для чтения, скачивания и покупки на интернет сайтах материалов, документов, бумажных и электронных книг и файлов похожих на материал «Математика, 6 класс, Дидактические материалы, пособие для учащихся общеобразовательных организаций, Мерзляк А. Г., Полонский В.Б., Рабинович Е.М., Якир М.С., 2018»

Для формирования результатов поиска документов использован сервис Яндекс.XML.

Нашлось 37 млн ответов. Показаны первые 32 результата(ов).

Дата генерации страницы: среда, 31 августа 2022 г., 2:04:15 GMT

ГДЗ Математика Мерзляк Дидактика – Telegraph

➡➡➡ ПОДРОБНЕЕ ЖМИТЕ ЗДЕСЬ!

ГДЗ Математика Мерзляк Дидактика

Подробный разбор задач из дидактических материалов по математике за 6 класс Мерзляка , Полонского, Якир . Ответы из ГДЗ были проверены Ответы, решебник к дидактическим материалам . Мерзляк , Полонский, Якир — дидактические материалы . Вентана-Граф, 2019 .

Тип: Дидактические материалы , Алгоритм успеха . Все больше и больше шестиклассников прибегают к помощи ГДЗ по математике дидактические материалы 6 класс Мерзляк . Пособие соответствует всем требованиям ФГОС основного общего образования .

Дидактический материал представляет собой сборник упражнений, с помощью которых улучшается познавательный процесс понимания математики и способствует экономии времени . ГДЗ к учебнику по математике за 5 класс Мерзляк А .Г можно посмотреть здесь .

ГДЗ по математике дидактические материалы 6 класс Мерзляк – это не просто сборник готовыми домашними заданиями, это уникальное пособие Дидактика разработана для того, чтобы улучшить процесс обучения и развития детей как в школе, так и дома .

«ГДЗ Математика 5 класс дидактические материалы Мерзляк , Полонский» содержит задания для основных разделов учебника Выполнение множества однотипных заданий формирует устойчивый навык, развивает логическое мышление и память, а также учит работать с текстом . .

Математика 6 класс . Тип: Дидактические материалы . Авторы: Мерзляк . Издательство: Вентана-граф . Математика – достаточно сложная наука, которую начинают изучать с первого класса и продолжают до последнего курса в высших учебных заведениях математического . .

Теперь на нашем сайте появился ГДЗ к дидактическому материалу Мерзляк 5 класс по математике . В составлении данного сборника также участвовали Полонский и Якир . Наш онлайн решебник очень удобный в навигации все ответы разбиты по вариантам .

ГДЗ дидактические материалы по математике 6 класс Мерзляк, Полонский, Рабинович Вентана-Граф . Получив основы математических знаний в 5-м классе, шестиклассники вплотную переходят к изучению базовых принципов классической науки . Это позволит им в следующем . .

Математика 5 класс . Дидактические материалы . Мерзляк, Рабинович, Полонский . Алгоритм успеха . Сборник ГДЗ по математике 5 класс Мерзляк представляет собой онлайн-решебник по данному УМК, выполненный согласно федеральным образовательным стандартам .

ГДЗ по математике за 6 класс к дидактическому материалу Мерзляка . Необходимые для проверки знаний ребенка, тесты позволяют оценить объемы усвоенных школьниками сведений из образовательной программы . Подготовиться к ним дома помогают ГДЗ по математике 6 . .

Дидактические материалы . 6 класс — А . Г . Мерзляк , В . Б . Полонский, Е . М . Рабинович, М . С . Якир . cкачать в PDF . Дидактические материалы содержат упражнения для самостоятельных и контрольных работ . Используются в комплекте с учебником «Математика .

ГДЗ (готовые домашние задания ) и решебник по математике за 5 класс (дидактические материалы ), авторы: Мерзляк А .Г «ГДЗ татарина» — сообщество школьников 1-11 классов, в котором можно найти ГДЗ (готовые домашние задания) по всем основным предметам!

Математика 6 класс . Дидактические материалы . Мерзляк, Полонский, Якир . В пособии содержится четыре варианта, которые имеют по двести двадцать девять номеров заданий . Помимо этого в ГДЗ по математике 6 класс Мерзляк есть двенадцать контрольных работ . .

Автор: А . Г . Мерзляк Предмет (категория): Дидактические материалы по математике Класс: 6 Читать онлайн: Да Скачать бесплатно: Да Формат Читать онлайн или скачать дидактические материалы по математике для 6 класса Мерзляка 2019 года: Самые популярные статьи

Учебник «Математика . 6 класс» А . Г . Мерзляка, В . Б . Полонского, М . С . Якира . Пособие содержит большое количество заданий по всему спектру изучаемых тем, в том числе кратность чисел, перпендикулярность прямых, положительные и отрицательные числа, дроби и действия . .

Решебник По Английскому Тетрадь Вербицкой
6 Класс ГДЗ Агибалова Учебник Ответы
ГДЗ По Англ 5 Spotlight
Решебник Четвертый Класс Канакина
ГДЗ По Литературе 8 Класс Сухих
ГДЗ По Английскому Языку 5 Класс Автор
ГДЗ Английский Язык 6 Класс Учебник Кузовлев
ГДЗ По Обж 7 Класс Учебник Фролов
ГДЗ По Математике 5 Класс Лысенко
Решебник По 9 Класс Никольский
ГДЗ Сборник Упражнений 4 Быкова Поспелова
ГДЗ По Математике Страничка 5
ГДЗ Путина Афанасьева 7 Класс
ГДЗ По Ма 6 Класс Мерзляк
ГДЗ Рус 1 Класс
Решебник По Окружающему Миру 4 Класс Рабочая
ГДЗ Математика 1 Класс Рабочая Тетрадь
ГДЗ По Физике 9 Класс Перышкин Ответы
ГДЗ По Биологии 10 Класс Пономарева Учебник
Скачать Решебник По Алгебре 7 Класс Никольский
ГДЗ По Английскому Языку Страница 51
Кирик 9 Класс Самостоятельные Работы ГДЗ
ГДЗ По Географии 6 Дрофа
Канакина Русский Язык Третий Класс Учебник Решебник
ГДЗ По Английскому Языку Шестой Класс Виленкин
ГДЗ По Русскому 10 11 Власенков
Решебник По Огэ 9
ГДЗ По Английскому 9 Класс Ларионова
Биология 7 ГДЗ Тетрадь Латюшина
ГДЗ По Английскому Юнит 1
Математика 6 Класс Никольский ГДЗ Номер 7
Задачник По Физике 9 Класс Генденштейн ГДЗ
ГДЗ 7 Тире 9 Класс
ГДЗ По Английскому 6 Гиа Ваулина
ГДЗ Биболетова Рабочая
ГДЗ Самостоятельная Работа 7 Класс
Решебник По Математике 5 Дорофеев Петерсон
Решебник Учебника По Математике 5
Подробное ГДЗ По Алгебре 7 Класс
ГДЗ По Русскому 10 Класс 2011
Решебник По Математике 5 Класс Садовский
ГДЗ По Чтению 4 Класс Рабочая Кутявина
ГДЗ Окружающий Мир 3 Плешаков Учебник
Русский Язык 8 Класс Ладыженская Решебник Ответы
ГДЗ По Англ Комарова Учебник
Перышкин 10 Класс ГДЗ
Громцева ГДЗ 11
ГДЗ По Практике 8 Класс Пичугова
ГДЗ По Английскому 9 Класс Активити Бук
ГДЗ По Математике 3 Дорофеев

ГДЗ Workbook 5 Класс

Горизонты Немецкий Язык 5 Класс Учебник ГДЗ

Решебник По Алгебре Класс Колягин

Эванс 8 Класс Учебник ГДЗ

ГДЗ Рт 6 Класс

по математике за 6 класс дидактические материалы Мерзляк А.

Г, Полонский В. Б, Якир М. С

по математике за 6 класс дидактический материал

Тип: Дидактические материалы. Алгоритм успеха.

Здесь вы найдете дидактические материалы по Математике 6 класса авторы: Мерзляк А. Г., Полонский В. Б., Якир М. С., от издательств: Просвещение, Вентана-граф 2017-2021. содержит все ответы на вопросы и поможет Вам правильно выполнить домашнее задание.

к учебнику по математике за 6 класс Мерзляк А. Г. можно скачать здесь.

по за математике 6 класс рабочая тетрадь Часть 1, 2, 3 Мерзляк А. Г. можно скачать здесь.

к тестам по математике 6 класс Ерина Т. М. можно скачать здесь.

к методическому пособию по математике 6 класс Буцко Е. В. можно скачать здесь.

к тестам по математике 6 класс Ерина Т.

Onlinegdz. app

05.05.2020 20:03:47

2020-05-05 20:03:47

Источники:

Https://onlinegdz. app/6-klass/matematika/didakticheskie-materiali-merzlyak

по математике 6 класс Дидактические материалы Потапов, Шевкин Решебник » /> » /> . keyword { color: red; }

по математике за 6 класс дидактический материал

дидактические материалы по математике за 6 класс Потапов М. К., Шевкин А. В. – это полезное онлайн-пособие, которое создано специально для поддержки учеников средней школы. Этот сборник включает в себя правильные образцы ко всем номерам из основного учебника. Необходимо внимательно изучать всю теорию и усердно практиковаться, чтобы впоследствии легко усваивать алгебру и геометрию. А достичь максимально эффективного результата поможет представленный онлайн-решебник.

Почему стоит включить онлайн-решебник по математике за 6 класс Потапов в процесс обучения

Этот сборник содержит подробно расписанные решения ко всем номерам заданий из оригинального учебника. С его поддержкой будет гораздо проще изучить и понять принципы решения. Некоторые считают, что онлайн-решебник помогает только школьникам, желающим списать, но это не всегда так. Он призван помочь шестиклассникам:

Кроме того, к особенностям этого справочника можно отнести то, что пользоваться им можно онлайн. Это позволяет без труда найти верные решения за короткое время. Доступ к сайту имеется с любого устройства (ноутбук, планшет, телефон, компьютер и т. д.). Это весьма удобно и практично, ведь все издания, которые понадобятся в процессе учебы, находятся в одном месте. Используя , ребята получают возможность исправить плохие оценки и удивить учителей полнотой своих знаний. Решебник к дид. мат. по математике за 6 класс Потапов М. К., Шевкин А. В. — отличный помощник для всех учащихся. С ним больше не страшны вопросы учителя. Наоборот, теперь школьник будет сам тянуть руку, чтобы ответить на уроке с места или у доски, ведь он всегда будет уверен в своих навыках, что поможет всегда быть готовым к уроку. Однако не следует просто списывать. Ребенок должен попробовать решить задачку своими силами и лишь после этого заглянуть в .

Самостоятельные работы

С-1. Масштаб

С-2.

Деление числа в данном отношении

С-3. Пропорции

С-4. Понятие о проценте

С-5. Задачи на проценты

С-6. Вероятность события

С-7. Задачи на вычисление вероятности события

С-8. Модуль целого числа. Сравнение целых чисел

С-9. Сложение и вычитание целых чисел

С-10. Умножение и деление целых чисел

С-11. Действия с целыми числами

С-12. Представление целых чисел на координатной прямой

С-13. Рациональные числа

С-14. Сравнение рациональных чисел

С-15. Сложение рациональных чисел

С-16. Вычитание рациональных чисел

С-17. Умножение рациональных чисел

С-18. Деление рациональных чисел

С-19. Смешанные дроби

С-20. Действия с рациональными числами

С-21. Представление рациональных чисел на координатной прямой

С-22. Уравнения

С-23. Уравнения с модулями

С-24. Решение задач с помощью уравнений

С-25. Упрощение выражений

С-26.

Десятичные дроби. Сравнение десятичных дробей

С-27. Сложение и вычитание десятичных дробей

С-28. Умножение десятичных дробей

С-29. Деление десятичных дробей

С-30. Десятичные дроби и проценты

С-31. Сложные задачи на проценты

С-32. Использование вспомогательных букв при решении задач на проценты

С-33. Практические задачи на проценты

С-34. Десятичные дроби произвольного знака

С-35. Совместные действия с обыкновенными и десятичными дробями произвольного знака

С-36. Приближения десятичных дробей

С-37. Приближённые вычисления

С-38. Периодические десятичные дроби

С-39. Длина окружности и площадь круга

Контрольные работы

Задания для самопроверки

Не зря дети всю школьную пору изучают математические науки. В них скрыто глубокое жизненное значение. Это именно те уроки, которые учат мыслить логически. А также они научат справляться с проблемами, которые встают перед человеком ежедневно. При наличии даже вполне базовых навыков, легко планировать свои дни, покупки, поездки. Однако прежде необходимо окончить школу и пройти все темы, заложенные в школьную программу. Во время изучения курса школьники познакомятся со следующими главами:

пропорциональность; делимость чисел; отрицательные числа; формулы и уравнения.

Постичь все нюансы школьной программы обучающимся поможет решебник к дидактическим материалам по математике за 6 класс Потапов

Данные темы существенно сложнее чем все, что изучалось ранее. Многое может вызывать вопросы у школьников. Зачастую они стесняются их задавать, вследствие чего могут возникнуть белые пятна и упасть успеваемость. Шестой год – это усложнение ранее изученных тем. Каждый новый раздел может вызывать сложности. Для освоения материала прекрасным помощником станет онлайн-справочник. Он разработан в соответствии с федеральными нормами и содержит готовые ответы к разноуровневым заданиям для усвоения и закрепления полученных знаний. Представленный онлайн-сборник прекрасно дополняет основную программу. Авторы предоставили детальные ответы ко всем задачам и уравнениям, которые могут встретиться детям.

Почему многие пользователи советуют пользоваться онлайн-решебником по математической науке за шестой год от Потапова

Если ученики начнут пользоваться им, они смогут усваивать получаемую информацию более качественно. Этого можно достичь благодаря полезным комментариям, объясняющим, как получилось верное решение. Они легко разберутся с расчетами уравнений, научатся грамотно записывать процесс расчётов и получившийся результат. Представленное онлайн-пособие является отличным дополнением к учебной программе общеобразовательных школ. Над ним трудился коллектив профессиональных авторов, так что в правильности ответов не приходится сомневаться. Если не списывать постоянно, а именно разбирать трудные моменты, то решебник даст возможность:

В этот период ребята уже имеют любимые науки, некоторые даже представляют себе направление своего будущего образования. Однако в следующем году многое изменится, так как начнется работа с такими предметами, как геометрия, алгебра и физика, а в ряде учебных заведений ещё и химия. Еще на шаг приблизится итоговая аттестация. Поэтому «коллекционировать» пробелы в знаниях – занятие опасное. Даже при стабильной успеваемости ежедневная подготовка домашних заданий требует от учеников самой напряженной подготовки. Поэтому всем шестиклассникам так важна поддержка онлайн-решебника.

Самостоятельные работы

С-1. Масштаб

С-2. Деление числа в данном отношении

С-3. Пропорции

С-4. Понятие о проценте

С-5. Задачи на проценты

С-6. Вероятность события

С-7. Задачи на вычисление вероятности события

С-8. Модуль целого числа. Сравнение целых чисел

С-9. Сложение и вычитание целых чисел

С-10. Умножение и деление целых чисел

С-11.

Действия с целыми числами

С-12. Представление целых чисел на координатной прямой

С-13. Рациональные числа

С-14. Сравнение рациональных чисел

С-15. Сложение рациональных чисел

С-16. Вычитание рациональных чисел

С-17. Умножение рациональных чисел

С-18. Деление рациональных чисел

С-19. Смешанные дроби

С-20. Действия с рациональными числами

С-21. Представление рациональных чисел на координатной прямой

С-22. Уравнения

С-23. Уравнения с модулями

С-24. Решение задач с помощью уравнений

С-25. Упрощение выражений

С-26. Десятичные дроби. Сравнение десятичных дробей

С-27. Сложение и вычитание десятичных дробей

С-28. Умножение десятичных дробей

С-29. Деление десятичных дробей

С-30. Десятичные дроби и проценты

С-31. Сложные задачи на проценты

С-32. Использование вспомогательных букв при решении задач на проценты

С-33. Практические задачи на проценты

С-34.

Десятичные дроби произвольного знака

С-35. Совместные действия с обыкновенными и десятичными дробями произвольного знака

С-36. Приближения десятичных дробей

С-37. Приближённые вычисления

С-38. Периодические десятичные дроби

С-39. Длина окружности и площадь круга

пропорциональность; делимость чисел; отрицательные числа; формулы и уравнения.

Десятичные дроби произвольного знака.

Gdz. ru

10.05.2019 3:29:39

2019-05-10 03:29:39

Источники:

Https://gdz. ru/class-6/matematika/didakticheskie-materiali-potapov/

по математике 6 класс Дидактические материалы Мерзляк, Полонский Решебник » /> » /> .keyword { color: red; }

по математике за 6 класс дидактический материал

по математике дидактические материалы 6 класс Мерзляк – это не просто сборник готовыми домашними заданиями, это уникальное пособие, призванное помочь шестиклассникам в написании будущих контрольных и проверочных работ.

Дидактика разработана для того, чтобы улучшить процесс обучения и развития детей как в школе, так и дома. Номера, которые задают учителя из этого задачника, позволяют наработать навык решения задач и уравнений по данному предмету. Это пригодится и для экзаменов (ОГЭ и ЕГЭ), и для выполнения д/з. Благодаря учебно-методическому комплексу школьник будет получать только положительные отметки, что вызовет повод для гордости у родителей. Кстати, решебник окажет большую услугу и взрослым. Мамы и папы с помощью данного пособия смогут проверять правильность выполнения домашки у своего ребенка. Несмотря на сложность школьной программы на шестом году обучения, родителям вовсе не обязательно вспоминать заново все формулы и перечитывать правила в начале параграфа. Достаточно просто открыть готовые ключи и сравнить результаты.

Какими отличительными особенностями обладают по математике для 6 класса к дидактическим материалам Мерзляка

Мы выделили несколько пунктов, которые отличают данный сборник. А именно:

онлайн-режим; только правильные ответы; подробно расписанные решения, а не просто голые цифры; доступ с любого; работа портала круглые сутки; удобная навигация по сайту; постоянная обновляемость и т. д.

Все это позволяет открывать нужные задания прямо в интернете. Все что вам нужно иметь при себе, это компьютер или телефон с выходом в сеть. Только представьте, насколько это удобно, ведь вовсе не нужно бегать по городу в поисках печатного издания. Готовые решения всегда будут под рукой, где бы вы не находились.

Решебник по математике для дидактических материалов за 6 класс (авторы: Мерзляк А. Г., Полонский В. Б., Якир М. С.) научит ребенка всегда отвечать хоть с места, хоть у доски, т. к. уверенный в себе школьник точно знает правильный ответ!

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Контрольные работы

Вариант 1

Вариант 2

Если родители видят, что шестиклассник не справляется даже с элементарными номерами из учебника, то им стоит разрешить своему чаду воспользоваться материалами . Информация в решебнике изложена простым и понятным языком. К тому же он полностью соответствует всем строгим правилам и требованиям Федерального компонента государственного образовательного стандарта. Даже учителя советуют детям использовать это прекрасное учебно-методическое пособие.

На сегодняшний день существует множество справочников с ответами, но данный сборник является лучшим среди всех. Авторы постарались на славу и создали надежного помощника для каждого школьника. При его разработке педагоги и методисты опирались на дополнительное дидактическое издание Мерзляка А. Г., которое выпускалось издательствами «Просвещение» и «Вентана-граф» в 2017 и 2021 гг. Оно вошло в знаменитую серию «Алгоритм успеха». Виртуальное пособие помогает подготовиться к контрольному опросу в классе, обычной самостоятельной работе, итоговому тесту. Ученику нет необходимости окружать себя большим количеством справочников и путаться в обилии информации. Все необходимое теперь находится в одном месте, что очень удобно. К тому же воспользоваться сведениями можно в любое время, находясь где угодно.

О чем расскажет онлайн-решебник к дидактическим материалам по математике для 6 класса от Мерзляка

На занятиях и дома ребята будут выполнять самые разнообразные задания, а также отвечать на вопросы по следующим темам:

Делители и кратные. Признаки делимости. Простые и составные числа. Основное свойство дроби. Отношения. Пропорции и т. д.

На уроках редко у кого возникают вопросы, а вот при выполнении домашних заданий практически все сталкиваются с трудностями. Все дело в том, что не все учащиеся умеют применять полученные знания в деле. Этому нужно постепенно учиться. Некоторые предпочитают заниматься с репетиторами. А другие используют сборники верных ответов. И второй вариант является наиболее эффективным, так как ребенок учится сам справляться с трудными заданиями и не надеется каждый раз на помощь со стороны.

Как устроено решебник дидактических материалов по математике за 6 класс Мерзляк, Полонский, Якир

Издание очень объемное и содержит четыре варианта 229-ти упражнений, а также 12 контрольных работ, выполненных в двух вариантах. Кроме того, в онлайн-книге каждый найдет:

правильные ответы на контр. вопросы; заметки методистов; алгоритмы решения задач; таблицы и схемы; авторские комментарии; подробное объяснение тем.

Все это сопровождается красочными иллюстрациями и яркими рисунками, что во много раз облегчает процесс запоминания важной информации.

Вариант 1

Вариант 2

Признаки делимости.

Gdz. ru

12.10.2019 20:27:00

2019-10-12 20:27:00

Источники:

Https://gdz. ru/class-6/matematika/didakticheskie-materiali-merzlyak/

Инструменты фундаментального анализа функций репертуаров ТКО: систематическое сравнение

Список журналов
Кратко Биоинформ
PMC7
6

Бриф Биоинформ. 2020 сен; 21 (5): 1706–1716.

Опубликовано онлайн 2019 г.Oct 18. doi: 10. 1093/bib/bbz092

, ^1, ^2, ^3, ⁴ ^{, ^1, ^2, ³ ^{, ^1, ² ^{, ^1, ² , ¹ , ⁵ , ^1, ² , ^1, ² , ^1, ² , ^1, ^2, ^3, ⁴, ⁵, ^6, ⁷ и ^{^1, ^2, ^3, ⁴}}}}

Авторская информация о статье Примечания об авторских правах и информации об отказе от получения ответственности

Дополнительные материалы

Доступность данных

. человек известен как его или ее репертуар TCR. Определение репертуара TCR в физиологических условиях и в ответ на заболевание или вакцину может привести к лучшему пониманию адаптивного иммунитета и, таким образом, имеет большую биологическую и клиническую ценность. За последнее десятилетие было разработано несколько высокопроизводительных инструментов, основанных на секвенировании, для назначения TCR генам зародышевой линии и извлечения последовательностей области 3, определяющей комплементарность (CDR3), с использованием различных алгоритмов. Хотя эти инструменты утверждают, что могут выполнять полный спектр фундаментального анализа репертуара TCR, нет четкого консенсуса относительно того, какой инструмент лучше всего подходит для конкретных проектов. Здесь мы представляем систематический анализ 12 доступных инструментов анализа репертуара TCR с использованием смоделированных данных с акцентом на функции фундаментального анализа. Наши результаты проливают свет на подробные функции инструментов анализа репертуара TCR и, следовательно, могут помочь исследователям в этой области выбрать правильные инструменты для своего конкретного экспериментального дизайна.
Ключевые слова: Репертуар Т-клеточных рецепторов, высокопроизводительное секвенирование, бенчмаркинг инструментов, иммунология, in silico моделирование
Набор всех Т-клеточных рецепторов у человека известен как его или ее репертуар TCR. Репертуар TCR характеризуется невероятным разнообразием, потому что каждый TCR генерируется в результате последовательных биологических процессов, состоящих из соматической перестройки, нематричной вставки и делеции и гетерогенного спаривания цепей. Теоретически количество различных TCR у человека оценивается как 10 9 .0015 13 ~10 ¹⁵ [1]. Это разнообразие лежит в основе способности иммунной системы вызывать специфические реакции на широкий спектр антигенов, включая патогены, аутоантигены, токсины, аллергены и опухолевые неоантигены. Таким образом, репертуар TCR играет критическую роль в адаптивном иммунитете, и анализ репертуара TCR может улучшить наше понимание иммунных реакций и может иметь широкое значение для здоровья и благополучия. Однако исследования репертуара TCR осложняются количеством вовлеченных молекул, поскольку традиционные методы, такие как спектротипирование, секвенирование по Сенгеру и проточная цитометрия, могут охарактеризовать лишь ограниченное количество TCR.
Технология высокопроизводительного секвенирования (HTS) может фиксировать от сотен до тысяч миллионов прочтений секвенирования и, таким образом, позволяет исследователям характеризовать репертуары TCR с беспрецедентной глубиной. Действительно, высокопроизводительное секвенирование репертуара TCR (TCR Rep-Seq) и профилирование стали важным инструментом в фундаментальных исследованиях и клинических применениях, таких как разработка вакцин и мониторинг терапевтических ответов. На сегодняшний день этот универсальный подход применяется для изучения рака [2], воспалений [3], аутоиммунных заболеваний [4], трансплантации гемопоэтических стволовых клеток [5], инфекций [6] и редких заболеваний [7, 8]. TCR Rep-Seq также может иметь потенциал для отслеживания иммунной истории человека и оценки его или ее способности противостоять различным патогенам [9]., 10].
Однако, хотя сбор миллионов различных TCR с помощью технологии HTS является простым, точная и эффективная экстраполяция биологической и/или клинической информации из этих данных представляет собой серьезную проблему. Анализы TCR Rep-Seq можно классифицировать как анализы низкого или высокого уровня [11]. Низкоуровневый анализ исследует обработку необработанных данных, исправление ошибок, присвоение V (D) J и извлечение третьей определяющей комплементарность области (CDR3). Анализ высокого уровня исследует разнообразие репертуара, общие и частные клоны и антигенную специфичность. Было разработано несколько инструментов для расшифровки сложной информации, содержащейся в репертуарах TCR [12–26]. Хотя доступность этих инструментов полезна, нет четкого мнения о том, какой из них дает лучшие результаты при анализе.
Афзал и др. сообщил о систематическом сравнении десяти инструментов TCR Rep-Seq [27]. В дополнение к общим свойствам, таким как простота использования, возможность настройки, установка Linux и зависимость от внешних инструментов, их исследование было сосредоточено на сравнении обнаружения клонотипов (т.е. идентификации уникальных комбинаций V(D)J), идентификации CDR3 и точность исправления ошибок. Хотя тщательное изучение этих высокоуровневых анализов полезно для сообщества, авторы явно не сравнивали производительность этих инструментов при низкоуровневом или фундаментальном анализе. Назначение V(D)J декодирует основную информацию для соматической рекомбинации, а последовательность CDR3 определяет специфичность связывания для конкретного TCR. Точность этих результатов важна для исследований высокого уровня и для последующего качественного и количественного анализа данных TCR Rep-Seq. Таким образом, всестороннее сравнение инструментов для этих фундаментальных анализов имеет смысл.
В этом исследовании мы сравнили основные характеристики 12 инструментов для анализа данных TCR Rep-Seq, сосредоточив внимание на частоте присвоения считываний, точности присвоения сегментов гена, частоте отзыва клонов и точности. В сочетании с предыдущими обзорами и сравнительными исследованиями эти результаты дают полную характеристику доступных инструментов для анализа репертуара TCR. Эта работа будет полезна, поскольку поможет ученым выбрать метод для своего конкретного экспериментального плана.
Сравнение общих характеристик инструментов анализа TCR Rep-Seq
показаны основные функции двенадцати свободно доступных инструментов анализа TCR Rep-Seq, упорядоченных по годам публикации. Хотя эти инструменты были разработаны на разных языках программирования, все они, кроме IMGT/HighV-QUEST, имеют автономную версию для упрощения локальной реализации. Восемь из этих двенадцати инструментов также могут обрабатывать данные секвенирования рецепторов В-клеток (Ig-Seq). Чтобы справиться с проблемой, связанной с огромным объемом данных HTS, IgBLAST, MiXCR, IMmunogenetic SEQuence analysis (IMSEQ), TRIg и RTCR внедрили многопоточные модули для повышения их эффективности.
Table 1
Miscellaneous features of the TCR repertoire analysis tools
6 Kuetchen.
Tools Published year Citations ^* Implementation Accessibility Aligner/Algorithm PCR/Sequencing error correction Поддерживается многопоточность In silico Моделирование в качестве эталона Поддержка BCR Авторы
IMGT/HighV-QUEST 2012 515 Java WS GPA (NW) No No No Yes Alamyar et al.
MITCR 2013 132 hava SA N-MERS YES NO YES NO YES 6 NO YES NO .
Декомбинатор 2013 80 Python SA Половина метки Нет* Нет Да Нет Thomas et al.
IGBLAST 2013 316 C ++ WS/SA BLAST NO .
Виджил 2014 41 C++ WS/SA K-word Да Нет Нет Да Giraud et al.
MIXCR 2015 248 hava SA Kaligner YES YES YES YES .
TCRKLASS 2015 27 C ++, PERL SA K-STRIN0157 Ян и др.
LymAnalyzer 2015 30 Java SA Fast-tag Yes No Yes Yes Yu et al.
IMONITOR 2015 41 C ++, Perl, R SA BLAST Да Да Да Да .
IMSEQ 2015 48 C++ SA SCF соответствие Да Да Да Да
RTCR 2016 20 C, Python SA . . . . . . . . . . . . . . .
ТРИГ 2016 3 Perl SA Nucmer Нет Да Нет Да Hung et al.
Открыть в отдельном окне
Примечание : статистика цитирования была получена из Google Scholar до 20 марта 2019 г. (https://scholar.google.com/). WS и SA в столбце «Доступность» представляют веб-сервис и автономный режим соответственно. В новую версию Decombinator включен алгоритм исправления ошибок на основе штрих-кода. Атрибуты, назначенные здесь для каждого инструмента, относятся к его автономной версии, если для этого инструмента доступна отдельная версия.
Инструменты, которые не соответствуют стандартной процедуре анализа TCR или предназначены для конкретных целей, были исключены. Например, Коррекция ошибок на основе групп молекулярных идентификаторов (MIGEC) была исключена из набора, поскольку для нее требуется уникальный молекулярный идентификатор (UMI) в считываниях секвенирования. Чтобы облегчить выбор инструментов, основанных как на экспериментальном дизайне, так и на требованиях к анализу, мы предоставили блок-схему принятия решений ().
Открыть в отдельном окне
Блок-схема, показывающая рекомендации по выбору инструмента TCR Rep-Seq. Эта блок-схема представляет собой пошаговое руководство, показывающее, как выбрать инструмент для заданных форматов входных файлов, различных стратегий секвенирования, настройки баз данных эталонных зародышевых линий и ожидаемых выходных данных.
Идентификация сегментов гена V(D)J, один из ключевых процессов анализа наборов данных TCR Rep-Seq, осуществляется с помощью различных эвристических алгоритмов. Большинство инструментов вычисляют частоты строк k-mer в эталонном наборе генов/аллелей и сохраняют их положения в проиндексированной базе данных. Во время назначения последовательности k-меров из чтения запроса сравниваются с последовательностями в базе данных, и полное выравнивание выполняется путем последовательного расширения. Например, MiXCR манипулирует выравниванием, вводя модифицированный алгоритм связывания k-меров, который случайным образом выбирает семена из последовательностей запроса для сопоставления с предварительно рассчитанным индексом, который, в свою очередь, сохраняет положения всех семян в эталонных последовательностях зародышевой линии для целевого репертуара TCR/BCR. данные секвенирования. RTCR, с другой стороны, выигрывает от начального выравнивания, используя преимущества быстрого выравнивания инструмента Bowtie. IMGT/HighV-QUEST использует глобальное попарное выравнивание для идентификации генных сегментов. Все инструменты, кроме MiTCR, могут предоставлять сведения о назначении последовательностей запросов, но только часть из них может различать аллели (см. Дополнительную таблицу 1).
Для извлечения CDR3, критического компонента TCR, все инструменты используют консервативный цистеин (Cys или C) в 104-м положении и мотив FGXG, хотя и с несколько разными подходами. TCRklass использует трансляцию с шестью рамками считывания для последовательности запроса, чтобы сравнить с предопределенным эталонным профилем k-строки зародышевой линии, чтобы определить положения законсервированных остатков. LymAnalyzer идентифицирует нуклеотиды, кодирующие FGXG, а затем ищет вышележащие нуклеотиды, кодирующие C, в той же рамке считывания. Все другие инструменты основаны на назначении сегментов генов зародышевой линии для идентификации CDR3. Эти инструменты имеют различные допуски к ошибкам вне кадра, внутренним стоп-кодонам и мутациям в консервативных C и FGXG (см. Дополнительную таблицу 1).
Оба подхода, основанные на ПЦР и HTS, могут вводить ошибочные основания и химерные последовательности [28, 29]. Таким образом, инструменты анализа репертуара TCR используют различные стратегии исправления ошибок для удаления этих артефактов последовательности. LymAnalyzer и TCRklass удаляют чтения с низким качеством и/или низкой частотой, используя определенные пороговые значения. MiTCR, MiXCR и IMonitor используют метод исправления ошибок на основе кластера для устранения ошибок с помощью алгоритма исправления на основе качества. IMSEQ и RTCR используют сложную схему исправления ошибок, в которой учитывается качество каждой базы.
Во время разработки большинство этих инструментов были оценены in silico эталонными тестами (). Таким образом, смоделированные данные с известной рекомбинацией V(D)J и CDR3 представляют собой мощный и эффективный метод сравнения инструментов анализа TCR.
Генерация наборов данных
in silico
Данные репертуара TCR характеризуются дифференциальной экспрессией генов зародышевой линии, предпочтительной рекомбинацией D-J [30], случайными вставками и делециями (вставками) в соединениях V-D и D-J, а также артефактами, вызванными ПЦР и HTS . Существует множество инструментов, которые могут имитировать данные TCR Rep-Seq. Сафонова и др. разработал IgSimulator, который подходит для моделирования репертуара антител, но не учитывает упомянутые выше особенности [31]. IGoR способен изучать эмпирические признаки из обучающего набора данных, но не учитывает артефакты, введенные в процессе ПЦР [32]. Мы построили конвейер моделирования, который включает в себя известные особенности рекомбинации и вышеупомянутые артефакты ().
Открыть в отдельном окне
Конвейер моделирования для контрольных данных. Смоделированные данные были смоделированы на основе реальных данных из набора данных глубокого секвенирования. Эта модель состоит из статистики использования генов, удаления генов и вставок генов. Считалось, что по этим параметрам формируются исходные индивидуальные клонотипы, размеры которых задавались на основании закона Ципфа. Последующий процесс ПЦР и NGS были реализованы с использованием собственного скрипта Python и опубликованного симулятора секвенирования (ART) соответственно. Затем амплифицированные последовательности случайным образом отбирали для последующих HTS, что давало in silico наборов данных, напоминающих реальный набор данных репертуара TCR.
Чтобы максимально имитировать данные о реальном репертуаре TCR, мы рассчитали свойства репертуаров TCR, включая использование генных сегментов V(D)J, вставки в соединениях V-D и D-J, а также распределение длины CDR3 от реальных -мировые наборы данных [33]. Для соответствующего включения этих свойств использовалась комбинация внутренних сценариев Python и симулятора чтения секвенирования нового поколения (ART). Чтобы оценить производительность инструментов TCR Rep-Seq, мы создали два разных набора данных. Оба набора данных были сгенерированы на основе свойств, полученных из двух разных реальных данных (см. Материалы и методы). Первый набор данных (в дальнейшем именуемый набором данных A) содержит 200 000 клонов с меньшей глубиной секвенирования, большим количеством одноэлементных TCR и меньшим количеством вставок в соединительной области. Другой набор данных (в дальнейшем именуемый набором данных B) содержит 15 000 клонов с большей глубиной секвенирования (без синглетонов) и большим количеством вставок в местах соединения. Мы сравнили смоделированные данные с реальными данными, чтобы обеспечить качество (см. Дополнительный рисунок 1). Наши последующие анализы были сосредоточены на наборе данных A, и все необходимые сравнения с набором данных B выполнялись, когда между ними возникали разные результаты.
Сравнение распределения сегментов генов зародышевой линии
Как обсуждалось выше, назначение генов зародышевой линии является основой для нового предсказания генов зародышевой линии, извлечения CDR3 и последующей оценки разнообразия и равномерности репертуара. Таким образом, точное присвоение прочтений генным сегментам имеет решающее значение при обработке данных TCR Rep-Seq.
Чтобы обеспечить справедливое сравнение, мы использовали одни и те же эталонные последовательности зародышевой линии для всех анализов (см. Материалы и методы). Для Decombinator мы изменили файл тега после замены эталонных файлов зародышевой линии. показать процент назначения генов V и J и соответствующую точность назначения для всех инструментов с набором данных A. Все инструменты, кроме MiTCR, предоставляют информацию о назначении считывания. Десять из одиннадцати других инструментов присвоили вариабельные (V) или соединительные (J) генные сегменты зародышевой линии почти всем чтениям для набора данных A (). IMSEQ отличился несколько более низким коэффициентом присвоения (около 95%). Стоит отметить, что IMSEQ по умолчанию вычисляет обратные дополнения чтений V(D)J (чтение 2) для входных файлов (синие точки на ). Поэтому входные чтения были стандартизированы для одного направления для обработки чтений с разными ориентациями. Проценты назначения генов V и J LymAnalyzer, IMSEQ и Decombinator были заметно ниже в наборе данных B (дополнительные рисунки 2a и b). Тщательное исследование этих неправильно назначенных прочтений показало, что эти инструменты чувствительны к делециям, происходящим в сегментах генов V и J. Этот эффект вызван тем, что на этапе назначения эти инструменты сильно зависят от предварительно выбранных тегов или подстрок, расположенных на 3’-конце эталонных последовательностей зародышевой линии. Длинные делеции, как правило, мешают этому первоначальному совпадению с эталоном зародышевой линии. Как показано на , TCRklass, Decombinator и TRIg не сообщают об аллелях для присвоения аллелей V и J. В то время как другие инструменты хорошо показали себя при назначении аллеля J, точность назначения для аллелей V различалась. Среди протестированных инструментов IMonitor показал 20% неправильных назначений аллелей V. Большинство этих ошибочных назначений произошло между аллелями одних и тех же генов. Например, 30,3%, 15,7% и 13% считываний между парами аллелей TRBV20-1 ^* 01 и TRBV20-1 ^* 02, TRBV10-3 ^* 01 и TRBV10-3 ^* 02, а TRBV7-2 ^* 01 и TRBV7-2 ^{*04 пропущены соответственно, Два выравнивания последовательностей показали, что различия между каждой парой последовательностей незначительны: вставка/делеция на 3′-конце и несовпадение одного нуклеотида перед 87 ^-м нуклеотидом. Поскольку первые 87 оснований были отрезаны IMonitor при построении ссылок зародышевой линии и поскольку вставки часто встречаются на стыке V-D, эти пары аллелей неразличимы с IMonitor (дополнительные рисунки 3a, b и c).}
Открыть в отдельном окне
Статистика и сравнение назначений сегментов генов V и J. (Левая ось Y) Красные диаграммы показывают процент прочтений, которым соответствуют генные сегменты V (a) и J (b), аллели V (c) и J (d). (Правая ось Y) Синяя пунктирная линия указывает на точность назначения генного сегмента зародышевой линии. Примечание: ^a MiTCR не сообщает о назначении фрагментов генов; ^b TCRklass, ^b Декомбинатор, ^b TRIg не сообщают информацию об аллелях.
Экстракция CDR3
Разнообразие и богатство репертуара TCR также являются важными точками данных, и уверенное получение этих измерений зависит от точности экстракции CDR3 и анализа клонотипов. Хотя за последнее десятилетие были предприняты большие усилия для стандартизации обмена данными и сравнения репертуара TCR, в этой области еще не достигнуто единодушное определение клонотипа (дополнительная таблица 1) [34, 35]. Тем не менее, нуклеотидная последовательность CDR3 обычно считается идентичной клону TCR. Поэтому мы использовали нуклеотидную последовательность CDR3 в следующих анализах.
В большинстве анализов только продуктивные чтения считаются информативными. Однако определения производительности варьируются в зависимости от используемых инструментов. В этом исследовании мы решили сохранить считывания с функциональными CDR3 — теми, которые не имели мутаций сдвига рамки считывания или внутренних стоп-кодонов и бежали от консервативного 104-го C до FGXG. Если инструмент сообщал только о аминокислотных CDR3, соответствующие нуклеотидные последовательности экстрагировались соответствующим образом.
CDR3, идентифицированные инструментами, были разделены на три категории: истинные CDR3, неодноэлементные ложноположительные CDR3 и одноэлементные ложноположительные CDR3 (). Для набора данных A восемь инструментов (Decombinator, IMGT/HighV-QUEST, IMSEQ, IMonitor, IgBLAST, LymAnalyzer, TRIg и Vidjil) успешно восстановили почти все подлинные CDR3, но по-прежнему сообщали о значительном количестве ложных срабатываний, в которых преобладали синглтоны. также неправильно определили. Всего от 41,3 до 49.0,4 процента CDR3, о которых сообщили эти восемь инструментов, не существовали в смоделированных данных. С другой стороны, MiTCR, MiXCR, RTCR и TCRklass сообщили о незначительных ложных срабатываниях в диапазоне от 0,4 до 7,6 процента. Однако MiTCR, MiXCR и TCRklass не смогли идентифицировать от 23 до 41 процента истинных CDR3. Как показано на рисунке, RTCR превзошел все другие инструменты как по полноте, так и по точности извлечения CDR3.
Открыть в отдельном окне
Результаты идентификации CDR3. а. На гистограмме показано отношение сообщаемого числа уникальных нуклеотидных последовательностей CDR3 к «истинному» числу (левая ось Y). Коэффициент идентификации CDR3 рассчитывается как количество зарегистрированных CDR3, деленное на количество истинных CDR3. Участки синего, светло-оранжевого и светло-серого цвета указывают долю «истинных» CDR3, неодноэлементных ложноположительных результатов и одноэлементных ложноположительных результатов соответственно. Столбики погрешностей показывают стандартные отклонения. Серая линия показывает процент одноэлементных ложных срабатываний, выявленных каждым инструментом (правая ось Y). MiTCR, MiXCR, RTCR и TCRklass сообщили о наименьшем количестве ложноположительных CDR3. б. Полнота и точность результирующих репертуаров, сгенерированных двенадцатью инструментами для пяти повторностей. Отзыв (ось X) определяется как доля смоделированных CDR3, которые были правильно идентифицированы. Точность определяется как доля смоделированных CDR3 от общего числа идентифицированных (ось Y). в. Доля синглетонов среди ложноотрицательных CDR3. Светло-синие столбцы внизу показывают долю одиночных CDR3 с ошибками ПЦР или секвенирования, а более темные синие столбцы обозначают те одиночные CDR3 без ошибок. д. Доля ложноположительных результатов, вызванных ошибками ПЦР или HTS. На оси X указано количество ложных срабатываний, выявленных различными инструментами, а на оси Y показана доля ложных срабатываний, содержащих ошибки.
Затем мы сосредоточились на причинах неправильно идентифицированных CDR3. Сначала мы исследовали распределение размеров клонов ложноотрицательных CDR3. Большинство CDR3, которые не были идентифицированы, происходили из меньших клонов и особенно одиночных (1). Более 60% ложноотрицательных результатов, выявленных MiXCR и TCRklass, являются одиночками в смоделированных данных. Одиночные CDR3 также составляли 47% ложноотрицательных результатов, выявленных MiTCR. Действительно, все протестированные инструменты пропустили ряд одноэлементных CDR3 в in silico данные (). Одноэлементные CDR3 с ошибками секвенирования часто пропускались всеми инструментами. MiTCR, MiXCR и TCRklass также не смогли идентифицировать значительное количество безошибочных CDR3. Затем мы исследовали ложноположительные CDR3. Большинство ложноположительных CDR3, показанных на рисунке, были вызваны ошибками оснований, генерируемыми во время ПЦР или HTS (4).
Поскольку базовые ошибки, вызванные ПЦР и высокопроизводительным секвенированием, неизбежны, мы продолжили охарактеризовывать частоту ложных открытий на этапе идентификации CDR3 с безошибочными считываниями. Как показано на рисунке, только LymAnalyzer генерирует высокий процент ложноположительных CDR3. Даже инструменты без исправления ошибок, такие как IgBLAST и TRIg, работали очень хорошо. MiTCR, MiXCR и TCRklass не смогли идентифицировать от 24% до 43% CDR3 в наборе данных A, что имитирует меньшую глубину и большее количество клонов. Однако частота их ложноотрицательных результатов была приемлемой для набора данных B. Это указывает на то, что более высокая глубина секвенирования важна для точной идентификации CDR3 для этих трех инструментов. Более того, большее количество вставок в соединительных областях в наборе данных B в целом приводило к большему количеству ложных срабатываний (дополнительная фигура 6). Чтобы обобщить производительность этих инструментов с безошибочным чтением, LymAnalyzer пострадал от значительного количества ложных срабатываний; MiTCR, MiXCR и TCRklass могут не идентифицировать одиночные CDR3; и все остальные инструменты показали себя хорошо. В сочетании с предыдущим результатом можно сказать, что основные ошибки, возникающие во время подготовки образца и секвенирования, являются основными проблемами для вызова CDR3. Другими словами, большинство инструментов достоверно сообщали о CDR3 с базовыми ошибками, вызванными амплификации образца и секвенированием. Однако эти ошибки присущи TCR Rep-seq. Поскольку ошибок нельзя избежать, увеличение глубины секвенирования и выбор инструментов с более высокой эффективностью исправления ошибок кажутся решением на данный момент.
Таблица 2
Скорость ложных обнаружений для этих 12 инструментов с без ошибок чтения
Программное обеспечение DataSet A FASET B
F.% 12612612661261261261261266126612661266126612661261266126612661266126 (%). FP (%) FN (%)
Decombinator 0. 0427 0.6391 0.3248 0.4637
IgBLAST 0.0000 0.0085 0.1303 0.2029
IMGT/HighV-QUEST 0.0009 0.0063 0.1736 0.1596
IMonitor 0.0000 1.1637 0. 1765 1.6920
IMSEQ 0.0000 3.0483 0.0000 0.8741
LymAnalyzer 7.0614 0.9908 59.5584 1.3454
MiTCR 0.0000 43.2870 0.0159 9.0488
MiXCR 0. 0000 24.0104 0.1612 1.7092
RTCR 0.0336 2.4030 0.1159 0.3545
TCRklass 0.1378 24.5734 2.9391 4.4167
TRIg 0.0000 1.2274 0.0295 1. 7520
Vidjil 0.0002 0.0375 0.2457 0.2029
Open in a separate window
Примечание: FP: ложноположительный, FN: ложноотрицательный. В первом столбце перечислены все инструменты, использованные в этом анализе.
Кроме того, мы также выявили различия в производительности тестируемых инструментов. Хотя большинство идентифицированных ложноположительных CDR3 имеют одинаковое распределение длины, LymAnalyzer также сообщил о наборе CDR3 длиной более 200 нуклеотидов (дополнительная фигура 4b). Алгоритмы, используемые для идентификации CDR3, делают его восприимчивым к ошибке замены в консервативном локусе, поскольку LymAnalyzer идентифицирует нуклеотиды, которые кодируют FGXG, и впоследствии ищет вышестоящие нуклеотиды, которые кодируют C, в той же рамке считывания. В отличие от LymAnalyzer, IMGT/HighV-Quest, IgBLAST может точно извлекать CDR3 (дополнительная фигура 6). Вышеупомянутые ложные срабатывания были вызваны ошибкой секвенирования. При анализе набора данных B, который характеризуется большей глубиной секвенирования и отсутствием синглетонов, MiXCR идентифицировал почти все CDR3. В совокупности внутренние ошибки секвенирования в данных TCR Rep-seq являются основным препятствием для извлечения CDR3. Можно выбрать инструменты без функций исправления ошибок, такие как IMGT/HighV-QUEST, IgBLAST или TRIg, если эти ошибки заранее удалены или смягчены с помощью специальных инструментов [36–38]. Чтобы использовать необработанные чтения секвенирования, MiXCR и RTCR должны быть инструментами выбора.
Анализ клональности и эффективности во время выполнения
Клоны TCR, которые специфически распознают антигены, расширяются и становятся основными клонами в индивидуальном репертуаре TCR. Таким образом, клоны, которые представляют больше Т-клеток и, следовательно, больше прочтений в наборе данных секвенирования репертуара, представляют особый интерес для изучения адаптивного иммунитета. Поэтому мы оценили эффективность этих инструментов в анализе клональности. Сначала мы исследовали восстановление отдельных клонов в зависимости от их частоты. Для 100 лучших клонов все инструменты показали хорошие результаты с коэффициентами корреляции выше 0,9.по сравнению с истинными ранжированными клонами (, см. Материалы и методы). Восемь инструментов достигли почти одинаковых коэффициентов. Для 1000 лучших клонов и всех неодноэлементных клонов общая производительность всех инструментов улучшилась, но существуют определенные различия. В целом производительность MiXCR и RTCR остается стабильно лучшей (дополнительный рисунок 7). Тщательное изучение данных клонотипа показало, что несколько инструментов (за исключением IMGT/HighV-QUEST, IgBLAST, MiXCR, vidjil и RTCR) не смогли идентифицировать определенные основные клоны (дополнительная фигура 7c). Таким образом, IMGT/HighV-QUEST, IgBLAST, MiXCR, vidjil и RTCR представляют собой лучший выбор для анализа клонотипов.
Открыть в отдельном окне
Результаты анализа клональности и эффективности времени выполнения. а. Согласованность ранжирования 100 лучших клонов между истинным набором и набором восстановления каждого инструмента. Серые столбцы указывают средний коэффициент ранговой корреляции Спирмена на основе 5 повторов, а столбцы погрешностей указывают стандартные отклонения. Более высокие столбцы указывают на лучшее восстановление для 100 лучших клонов. б. Распределение расстояния Хэмминга между ближайшими соседними CDR3. Каждая CDR3 сравнивалась со всеми CDR3 одинаковой длины, и наиболее близкое совпадение определялось как его ближайший сосед. Затем было рассчитано расстояние Хэмминга (ось X). Ось Y указывает процент CDR3, имеющих определенное расстояние до своих ближайших соседей. Распределения, близкие к истинному распределению, лучше других. в. Распределения репертуарной насыщенности и ровности. Богатство и равномерность рассчитывали по энтропии Реньи (см. Материалы и методы). д. Сравнение времени выполнения инструментов. Полоски показывают, сколько секунд требуется инструменту для завершения расчета с той же памятью и процессором. Более быстрые инструменты обозначены нижними полосами.
Расстояние Хэмминга между ближайшими клонами и клональной плоскостью было предложено в качестве хорошего измерения анализа репертуара TCR [39]. MiXCR и RTCR показали самое близкое к фактическому значению расстояние Хэмминга (). RTCR также был более точным в анализе клональной плоскости распределений равномерности и богатства репертуара ().
Наконец, мы сравнили эффективность выполнения всех инструментов с 2 472 403 необработанными операциями чтения (SRR8733525). IMGT/HighV-QUEST работает в режиме онлайн и поэтому не был включен в это сравнение. Из других инструментов Decombinator и MiTCR являются самыми быстрыми, а Vidjil и IgBLAST — самыми медленными (; рабочая среда и условия приведены в дополнительной информации). Если исследователям доступны высокопроизводительные вычисления, время выполнения не должно быть проблемой ни для одного из тестируемых инструментов.
Репертуар TCR является важной составляющей адаптивного иммунитета. Нарушение репертуара TCR человека приводит к уязвимости к инфекциям и заболеваниям, а инфекции могут изменять репертуар TCR человека. Доказано также, что физиологические изменения связаны с колебаниями репертуара [40, 41]. Таким образом, точная характеристика и разграничение репертуара TCR в поперечных и продольных исследованиях важны для фундаментальных исследований и для клинических приложений, связанных с адаптивной иммунологией. Огромное разнообразие репертуара TCR стало серьезным препятствием для исследователей в этой области. Однако появление технологии HTS позволило исследовать репертуар TCR, а также составляющие его молекулы TCR.
Здесь мы сообщаем о систематическом сравнении 12 инструментов репертуара TCR с акцентом на фундаментальный анализ. Эти результаты могут помочь исследователям в этой области выбрать оптимальный инструмент для анализа. Если план эксперимента требует аннотирования генов зародышевой линии, исследователям следует избегать MiTCR, который не сообщает о зародышевых линиях. Кроме того, IMSEQ требует, чтобы входные чтения предоставлялись в одной цепи и выполнялись менее идеально. Более того, если желательны отличительные аллели, исследователи должны избегать TCRklass, Decombinator и TRIg, которые не сообщают о назначении аллелей.
Хотя эти инструменты также могут извлекать последовательности CDR3, большинство инструментов ограничены ложноположительными CDR3. А внутренняя базовая ошибка, возникающая во время ПЦР и секвенирования, является причиной высокого уровня ложных открытий для многих инструментов. После того как эти врожденные ошибки секвенирования будут устранены заранее, IMGT/HighV-QUEST, IgBLAST и Vidjil будут работать хорошо. Если необработанные чтения должны передаваться инструментам, RTCR — лучший выбор. Более того, MiXCR также будет достаточно, если глубина секвенирования достаточно глубокая.
Помимо настройки эталона зародышевой линии, все сравнения проводились с параметрами по умолчанию или рекомендуемыми, поэтому точность некоторых инструментов может быть неоптимальной. Уникальные молекулярные штрих-коды (UMI) использовались для более качественного и количественного анализа иммунных репертуаров [42, 43]. Однако, поскольку большинство протестированных инструментов не включают соответствующие алгоритмы, производительность этих наборов данных с UMI не оценивалась. Мы считаем, что будущим исследованиям будут способствовать более совершенные инструменты и комплексные модули анализа, дополняющие секвенирование репертуара TCR.
Критерии включения инструментов анализа TCR
Для удобной обработки огромного объема данных высокопроизводительного секвенирования большинство инструментов, выбранных для этого исследования, должны иметь автономную версию, которую можно внедрить в среду высокопроизводительных вычислений (HPC). . Кроме того, нам потребовались инструменты для включения стандартных процедур анализа TCR, включая назначение сегментов генов зародышевой линии, извлечение CDR3 и т. д. IMGT/HighV-QUEST также был включен, поскольку он был разработан первым и представляет собой наиболее цитируемый инструмент для этой работы.
Моделирование данных in silico
Чтобы создать наборов данных in silico с характерными для репертуара TCR функциями, мы загрузили базу данных зародышевой линии версии 3.1.18 из IMGT (http://www.imgt.org) 20 апреля 2018 г. , Согласно предыдущему отчету, выбор D и J зависит друг от друга [30]. Таким образом, частота использования сегментов генов V и D-J была рассчитана на основе реальных данных PBMC от самца 1 в день 1 (SRR060699-SRR060725) и набора данных, созданного нашей лабораторией [33]. Для каждого сегмента гена зародышевой линии мы провели статистический анализ 3′-концевой делеции в V, 5′-концевой делеции в J и 5′- и 3′-концевых делеций в D из реального набора данных, созданного нашей лабораторией как а также опубликованный набор данных. Размер вставки и частота между V-D и D-J также были рассчитаны. Соответственно, было сгенерировано начальное количество уникальных последовательностей бета-цепей TCR, каждая из которых представляет собой клон. Размеры клонов этих исходных последовательностей затем определяли по закону Ципфа [44]. Чтобы учесть эффективность амплификации и замену нуклеотидов (частота: 5,0e-5 [45]), мы сгенерировали более одного миллиарда in silico Продукты ПЦР с использованием внутреннего скрипта Python. Затем мы использовали симулятор чтения секвенирования ART для создания необработанных данных секвенирования, которые включали вариации ошибок секвенирования и базовых качеств [46].
Унификация ссылок зародышевой линии для инструментов
Все инструменты, кроме IgBLAST и TCRklass, были установлены со встроенным набором ссылок TRB. Однако для этих инструментов наблюдался разнообразный спектр исходных ссылок, что затрудняет сравнение эффективности разных заданий. Поэтому мы выбрали 146 аллелей, соответствующих шестидесяти шести генам TRBV, 3 аллеля, соответствующих двум генам TRBD, и 16 аллелей, соответствующих четырнадцати генам TRBJ, в качестве стандартного эталонного набора зародышевой линии для всех инструментов (за исключением MiTCR) (дополнительная таблица 2). Ссылки на зародышевую линию для IMGT/HighV-QUEST нельзя было так гибко настраивать, как другие автономные инструменты, поэтому мы выбрали «9».0095 F+ORF+in-frame ’ для набора эталонных каталогов IMGT/HighV-QUEST, и все гены в пределах предопределенного стандартного эталонного набора зародышевой линии были включены в этот каталог, что исключает внутреннюю ошибку из-за неполноты эталонной зародышевой линии. Нормализация эталонов зародышевой линии для IgBLAST и TCRklass была такой же простой, как и следование рекомендациям по созданию эталонов зародышевой линии, приведенным в их руководстве. Для остальных инструментов следует приложить больше усилий для управления настройкой.
Ссылки зародышевой линии для LymAnalyzer были включены в сжатый файл.jar. Таким образом, замена ссылки на зародышевую линию произошла после распаковки файла .jar. Позже повторное сжатие снова создало файл functions.jar. Инструмент под названием repseqio (версия v1.2.12) использовался для эталонной нормализации зародышевой линии для MiXCR. Декомбинатору требовался заранее определенный список тегов, каждый из которых однозначно идентифицировал ген. Внутренний скрипт Python использовался для извлечения тегов для генов добавок. Важно отметить, что две пары генов, TRBV6-2/TRBV6-3 и TRBV24-1/TRBV24/OR9-2, были идентичны по порядку. Из каждой пары для представления выбирался только один из них. Межгенные отнесения в двух парах считались точным восстановлением генов. IMonitor предоставил сценарий оболочки с именем run.sh для настройки ссылок зародышевой линии. Что касается IMSEQ, RTCR, TRIg и Vidjil, были тщательно подготовлены отформатированные эталонные последовательности зародышевой линии, которые использовались для замены старых. Ссылка на зародышевую линию во встроенном каталоге TRIg характеризуется полной длинной последовательностью нуклеотидов, извлеченной из хромосомы 7 человека, которая охватывает все местоположения генов TRBV, TRBD и TRBJ. Благодаря включению орфанных генов (т. е. TRBV) мы извлекли нуклеотидные последовательности из хромосомы 9. (hg19), чтобы включить расположение этих генов (информация о местоположении, основанная на hg19, была получена из базы данных генов NCBI), и дополнительные 10 т.п.о. как выше, так и ниже по течению были извлечены вместе.
Расчет точности назначения
Точные сегменты генов V, D и J известны для каждого из смоделированных прочтений. После того, как каждый инструмент завершил назначение этих прочтений, мы извлекли назначенный сегмент гена зародышевой линии для каждого прочитанного. Мы определили правильное назначение как совпадение между смоделированным геном и назначенным геном. Точность рассчитывалась как процент от общего числа правильно назначенных прочтений по отношению к общему количеству назначенных прочтений.
Полнота и точность
Поскольку данные были смоделированы, мы точно знаем правильный CDR3 для каждого считывания. Мы ссылаемся на правильный CDR3 для каждого чтения и каждого набора данных и называем их истинными CDR3. Затем мы рассчитали два индекса, отзыв и точность, чтобы оценить производительность инструментов. Мы определили отзыв как CDR3, правильно идентифицированные каждым инструментом, разделенные на истинные CDR3. Мы определили точность как скорректированные CDR3, разделенные на CDR3, обнаруженные программным обеспечением.
Измерение согласованности рангов клонов
Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена (ρ) использовались для измерения согласованности рангов клонов между истинным набором клонов и набором восстановления каждого инструмента. В частности, для каждого истинного клона мы могли получить два ранга: истинный ранг, известный из смоделированной модели, и восстановленный ранг, о котором сообщает каждый инструмент. Для этого анализа отсутствующие клоны просто не учитываются. Таким образом, для каждого инструмента мы могли бы получить ряд пар рангов, на основе которых можно вывести ρ. Мы использовали функцию cor в R (v3.2.1) для реализации этого анализа с параметром «использование», установленным как «complete.obs».
Богатство и четность
Энтропия Реньи порядка α, где α≥ 0 и α≠ 1, определяется как:
Богатство определяется при α=0 как:
Равномерность определяется, когда α как:
Где максимальная частота среди всех клонов.
Расчет времени выполнения
Чтобы провести справедливое сравнение времени выполнения этих инструментов, мы установили разумные параметры и предоставили каждому из них равные вычислительные ресурсы. Все инструменты, включающие модуль многопоточного программирования, запускались в одном потоке. Объем памяти для MiTCR и LymAnalyzer был установлен равным 16 ГБ. IMGT/HighV-QUEST — это веб-инструмент для анализа, который не был включен в наш анализ во время выполнения. Командные строки для всех инструментов приведены в дополнительных файлах.
Доступность данных
Два смоделированных набора данных были отправлены в архив чтения последовательностей NCBI. Номера доступа для набора данных A: от SRR8733522 до SRR8733526. Номера доступа для набора данных B: от SRR8755318 до SRR8755322.
Основные моменты:
Сравнивает производительность инструментов анализа TCR Rep-Seq, выполняющих фундаментальный анализ
Выявляет значительные различия в назначении генов и эффективности исправления ошибок между этими инструментами
Дополнительные рекомендации по выбору инструмента для анализа TCR Rep-Seq NSFC (81521003), NSFC Проекты международного сотрудничества и обменов NSFC (61661146004), Проект местных инновационных и исследовательских групп программы Guangdong Pearl River Talents (2017BT01S131), Проекты муниципального планирования научных технологий провинции Гуандун (201804020083), Программа науки и технологий Гуанчжоу (201400000004), Национальный фонд естественных наук провинции Гуандун (2015B050501006), Командная программа Фонда естественных наук Гуандуна (2014A030312002), Китайский план «Тысяча талантов» и Гуандунские фонды естественных наук для выдающихся молодых ученых (2017A030306030).
YZ, XY, YZ, YZ, YZ, MW, JXO, HZ, JW проанализировали и интерпретировали данные. К.Л. согласовал проект. З.З. спроектировал исследование. YZ, XY, YZ, HZ, WY и ZZ. написал и отредактировал рукопись при участии соавторов.
Supplementary_data_bbz092
Щелкните здесь, чтобы просмотреть файл с дополнительными данными. ^{(240K, pptx)}
output_bbz092
Щелкните здесь, чтобы просмотреть файл с дополнительными данными. ^{(58M, почтовый индекс)}

Чжэньхай Чжан — профессор и декан факультета биоинформатики Южного медицинского университета. Его работа сосредоточена на разработке и применении секвенирования иммунного репертуара. Чжан публиковался в журналах Science, Cell и других.
Яньфан Чжан, Янься Чжан и Ян Чжу являются докторами наук. кандидаты по специальности «Биоинформатика» в Южном медицинском университете (ЮМУ).
Минхуэй Ван — кандидат медицинских наук в SMU.
Ян Чжан и Цзяци Ву — бывшие магистранты, специализирующиеся в области биоинформатики в SMU.
Сюцзя Ян и Хуйкунь Цзэн — магистранты по специальности биоинформатика в SMU.
Цзинь Ся Оу — медицинский техник, работающий в отделении лабораторной медицины больницы Чжуцзян, входящей в состав СМУ.
Чунхонг Лан — руководитель лаборатории и координатор проекта в лаборатории ZZH.
Вэй Ян — профессор кафедры патологии Южного медицинского университета. Его работа сосредоточена на иммунометаболизме и иммунологии рака. Ян публиковался в журналах Nature, Nature Structural & Molecular Biology и других журналах.
Хун-Вэй Чжоу — профессор отделения лабораторной медицины больницы Чжуцзян, входящей в состав Южного медицинского университета. Его исследовательский интерес включает микробиом и системную биологию. Чжоу является главным редактором журнала «Медицина в микроэкологии» и опубликовал публикации в журнале Nature Medicine, Microbiome et al.
1. Николич-Жугич Дж., Слифка М.К., Мессауди И. Многие важные аспекты разнообразия репертуара Т-клеток. Nat Rev Immuno 2004; 4:123–32. [PubMed] [Академия Google]
2. Хосой А., Такеда К., Нагаока К. и соавт. Повышенное разнообразие с пониженной «равномерностью разнообразия» инфильтрирующих опухоль Т-клеток для успешной иммунотерапии рака. Научный представитель 2018; 8:1058. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
3. Дахал-Койрала С., Риснес Л.Ф., Кристоферсен А. и соавт. Секвенирование TCR отдельных клеток, реагирующих на DQ2.5-глия-α2 и DQ2.5-глиа-ω2, выявляет клональную экспансию и использование эпитоп-специфического V-гена. Mucosal Immunol 2016;9:587–96. [PubMed] [Академия Google]
4. Делемар Э.М., ван ден Брук Т., Минхер Г. и соавт. Трансплантация аутологичных стволовых клеток помогает аутоиммунным пациентам путем функционального обновления и диверсификации TCR регуляторных Т-клеток. Кровь 2016; 127:91–101. [PubMed] [Google Scholar]
5. Ю П.Ю., Алачкар Х., Ямагучи Р. и соавт. Количественная характеристика репертуара Т-клеток у реципиентов аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Трансплантация костного мозга 2015;50:1227–34. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
6. Хоу Д., Чен С., Сили Э.Дж. и соавт. Исследование иммунного репертуара на основе высокопроизводительного секвенирования при инфекционных заболеваниях. Фронт Иммунол 2016;7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
7. Хуанг Л., Бетжес М., Клеппер М. и соавт. Болезнь почек на конечной стадии вызывает перекос в Vbeta-репертуаре TCR, в первую очередь в подмножествах CD8 (⁺) T-клеток. Фронт Иммунол 2017;8:1826. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
8. Кэри А.Дж., Хоуп Дж.Л., Мюллер Ю.М. и соавт. Общедоступные клонотипы и конвергентная рекомбинация характеризуют наивный репертуар Т-клеточных рецепторов CD8+ у крайне недоношенных новорожденных. Фронт Иммунол 2017;8:1859. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
9. Даш П., Фиоре-Гартланд А.Дж., Герц Т. и др. Поддающиеся количественной оценке прогностические признаки определяют репертуары эпитоп-специфических Т-клеточных рецепторов. Природа 2017;547:89–93. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
10. Гланвилл Дж., Хуанг Х., Нау А. и соавт. Выявление групп специфичности в репертуаре Т-клеточных рецепторов. Природа 2017;547:94–8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
11. Хизер Дж. М., Исмаил М., Оукс Т. и соавт. Высокопроизводительное секвенирование репертуара Т-клеточных рецепторов: подводные камни и возможности. Бриф Биоинформ 2017. doi: 10.1093/нагрудник/bbx138. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
12. Аламьяр Э., Дюру П., Лефранк М.П. и соавт. Инструменты IMGT((R)) для нуклеотидного анализа репертуаров, полиморфизмов и мутаций IG иммуноглобулина (IG) и Т-клеточного рецептора (TR) V-(D)-J: IMGT/V-QUEST и IMGT/HighV-QUEST для НГС. Методы Mol Biol 2012;882:569–604. [PubMed] [Google Scholar]
13. Ли С., Лефранк М.П., Майлз Дж.Дж. и соавт. Парадигма IMGT/HighV QUEST для разнообразия клонотипов Т-клеточного рецептора IMGT и иммунопрофилирования репертуара следующего поколения. Nat Commun 2013;4:2333. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
14. Аламьяр Э., Дюру П., Лефранк М.П. и соавт. Веб-портал IMGT® для анализа иммуноглобулинов (IG) или антител и рецепторов Т-клеток (TR) с помощью высокопроизводительного NGS и глубокого секвенирования. Immunome Res 2012; 882: 569–604. [Google Академия]
15. Томас Н., Хизер Дж., Ндифон В. и соавт. Декомбинатор: инструмент для быстрого и эффективного назначения генов в последовательностях рецепторов Т-клеток с использованием конечного автомата. Биоинформатика 2013;29:542–50. [PubMed] [Google Scholar]
16. Йе Дж., Ма Н., Мэдден Т.Л. и соавт. IgBLAST: инструмент для анализа последовательности вариабельного домена иммуноглобулина. Nucleic Acids Res 2013;41:W34–40. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
17. Болотин Д.А., Шугай М., Мамедов И.З. и соавт. MiTCR: программное обеспечение для анализа данных секвенирования рецепторов Т-клеток. Nat Methods 2013;10:813–4. [PubMed] [Google Scholar]
18. Zhang W, Du Y, Su Z и соавт. IMonitor: надежный конвейер для анализа репертуара TCR и BCR. Генетика 2015;201:459–72. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
19. Kuchenbecker L, Nienen M, Hecht J, et al. IMSEQ — быстрый и учитывающий ошибки подход к иммуногенетическому анализу последовательностей. Биоинформатика 2015;31:2963–71. [PubMed] [Google Scholar]
20. Yu Y, Ceredig R, Seoighe C. LymAnalyzer: инструмент для всестороннего анализа данных секвенирования нового поколения Т-клеточных рецепторов и иммуноглобулинов. Nucleic Acids Res 2016;44:e31. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
21. Болотин Д.А., Пославский С., Митрофанов И. и соавт. MiXCR: программное обеспечение для всестороннего профилирования адаптивного иммунитета. Nat Methods 2015;12:380–1. [PubMed] [Google Scholar]
22. Ян X, Лю D, Lv N и др. TCRklass: новый алгоритм на основе K-цепочек для характеристики репертуара TCR человека и мыши. Дж Иммунол 2015;194: 446–54. [PubMed] [Google Scholar]
23. Герритсен Б., Пандит А., Андевег А.С. и соавт. RTCR: конвейер для полного и точного восстановления репертуаров Т-клеток из данных высокопроизводительного секвенирования. Биоинформатика 2016;32:3098–106. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
24. Жиро М., Салсон М., Дуэз М. и соавт. Быстрая мультиклональная кластеризация рекомбинаций V(D)J в результате высокопроизводительного секвенирования. BMC Genomics 2014; 15:409. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
25. Хунг С., Чен И., Чу С. и др. TRIG: надежный конвейер выравнивания для последовательностей нерегулярных Т-клеточных рецепторов и иммуноглобулинов. BMC Биоинформатика 2016;17:433. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
26. Шугай М., Британова О.В., Мерзляк Э. М. и соавт. На пути к безошибочному профилированию иммунных репертуаров. Nat Methods 2014;11:653–5. [PubMed] [Google Scholar]
27. Афзал С., Гил-Фарина И., Габриэль Р. и др. Систематическое сравнительное исследование вычислительных методов анализа данных секвенирования Т-клеточных рецепторов. Брифинг Биоинформ 2019;20:222–34. [PubMed] [Google Scholar]
28. Мамедов И.З., Британова О.В., Звягин И.В. и др. Подготовка объективных библиотек кДНК рецепторов Т-клеток и антител для профилирования глубокого секвенирования следующего поколения. Фронт Иммунол 2013;4:456. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
29. Болотин Д.А., Мамедов И.З., Британова О.В. и соавт. Секвенирование следующего поколения для профилирования репертуара TCR: особенности платформы и алгоритмы коррекции. Eur J Immunol 2012;42:3073–83. [PubMed] [Академия Google]
30. Муруган А., Мора Т., Валчак А.М. и соавт. Статистический вывод о вероятности образования Т-клеточных рецепторов из репертуаров последовательностей. Proc Natl Acad Sci USA 2012; 109:16161–6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
31. Сафонова Ю., Лапидус А., Лилль Дж. IgSimulator: универсальный симулятор иммуносеквенирования. Биоинформатика 2015;31:3213–5. [PubMed] [Google Scholar]
32. Марку Кью, Мора Т, Вальчак А.М. Высокопроизводительный анализ иммунного репертуара с помощью IGoR. Нац коммуна 2018;9:561. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
33. Уоррен Р.Л., Фриман Д.Д., Зенг Т. и соавт. Исчерпывающее секвенирование Т-клеточного репертуара образцов периферической крови человека выявляет сигнатуры антигенной селекции и непосредственно измеренный размер репертуара не менее 1 миллиона клонотипов. Genome Res 2011;21:790–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
34. Яссай М.Б., Наумов Ю.Н., Наумова Е.Н., и соавт. Номенклатура клонотипов Т-клеточных рецепторов. Иммуногенетика 2009;61:493–502. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
35. Мехр Р., Штернберг-Саймон М. , Михаэли М. и соавт. Модели и методы анализа генерации, развития, селекции и эволюции репертуара лимфоцитов. Immunol Lett 2012; 148:11–22. [PubMed] [Google Scholar]
36. Патель Р.К., Джайн М. NGS QC Toolkit: набор инструментов для контроля качества данных секвенирования нового поколения. PLoS One 2012;7:e30619. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
37. Чжоу Ц., Су С., Ван А. и соавт. QC-Chain: быстрый и целостный метод контроля качества данных секвенирования нового поколения. PLoS One 2013;8:e60234. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
38. Чен С., Халил С.С., Хуан Х. и др. Программное обеспечение для предварительной обработки коротких последовательностей чтения Illumina для секвенирования следующего поколения. Исходный код Биол Мед 2014; 9:8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
39. Гальсон Дж. Д., Трак Дж., Фаулер А. и соавт. Углубленная оценка индивидуальных и межиндивидуальных вариаций в репертуаре рецепторов В-клеток. Фронт Иммунол 2015;6:1–13. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
40. Ниу Дж., Цзя К., Ни К. и соавт. Связь распространения репертуара CD8+ Т-лимфоцитов с тяжестью DRESS-синдрома. Научный представитель 2015; 5:9913. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
41. Хизер Дж. М., Бест К., Оукс Т. и соавт. Динамические возмущения репертуара Т-клеточных рецепторов при хронической ВИЧ-инфекции и после антиретровирусной терапии. Фронт Иммунол 2016;6:644. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
42. Турчанинова М.А., Давыдов А., Британова О.В. и соавт. Высококачественное профилирование иммуноглобулинов полной длины с уникальным молекулярным штрих-кодированием. Nat Protoc 2016;11:1599–616. [PubMed] [Академия Google]
43. Егоров Э.С., Мерзляк Э.М., Шеленков А.А. и соавт. Количественное профилирование иммунных репертуаров по количеству второстепенных лимфоцитов с использованием уникальных молекулярных идентификаторов. J Immunol 2015;194:6155–63. [PubMed] [Google Scholar]
44. Бургос Дж. Д., Морено-Товар П. Ципф-масштабирование поведения в иммунной системе. Биосистемы 1996; 39: 227–32. [PubMed] [Google Scholar]
45. Клайн Дж., Браман Дж. К., Хогреф Х. Х. Точность ПЦР ДНК-полимеразы pfu и других термостабильных ДНК-полимераз. Нуклеиновые кислоты Рез 1996;24:3546–51. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
46. Хуан В., Ли Л., Майерс Дж. Р. и соавт. ART: симулятор считывания секвенирования нового поколения. Биоинформатика 2012;28:593–4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Статьи из брифингов по биоинформатике предоставлены здесь с разрешения Oxford University Press
Субпопуляция наивных регуляторных Т-клеток изменена при Х-сцепленной агаммаглобулинемии
Введение
Классические функции В-лимфоцитов включают презентацию антигена, секрецию антител, костимуляцию CD4 ⁺ Т-клеток и взаимодействие с врожденными и адаптивными Т-клетками (1). Однако роль В-клеток в созревании субпопуляций Т-клеток до конца не изучена. Было показано, что определенные субпопуляции В-клеток участвуют в отрицательной селекции Т-клеток в тимусе, что указывает на роль В-клеток в индукции и поддержании самотолерантности (2–4). Популяция В-клеток тимуса составляет примерно 0,1–0,3% тимоцитов, что сопоставимо с количеством дендритных клеток в тимусе (3). Весьма вероятно, что В-клетки тимуса, в том числе мигрирующие с периферии (5), участвуют в формировании репертуара Т-клеточных рецепторов (TCR) наивных CD4 ⁺ Т-клетки (3, 4). Дальнейшее взаимодействие В- и Т-клеток может формировать репертуар TCR как наивных, так и эффекторных Т-клеток памяти на периферии. Большинство исследований репертуара TCR при иммунных патологиях были сосредоточены на дефиците Т-клеток, таких как тяжелый комбинированный иммунодефицит (SCID), синдром Оменна и синдром Вискотта-Олдрича (6). При этих заболеваниях сообщалось о значительном снижении разнообразия общего репертуара TCR, смещенном соотношении CD4/CD8 и слабой пролиферативной активности Т-клеток в ответ на антигенную стимуляцию (6, 7). Х-сцепленная агаммаглобулинемия (XLA) представляет собой первичное иммунодефицитное заболевание, характеризующееся низким уровнем или отсутствием иммуноглобулинов и зрелых В-клеток. Патогенез XLA связан с мутацией потери функции в одном гене, Btk (тирозинкиназа Брутона), что приводит к остановке дифференцировки В-клеток в костном мозге на стадии пре-В-клеток. Это делает XLA классической однофакторной моделью для изучения влияния дефицита В-клеток на Т-клеточный иммунитет. XLA остается недостаточно изученным с точки зрения изменений в Т-клеточном компартменте адаптивной иммунной системы, но предыдущие исследования продемонстрировали различия в использовании сегментов гена V и увеличение доли CDR3 в репертуаре TCR для основной популяции Т-клеток у пациентов с XLA по сравнению со здоровыми донорами (8). ).
Мы исследовали репертуар TCR наивных и памяти CD4 ⁺ и CD8 ⁺ Т-лимфоцитов, а также несколько функциональных наивных CD4 ⁺ (nCD4 ⁺) подмножеств в XLA и соответствующих по возрасту здоровых молодых донорах. Гетерогенная наивная популяция CD4 ⁺ включает наивные T _regs и недавние эмигранты из тимуса (RTE), которые представляют подмножества Т-клеток с довольно отчетливыми внутренними свойствами (9, 10). До посттимусной селекции репертуар TCR RTE относительно обогащен аутореактивными TCR. Самореактивные RTE предрасположены к иммунной толерантности или анергии и, таким образом, подвергаются окончательному отбору на периферии. Однако при воспалительных состояниях склонные к толерантности клетки RTE способны превращаться в высококомпетентные эффекторные клетки (11). Т 9Клетки 0994 reg были первоначально идентифицированы в субпопуляции CD4 ⁺ CD25 ⁺ Т-клеток, которая играет ключевую роль в самопереносимости и предотвращает аутоиммунный ответ (12). Примечательно, что как наивные, так и эффекторные подмножества T _reg демонстрируют особенности репертуара TCR, связанные с высокой самореактивностью и высокой аффинностью, что отличает T _reg от других подмножеств и указывает на определение их клеточной судьбы во время тимической селекции (13, 14).
Сообщалось, что высокая частота инфекционных заболеваний у пациентов с XLA (15, 16) может способствовать раннему старению иммунного ответа в их популяциях Т-клеток. Чтобы учесть потенциальное влияние естественного старения иммунитета, мы завершили анализ данными репертуара здоровых пожилых людей. Мы наблюдали снижение доли наивных T _reg клеток среди субпопуляции nCD4 ⁺, наряду с высокой конвергенцией и уменьшенным разнообразием наивных репертуаров T _reg TCR у доноров XLA по сравнению со здоровыми молодыми когортами. Эти данные указывают на то, что наивная селекция T _reg и гомеостаз могут быть нарушены у пациентов с XLA. На моделях мышей с дефицитом В-клеток было показано, что наивные T _regs обладают сниженной пролиферативной способностью и способностью подавлять эффекторные клетки (17). Параллельно отрицательная селекция высокоаутореактивных Т-клеток может быть нарушена в отсутствие популяции В-клеток тимуса (3, 4). Несколько исследований на мышах показали, что экспансия естественного Т 9Подмножества 0994 reg зависят от В-клеток тимуса, которые могут формировать репертуары TCR _reg посредством взаимодействия TCR-pMHCII (18, 19). Было показано, что вместе с дендритными и эпителиальными клетками тимуса В-клетки тимуса индуцируют естественное развитие и пролиферацию T _reg (19).
Наши результаты подтверждают активное участие популяции В-клеток в отборе и гомеостазе наивного T _reg и предполагают возможную связь между предрасположенностью к развитию аутоиммунных и воспалительных заболеваний у пациентов с XLA (15, 16) и пропорциональным снижением наивный Т _reg в сочетании с изменением репертуаров TCR наивных CD4 ⁺ и наивных T _reg и наивных программ транскрипции T _reg.
Материалы и методы
Пациенты и здоровые доноры
XLA и здоровые доноры были проинформированы об окончательном использовании их крови и подписали информированное согласие. Исследование одобрено локальным этическим комитетом НИЦ Института иммунологии ФМБА (Москва, Россия), протокол 6-1, 09 июня 2020 г., и проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией. 10 пациентов с XLA (возраст 18–36 лет) и когорта из 15 молодых доноров (возраст 22–35 лет) и 6 пожилых доноров (возраст 49 лет).–83) (дополнительная таблица 1) были включены в исследование. Все доноры были мужчинами. Лица с ранее диагностированным раком или тяжелым аутоиммунным заболеванием были исключены. Те же критерии исключения применялись к контрольной когорте. У одного XLA-донора был ревматоидный артрит с поражением обоих бедер, обоих коленей, правой лодыжки, обоих запястий и пястно-фалангового сустава правого первого пальца левой руки с анкилозом левого тазобедренного сустава, асептическим некрозом головки правой бедра, фиброзная контрактура правого голеностопного сустава. У других доноров не было признаков аутоиммунных или воспалительных состояний. Базовое лечение пациентов с ХЛА включало терапию ВВИГ (0,4 г/кг). Мы провели иммунофенотипический анализ и подтвердили отсутствие CD19.экспрессия на XLA PBMC (дополнительная фигура 5).
Сортировка клеток
Периферическую кровь (12–20 мл) собирали в несколько пробирок Vacutainer, обработанных ЭДТА (BD Biosciences, Franklin Lakes). Для сортировки клеток CD4 ⁺ и CD8 ⁺ (определяемых как CD3 ⁺ CD4 ^—) памяти и наивных Т-клеток, RTE, mnCD4+, наивных Treg мы использовали стратегию, ранее описанную в Ref (20). Более подробную информацию см. в дополнительных методах. Количество отсортированных клеток для каждой популяции см. в дополнительных таблицах 2, 3. Все клеточные популяции собирали непосредственно в буфер RLT (Qiagen) и хранили при -70°C.
Выделение РНК и подготовка библиотеки кДНК
Тотальную РНК выделяли с использованием мини-набора RNeasy (Qiagen) в соответствии с инструкциями производителя. Во всех описанных здесь экспериментах библиотеки кДНК были получены с использованием 5′-RACE с уникальными молекулярными идентификаторами (UMI) (20) с использованием набора для профилирования TCR человека (MiLaboratory LLC). Библиотеки секвенировали на Illumina NextSeq 500 с использованием набора реагентов на 300 циклов, режим парных концов 150 + 150 нт.
Секвенирование и анализ данных
Необработанные данные секвенирования анализировали с использованием программного обеспечения MIGEC v.1.2.9 (21). Молекулы кДНК TCRβ, меченные UMI, были получены на образец с не менее чем ~ 1 чтением на UMI (дополнительные таблицы 2, 3). Анализ усредненных характеристик CDR3 проводили взвешенно по распространенности каждого клонотипа. Все физико-химические характеристики были рассчитаны и усреднены для пяти аминокислотных остатков, расположенных в середине CDR3, которые, как считается, имеют наибольшую вероятность контакта с комплексом пептид-MHC (20). Более подробную информацию см. в дополнительных методах.
Статистический анализ
Статистический анализ был выполнен на наборах данных, обработанных с помощью R. Характеристики клонотипа CDR3 были рассчитаны для наиболее часто встречающихся сегментов V, извлеченных из полных наборов клонов, чтобы избежать систематической ошибки, связанной с вкладом конкретного сегмента TRBV в анализ CDR3 и индивидуальными различиями в V. использование сегмента. В случае оценки разнесения все подмножества V-сегментов в пределах одного и того же типа ячеек были уменьшены до одинакового количества UMI. Чтобы исключить возможную зависимость признаков клонотипа от V-сегмента, все признаки в пределах одного типа клеток и одного и того же V-сегмента были преобразованы в Z-показатели, как описано в (20). Для сравнения медиан между тремя группами образцов использовался критерий Крускала-Уоллиса, а затем критерий Данна с поправкой Бенджамини-Хохберга для множественного тестирования, если не указано иное. Для сравнения медиан между двумя группами выборок был применен критерий суммы рангов Уилкоксона. Более подробную информацию см. в дополнительных методах. Данные доступны по номеру PRJNA752656 в SRA (NCBI).
Подготовка и анализ библиотеки RNAseq
РНК выделяли с помощью набора RNeasy Micro Kit (Qiagen) и анализировали с использованием флуорометра Qubit 2.0 (Thermo Fisher Scientific). Библиотеки кДНК готовили с помощью набора SMART-Seq v4 Ultra Low Input для секвенирования (Takara Bio). Образцы секвенировали с использованием HiSeq 4000 (75 п.н., в среднем 10 миллионов парных прочтений на образец). Более подробную информацию см. в дополнительных методах и дополнительной таблице 4.
Результаты и обсуждение
Дефицит наивного T
_reg Клетки у пациентов с XLA
Сначала мы оценили относительное количество наивных Т-клеток в целом, а также отдельные субпопуляции наивных Т-клеток в РВМС, собранных у семи молодых (18–36 лет) мужчин с XLA-пациентами и пяти здоровых половых и доноры соответствующего возраста (дополнительная таблица 1, рисунок 1, дополнительный рисунок 1A). Процент наивных CD4 ⁺ Т-клеток был сопоставим для XLA и здоровых когорт (рис. 1B). Популяцию лимфоцитов nCD4 ⁺ разделили на наивные T _Рег (CD4 ⁺ CD27 ⁺ CD45RA ⁺ CD25 ⁺), зрелый NAIV CD31 ^— ), и CD31 ⁺ клеток, обогащенных недавними эмигрантами из тимуса (RTE; CD4 ⁺ CD27 ⁺ CD45RA ⁺ CD25 ^— CD31 ^{+5 +}). Примечательно, что доля наивных T _regs среди nCD4 ⁺ Т-клеток было заметно снижено в когорте XLA (рис. 1C) по сравнению с клетками RTE и mnCD4 ⁺ (рис. 1D, E). Ранее сообщалось о низком количестве T _reg в РВМС детей с XLA (22) и в селезенке мышей с дефицитом В-клеток (17). Наши данные показывают, что в условиях, связанных с дефицитом первичных В-клеток, генерация подмножеств T _reg может быть подорвана на уровне наивной продукции T _reg.
Рисунок 1 Проточный цитометрический анализ субпопуляций CD4 ⁺ у здоровых доноров и доноров XLA. (A) Стратегия гейтирования для сортировки клеток nCD4 ⁺ субпопуляций от здоровых (вверху) и XLA (внизу) молодых доноров, начиная с различения лимфоцитов по профилям прямого (FSC) и бокового рассеяния (SSC) и последовательного разделения синглеты (слева), после чего были отобраны клетки CD4 ⁺ (посередине). nCD4 ⁺ были выбраны как CD45RA ⁺ CD27 ⁺ , из которых RTE, mnCD4 ⁺ и наивные подмножества клеток T _reg были впоследствии закрыты (справа). (B) Процент клеток nCD4 ⁺ среди субпопуляции CD4 ⁺ и (C) наивных T _reg , (D) RTE и 9015 + (E) 9040 популяция nCD4 ⁺ у XLA (N = 10) и здоровых (N = 13) доноров. Значения p рассчитывали с помощью критерия суммы рангов Уилкоксона. НС, несущественно.
Измененный репертуар TCR наивных Т-клеток и Т-клеток памяти
Несколько исследований (23, 24) продемонстрировали, что субпопуляция наивных Т-клеток не подвергается значимому воздействию на клеточном уровне у пациентов с XLA. Однако влияние недостатка В-клеток на выбор репертуара TCR не было глубоко изучено. Чтобы исследовать это, мы выполнили профилирование 5′-RACE TCRβ на основе уникального молекулярного идентификатора (UMI) и сравнили характеристики репертуара для отсортированных наивных и запоминающих CD4 ⁺ и CD8 ⁺ Т-клеток молодых пациентов XLA по сравнению с молодых и старых (49-83 лет) здоровых доноров (дополнительные рисунки 1B, C и дополнительная таблица 2). Чтобы увеличить статистическую мощность анализа, мы отдельно сравнили показатели разнообразия для доминирующих сегментов TRBV после уменьшения выборки до равного количества молекул кДНК TCRβ, меченных UMI, как описано в (20).
Мы оценили нормализованные показатели разнообразия, которые оценивают равномерность частотного распределения клонотипов (, т.е. , нормализованное Шеннона-Винера) и богатство репертуара на основе количества клонотипов, встречающихся один или два раза ( т.е. Чао1). Мы наблюдали снижение Chao1 и нормализовали значения разнообразия Шеннона-Винера для репертуаров nCD4 ⁺ TCRβ молодых пациентов с XLA по сравнению со здоровыми донорами того же пола и возраста (рис. 2A, B). В этом отношении наивный репертуар CD4 ⁺ TCR пациентов с XLA отражал закономерность, наблюдаемую в репертуаре пожилых людей (рис. 2A, B). Подобные изменения в когорте пожилых ранее были связаны с инволюцией тимуса и непрерывной и смещенной периферической пролиферацией наивных Т-клеток в ходе пополнения клеточной ниши на периферии (20, 25). Снижение разнообразия TCR для XLA nCD8 9Клетки 0015 + были менее заметными (дополнительные рисунки 2A, B).
Рисунок 2 Характеристики памяти и репертуара наивных CD4 ⁺ TCR в XLA и здоровых донорах. Анализ разнообразия репертуара с использованием индекса (A) Chao1 и (B) нормализованного индекса Шеннона-Винера. (C) Сила взаимодействия клонотипа, представленная долей гидрофобных и ароматических аминокислот, и (D) Объем CDR3β, основанный на объемных аминокислотах, в центральной области CDR3 из XLA (N = 7), и здоровых молодых (N = 6) или старых (N = 6) доноров. Все проанализированные признаки были рассчитаны для наиболее распространенных V-сегментов, извлеченных из полных наборов данных клонотипов. Для анализа разнообразия все наборы сегментов были сокращены до 1000 случайно выбранных молекул кДНК TCRβ, меченных UMI. Были включены только сегменты с достаточным количеством UMI. Чтобы исключить возможную зависимость признаков от V-сегмента, все признаки в пределах одного типа клеток и одного и того же V-сегмента были преобразованы в Z-показатели. Различия между группами исследовали с помощью теста Крускала-Уоллиса, а затем теста Данна с поправкой Бенджамини-Хохберга. *p < 0,05, ** p < 0,01, ****p < 0,0001, нс, незначимо.
В отличие от наивных репертуаров TCR, мы наблюдали более равномерно распределенные частоты клонотипов в репертуарах памяти CD4 ⁺ пациентов с XLA по сравнению с подобранными здоровыми донорами (рис. 2B). Предыдущие исследования на мышах с дефицитом В-клеток (26, 27) и клинические данные пациентов с XLA (23) показали, что В-клетки могут потребоваться для соответствующей активации CD4 ⁺, а также для образования и поддержания патоген-специфических Т-клеток памяти. У мышей недостаток В-клеток приводит к более глубокому истощению антиген-активируемых CD4 ⁺ Т-клеток в фазе сокращения с последующим образованием меньшего количества антиген-специфических CD4 ⁺ Т-клеток памяти (28). Значительное снижение количества Т-клеток памяти CD4 ⁺ также ранее сообщалось у доноров XLA (23). Таким образом, отсутствие антиген-специфической поддержки В-клеток может способствовать уменьшению формирования памяти Т-клеток у пациентов с XLA. При этом другие данные указывают на то, что антиген-специфические Т-клетки памяти могут быть обнаружены спустя годы после иммунизации пациентов с XLA, как и у здоровых когорт (29).).
Затем мы оценили физико-химические свойства аминокислотных остатков, образующих центральную часть CDR3 (рисунки 2C, D; дополнительные рисунки 2C, D, рисунок S3), который в первую очередь взаимодействует с антигенным пептидом в комплексах pMHC (20) . В среднем репертуары nCD8 ⁺ и nCD4 ⁺ CDR3β пациентов с XLA содержали более высокую долю «сильно взаимодействующих» гидрофобных и ароматических аминокислот (F, I, L, M, V, W и Y; рисунок 2C и Дополнительный рисунок 2C) и объемные аминокислотные остатки (рисунок 2D и дополнительный рисунок 2D) по сравнению с соответствующими здоровыми донорами. В нашем предыдущем опыте среднее количество сильно взаимодействующих аминокислотных остатков является основной характеристикой, определяющей средние характеристики репертуара CDR3β (20, 30, 31). Большое количество сильно взаимодействующих аминокислот можно интерпретировать как более высокое среднее сродство и потенциально также повышенную перекрестную реактивность репертуара TCR (32). Наблюдаемая повышенная «сила» nCD8 9Таким образом, репертуары 0015 + и nCD4 ⁺ у пациентов с XLA могут быть результатом усиления конкуренции между наивными Т-клетками за тоническую передачу сигналов в отсутствие антигенпрезентирующих В-клеток (33). Примечательно, что разница в количестве сильно взаимодействующих аминокислот была более заметной для Т-клеток nCD4 ⁺ по сравнению с субпопуляцией Т-клеток памяти CD4 ⁺ (mCD4 ⁺). Не было существенной разницы в длине CDR3 или размере вставки среди наивных или запоминающих CD4 9.0015 + или CD8 ⁺ подмножества Т-клеток (дополнительная фигура 3).
Отличительные свойства субпопуляций наивных CD4
⁺ Т-клеток
Гетерогенные mnCD4 ⁺, RTE и наивные популяции лимфоцитов T _reg поддерживаются на периферии с помощью различных механизмов и по-разному вносят вклад в кумулятивный ландшафтный репертуар CD4 ⁺ Т-лимфоциты (20, 34). Чтобы изучить влияние каждого наивного подмножества CD4 ⁺, мы проанализировали репертуары TCR отсортированных mnCD4 ⁺ , RTE и наивные фракции клеток T _reg от пациентов с XLA и здоровых доноров (рис. 3). По крайней мере, 5000, 28000 и 13589 клеток были отсортированы для наивных подмножеств T _reg, mnCD4 ⁺ и RTE, соответственно (дополнительная таблица 3), и анализ на основе UMI был выполнен, как указано выше.
Рисунок 3 Разнообразие и конвергенция репертуаров TCRβ наивных подмножеств CD4 ⁺ у здоровых доноров и пациентов с XLA. Анализ (А) конвергенция и (B) нормализованный индекс Шеннона-Винера в подмножествах nCD4 ⁺ (RTE, mnCD4 ⁺, наивный T _reg) у молодых и старых здоровых доноров и у молодых пациентов XLA. Значения были получены для очень распространенных групп сегментов гена TRBV и нормализованы к среднему отклонению. Что касается RTE, для каждого сегмента TRBV были проанализированы 1524 лучших помеченных UMI последовательности. Доноры Y13 и X10 были исключены из-за недостаточного охвата; в этот анализ были включены 8 молодых здоровых доноров, 4 пожилых здоровых донора и 6 доноров XLA. Для mnCD4 ⁺, 1063 меченных UMI последовательностей анализировали для каждого сегмента TRBV. Доноры Y8, Y13 и X10 были исключены, и в этот анализ были включены 7 молодых здоровых доноров, 4 старых здоровых донора и 6 доноров XLA. Для T _reg анализировали 953 меченных UMI последовательностей для каждого сегмента TRBV. Доноры X8, X9, X10, Y8, Y10, Y11 были исключены из-за недостаточного охвата, и в этот анализ были включены 6 молодых здоровых доноров, 4 старых здоровых донора и 4 донора XLA. Достоверность медианных различий оценивали с помощью критерия Данна. Частота ложных открытий контролировалась с помощью корректировки Бенджамини-Хохберга. *p < 0,05, ** p < 0,01, ****p < 0,0001, нс, незначимо. (C) Показывает количество общих общедоступных клонотипов между парами образцов на основе аминокислотных последовательностей CDR3 из 13 000 наиболее распространенных клонотипов в каждой клеточной субпопуляции (для молодых доноров N = 9 для RTE и mnCD4 ⁺, и N = 6 для наивных T _reg; для старых доноров N = 4 для RTE и mnCD4 ⁺ и N = 3 для наивных T _reg; для пациентов с XLA N = 10 для RTE и mnCD4 ⁺ и N = 7 для наивного T _reg ). Все образцы были уменьшены до одинакового количества UMI (23 000 mnCD4 ⁺, 24 000 RTE, 31 000 наивных T _reg). НС, несущественно.
Для пожилых доноров и, в большей степени, для пациентов с XLA мы наблюдали повышенную конвергенцию, измеряемую относительным числом различных вариантов нуклеотидной последовательности для каждой аминокислотной последовательности CDR3. Этот эффект наблюдался для всех подмножеств, но был более заметен для наивных клеток T _reg (рис. 3A). Последнее подмножество также характеризовалось повышенной клональностью у пациентов с XLA, что отражалось в уменьшенном нормализованном индексе Шеннона-Винера (рис. 3B), но меньшей доле общих общедоступных клонотипов (рис. 3C). Такие особенности пациентов с XLA, наивных T 9Клетки 0994 reg могут указывать на более целенаправленную продукцию и периферическую пролиферацию с суженной антигенной специфичностью в индивидуальном контексте MHCII. Это может быть возможным следствием отсутствия В-клеток, представляющих широкий спектр собственных и комменсальных антигенов как в тимусе, так и на периферии для наивного положительного отбора T _reg и дальнейшей тонической передачи сигналов, которая настоятельно необходима для T _reg гомеостаз (35). В целом снижение наивного Т _{доля reg} среди клеток nCD4 ⁺ (рис. 1C), повышенная конвергенция репертуара (рис. 3A) и снижение разнообразия свидетельствуют о нарушении отбора T _reg тимуса у пациентов с XLA, что сопровождается смещенной периферической пролиферацией.
Средняя длина CDR3β была короче во всех подмножествах Т-клеток nCD4 ⁺ (mnCD4 ⁺, RTE и наивных клетках T _reg) индивидуумов XLA по сравнению со здоровыми молодыми донорами (рис. 4A). Кроме того, среднее количество случайных нуклеотидов, вставленных между сегментами Vβ-Dβ и Dβ-Jβ в CDR3β, было меньше у RTE и наивных T9.Клетки 0994 reg (рис. 4B). Это указывает на ограниченную способность к конформационным изменениям CDR3β в репертуарах XLA nCD4 ⁺, что потенциально отражает более строгий отбор. Укорочение длины CDR3β в наивных обычных репертуарах также происходило у пожилых здоровых людей (рисунки 4A, B) (20). В этом отношении репертуар когорты XLA напоминал репертуар пожилых людей.
Рисунок 4 Характеристики CDR3 репертуаров TCRβ наивных CD4 ⁺ подмножеств у здоровых доноров и пациентов с XLA. (A) Длина CDR3β, (B) добавленные нуклеотиды в CDR3β для наиболее распространенных V-сегментов для полных наборов данных клонотипов, (C) расчетное среднее количество прочно связывающихся аминокислот в центральной области CDR3 для nCD4 ⁺ популяций в XLA и здоровых донорах. (D) Разница в силе взаимодействия CDR3β между репертуарами наивных клеток T _reg и mnCD4 ⁺. (E) Расчетное среднее количество громоздких аминокислот и (F) заряженных аминокислот в центральной области CDR3 для популяций nCD4 ⁺ от XLA и здоровых молодых или старых доноров. Количество здоровых молодых, пожилых и XLA доноров составило 9, 4 и 10 соответственно. Для панелей (A-F) статистическую значимость медианных различий оценивали с помощью критерия Данна, контролируемого с использованием корректировки Бенджамини-Хохберга. Были включены только сегменты с достаточным количеством UMI. Чтобы исключить возможную зависимость признаков от V-сегмента, все признаки в пределах одного типа клеток и одного и того же V-сегмента были преобразованы в Z-показатели. Различия между группами оценивали с помощью критерия Крускала-Уоллиса, затем критерия Данна с пошаговой корректировкой Бенджамини-Хохберга. *р < 0,05, **р < 0,01, ***р < 0,001. (G) Анализ основных компонентов (PCA) подмножеств nCD4 ⁺ на основе 23 характеристик репертуара TCR. ПК1 — первый главный компонент, ПК2 — второй. Каждая точка представляет отдельный образец репертуара TCR. Стрелки, выделенные жирным шрифтом, показывают свойства от A – F и нормализованный индекс Шеннона-Винера. НС, несущественно.
Затем мы оценили физико-химический ландшафт репертуаров TCR для субпопуляций nCD4 ⁺ Т-клеток. Аминокислотные свойства XLA CDR3β существенно отличались от здоровых доноров того же возраста, хотя степень различий зависела от типа клеток (рис. 4C–F). В частности, репертуар CDR3β как RTE, так и mnCD4 9Подмножества 0015 + от пациентов с XLA характеризовались повышенным количеством сильно взаимодействующих аминокислотных остатков (рис. 4C), что подтверждает результаты, полученные для всего пула Т-клеток nCD4 ⁺ (рис. 2C). Таким образом, разница в силе между клетками mnCD4 ⁺ и наивными клетками T _reg была уменьшена у людей с XLA (рис. 4D), что потенциально снижало среднюю способность T _regs подавлять активированные обычные CD4 ⁺ T-клетки. TCR с высоким сродством позволяют T _reg эффективно и антиген-специфически конкурировать с обычными Т-клетками за связывание комплексов пептид-MHC, представленных APC (36, 37). Недавние данные показали, что TCR-специфические взаимодействия могут быть одним из возможных механизмов подавления, осуществляемых T _regs (37–39).
Репертуары всех подмножеств XLA nCD4 ⁺ отличались от своих аналогов у молодых здоровых людей повышенным средним числом громоздких аминокислотных остатков в центральной области CDR3β (рис. 4E). Кроме того, mnCD4 ⁺ Т-клеток имеют более заряженную область CDR3β у пациентов с XLA, чем у здоровых доноров (рис. 4F). Напротив, наивные T _regs в этой группе имеют пониженный средний заряд в области CDR3β. Упомянутое выше укорочение CDR3β может быть частично компенсировано за счет высокой частоты громоздких аминокислотных остатков в CDR3β в репертуаре пациентов с XLA. Примечательно, что ранее мы показали, что домены CDR3β из mnCD4 ⁺ Т-клеток, как правило, имеют меньшее количество сильно взаимодействующих и объемных аминокислотных остатков у пожилых людей (20), и этот вывод мы подтвердили здесь (рис. 4). Однако мы наблюдали обратное у пациентов с XLA, предполагая связь с дефицитом В-клеток, а не с общим иммуносенесценцией. Другими словами, различия в nCD4 9Репертуар TCR 0015 + указывает на то, что специфический процесс селекции Т-клеток, а не раннее истощение пулов наивных Т-клеток под воздействием патогенов, вызывает эти различия у пациентов с XLA.
Затем мы применили анализ основных компонентов к репертуарам nCD4+ TCRβ молодых здоровых доноров и пациентов с XLA, который выявил основные параметры, включая длину CDR3 и среднее количество объемных аминокислотных остатков, и проиллюстрировал глубокое расхождение характеристик репертуара CDR3β между здоровыми людьми. доноры и пациенты с XLA (рис. 4G).
Возмущение наивных T
_reg Программы
Чтобы получить представление о функциональных изменениях mnCD4 ⁺ и наивных T _reg подмножеств клеток, мы провели транскриптомный анализ этих подмножеств от XLA и здоровых молодых доноров (рис. 5). . Несмотря на то, что клетки mnCD4 ⁺ показали значительное изменение физико-химических свойств своего репертуара TCR, мы не наблюдали существенных изменений в их транскриптоме (рис. 5D).
Рисунок 5 Анализ экспрессии генов в наивных T _regs . Дифференциальный анализ экспрессии генов наивных субпопуляций T _regs и mnCD4 ⁺ у здоровых доноров (A) и пациентов с XLA (B) был выполнен с использованием DESeq2. Красные и синие точки показывают дифференциально экспрессированные гены на основе p _adj <0,05; красные точки обозначают транскрипты, основанные на абсолютном значении log2 кратных изменений >2. Скорректированные значения P были получены с использованием процедуры Бенджамини-Хохенберга. Сжатые log2-кратные изменения были рассчитаны с использованием оценщика зольности с mnCD4 9Экспрессия гена 0015 + в числителе и наивная экспрессия гена T _reg в знаменателе. (C) Дифференциальный анализ экспрессии генов наивных T _reg и (D) mnCD4 ⁺ с группой здоровых в качестве числителя и XLA в знаменателе. Цветными точками выделены транскрипты, сверхэкспрессированные в XLA-наивном T _reg (p _adj <0,05), красными точками отмечены гены с log2-кратными изменениями >2. (E) Тепловая карта дифференциально экспрессируемых генов для наивного T 9Клетки 0994 reg от XLA и здоровых доноров. Данные были подготовлены с помощью DEseq2, как описано в разделе «Материалы и методы ». (F) GO-обогащенные термины и входные гены, которые высоко экспрессируются в XLA-наивном T _reg . Анализ обогащения был выполнен с помощью пакета pathfindR с порогом 0,05 для p-adj после анализа DESeq. (G) Диаграмма Венна дифференциально экспрессируемых транскриптов T _reg, наивных XLA, показывающая пересечение с генами, которые обычно экспрессируются в миелобластах или лимфоцитах, или (H) пересечение с генами, обычно повышенными в гранулоцитах, дендритных клетках или моноцитах по данным www. proteinatlas.org.
Мы оценили классические признаки экспрессии генов T _reg (, например, , FOXP3, IL2RA, TIGIT, CEACAM4, RTKN2) в отсортированных наивных клетках T _reg по сравнению с клетками mnCD4 ⁺ из клеток XLA и здоровых доноров. (Рисунки 5А, Б). Наивные XLA T _regs сохраняли сравнимую экспрессию специфических для фенотипа генов T _reg со здоровыми донорами (рис. 5C), а также генов, специфичных для Т-клеток (дополнительная фигура S4). Функционально отличный Т 9Подмножества 0994 reg , которые можно идентифицировать на основе экспрессии определенных факторов транскрипции (, т.е. , Bcl6, Stat4, Stat3, T-bet, RORC) (40) и рецепторов хемокинов (т.е. CCR6, CXCR3) (41), также были не чрезмерно представлен у наивных XLA T _reg по сравнению со здоровыми донорами.
Тем не менее, мы обнаружили несколько атипичных транскриптомных особенностей T _reg, наивного XLA, по сравнению со здоровыми донорами. Среди 39 транскриптов генов, обогащенных наивным XLA T _reg представляли собой гены, которые обильно экспрессируются антигенпрезентирующими клетками (APC) и миелоидными клетками, включая IL1b, SECTM1, CD33, LILRB3, PILRA, NCF1 и TACI (рис. 5E–H). TACI , также известный как TNFRSF13B , представляет собой рецептор для лиганда, индуцирующего пролиферацию (APRIL), и фактора активации В-клеток из семейства факторов некроза опухоли (BAFF) (42), который преимущественно экспрессируется на В-клетках. Недавние данные указывают на то, что экспрессия TACI в T 9Клетки 0994 reg способствуют их выживанию и пролиферации (43), а активация TACI в XLA-наивных клетках T _reg свидетельствует о механизме гомеостатической наивной экспансии T _reg в условиях дефицита В-клеток. Несколько генов, обогащенных популяциями клеток XLA (, например, , SECTM1 , CD58 ), кодируют костимулирующие молекулы, участвующие в активации Т-клеток (44, 45). CD58 широко экспрессируется как гемопоэтическими, так и некроветворными клетками, включая В-лимфоциты (46). Функциональный результат взаимодействия CD58-CD2 в CD4 ⁺ Т-клетки остаются плохо изученными, но было показано, что это взаимодействие с CD2 на NK и эффекторных Т-клетках способствует пролиферации Т-клеток и активации NK-клеток (47). Важно отметить, что он также может индуцировать быструю дифференцировку в антиген-специфический подтип клеток T _reg, Tr1, который характеризуется высокой продукцией IL-10 (48). Таким образом, активация CD58 в XLA может обеспечивать дополнительную положительную обратную стимуляцию клеток T _reg.
Интересно, что мы также обнаружили обогащение генов хемокинов в XLA-наивном T _reg транскриптом, включая CCL20, CXCL4 ( PF4 ) и PPBP (CXCL7 ) (рис. 5E, F). Было показано, что CXCL4 вызывает индукцию Th27 при аутоиммунных заболеваниях (49). Ранее сообщалось об экспрессии CCL20 в клетках Tfh и Th27 и на очень низких уровнях в клетках T _regs, где последний синергически опосредован TGF-β/IL-6 (50).
Наши данные могут указывать на то, что периферическое созревание XLA-наивного T _{reg 9Клетки 0995 возникают в провоспалительных условиях, которые способствуют аберрантной экспрессии провоспалительных маркеров и медиаторов (, например, , IL1b , CXCL4 , CCL20 и S100A11 ) (49, 51). Интересно, что мы также обнаружили несколько атипично экспрессируемых генов, которые в норме специфичны для дендритных клеток и гранулоцитов (рис. 5G, H). Например, экспрессия IL1b лимфоидными клетками нетипична, хотя ранее она была описана для CCR5 ⁺ CD4 ⁺ Т-клетки (52). Наши данные предполагают, что усиленная экспрессия генов S100A11 и IER3 может быть связана с уровнями IL1b у пациентов с XLA. Сообщалось, что IL1b -зависимая повышающая регуляция IER3 увеличивает продолжительность жизни Т-клеток (53), намекая на возможные изменения в наивном гомеостазе T _reg у доноров XLA.}
Заключение
Недавние исследования первичного иммунодефицита выявляют критические пробелы в современных знаниях о том, как формируется репертуар TCR в отсутствие В-клеток. Наше исследование предполагает, что одним из наиболее существенных воздействий врожденного дефицита В-клеток на Т-клеточную ветвь иммунной системы является nCD4 9.0015 + подмножеств Т-клеток, и особенно на наивной селекции T _reg и гомеостазе. В частности, мы наблюдали снижение доли наивных T _reg среди клеток nCD4 ⁺, повышенную конвергенцию и клональность репертуара наивных T _reg TCR, специфические различия в усредненных характеристиках CDR3β подмножеств nCD4 ⁺, которые отличные от тех, которые накапливаются с возрастом, и некоторые заметные изменения в наивном T _reg транскриптом. В совокупности эти результаты указывают на потенциальные изменения в отборе, созревании и периферической пролиферации наивных T _regs у пациентов с XLA. Дальнейшие исследования с использованием более широкого методического арсенала и более крупных групп пациентов потребуются для подтверждения наших выводов и лучшего выяснения природы наблюдаемых явлений, но наши результаты показывают, что тесная связь между субпопуляциями В-клеток и T _reg (17) должна сохраняться. активная направленность текущих исследований.
Заявление о доступности данных
Наборы данных, представленные в этом исследовании, можно найти в онлайн-репозиториях. Названия репозитория/репозиториев и регистрационные номера можно найти ниже: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/, PRJNA752656, PRJNA752868; https://figshare.com/articles/dataset/Na_ve_Regulatory_T_Cell_Subset_Is_Altered_in_X-Linked_Agammaglobulinemia/15128715; https://figshare.com/articles/dataset/Untitled_Item/15131340.
Заявление об этике
Исследования с участием человека были рассмотрены и одобрены НИЦ Института иммунологии ФМБА (Москва, Россия), протокол 6-1, 09Июнь 2020 г. Пациенты/участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.
Вклад авторов
OB, DC, SL, MK и IK разработали исследование. Исследования проводили ТН, СК, ВК, ЭЭ, ДС, ИС и ЭМ. PS, KL, VK проанализировали данные. EL и IM собрали образцы пациентов. DC, PS, KL и OB написали статью. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.
Финансирование
Работа выполнена при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № 075-15-2020-807.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Примечание издателя
Все утверждения, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.
Благодарности
Эксперименты по сортировке клеток проводились с использованием оборудования, предоставленного основным объектом IBCH. Мы благодарны М. Эйзенштейну за английское редактирование. 1. LeBien , Теддер ТФ. B-лимфоциты: как они развиваются и функционируют. Кровь (2008) 112(5):1570–80. doi: 10.1182/blood-2008-02-078071
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
2. Cepeda S, Cantu C, Orozco S, Xiao Y, Brown Z, Semwal MK, et al. Связанное с возрастом снижение экспрессии В-клетками тимуса Aire и Aire-зависимых аутоантигенов. Cell Rep (2018) 22(5):1276–87. doi: 10.1016/j.celrep.2018.01.015
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
3. Перера Дж., Мэн Л., Мэн Ф., Хуанг Х. Аутореактивные В-клетки тимуса являются эффективными антигенпрезентирующими клетками родственных аутоантигенов для отрицательного отбора Т-клеток. Proc Natl Acad Sci USA (2013) 110(42):17011–6. doi: 10.1073/pnas.1313001110
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
4. Frommer F, Waisman A. B-клетки участвуют в отрицательной селекции тимусных аутореактивных CD4+ T-клеток мыши. PloS One (2010) 5(10):e15372. doi: 10.1371/journal.pone.0015372
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
5. Yamano T, Nedjic J, Hinterberger M, Steinert M, Koser S, Pinto S, et al. В-клетки тимуса имеют лицензию на представление собственных антигенов для индукции центральной толерантности к Т-клеткам. Иммунитет (2015) 42(6):1048–61. doi: 10.1016/j.immuni.2015.05.013
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
6. Lee YN, Frugoni F, Dobbs K, Tirosh I, Du L, Ververs FA, et al. Характеристика разнообразия репертуара Т- и В-клеток у пациентов с дефицитом RAG. Sci Immunol (2016) 1(6):eaah6109. doi: 10. 1126/sciimmunol.aah6109
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
7. Zhang J, Shehabeldin A, da Cruz LA, Butler J, Somani AK, McGavin M, et al. Индуцированная антигенными рецепторами активация и перестройка цитоскелета нарушены в лимфоцитах с дефицитом белка при синдроме Вискотта-Олдрича. J Exp Med (1999) 190(9):1329–42. doi: 10.1084/jem.190.9.1329
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
8. Ramesh M, Simchoni N, Hamm D, Cunningham-Rundles C. Высокопроизводительное секвенирование выявляет измененный репертуар Т-клеток при Х-сцепленной агаммаглобулинемии. Clin Immunol (2015) 161(2):190–6. doi: 10.1016/j.clim.2015.09.002
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
9. Geginat J, Paroni M, Maglie S, Alfen JS, Kastirr I, Gruarin P, et al. Пластичность субпопуляций Т-клеток CD4 человека. Фронт Иммунол (2014) 5:630. doi: 10.3389/fimmu.2014. 00630
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
10. Cunningham CA, Helm EY, Fink PJ. Переосмысление недавней эмигрантской функции тимуса: дефектная или адаптивная? Curr Opin Immunol (2018) 51:1–6. doi: 10.1016/j.coi.2017.12.006
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
11. Фризен Т.Дж., Джи К., Финк П.Дж. Недавние тимические эмигранты толерантны при отсутствии воспаления. J Exp Med (2016) 213(6):913–20. doi: 10.1084/jem.20151990
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
12. Сакагути С., Сакагути Н., Асано М., Ито М., Тода М. Иммунологическая самопереносимость, поддерживаемая активированными Т-клетками, экспрессирующими альфа-цепи рецептора ИЛ-2 (CD25). Нарушение единого механизма толерантности к себе вызывает различные аутоиммунные заболевания. J Immunol (1995) 155(3):1151–64.
Реферат PubMed | Google Scholar
13. Касатская С. А., Ладелл К., Егоров Е.С., Горняков К.Л., Давыдов А.Н., Мецгер М. и др. Функционально специализированные субпопуляции Т-клеток CD4(+) человека экспрессируют физико-химически различные TCR. eLife (2020) 9:e57063. doi: 10.7554/eLife.57063
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
14. Фэн Ю., Ван дер Векен Дж., Шугай М., Путинцева Е.В., Османбейоглу Х.У., Дикий С. и др. Механизм расширения репертуара регуляторных Т-клеток и его роль в самотерпимости. Природа (2015) 528(7580):132–6. doi: 10.1038/nature16141
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
15. Hernandez-Trujillo VP, Scalchunes C, Cunningham-Rundles C, Ochs HD, Bonilla FA, Paris K, et al. Аутоиммунитет и воспаление при Х-сцепленной агаммаглобулинемии. J Clin Immunol (2014) 34(6):627–32. doi: 10.1007/s10875-014-0056-x
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
16. Эль-Сайед З.А. , Абрамова И., Алдав Дж.С., Аль-Герц В., Безродник Л., Букари Р. и соавт. Сцепленная с Х-хромосомой агаммаглобулинемия (XLA): фенотип, диагностика и терапевтические проблемы во всем мире. World Allergy Organ J (2019) 12(3):100018. doi: 10.1016/j.waojou.2019.100018
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
17. Tadmor T, Zhang Y, Cho HM, Podack ER, Rosenblatt JD. Отсутствие В-лимфоцитов снижает количество и функцию Т-регуляторных клеток и усиливает противоопухолевый ответ в мышиной модели опухоли. Cancer Immunol Immunother (2011) 60(5):609–19. doi: 10.1007/s00262-011-0972-z
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
18. Уолтерс С.Н., Вебстер К.Е., Дейли С., Грей С.Т. Роль внутритимусных В-клеток в образовании естественных регуляторных Т-клеток. J Immunol (2014) 193(1):170–6. doi: 10.4049/jimmunol.1302519
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
19. Lu FT, Yang W, Wang YH, Ma HD, Tang W, Yang JB и другие. В-клетки тимуса способствуют развитию и пролиферации регуляторных Т-клеток, происходящих из тимуса. J Autoimmun (2015) 61:62–72. doi: 10.1016/j.jaut.2015.05.008
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
20. Егоров Е.С., Касацкая С.А., Зубов В.Н., Израильсон М., Наконечная Т.О., Староверов Д.Б., и соавт. Меняющийся ландшафт наивного репертуара Т-клеточных рецепторов при старении человека. Фронт Иммунол (2018) 9:1618. doi: 10.3389/fimmu.2018.01618
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
21. Шугай М., Британова О.В., Мерзляк Е.М., Турчанинова М.А., Мамедов И.З., Туганбаев Т.Р., и соавт. На пути к безошибочному профилированию иммунных репертуаров. Nat Methods (2014) 11(6):653–5. doi: 10.1038/nmeth.2960
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
22. Шарапова С.О., Пащенко О.Е., Гурьянова И. Е., Мигас А.А., Кондратенко И.В., Алейникова О.В. Недавние эмигранты из тимуса, Т-регуляторные клетки и уровень BAFF у детей с Х-сцепленной агаммаглобулинемией в связи с хроническими респираторными заболеваниями. Allergol Immunopathol (Madr) (2018) 46(1):58–66. doi: 10.1016/j.aller.2017.01.011
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
23. Martini H, Enright V, Perro M, Workman S, Birmelin J, Giorda E, et al. Важность костимуляции В-клеток в дифференцировке CD4(+) Т-клеток: Х-сцепленная агаммаглобулинемия, модель человека. Clin Exp Immunol (2011) 164(3):381–7. doi: 10.1111/j.1365-2249.2011.04377.x
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
24. Бейтман Э.А., Айерс Л., Сэдлер Р., Лукас М., Робертс С., Вудс А. и соавт. Фенотипы Т-клеток у пациентов с общими вариабельными иммунодефицитами: ассоциации с клиническими фенотипами в сравнении с другими группами с рецидивирующими инфекциями. Clin Exp Immunol (2012) 170(2):202–11. doi: 10.1111/j.1365-2249.2012.04643.x
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
25. Qi Q, Liu Y, Cheng Y, Glanville J, Zhang D, Lee JY, et al. Разнообразие и клональный отбор в репертуаре Т-клеток человека. Proc Natl Acad Sci USA (2014) 111(36):13139–44. doi: 10.1073/pnas.14011
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
26. Линтон П.Дж., Харбертсон Дж., Брэдли Л.М. Критическая роль В-клеток в развитии клеток памяти CD4. J Immunol (2000) 165(10):5558–65. doi: 10.4049/jimmunol.165.10.5558
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
27. Кроуфорд А., Маклеод М., Шумахер Т., Корлетт Л., Грей Д. Экспансия и дифференцировка первичных Т-клеток In Vivo Требуется презентация антигена В-клетками. J Immunol (2006) 176(6):3498–506. doi: 10.4049/jimmunol.176.6.3498
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
28. Whitmire JK, Asano MS, Kaech SM, Sarkar S, Hannum LG, Shlomchik MJ, et al. Требование В-клеток для создания памяти CD4+ Т-клеток. J Immunol (2009) 182(4):1868–76. doi: 10.4049/jimmunol.0802501
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
29. Пароли М., Аккапеццато Д., Франкавилла В., Инсалако А., Плебани А., Бальсано Ф. и другие. Т-клетки CD4+ с долговременным отдыхом памяти и эффектором памяти при X-сцепленной агаммаглобулинемии человека. Кровь (2002) 99(6):2131–7. doi: 10.1182/blood.V99.6.2131
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
30. Kosmrlj A, Jha AK, Huseby ES, Kardar M, Chakraborty AK. Как тимус конструирует антиген-специфические и самотолерантные последовательности Т-клеточных рецепторов. Proc Natl Acad Sci USA (2008) 105 (43): 16671–6. doi: 10.1073/pnas.0808081105
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
31. Логунова Н. Н., Крюкова В.В., Шелякин П.В., Егоров Е.С., Переверзева А., Божанова Н.Г. Аллели MHC-II формируют репертуары CDR3 обычных и регуляторно-наивных CD4(+) Т-клеток. Proc Natl Acad Sci USA (2020) 117(24):13659–69. doi: 10.1073/pnas.2003170117
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
32. Stadinski BD, Shekhar K, Gomez-Tourino I, Jung J, Sasaki K, Sewell AK, et al. Гидрофобные остатки CDR3 способствуют развитию аутореактивных Т-клеток. Nat Immunol (2016) 17(8):946–55. doi: 10.1038/ni.3491
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
33. Zinzow-Kramer WM, Weiss A, Au-Yeung BB. Адаптация наивных CD4(+) Т-клеток к собственной антиген-зависимой передаче сигналов TCR вызывает функциональную гетерогенность и толерантность. Proc Natl Acad Sci USA (2019) 116(30):15160–9. doi: 10.1073/pnas.16116
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
34. Nogueira JS, Canto FB, Nunes CF, Vianna PH, Paiva LS, Nobrega A, et al. Повышенное обновление регуляторных Т-клеток по отношению к обычным CD4(+) Т-лимфоцитам в периферическом отделе. Иммунология (2016) 147(2):221–39. doi: 10.1111/imm.12555
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
35. Moran AE, Holzapfel KL, Xing Y, Cunningham NR, Maltzman JS, Punt J, et al. Сила сигнала Т-клеточного рецептора в развитии клеток Treg и iNKT, продемонстрированная на новой флуоресцентной репортерной мыши. J Exp Med (2011) 208(6):1279–89. doi: 10.1084/jem.20110308
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
36. Оно М., Танака Р.Дж. Споры относительно регуляторных Т-клеток, происходящих из тимуса: фундаментальные вопросы и новая перспектива. Immunol Cell Biol (2016) 94(1):3–10. doi: 10.1038/icb.2015.65
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
37. Чжао Дж., Чжао Дж., Перлман С. Вирус-специфические регуляторные Т-клетки облегчают течение энцефалита путем подавления функций эффекторных Т-клеток от начальных до эффекторных стадий. PloS Pathog (2014) 10(8):e1004279. doi: 10.1371/journal.ppat.1004279
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
38. Губсер С., Шмалер М., Росси С.В., Палмер Э. Моноклональные регуляторные Т-клетки дают представление о подавлении Т-клеток. Научный представитель (2016) 6:25758. doi: 10.1038/srep25758
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
39. Brincks EL, Roberts AD, Cookenham T, Sell S, Kohlmeier JE, Blackman MA, et al. Антиген-специфические регуляторные CD4+Foxp3+ Т-клетки памяти контролируют реакцию памяти на вирусную инфекцию гриппа. J Immunol (2013) 190(7):3438–46. doi: 10.4049/jimmunol.1203140
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
40. Хуа Дж., Дэвис С.П., Хилл Дж.А., Ямагата Т. Разнообразная экспрессия генов в подмножествах регуляторных Т-клеток человека раскрывает связь между регуляторными генами Т-клеток и супрессивной функцией. J Immunol (2015) 195(8):3642–53. doi: 10.4049/jimmunol.1500349
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
41. Plitas G, Konopacki C, Wu K, Bos PD, Morrow M, Путинцева EV и другие. Регуляторные Т-клетки проявляют отличительные особенности при раке молочной железы человека. Иммунитет (2016) 45(5):1122–34. doi: 10.1016/j.immuni.2016.10.032
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
42. Ву Ю., Брессетт Д., Каррелл Дж. А., Кауфман Т., Фэн П., Тейлор К. и др. Член надсемейства рецепторов фактора некроза опухоли (TNF) TACI является высокоаффинным рецептором для членов семейства TNF APRIL и BLyS. J Biol Chem (2000) 275(45):35478–85. doi: 10.1074/jbc.M005224200
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
43. Tai YT, Lin L, Xing L, Cho SF, Yu T, Acharya C, et al. Передача сигналов APRIL через TACI опосредует иммуносупрессию регуляторными Т-клетками при множественной миеломе: терапевтические последствия. Лейкемия (2019) 33(2):426–38. doi: 10.1038/s41375-018-0242-6
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
44. Wang T, Huang C, Lopez-Coral A, Slentz-Kesler KA, Xiao M, Wherry EJ, et al. K12/SECTM1, молекула, регулируемая гамма-интерфероном, взаимодействует с CD28, ко-стимулируя пролиферацию человеческих Т-клеток. J Leukoc Biol (2012) 91(3):449–59. doi: 10.1189/jlb.1011498
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
45. Кайдзука Ю., Дуглас А.Д., Вардхана С., Дастин М.Л., Вейл Р.Д. Корецептор CD2 использует микродомены плазматической мембраны для передачи сигналов в Т-клетках. J Cell Biol (2009) 185(3):521–34. doi: 10.1083/jcb.200809136
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
46. Bigot J, Pilon C, Matignon M, Grondin C, Leibler C, Aissat A, et al. Транскриптомная подпись переходных В-клеток CD24(hi) CD38(hi), ассоциированная с иммунорегуляторным фенотипом у реципиентов почечного трансплантата. Am J Transplant (2016) 16 (12): 3430–42. doi: 10.1111/ajt.13904
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
47. Wang ECY, Pjechova M, Nightingale K, Vlahava VM, Patel M, Ruckova E, et al. Подавление костимуляции цитомегаловирусом человека способствует уклонению от клеточной иммунной защиты. Proc Natl Acad Sci USA (2018) 115(19):4998–5003. doi: 10.1073/pnas.1720
5
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
48. Wakkach A, Cottrez F, Groux H. Дифференцировка регуляторных Т-клеток 1 индуцируется костимуляцией CD2. J Immunol (2001) 167(6):3107–13. doi: 10.4049/jimmunol.167.6.3107
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
49. Affandi AJ, Silva-Cardoso SC, Garcia S, Leijten EFA, van Kempen TS, Marut W, et al. CXCL4 является новым индуктором клеток Th27 человека и коррелирует с IL-17 и IL-22 при псориатическом артрите. Eur J Immunol (2018) 48(3):522–31. дои: 10.1002/eji.201747195
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
50. Yamazaki T, Yang XO, Chung Y, Fukunaga A, Nurieva R, Pappu B, et al. CCR6 регулирует миграцию воспалительных и регуляторных Т-клеток. J Immunol (2008) 181(12):8391–401. doi: 10.4049/jimmunol.181.12.8391
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
51. Andres Cerezo L, Sumova B, Prajzlerova K, Veigl D, Damgaard D, Nielsen CH, et al. Калгиззарин (S100A11): новый медиатор воспаления, связанный с активностью заболевания при ревматоидном артрите. Arthritis Res Ther (2017) 19(1):79. doi: 10.1186/s13075-017-1288-y
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
52. Pulugulla SH, Packard TA, Galloway NLK, Grimmett ZW, Doitsh G, Adamik J, et al. Различные механизмы регулируют транскрипцию гена IL1B в лимфоидных CD4 Т-клетках и моноцитах. Цитокин (2018) 111:373–81. doi: 10.1016/j.cyto.2018.10.001
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
53. Arlt A, Schafer H. Роль гена Immediate Early Response 3 (IER3) в реакции клеток на стресс, воспалении и опухолевом генезе. Eur J Cell Biol (2011) 90(6-7):545–52. doi: 10.1016/j.ejcb.2010.10.002
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Полный мини-кольцо генома Leptomonas pyrrhocoris раскрывает источники его неканонических событий редактирования митохондриальной РНК | Исследование нуклеиновых кислот
Журнальная статья
Герасимов Евгений Сергеевич,
Евгений С Герасимов
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Анна А Гаспарян,
Анна Гаспарян
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Афонин Дмитрий А,
Дмитрий Афонин
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Сара Л. Циммер,
Сара Л. Циммер
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Наталья Краева,
Наталья Краева
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Юлиус Лукеш,
Юлиус Лукеш
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Вячеслав Юрченко,
Вячеслав Юрченко
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Александр Колесников
Александр Колесников
Ищите другие работы этого автора на:
Оксфордский академический
пабмед
Google ученый
Исследование нуклеиновых кислот , том 49, выпуск 6, 6 апреля 2021 г. , страницы 3354–3370, https://doi.org/10.1093/nar/gkab114
Опубликовано:
28 февраля 2021 г.
История статьи
Получен:
16 августа 2020 г.
Полученная ревизия:
03 февраля 2021 г.
Принято:
09 февраля 2021
Опубликовано:
28 февраля 2021
PDF
Разделенный вид
Цитировать
Cite
Евгений С. Герасимов, Анна А. Гаспарян, Дмитрий А. Афонин, Сара Л. Циммер, Наталья Краева, Юлий Лукеш, Вячеслав Юрченко, Александр Колесников, Полный миникольцевой геном Leptomonas pyrrhocoris раскрывает источники его неканонической митохондриальной РНК события редактирования, Nucleic Acids Research , том 49, выпуск 6, 6 апреля 2021 г., страницы 3354–3370, https://doi.org/10.1093/nar/gkab114
Выберите формат Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)
Закрыть
Разрешения
Фильтр поиска панели навигации Исследование нуклеиновых кислотЭтот выпускВычислительные методыЖурналы NARНаука и математикаКнигиЖурналыOxford Academic Термин поиска мобильного микросайта
Закрыть
Фильтр поиска панели навигации Исследование нуклеиновых кислотЭтот выпускВычислительные методыЖурналы NARНаука и математикаКнигиЖурналыOxford Academic Термин поиска на микросайте
Advanced Search
Abstract
Редактирование митохондриальной мРНК путем вставки/делеции уридина (U-indel), уникальное для класса протистанов Kinetoplastea, генерирует как канонические, так и потенциально непродуктивные события редактирования. В то время как молекулярный механизм и роль направляющих (g) РНК, которые предоставляют необходимую информацию для редактирования U-indel, хорошо изучены, мало что известно о силах, лежащих в основе его очевидно склонной к ошибкам природы. Анализ пары гРНК:мРНК позволяет анализировать события редактирования в данной позиции данного митохондриального транскрипта. Полный набор данных гРНК в сочетании с полностью охарактеризованной популяцией мРНК, которая включает неканонически отредактированные транскрипты, позволит провести такой анализ в глобальном масштабе по всему митохондриальному транскриптому. Для этого мы собрали 67 миникругов насекомого-паразита 9.0095 Leptomonas pyrrhocoris , где каждая миникольцо обычно кодирует одну гРНК, расположенную в одной из двух единиц одинакового размера разного происхождения. Из этого относительно узкого набора аннотированных гРНК мы выделили все идентифицированные события митохондриального редактирования у L. pyrrhocoris , штаммы которых резко различаются по обилию отдельных классов миникольцев. Наши результаты подтверждают модель, в которой множество событий редактирования управляется ограниченным набором гРНК, при этом отдельные гРНК обладают присущей способностью направлять каноническое и неканоническое редактирование.
ВВЕДЕНИЕ
Недооцененным явлением в биологии является повсеместное распространение путей процессинга и модификации для превращения зарождающихся видов РНК в их функциональные формы. Механизмы некоторых из этих событий просты, например, расщепление бактериальной двухкомпонентной рибозимной РНКазы Р с высвобождением тРНК из ее 5′-лидера (1). Однако большая часть процессинга РНК включает в себя сложные молекулярные механизмы и требует точного распознавания мест действия и/или регуляции самого процесса. События процессинга РНК, такие как сплайсинг, который у большинства эукариот продуцирует зрелые мРНК из их предшественников (2), интенсивно изучались, несмотря на их пугающую сложность (3). Меньше изучаются уникальные процессы модификации РНК, которые столь же или даже более сложны, но имеют гораздо более узкое распространение в существующих организмах. Такие процессы и их вариации возникают с удивительной частотой в митохондриально-кодируемых транскриптах некоторых простейших (4). Например, для создания транслируемых мРНК первичные митохондриальные транскрипты диплонемид подвергаются интенсивному транс — сплайсинг, U-вставки, A/U-добавка, а также события редактирования A-to-I, G-to-A и C-to-U (5). Растущее внимание к механизмам декодирования уникально организованного митохондриального генома в функциональные молекулы РНК раскрывает их чрезвычайную сложность. Недавние методологические достижения, такие как подходы к редактированию генома, дополненные все более сложным анализом данных последовательности, позволяют нам заняться молекулярными механизмами ранее «запрещенных» видов протистанов.
Облигатные паразитические трипаносоматиды относятся к классу Kinetoplastea (6). Кинетопластная ДНК (кДНК) является определяющей чертой этой очень разнообразной и своеобразной группы одноклеточных эукариот. Легко наблюдаемая с помощью простого окрашивания и световой микроскопии сеть кДНК представляет собой раздутую, компактно организованную ДНК их единственной митохондрии (7). кДНК состоит из релаксированных и сцепленных кольцевых молекул двух типов: максикольца и миникольца. «Типичная» одиночная трипаносоматидная кДНК состоит из десятков идентичных максиколец и примерно 5000 миниколец, гетерогенных по последовательности (8,9).). Каждый максикольц содержит гены 9S и 12S рРНК, а также более дюжины генов, которые кодируют субъединицы митохондриальных дыхательных комплексов и рибосомы (7,9). Транскрипты большинства генов, кодируемых maxicircle, подвергаются редактированию РНК по типу уридиновой (U)-инсерции/делеции (U-indel), что создает переводимые открытые рамки считывания (10).
Редактирование РНК типа U-indel представляет собой прекрасный пример сложного явления процессинга РНК, ограниченного митохондриями определенной группы простейших (11). Специфические инсерции и/или делеции U в данной мРНК точно определяются путем выравнивания последовательностей с малыми РНК, называемыми направляющими (g) РНК, кодируемыми преимущественно миникольцами (12). гРНК взаимодействует с формирующимся транскриптом, образуя дуплекс мРНК:гРНК, который позволяет скоординированному механизму вставлять или удалять специфические Us (13,14). Некоторые транскрипты подвергаются обширному редактированию по всей своей длине (так называемое пан-редактирование), требующему информации, присущей десяткам различных гРНК, в то время как редактирование других транскриптов ограничено определенной областью, требующей только одной или очень нескольких гРНК (15). .
Редактирование РНК представляет собой последовательный процесс, поскольку он систематически продвигается от 3′-конца к 5′-концу редактируемой мРНК. Как только самая 3′-область гена модифицируется в соответствии с указаниями конкретной гРНК, она создает вновь отредактированный сайт, который распознается следующей вышестоящей гРНК, которая затем рекрутируется и используется последовательно (10). Механизм, выполняющий и координирующий эти этапы, состоит из набора динамических комплексов, которые у модельных видов Trypanosoma brucei включают по крайней мере 70 специализированных белков (14). Интересно, что редактирование U-indel осложняется его явно стохастическим, но в конечном итоге достаточно точным характером. Только часть U-инделей, обнаруженных в восстановленных прочтениях, вносит вклад в то, что является консенсусной (т.е. канонической) переводимой последовательностью для каждой митохондриальной мРНК. Альтернативные или сверхштатные вставки или делеции часто обнаруживаются в областях между канонически отредактированными и еще не отредактированными (т.е. предварительно отредактированными) последовательностями мРНК, подвергающимися процессу редактирования, называемыми соединительными областями (15–17). Однако альтернативное редактирование или неправильное редактирование (называемые неканоническими) могут появляться на протяжении всей расшифровки стенограммы (18,19).). Из-за различий в сборе последовательностей, полученных в контексте различных исследований, трудно напрямую сравнивать неканонические события редактирования среди видов трипаносоматид (15). Более того, события редактирования, необходимые для генерации переводимого набора мРНК, значительно различаются у разных видов (20), так как степень редактирования, необходимая для данного транскрипта, видоспецифична (21). Например, в то время как ND8 редактируется во многих видах трипаносоматид, он подвергается редактированию только на своем 5′-конце у 9 видов.0095 Strigomonas oncopelti (22), а в Wallacemonas sp. ВСД (23).
Leishmania tarentolae и T. brucei являются модельными системами двух линий трипаносоматид, паразитирующих на человеке и других позвоночных. Недавняя работа оценила 391 класс последовательностей в репертуаре мини-кругов T. brucei . Каждый миникольцо кодирует 1-4 гРНК, и в результате общее количество независимо транскрибируемых гРНК составляет около 900, что коррелирует с высокой потребностью в редактировании (24). Напротив, население 9Миникольца 0095 L. tarentolae содержат всего 114 классов последовательностей, при этом каждый миникольцо кодирует одну гРНК, но все же соответствует требованиям для редактирования в этом видах Leishmania (25,26). В самом деле, структура, размер и организация миниколец кДНК резко различаются у трипаносоматид (8,27,28). Несмотря на то, что существуют явно значительные различия в популяции гРНК и организации миникольца среди различных трипаносоматид (29), любой сравнительный анализ страдает от узкого набора видов, для которых доступна полная и проверенная популяция миникольца. Кроме того, ни в одном исследовании не изучалось непосредственно влияние сложности популяции гРНК на вид.
В этой работе мы описываем структуру и функциональный выход миниколец кДНК трипаносоматиды Leptomonas pyrrhocoris , который ограничивается насекомым-хозяином (19) и более тесно связан с L. tarentolae , чем с T. brucei. . Здесь мы показываем, что проанализированная популяция гРНК довольно узка, но связана с большим количеством неканонических событий редактирования. Мы создаем теорию того, как эти явления связаны через степень гибкости в спаривании гРНК:мРНК.
Исторически сложилось так, что анализ последовательностей гРНК способствовал крупным прорывам в нашем понимании механизма редактирования U-indel РНК (21,30). Совсем недавно сравнение gRNAs с данными RNA-seq позволило ученым выдвинуть гипотезу о неканонических U-инделах (15). Хотя некоторые данные согласовывались с тем, что редактирование проводилось с использованием альтернативных или неправильных гРНК (12,31), постулировалось альтернативное, но не исключающее друг друга объяснение. Возможно, аберрантные добавления и делеции U были необходимыми промежуточными звеньями, вызывающими прогрессивные перестройки связей в гибридах гРНК:мРНК во время редактирования (16–18,32,33), или были событиями неправильного редактирования впоследствии прерванных транскриптов (19).).
До сих пор анализы гибридов между мРНК и гРНК выполнялись в каждом конкретном случае на основе сайта за сайтом, что ограничивает их применимость. Желательно, чтобы метод устанавливал механизмы включения неканонических U-инделей для всего редактируемого транскриптома. В частности, определение количества неканонических событий редактирования, происходящих в результате связывания гРНК с неродственным транскриптом (или аберрантной областью родственного транскрипта), по сравнению с событиями, происходящими в результате одиночной гРНК в одном сайте, — канонические и канонические закономерности — вот что ищут. Такой метод потребует сопряжения транскриптома maxicircle с как можно более полным набором гРНК.
Большинство канонически отредактированных продуктов L. tarentolae и T. brucei были идентифицированы, но ни у одного из этих видов транскриптом maxicircle не был секвенирован и охарактеризован (включая неканонические события редактирования) в объеме Л. пиррокорис . Ранее мы разработали пакет программ T-Aligner, который реконструирует переводимые отредактированные продукты из прочтений, полученных из максикругов. Инструментарий T-Aligner также включает в себя интерфейс, сообщающий обо всех событиях редактирования, которые происходят в каждом потенциальном месте в расшифровке, где U может быть вставлен или удален. Таким образом, выходные данные T-Aligner предоставляют количественную информацию как о канонических, так и о неканонических U-инделах для каждой отредактированной мРНК. T-Aligner был разработан на L. pyrrhocoris , который, по-видимому, подвергается редактированию большей части своих митохондриальных транскриптов, чем другие трипаносоматиды, такие как Trypanosoma cruzi и T. brucei (15,19,34). Здесь комбинация транскриптома maxicircle, строго собранного полного набора L. pyrrhocoris minicircles и аннотированного репертуара гРНК впервые позволила редактировать аннотации всего генома.
Здесь мы сопоставили результаты канонических и неканонических L. pyrrhocoris события редактирования транскриптома maxicircle и компьютерно идентифицированные гРНК, ответственные за их управление. Затем мы разработали методологию для количественной привязки паттернов редактирования к гРНК, связанным с родственными или неродственными местами в редактируемом транскриптоме maxicircle. Таким образом, мы разработали систему, которая глобально связывает все результаты процесса редактирования с молекулами, из которых исходят чертежи для редактирования U-indel. Кроме того, мы демонстрируем, что после отжига до родственного L. pyrrhocoris , одна гРНК может управлять рядом альтернативных событий редактирования, но что гРНК, гибридизованные в неродственных местах, ответственны за большинство неканонических событий редактирования у этого вида.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Экстракция малой РНК
Клетки Leptomonas pyrrhocoris h20 (35) выращивали в среде BHI (Sigma-Aldrich, St. Европа, Нуайе, Франция), 2 мкг/мл гемина (Jena Bioscience, Йена, Германия) и 50 ЕД/мл пенициллина/стрептомицина (Life Technologies/ Thermo Fisher Scientific, Карлсбад, США) при 23°C. Митохондриальные везикулы выделяли из 1,5 × 10 ¹¹ клеток в градиенте Перколла, как описано ранее (19). К осадку добавляли реагент TRIzol (MRC, Цинциннати, США) и выделяли РНК в соответствии с протоколом производителя. Для удаления загрязнения ДНК образец обрабатывали ДНКазой TURBO (Invitrogen/Thermo Fisher Scientific, Карлсбад, США). Прежде чем продолжить, обогащение митохондриальных транскриптов ( 9S рРНК, ND1 и ND5 ) было подтверждено с помощью RT-qPCR с использованием праймеров, описанных ранее (19) и нормализовали к цитозольной 18S рРНК. Синтез кДНК проводили со случайными гексануклеотидными праймерами с использованием набора для синтеза кДНК Transcriptor First Strand (Roche, Индианаполис, США).
Тринадцать микрограмм митохондриально-обогащенной РНК, осажденной в осадок этанолом, дефосфорилировали с использованием 300 единиц антарктической фосфатазы (New England Biolabs, Ипсвич, США) и очищали с помощью тризол-хлороформной экстракции с помощью набора Direct-zol RNA miniprep Plus (Zymo Research, Ирвин, США). США). 5′-фосфорилирование осуществляли полинуклеотидкиназой Т4 (New England Biolabs) с последующей экстракцией, как описано выше. Конечное количество 2,5 мкг митохондриальная РНК L. pyrrhocoris была коммерчески секвенирована (Macrogen, Сеул, Корея).
Сборка мини-кругов
Последовательности мини-кругов были собраны с использованием алгоритма, улучшенного по сравнению с описанным ранее (36). Он расширяет исходную последовательность путем пошагового поиска возможных прочтений, которые перекрываются с ней на 3′-конце, и расширяет исходную последовательность с помощью наиболее поддерживаемых k -меров. На каждом шаге из всех чтений, которые имеют перекрытие больше, чем выбранный порог l , в качестве наиболее вероятного удлинения было выбрано чтение, которое длиннее х нуклеотидов (нт) и имеет наиболее часто встречающиеся k -мера, взятые из последовательности чтения ниже по течению от перекрывания. тыс. новых оснований, взятых из этого считывания, были добавлены к исходной последовательности. В отличие от нашей предыдущей работы (36) с использованием одного параметра, здесь мы использовали различные комбинации l (30, 50, 60, 70, 85), z (100, 140, 160, 200) и k (25 , 30, 45, 55, 70) параметров для обеспечения сборки всех конкретных классов миникругов.
Для сборки использовали данные общей последовательности РНК (Illumina MiSeq, парный конец, длина прочтения при секвенировании 250 нуклеотидов, регистрационные номера SRA SRX2
6 и SRX2
7). Обрезку последовательностей адаптеров и анализ качества базы выполняли с помощью Trimmomatic v. 0.36 (37), слияние выполняли с помощью BBMerge (38). Первоначальный набор исходных последовательностей был подготовлен путем сканирования прочтений с помощью инструмента grep из основных утилит Linux с поиском блоков консервативных последовательностей minicircle (CSB) 1 и CSB3 в усеченных объединенных прочтениях RNA-seq, что снова отличается от использовавшегося ранее. Чтения, которые содержали обе последовательности, обрабатывали дополнительно, извлекая область размером около 100 нуклеотидов, начиная с CSB1 и заканчивая CSB3, известную как консервативная область (CR) (26, 27, 39).). Всего в качестве исходных семян использовали 1601 CR. Для каждого начального числа было подсчитано количество его вхождений в чтениях с помощью комбинации инструментов «grep» и «awk» (базовые утилиты Linux). Паттерны, возникшие в пяти и более прочтениях, использовались в качестве начальных (их число сократилось до 137). Условия завершения алгоритма были следующими: последовательность считалась полной миниокружностью тогда и только тогда, когда после успешного расширения на шаге x сначала z + k нуклеотидов растущего контига точно соответствовали подстроке с конца этого контига, в то время как сборка терпела неудачу, если после 100 шагов не происходило циркуляризации.
Собранные миникруги были расположены для начала с CSB1. Идентичные миникруги, присутствующие в сборке (поскольку каждый миникруг имеет два CR), были удалены. Эвристика расширения алгоритма предотвратила сборку подвариантов второстепенных последовательностей мини-колец (SNV, то есть однонуклеотидных полиморфизмов мини-кольца) в сборке 67 основных классов, которые использовали чтения RNA-seq. Для исследования миникольцевых SNV считывания были картированы в двух библиотеках последовательностей ДНК дробовика (номер доступа SRA: SRX1044309).и SRX1044310, которые не использовались при сборке) с помощью Bowtie2 v.2.3.4.1 (40), с последующей генерацией пайлапа с помощью SAMtools v. 1.1 (41) и проверкой SNV в пайлапе с помощью пользовательского скрипта Python. Мы обнаружили SNV как в CR миникольца, так и в вариабельных областях (VR) с частотами аллелей <10%. Те, что происходят в низком диапазоне частот аллелей, могут быть в первую очередь ошибками секвенирования. Было обнаружено, что те, которые встречаются в диапазоне 2–10% (23 подварианта), являются продуктами неправильного картирования из-за областей с высоким локализованным сходством последовательностей в CR между двумя классами мини-кругов. Более того, большинство из 1601 начальных последовательностей с плохой поддержкой чтения были подвариантами одного из 134 CR. Они были сгруппированы в 137 групп с уровнем идентичности более 9.5% программой cd-hit v.4.7 (42). Из-за их высокой идентичности с общей группой и возможности того, что варианты могут быть ошибками секвенирования, мы не исследовали их дальше. Свойства собранных миникругов L. pyrrhocoris h20 из 67 приведены в дополнительной таблице S1.
Миникольца Leptomonas seymouri были собраны из ридов секвенирования парных концов ДНК (Illumina HiSeq, длина считывания: 100 нуклеотидов) из BioProject PRJNA285179 (43). Мы не применяли алгоритм, использованный для L. pyrrhocoris к этим данным, так как это требует большей длины считывания. Вместо этого мы собрали миникольца с помощью SPAdes v.3.14.0 (44) с настройками по умолчанию, получив 15 полноразмерных кольцевых молекул и фрагменты дополнительных миникругов. Аналогичный подход был использован для сборки мини-кругов из необработанных прочтений для видов, перечисленных в дополнительной таблице S2.
Чтобы проверить полноту сборки, мы подсчитали количество прочтений, содержащих CSB1 и CSB3, в одной библиотеке RNA-seq и двух библиотеках DNA-seq и сравнили их с соответствующими подсчетами в файлах матрицы выравнивания последовательностей, созданных с помощью Bowtie2 v.2.3.4.1 (дополнительный Таблица S3). Чтобы подтвердить, что наш подход не искажает основные варианты последовательностей, мы использовали SPAdes v.3.14.0 с комбинированными наборами данных RNAseq и DNAseq и получили те же 67 мини-кругов, хотя некоторые молекулы остались фрагментированными.
Аннотация последовательности мини-кругов
Обнаружение мотива было выполнено с помощью MEME SUITE v. 5.1.1 (45). Первоначально мы запускали его со следующими параметрами: «любое количество повторений», «мотивы для поиска = 6», «минимальная ширина мотива = 6», «максимальная ширина мотива = 100», «модель 0-го порядка для последовательностей». обнаружить мотивы de novo . Затем мы использовали недавно обнаруженный 66-мерный мотив в качестве входных данных для MAST2/MEME SUITE v. 5.1.1, чтобы построить точное выравнивание только для этого мотива. Повторное обнаружение было выполнено, как описано ранее (46), с помощью Mreps v.2.6 (47), инвертированного инструмента из пакета EMBOSS v.6.6.0 (48) и методом точечной диаграммы с использованием YASS v.1.15 (49).) и инструмент Nucmer из пакета Mummer v.3.23 (50).
Филогенетический анализ
Для построения филогенетического дерева мономерных звеньев миникольца каждую молекулу разделили на две звенья, каждое из которых инициировалось CSB1. Дерево было построено и визуализировано с помощью инструментария ETE3 (рабочий процесс default_raxml_bootstrap) (51). Этот рабочий процесс использует Clustal Omega (52) для множественного выравнивания последовательностей и RAxML (53) для построения дерева. Кодировка Maxicircle ND1 , ND2 , ND4 , ND5 и COI (дополнительная таблица S2) использовались для построения филогенетического дерева организмов с использованием описанных выше инструментов. Геномные сборки большинства видов были легко доступны. Контиг maxicircle и четыре вышеупомянутых гена были идентифицированы с использованием автономной версии NCBI-BLAST (54). Транскрипты этих генов не редактируются, что упрощает их идентификацию. Контиги мини-кругов были выбраны с использованием инструмента «grep» с последовательностью CSB3 в качестве шаблона поиска. Когда были доступны только необработанные чтения (дополнительная таблица S2), они были сначала собраны с помощью SPAdes v.3.14. Для Novymonas esmeraldas (55), мы извлекли последовательности максикругов и несколько миникругов из нашей собственной неопубликованной сборки.
Аннотация гРНК
Весь биоинформационный рабочий процесс для следующих разделов можно найти на дополнительном рисунке S1. Канонически отредактированные мРНК были получены из митохондриального транскриптома L. pyrrhocoris , собранного с помощью последней версии T-Aligner v. 3.3.0 (19). Исходный код этой версии доступен на GitHub (https://github.com/jalgard/T-Aligner3.3). Набор данных поли(А)-обогащенной РНК-секвенции (SRX2
6 и SRX2
7), обрезанные с помощью Trimmomatic v.0.36 и объединенные с помощью BBMerge, использовались в качестве входной библиотеки. Криптогенные последовательности без T для ND8 , ND9 , A6 , G3 , G4 , ND3 и RPS12 использовались для чтения считываний опорных кадров для ORF) реконструкции. Инструмент реконструкции ORF «findorfs» из пакета T-Aligner использовался с «–orf_tracing_mode охватом», «–orf_search_depth 25», «–orf_filter_esd 5» (за исключением A6, где использовался «–orf_filter_esd 0») и ‘-aln_mismatch_max 1’ параметры. Значение параметра «–orf_min_orf_aa» было выбрано близким к длине гомологичного белка из ранее проанализированных Leishmania amazonensis (56). Из всех ORF, реконструированных с помощью T-Aligner, мы выбрали в качестве канонических ORF, которые прошли через максимальное количество состояний редактирования (количество Us, вставленных или удаленных), которые были наиболее подтверждены свидетельством чтения мРНК в каждой позиции (19). Для частично отредактированных генов ND7 , CYB и MURF2 , которые несут только небольшие отредактированные домены, мы использовали ранее опубликованные последовательности мРНК, номера GenBank MF409196, MF409189 и MF409.190.
Канонические последовательности мРНК были выровнены по миникольцам с помощью алгоритма выравнивания, реализованного на C++ в составе пакета T-Aligner. Программа реализует метод наибольшей общей подстроки (LCS), аналогичный тому, что используется в (57). Этот алгоритм сообщает только о выравнивании minicircle:mRNA, в котором отсутствуют промежутки, что позволяет спаривать G:U и несовпадающие основания, оцениваемые выше выбранного порога. В каждой позиции отредактированной мРНК сообщается самое длинное (наилучшее по оценке) выравнивание с мини-кольцом. Окончательные пороги были выбраны таким образом, что только выравнивания> 20 пар оснований (bp) с <10 несоответствиями и точное совпадение четырех или более пар оснований в конце выравнивания (якорная область) были зарегистрированы как предполагаемые гены гРНК. Затем мы запустили наш алгоритм без ограничений по якорной области, чтобы обнаружить шесть «отсутствующих» гРНК в течение G3 , ND3 , ND9 и ND7 . В этом случае мы выровняли только часть отредактированной мРНК, с которой не связывались ранее идентифицированные гРНК. Эта степень строгости, которая требуется для идентификации гРНК в L. pyrrhocoris , отличается от многих исследований T. brucei ; например, в недавнем исследовании используется следующая строгость: «Достоверное совпадение гРНК считается, если выравнивание гРНК способно выровняться с отредактированной последовательностью, не имеет пробелов или несоответствий, а гРНК имеет якорную область не менее шести последовательных Watson. -Криковские пары оснований» (34).
Для выравнивания считываний секвенирования малых РНК считывания были обрезаны с помощью Trimmomatic v.0.36 и картированы на сборке minicircle с помощью Bowtie2 v.2.3.4.1 с параметрами «–local, –fast». Полученные выравнивания были обработаны с помощью SAMtools v. 1.1. Для предполагаемых локусов гРНК, идентифицированных по охвату прочтений малых РНК (но без выравнивания мини-кольца: мРНК), мы повторили поиск мини-кольца: мРНК, используя все собранные изоформы мРНК.
Альтернативный анализ редактирования гРНК
Обрезанные считывания объединенных последовательностей РНК были картированы на эталонных последовательностях криптогена с помощью T-Aligner v.3.3.0. Программа сгенерировала точечные матрицы для каждого криптогена, представляющие наблюдаемые состояния редактирования, которые мы ранее определили как количество Us, вставленных или удаленных в любом потенциальном месте редактирования. Каждый сайт редактирования может иметь несколько состояний редактирования, которые будут по-разному поддерживаться считываниями в транскриптоме (19).). Затем мы задокументировали все выравнивания между набором из 175 аннотированных гРНК, кодируемых миникольцами, и всеми считываниями, картированными с помощью T-Aligner с использованием подхода, описанного выше. Полученные выравнивания gRNA:read были обработаны с помощью пользовательского скрипта Python, координаты считывания были переведены в координаты точечной матрицы T-Aligner, а состояния редактирования, наблюдаемые с помощью T-Aligner в общей популяции считывания, и те, которые поддерживаются выравниваниями gRNA:read сравнивались. Для каждого криптогена был рассчитан процент выравнивания гРНК: чтение, поддерживающий состояния редактирования. Шаблоны редактирования, которые представляют различные результаты редактирования для гРНК, были обнаружены с помощью пользовательского скрипта Python (часть пакета T-Aligner, доступного на GitHub), который исследует все выравнивания гРНК: чтение для каждой заданной гРНК, объединяя сопоставленные выравнивания. на одном и том же криптогенном локусе. Эта процедура приводит к множественным выравниваниям последовательностей, которые компилируют отдельные последовательности гРНК, родственные им подпоследовательности криптогенного локуса и одну или несколько отредактированных последовательностей считывания на гРНК. Версия, доступная на GitHub, также выполняет процедуру объединения событий, используемую для генерации данных, обобщенных в дополнительной таблице S5. Сценарий присоединения к событию принимает вывод текстового файла «редактирующего сопоставителя событий» (дополнительный рисунок S1). Все выравнивания read:gRNA сопоставляются с эталонными координатами и идентифицируются перекрывающиеся «вложенные» выравнивания. Мы объединяем их в «событии», если они имеют точно такую же 3’-конечную точку (например, одинаковую якорную последовательность на 3’-конце выравнивания при прочтении).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Полная сборка классов миниколец
Понимание происхождения вариаций редактирования U-индел требует полного и точного каталога миниколец и их гРНК. Следовательно, в дополнение к 26 доступным полным миникольцам кДНК L. pyrrhocoris (36) мы собрали еще 41 миникольцо с использованием модифицированного алгоритма последовательного затравочного удлинения, создав предположительно полный репертуар из 67 миниколец. Структура типичной 9Миникруг 0095 L. pyrrhocoris показан на рисунке 1A, а характеристики каждого миникольца представлены в дополнительной таблице S1. Этот полный репертуар был важен для наших целей по определению степени структурной и филогенетической гетерогенности этого компонента кДНК и позволил картировать все предполагаемые популяции гРНК и малых РНК.
Рисунок 1.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
( A ) Схема типичного L. pyrrhocoris 9Миникольцо 0096 h20 с двумя консервативными областями (CR). Нулевая координата помещается в сохраненный блок последовательности 1 (CSB1) в пределах CR левого блока. Пятьдесят пять из 67 миниколец асимметричны в том смысле, что они имеют левую единицу, кодирующую гРНК, и правую единицу, которой не хватает, как показано. Левый мономер почти всегда несет гРНК и нижележащий мотив, как показано, на основе выравнивания с отредактированными мРНК и охватом чтения малых РНК. Правый мономер обычно неактивен (серый) из-за охвата считывания малых РНК, но иногда содержит предполагаемый локус гРНК и/или сильно дивергирующийся нижерасположенный мотив (потенциальные места указаны). Показаны универсальные миникруги CSB1 и CSB3. ( B ) Диаграмма рассеяния, сравнивающая количество прочтений секвенирования ДНК дробовиком, сопоставленных (прокси числа копий), с общим количеством прочтений РНК-секвенирования, сопоставленных для каждого мини-кольца, и линия линейной регрессии для этих значений с ее R ² значение. Каждая точка данных на графике отражает димерный мини-круг, размер каждой точки пропорционален уровню считываний секвенирования малых РНК, картированных на мономерной единице с наивысшей экспрессией (обычно слева). ( C ) Относительное содержание отдельных классов мини-колец в кДНК различных штаммов L. pyrrhocoris , как определено по количеству прочтений секвенирования ДНК дробовика, нанесенных на карту на каждом миникруге. На оси Y- показано количество прочтений для определенного класса мини-кругов, деленное на количество прочтений, сопоставленных с наиболее распространенным классом мини-кругов. Каждая полоса показывает охват одного класса мини-кругов с его размещением вдоль оси X-, определяемым его относительной численностью в штамме h20 от самого высокого (слева) до самого низкого (справа). Панели сверху вниз показывают L. pyrrhocoris , штаммы h20, F19, F165, 25EC, 324RV и P59.
Структурная организация миникругов трипаносоматид видоспецифична, но их разделение на консервативные и вариабельные области (CR и VR) является универсальным (24–26,58). В соответствии с предыдущими результатами (36), все миникольца L. pyrrhocoris содержат два CR, каждый из которых включает мотивы консервативной последовательности CSB1 и CSB3 (рис. 1А). Его CSB1 несколько длиннее, чем у других видов (25,59), и имеет следующую последовательность: gggtagggggcgttc, тогда как его CSB3 является каноническим: ggggttggtgta. Четко определяемый CSB2, обычно находящийся между CSB1 и CSB3, отсутствует в 9 случаях.0095 L.pyrrhocori с миникольцами. Два CR каждого миникольца расположены в противоположных позициях, разделяя каждый миникруг на две части примерно одинаковой длины.
Точечный график всех 67 связанных последовательностей мини-колец (дополнительный рисунок S2A) и попарное выравнивание двух ближайших пар мини-колец (дополнительный рисунок S2B, C) демонстрируют, что мини-кольца не имеют длинных (более 16 нуклеотидов) общих блоков последовательностей, и есть нет пар миникругов, которые идентичны более чем на 90%.
Номер копии миникольца и экспрессия
Ранее мы показали, что, подобно L. tarentolae (25), миникольца L. pyrrhocoris полностью транскрибируются (36). Это позволило нам использовать чтения RNA-seq, чтобы собрать миникольца и оценить их количество, которое варьировалось в 275 раз. Мы также обнаружили 94-кратную разницу в охвате прочтений, используя результаты секвенирования ДНК дробовиком. Впоследствии миникруги были ранжированы по уменьшению прочитанного (дополнительная таблица S1). Положительная корреляция между обилием миниколец из библиотек секвенирования РНК и ДНК предполагает отсутствие регуляции транскрипции на уровне отдельных миниколец, в то время как расходящиеся паттерны указывают на обратное. Наш анализ показал, что число копий миникольца сильно коррелирует с общим числом прочтений РНК-последовательности для этого миникольца (9).0095 R ² = 0,82 для линейной корреляции) (рис. 1В). Сравнение этого набора данных ДНК с набором данных биологической реплики ДНК дало еще более высокую корреляцию (дополнительный рисунок S3). Корреляция между количеством миниколец, полученных из РНК и ДНК, была очевидной, несмотря на 3-летний перерыв между сбором образцов ДНК и РНК, в течение которого культура непрерывно росла. Это убедительно свидетельствует о том, что число копий миникольца стабильно в культуре L. pyrrhocoris h20.
Чтобы определить, распространяется ли стабильность количества копий на разные штаммы L. pyrrhocoris , мы использовали необработанные данные ДНК из BioProject PRJNA284491 (35). Сопоставление ридов штаммов h20, F19, F165, 25EC, 324RV и P59, полученных из мини-колец, на нашу сборку выявило значительные различия в количестве копий между штаммами (рис. 1C). Даже для образцов с относительно большим количеством картированных прочтений были поразительные различия в идентичности преобладающих классов мини-кругов. Это открытие контрастирует со строгим поддержанием количества копий штамма h20 в культуре и предполагает возмущение окружающей среды как потенциальную движущую силу изменений численности мини-колец.
Филогенез миникольца
Из близкородственных видов, для которых имеются последовательности миникольца, миникольца Leishmania spp. имеют один CR (25), а Crithidia fasciculata , как и описанный здесь L. pyrrhocoris , обладают миникольцами с двумя CR (58). Чтобы получить представление об эволюции архитектуры миникольца в подсемействе Leishmaniinae (60), мы собрали (или извлекли из доступных наборов) миникольца для нескольких ключевых видов. Используя CSB3 в качестве тега CR, мы определили, сколько CR они несут (дополнительная таблица S2). Затем мы построили филогенетическое дерево и дополнили его количеством CR в репрезентативных мини-кругах в качестве маркера их общей архитектуры (дополнительная фигура S4). Миникольца, несущие два CR (двойные миникольца CR), являются объединяющей чертой клады «II», представленной заражающими насекомыми C. fasciculata , L. seymouri , L. pyrrhocoris и Trypanosomatidae sp. ЛВХ60. Следует отметить, что последний вид, близкий родственник C. fasciculata , был недавно выделен от пациента со смертельным заболеванием, подобным висцеральному лейшманиозу, в Бразилии (61). Второй CR, по-видимому, возник после того, как последний общий предок клад «I» и «II» отделился от Leishmania , а члены клады «I» сохранили мини-кольца моно-CR. Следовательно, миникруговая структура L. pyrrhocoris и другие члены клады «II» являются исключением из стандартных мини-колец Leishmaniinae, которые относительно малы (длиной ~600–900 нуклеотидов) и несут один CR и гРНК (62).
Поскольку каждый собранный миникруг L. pyrrhocoris относится к типу двойных CR, возникает вопрос о происхождении двух отдельных единиц. Мы можем предположить, что эта организация либо возникла в результате случайной качения кругов моно-CR, либо является продуктом события дупликации моноединицы. 9Размер миникругов 0095 L. pyrrhocoris варьируется от 1128 до 1303 нт, и вклад каждой отдельной единицы в общую длину примерно равен (дополнительная таблица S1; сравните столбцы длины «L» и «R»).
Чтобы проверить происхождение этих единиц, мы разделили все 67 миникругов на их отдельные единицы, каждая из которых начинается с CSB1, и сделали вывод об их филогенетических отношениях. В качестве внешней группы мы использовали 15 миникругов близкородственного L. seymouri , который также обладает миникольцами с двойным CR. Взаимоотношения всех 134 отдельных единиц 9Миникольца 0095 L. pyrrhocoris и 30 отдельных единиц миникругов L. seymouri показаны на рисунке 2. Последние образуют две отдельные клады с высокой поддержкой начальной загрузки и стабильны независимо от множественного выравнивания последовательностей или используемых алгоритмов реконструкции филогенетического дерева. Обнадеживает то, что единицы миникольца, происходящие от L. pyrrhocoris h20, разделились на клады, отличные от таковых L. seymouri . Они составляют две основные клады, называемые «B» и «g» (названные по цвету фона, охватывающему отдельные клады на рисунке 2). Пятьдесят шесть из 67 9Миникольца 0095 L. pyrrhocoris содержат по одной единице из клад «B» и «g». Аналогичная картина наблюдается и в миникольцах L. seymouri : две единицы принадлежат к разным кладам. В остальных 11 миникольцах есть единицы, которые делятся на кладу «B» («2B-тип»), тогда как мини-кругов «2g-типа» нет. Таким образом, большинство парных единиц миникольца имеют различное происхождение; когда из одной клады, они неизменно из клады «B».
Рис. 2.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Филогения мономерных звеньев миникольца Leptomonas pyrrhocoris и Leptomonas seymouri . Фоновые цвета охватывают клады мономерных звеньев. Миникольца L. seymouri состоят из одного мономера желтой и зеленой клад. Миникольца L. pyrrhocoris состоят либо из одного мономера из ветвей b lue (B) и g ray (g) («Bg-тип»), либо из обоих мономеров из голубой клады («2B-тип»). тип’). Операционные таксономические единицы, входящие в состав миникругов 2B, отмечены красными кружками. Высота розового бара для каждой мономерных звеньев L. pyrrhocoris пропорциональны отрицательному логарифму и значений нахождения 66-мерного мотива на соответствующем мономере: более высокие столбцы представляют более высокую достоверность обнаружения мотива.
Идентификация гРНК, управляющих каноническим редактированием
Основная роль миниколец состоит в том, чтобы кодировать комплемент гРНК, необходимый для существенного редактирования U-индел мРНК, кодируемых максикольцами. Т.о., полная характеристика популяции minicircle влечет за собой идентификацию всех гРНК, которые подвергаются процессингу (14) и, таким образом, вероятно, содержат сигнальные последовательности, управляющие процессингом транскриптов поблизости от них. В T. brucei локусы гРНК расположены между 18-мерными инвертированными повторами (24), тогда как у L. tarentolae они расположены на фиксированном расстоянии от CSB1 и обладают видоспецифическим мотивом поблизости (25).
Поскольку четыре различных подхода к поиску повторов (даже с ослабленными настройками поиска) не смогли идентифицировать какие-либо инвертированные повторы в мини-кольцах L. pyrrhocoris и L. seymouri , эти повторяющиеся элементы, по-видимому, не включают их позиционные мотивы гРНК. Однако, используя MEME SUITE, мы обнаружили 66-мерный мотив «tcakdraacgrcygcttrgcgagtatwgagaaccttrctggtmgrktactgccgaactgtatttt» в большинстве L. pyrrhocoris миникольца VR, которые являются областями, в которых ожидались локусы гРНК. Последовательности единиц В-типа соответствуют консенсусной последовательности намного лучше, чем последовательности их аналогов g-типа, которые, по-видимому, полностью лишены этого мотива (рис. 2). Большинство миникругов L. pyrrhocoris типа «Bg» составляют гетерогенную пару канонического мотива и дивергентной единицы. Следовательно, последовательность, соответствующая позиционному мотиву гРНК, очевидна во всех L. pyrrhocoris 9.0096 миникруги.
Редактирование U-индел требует образования посредством комплементарного спаривания оснований дуплекса гРНК:мРНК. Поэтому мы искали локусы гРНК, находя области обратной комплементарности между миникольцами и отредактированными мРНК, которые T-Aligner были предсказаны как канонические. Во-первых, мы провели поиск отдельных предполагаемых гРНК CYB , ND7 и MURF2 , которые, как известно, расположены в определенных положениях на максикольце, а не на миникольце (63,64), чтобы проверить возможности алгоритма выравнивания. для предсказания гРНК. Выравнивая эти короткие отредактированные последовательности с L. pyrrhocoris maxicircle (GenBank MN
4), локусы гРНК были идентифицированы при условии, что несоответствия и пары оснований G:U в якорной области были разрешены (эти выравнивания отдельно перечислены как гРНК, кодируемые maxicircle, в дополнительной таблице S4). Картирование малых РНК на максикольце подтвердило, что идентифицированные гРНК транскрибируются (описано позже).
Для канонических ND8 , ND9 , A6 , G3 , G4 , ND3 и транскриптов RPS12 , было обнаружено 170 выравниваний minicircle:mRNA (предполагаемые длины гРНК и другие подробности перечислены в дополнительной таблице S4). Вместе предполагаемые гРНК, полученные из этих выравниваний, охватывают большинство отредактированных позиций на анализируемых мРНК. Была предпринята попытка идентифицировать выравнивания, которые бы специально покрывали позиции на отредактированных мРНК, все еще не охваченные, расположенные в пределах G3 , ND3 , ND9 и ND7 . Путем ослабления параметра якорной области в этом дополнительном поиске были идентифицированы пять дополнительных предполагаемых гРНК, которые устраняют все пробелы в покрытии выравнивания для кодирующих областей всех отредактированных мРНК. Они выделены серым цветом в дополнительной таблице S4, и общее количество предполагаемых гРНК, происходящих от мини-кольца, достигает 175.
Многие локусы миникольца, очевидно, кодируют более одной предполагаемой гРНК. Семьдесят три выравнивания являются вторичными, что означает, что один и тот же локус мини-кольца также участвует в более длинном выравнивании в том же наборе из 175 пар, в то время как 102 выравнивания представляют собой максимально длинное возможное выравнивание области мини-кольца с любой мРНК и считаются первичными. В нескольких случаях одинаково длинных предполагаемых гРНК в пределах одной области мини-кольца выравнивание с меньшим количеством несоответствий считалось первичным. Иногда первичная и вторичная гРНК из одного и того же локуса перекрываются по последовательности, но обычно они разделены промежуточными нуклеотидами. Хотя при поиске этих выравниваний использовался тот же алгоритм, более короткие вторичные выравнивания, как правило, имеют меньше пар G:U и больше несовпадений на нуклеотид длины выравнивания (дополнительный рисунок S5) после сортировки как таковые. Начальные положения предполагаемых гРНК, соответствующие основному выравниванию мини-кольца: мРНК, перечислены в дополнительной таблице S1.
Как и ожидалось, эти предполагаемые локусы гРНК расположены в определенных областях мини-кольца, которые мы назвали L (на левом элементе, координаты 285–459 п.н.; всегда «B-тип») и R (на правом элементе, координаты 855). –1100 п.н.; преимущественно, но не исключительно, «g-тип»). Эти локусы гРНК расположены на определенном расстоянии от блоков CSB. Они также постоянно находятся на 56–62 нуклеотида выше 66-мерного мотива, который, по-видимому, аналогичен «изогнутой спиральной области» L. tarentolae , которая, как считается, важна для разрыва молекулы во время топологических взаимопревращений во время репликации (58). ). Таким образом, организация несущей гРНК мономерной единицы 9Миникольцо 0095 L. pyrrhocoris напоминает миникольцо L. tarentolae с одним CR . Поскольку предполагаемые гены гРНК расположены относительно 66-мерных мотивов, которые лучше всего сохраняются в единицах В-типа, неудивительно, что из полного набора из 67 единиц L, неизменно принадлежащих к В-типу, имеется только шесть пустые (или лишенные гРНК) VR. Напротив, в половине всех единиц R, которые обычно относятся к g-типу, отсутствуют предполагаемые гРНК. Наконец, 10 из 11 миниколец 2В-типа кодируют две гРНК. Следовательно, мономерные звенья g-типа с меньшей вероятностью вносят вклад в редактирование U-индел.
Используемый здесь подход к поиску выравнивания идентифицирует предполагаемые локусы гРНК, но не определяет точное начало и конец функциональной гРНК. Чтобы определить это, мы секвенировали выбранные по размеру малые РНК, извлеченные из митохондриальных препаратов L. pyrrhocoris . Картирование этих прочтений на собранных мини-кольцах выявило дискретные области с непрерывным охватом прочтений в 10 раз или выше (дополнительная таблица S1; столбец «экспрессия малой РНК»), которые определены как области, кодирующие зрелую гРНК. Они хорошо совпадают с областями, которые ранее были идентифицированы с помощью выравнивания с отредактированными мРНК, подтверждая, что, хотя обе области L и R могут содержать гРНК, они обычно присутствуют только в области L VR B-типа. Интересно, что 17 из 40 выравниваний R-области minicircle:mRNA не были подтверждены охватом чтения библиотеки малых РНК, что опять же позволяет предположить, что они играют меньшую роль в кодировании информации, важной для редактирования. Наоборот, два локуса R и три L обладали покрытием для чтения, но не были идентифицированы при выравнивании minicircle:mRNA. Они потенциально представляют собой пять гРНК, которые наш алгоритм выравнивания не смог обнаружить.
Поскольку функциональные гРНК имеют на своих 3′-концах некодируемые посттранскрипционно добавленные олиго(U) удлинения, для идентификации этих сайтов добавления U также использовали популяцию коротких считываний РНК. Мы извлекли все обратные чтения, инициирующие цепочку олиго(А) длиной не менее 5 нуклеотидов, обрезали и нанесли подмножество прочтений на все 67 мини-колец, таким образом определив 3′-концевые положения гРНК (дополнительная таблица S1; см. поли(U) начальная колонка). Используя короткие чтения, концы были обнаружены для 42 из 101 картированной гРНК. Более того, для многих из них было идентифицировано более одного сайта добавления, что указывает на вариабельность 3′-концевой обрезки гРНК перед добавлением oligo(U). Наконец, мы также сопоставили идентифицированные гРНК с каноническими отредактированными последовательностями мРНК. Положение всех гРНК, нанесенных на карту вдоль отредактированных 9мРНК 0095 RPS12 показана на рисунке 3, а для других транскриптов та же информация представлена на дополнительном рисунке S6. Было получено полное или даже избыточное покрытие сайтов редактирования на редактируемых мРНК с помощью этого набора гРНК, если мы включили пять дополнительных гРНК, идентифицированных с ослабленными параметрами.
Рисунок 3.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Канонически отредактированная мРНК криптогена Leptomonas pyrrhocoris RPS12 , показывающая положения предполагаемых выравниваний гРНК:мРНК. В строке выравнивания «|» указывает на совпадение; ‘:’ указывает на пару оснований G:U; «∧» указывает на несоответствие. Отредактировано 9Последовательность мРНК 0095 RPS12 выделена синим цветом. Три гРНК (h20_mc_15:L, h20_mc_12:L и h20_mc_22:L) также могут направлять редактирование канонической мРНК криптогена ND9 , выравнивание с соответствующей последовательностью ND9 выделено красным. Первичные гРНК выделены зеленым цветом. Us, соответствующие Т, присутствующим на уровне ДНК, отмечены красными (делеции) и синими стрелками. Предсказанные T-Aligner стартовые и стоп-кодоны обведены красным.
Свойства
L. pyrrhocoris гРНК
Поскольку свойства гРНК влияют на их функцию, мы сравнили полученный в результате выравнивания комплемент гРНК L. pyrrhocoris (дополнительная таблица S4) с комплементом L. tarentolae и T. brucei . которые также были определены путем реализации алгоритма поиска самой длинной общей подпоследовательности (LCS) (24, 25). Направляющие РНК L. pyrrhocoris короче, со средней длиной 31 нт, тогда как гРНК трипаносоматидов с двумя хозяевами имеют медианную длину 43 нт (рис. 4А). Однако, если вместо выравнивания мини-кольцо:мРНК (рис.Распределение длины гРНК 0095 L. pyrrhocoris сходно с таковым у двух вышеупомянутых видов. Это наблюдение предполагает, что только внутренняя часть зрелой последовательности гРНК L. pyrrhocoris выравнивается с родственной мРНК. Что касается характеристик выравнивания, процент спаривания нуклеотидных оснований, который включает разрешенную более слабую пару G:U в первичных выравниваниях после редактирования, аналогичен в L. pyrrhocoris и L. tarentolae , но ниже, чем в Т. brucei (рис. 4В). Однако процент несоответствий, исключая пары оснований G:U, выше для L. pyrrhocoris по сравнению с двумя другими видами (рис. 4C). Чтобы убедиться, что наши заданные значения параметров не были ответственны за эти различия, мы применили те же самые методы и допустили несоответствие параметров к общедоступным мини-кольцам L. tarentolae и отредактировали последовательности мРНК (18). Результаты резюмировали опубликованные (Рисунок 4, «Lt (tal)»). Таким образом, характеристики гРНК у проанализированных трипаносоматид в некоторой степени различаются, причем гРНК L. pyrrhocoris короче и допускают большее количество несовпадений, чем гРНК T. brucei и L. tarentolae .
Рисунок 4.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Сравнение характеристик гРНК трех видов: Leptomonas pyrrhocoris ( L. pyr ), Leishmania tarentolae (
L. были наборы данных для анализа; взято из (25)), Trypanosoma brucei ( T. bru ; наборы данных для анализа были взяты из (24)), и Leishmania tarentolae , где характеристики были получены с использованием нашего алгоритма и параметров на основе данных из (25), отмеченных как «Lt (tal)» ( T-al , полученное по Игнеру) скрипичный сюжет во всех подрисунках. ( A ) Распределение длин матричной гРНК у этих видов. Для L. pyrrhocoris на диаграмме в крайнем левом углу показано распределение длины гРНК, рассчитанное с использованием длин, определенных путем покрытия мини-кругами коротких считываний секвенирования РНК; диаграммы 2, 3 и 4 рассчитаны на основе длины выравнивания мини-кольца: мРНК, как в (B) и (C). ( B ) Видоспецифичное распределение процентов пар оснований G:U от общего числа пар на гРНК для всех гРНК. ( C ) Видоспецифичное распределение процента несоответствий от общего числа пар на гРНК для всех гРНК.
gRNAs определяют разнообразие транскриптома maxicircle
Митохондриальные транскриптомы maxicircle, состоящие из предварительно отредактированных, частично отредактированных и отредактированных мРНК, очень сложны (15,19). Большая часть сложности связана с второстепенными изоформами, представленными широким спектром частично и/или альтернативно отредактированных молекул. Например, T-Aligner сгенерировал 537 изоформ L. pyrrhocoris ND8 криптоген. Большинство этих изоформ отличаются всего несколькими редакциями и имеют очень низкое покрытие или присутствуют в виде единого чтения и в остальном имеют общую последовательность на 95–99%. Даже криптогены только с небольшим доменом редактирования, управляемым одной гРНК, дают собранные изоформы с отредактированными транскриптами, отличающимися несколькими или даже одним положением(ями). Эта ситуация совместима с одной гРНК, генерирующей канонические события редактирования и редко неканонические, или же с альтернативными последовательностями, возникающими в результате редактирования, направленного другой гРНК, отожженной к предварительно отредактированному сообщению.
Чтобы изучить происхождение альтернативного редактирования, мы отсканировали все чтения транскриптома криптогена (а не только канонические) с нашими 175 предполагаемыми гРНК, полученными в результате выравнивания, используя тот же алгоритм выравнивания гРНК:мРНК. Нанесенные на карту выравнивания прочтений были сгруппированы по «событию выравнивания», другими словами, по всем парным выравниваниям гРНК: сопоставленным прочтениям одного и того же криптогенного сайта, которые выравниваются с точно такими же нуклеотидами одной и той же гРНК. В общей сложности мы обнаружили 2335 событий выравнивания, в которых выровненные чтения демонстрируют возможные альтернативные результаты. Один из 193 такие события выравнивания, сопоставленные с RPS12 , выбранными случайным образом, показаны на фиг. 5А. Множественное выравнивание последовательностей отображает возможные результаты считывания мРНК, полученные при редактировании положения в криптогене RPS12 с гРНК, кодируемой миникругом № 48. Якорная область этой гРНК способна связываться с последовательностью, присутствующей примерно в 3700 прочтениях, в которых эта область редактируется каноническим путем (рис. 5; в рамке). После отжига эта конкретная гРНК, по-видимому, направляет серию различных вставок U, которые имеют совершенно разную поддержку считывания. Из различных наблюдаемых шаблонов редактирования основной поддерживается 3449reads представляет канонически отредактированный RPS12 . Однако 16% прочтений обладают множеством альтернативных паттернов редактирования, отличающихся количеством и позициями вставленных Us.
Рисунок 5.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Сценарий для нескольких альтернативных путей редактирования, управляемых одной и той же гРНК. ( A ) Паттерны инсерции U, наблюдаемые в последовательностях из прочтений, восстановленных путем выравнивания с одной гРНК RPS12 с алгоритмом, допускающим некоторую степень несоответствия. Прочтите поддержку для каждого шаблона в столбце справа. Область привязки заключена в рамку. Цветовая схема радуги использовалась для выделения гомологичных As между гРНК, предварительной последовательностью и отредактированными считываниями мРНК в каждом образце для отслеживания различий в редактировании. Например, если крайний правый A (красный) соединяется с первым U гРНК перед якорем, то нуклеотиды AGG гРНК действуют как направляющие нуклеотиды, направляя вставку трех Us после этого A. Однако группа из альтернативные паттерны могли возникнуть в результате спаривания самого правого A с первым G выше по течению от якоря (что будет считаться спариванием несоответствия, исключая этот G из направления). ( B ) Перевод шаблонов редактирования в (A) в матрицу состояния редактирования T-Aligner. Координата X равна номеру эталонного нуклеотида криптогена A/G/C, координата Y — номеру вставленного или делетированного Us после этого нуклеотида A/G/C (где Y = 0 равно референтный уровень), которые наблюдались в любой из последовательностей чтения в (А). Точки, представляющие ссылку As из (A), окрашены таким же образом. Например, после второго A (оранжевого цвета) из прочтений были восстановлены последовательности, в которые были вставлены 0, 1, 2 или 4 Us. Канонический шаблон редактирования показан в виде линий, соединяющих каждое соответствующее каноническое состояние редактирования. ( C ) Матрица состояния редактирования T-Aligner для cryptogene RPS12 . На схеме количество вставленных\удаленных Us представлено точками, расположенными выше (вставка) или ниже (удаление) референсной линии, координата которой X соответствует положению нуклеотида A/G/C в криптогенной последовательности. Черная линия показывает путь канонически отредактированной мРНК криптогена. Состояния редактирования, наблюдаемые только при картировании чтения всего секвенирования РНК, отображаются в виде черных точек. Состояния редактирования, которые также поддерживаются выравниванием gRNA:read, обведены синим цветом. Красная рамка указывает регион 9Криптоген 0095 RPS12 , отредактированный с помощью гРНК mc_48:RPS12, с альтернативными результатами, показанными на (A).
Альтернативные модели выравнивания G:U, наблюдаемые в наборе данных, и допущение некоторых несоответствий, по-видимому, являются факторами, которые позволили бы одной гРНК управлять альтернативными результатами. В этом сценарии один и тот же нуклеотид может выступать в качестве направляющего нуклеотида в одной среде и неведущего нуклеотида в другой (рис. 5А). Радужная окраска As демонстрирует спаривание одного и того же As в ДНК (аналогично предварительно отредактированной мРНК) с разными нуклеотидами гРНК в каждом выравнивании. Если крайний правый A (красный) соединяется с первым U гРНК перед якорем, то AGG гРНК действует как направляющие нуклеотиды, направляя вставку трех Us после A. Однако могла возникнуть группа альтернативных паттернов. от самой правой пары A с первой G выше по течению от якоря, что будет считаться парой несоответствия, исключая эту G из направления. Эти сложные паттерны можно отобразить в точечной матрице состояния редактирования T-Aligner, где точки матрицы отображают состояния редактирования (количество вставленных и удаленных Us) на каждом участке редактирования, наблюдаемом в данных (рис. 5B). Например, после второго A (оранжевого цвета) из прочтений были восстановлены последовательности, в которые были вставлены 0, 1, 2 или 4 Us.
Для каждого криптогена такие матрицы состояния редактирования (соответствующие всем считываниям, участвующим в альтернативных событиях редактирования, относящихся к 175 гРНК) затем сравнивали с матрицей состояний редактирования, полученной с использованием всех считываний, полученных из максикольцев, независимо от того, выровнены они или нет с гРНК. Это сравнение позволяет визуализировать количество состояний редактирования, наблюдаемых при сопоставлении исходного чтения, которые можно отнести к редактированию с помощью одной из идентифицированных гРНК (рис. 5C для RPS12 9009).6; см. Дополнительный рисунок S7 для всех других криптогенов). Этот анализ показал, что в среднем 78% состояний редактирования поддерживаются их выравниванием с гРНК, которые, как мы идентифицировали, способны генерировать канонически отредактированную последовательность в некотором гене, кодируемом максициклом.
Наконец, последовательный отжиг гРНК с множественными альтернативными выходами может усугубить разнообразие транскриптов, возникающее в результате альтернативных событий редактирования, которые управляются отдельными гРНК. Чтобы проиллюстрировать это, мы проследили предполагаемые следующие шаги редактирования вверх по течению от RPS12 Область , подробно показанная на рис. 5A и B. Показаны три возможных пути, в том числе путь, направляемый гРНК, полученной из миникольца № 15, приводящий к канонической последовательности, и два альтернативных пути редактирования, направляемые гРНК, изначально родственными для A6. и ND8 (рис. 6).
Рисунок 6.
Открыть в новой вкладкеСкачать слайд
Визуализация предлагаемого канонического и альтернативного редактирования. Представлены два последовательных шага редактирования. RPS12 Точечная матрица состояний редактирования (как на рисунке 5C) показана в нижней части рисунка, отображая количество состояний редактирования, наблюдаемых при сопоставлении исходного чтения, которые можно отнести к редактированию с помощью одной из идентифицированных нами гРНК, как редактирование, обведенное синим кружком. События. Аналогичные точечные матрицы для дополнительных криптогенов можно найти на дополнительном рисунке S7. Красный квадрат на точечной матрице указывает на область, отредактированную с помощью канонической RPS12 гРНК миникольца № 48, и все паттерны, полученные с помощью этой гРНК, изображены на правой панели, как на рисунке 5A. Зеленый квадрат и левая панель показывают три возможных альтернативы следующей гРНК для связывания и управления редактированием транскрипта, которая была канонически отредактирована с помощью mc_48:L гРНК. Радужная окраска выделяет гомологичные нуклеотиды в каждом образце. В каждом случае эталонная ДНК криптогена выравнивается с наиболее поддерживаемым образцом. Приблизительно 85% прочтений поддерживают редактирование с помощью канонической гРНК, происходящей из миникольца № 15, имеющего первичное выравнивание с 9.0095 РПС12 . Альтернативные паттерны создаются с помощью неканонических гРНК, которые имеют первичное выравнивание с A6 и ND8 . Черные прямоугольники указывают на якорные нуклеотиды, используемые гРНК mc_48:L и mc_15:L из канонического пути RPS12 .
Выравнивания каждой из этих альтернативных восходящих гРНК также включают считывания с более чем одним паттерном редактирования (рис. 6). Большинство неканонических шаблонов редактирования выравнивания имеют низкую поддержку чтения. Выравнивание на рисунках 5 и 6 показывает постоянную небольшую долю чтений с шаблонами редактирования, которые следуют неканоническим путям. Накопление этих фракций приводит к «коэффициенту диссипации» процесса редактирования.
Механизмы использования гРНК, приводящие к событиям неканонического редактирования, могут быть проанализированы
Одна вещь, которую мы не определили, — это то, сколько альтернативных шаблонов редактирования для области, показанной на рис. 5, также соответствуют другим гРНК, которые обычно направляют каноническое редактирование в других местах. Возможно ли, что другие (возможно, частично перекрывающиеся) гРНК могут направлять некоторые неродственные паттерны редактирования, показанные на рис. 5? Многочисленные технические проблемы затрудняют определение того, может ли это произойти в каком-либо отдельном событии выравнивания.
Связанный с этим вопрос, который одновременно является более универсальным и на который легче ответить, заключается в следующем: несколько допустимых событий редактирования, вызванных одной канонической гРНК, или же связывание и действие гРНК в альтернативных местах значительно способствуют неканоническим моделям редактирования, наблюдаемым в транскриптомы, отредактированные U-indel? Наш подход к этому вопросу требует определения некоторых терминов. Мы классифицировали события выравнивания как «родственные», если гРНК находится в положении, когда она может генерировать канонически отредактированную последовательность, но также может направлять неканоническое редактирование (рис. 5). Событие выравнивания является «неродственным», если задействованная гРНК в данной позиции транскриптома выравнивается только с неканоническими паттернами последовательностей, такими как A6 и ND8 гРНК, выровненные с областью RPS12 на рисунке 6. Для этого анализа мы ограничили шаблоны редактирования, чтобы включить только те, которые поддерживаются как минимум четырьмя считываниями, чтобы уменьшить шум и возможные артефакты от секвенирования. ошибки. Для упрощения мы также использовали алгоритм объединения событий, чтобы объединить события выравнивания с одним и тем же якорным сайтом гРНК (некоторые события выравнивания являются просто «вложенными последовательностями» версиями других). Большинство (1387) из 1975 событий выравнивания, собранных таким образом, не являются родственными, что позволяет предположить, что по крайней мере в L. pyrrhocoris многие неканонические события редактирования могут быть связаны со связыванием гРНК, которая может направлять неканонический паттерн только в этом месте. (Дополнительная таблица S5). Другие 588 событий выравнивания являются родственными, поскольку вовлеченная гРНК выравнивается с каноническим шаблоном редактирования, по крайней мере, в некоторых чтениях события.
Родственные и неродственные события выравнивания были дополнительно классифицированы как события с одним паттерном (будь то канонические или неканонические), генерируемые связыванием этой конкретной гРНК только с одним паттерном мРНК, или множественные паттерны, как показано на рисунках 5 и 6. Очень немногие родственные события (144) были однотипными. Ожидается, что в рамках событий родственного выравнивания с несколькими шаблонами (которые составляют 588 из 729общее количество родственных событий выравнивания), поддержка чтения сильнее для выравнивания гРНК с каноническими, чем с неканоническими паттернами. Медиана 62% прочтений каждого родственного события выравнивания гРНК по шести пан-отредактированным мРНК показала канонический паттерн. Остальные чтения обычно представляли собой несколько альтернативных паттернов с низким относительным представлением. События неродственного выравнивания также обычно включали одно выравнивание, которое имело более высокую поддержку чтения, но средний процент чтений, содержащих общий шаблон, составлял всего 50% (дополнительная таблица S5). Анализ на уровне индивидуального выравнивания, ранее описанный на рисунках 5 и 6, подтверждает этот общий результат. Например, в событии канонического выравнивания на рис. 5 есть 23 возможных результата редактирования, но только один с подавляющей степенью поддержки чтения. Рисунок 6 содержит два примера событий неканонического выравнивания. Существует только пять возможных исходов паттернов для каждой из соответствующих гРНК, которые действуют неродственным образом в этом сайте (эти гРНК способны направлять канонические паттерны в A6 и ND8). В каждом случае по-прежнему существует единственный наиболее поддерживаемый шаблон, но он менее подавляющий для этих неродственных событий выравнивания.
Наконец, можно различить относительный вклад родственного связывания гРНК и неродственного связывания гРНК при альтернативном редактировании. Эти значения можно определить путем сравнения количества альтернативно отредактированных прочтений из двух категорий. Первая категория включает чтения, которые поддерживают все неканонические шаблоны редактирования из 588 родственных событий выравнивания нескольких шаблонов из дополнительной таблицы S5. Вторая категория представляет собой сумму прочтений, поддерживающих все события выравнивания для неродственных гРНК. Относительное количество этих двух категорий чтений является хорошей оценкой относительного вклада этих альтернативных механизмов в неканонические шаблоны редактирования. Выполняя этот анализ наших данных, большинство прочтений (75%) поддерживают неканонические шаблоны редактирования, управляемые неродственными гРНК, а 25% поддерживают их, управляемые родственными гРНК.
Это приводит к вопросу о том, могут ли существовать какие-либо отличительные особенности выравнивания гРНК, связанных в родственном расположении с мРНК, по сравнению с гРНК, выровненных нашим алгоритмом в неродственных местах. Действительно, по показателям длины выравнивания и коэффициента рассогласования разница между распределениями статистически значима по двухвыборочному критерию Колмогорова-Смирнова ( P -значение < 0,01), в то время как коэффициенты пар G:U не значительно различаются (дополнительный рисунок S8).
Таким образом, наша способность к компьютерному анализу родственных и неродственных gRNA: неканонических выравниваний чтения привела к следующей модели. Когда гРНК связываются с транскриптами в положениях, отличных от их канонического местоположения связывания, результирующее редактирование ограничено с точки зрения сложности, и эти события по отдельности редки. Это, вероятно, вызвано более слабым связыванием, поскольку типичное количество несоответствий для этих выравниваний относительно велико. Напротив, гРНК связываются с каноническими участками с более высокой аффинностью и/или в течение длительного периода времени, и эти взаимодействия являются более сложными.
ОБСУЖДЕНИЕ
Здесь мы представляем первую полную сборку миникольца кДНК для моноксенного жгутиконосца трипаносоматид. Предполагаемые гРНК, аннотированные в сборке, охватывают все отредактированные области открытых рамок считывания maxicircle. Фактически, большинство позиций редактирования могут быть канонически отредактированы более чем одной, а иногда и до пяти гРНК. Также сообщалось о избыточном охвате для L. tarentolae и T. brucei (24, 25, 57).
В L. pyrrhocoris , преимущественно наблюдаемая избыточность проявляется в виде гРНК со способностью закрепляться как на X , так и на Y мРНК. Например, гРНК, закодированная в локусе единицы L миникольца № 15, обладает способностью прямого редактирования определенных областей канонических мРНК ND9 и RPS12 (рис. 3). Эта избыточность может отражать важность «подстраховки» при редактировании.
Согласно нашим расчетам, менее важным, но, возможно, более интригующим является наблюдаемый потенциал одной гРНК для специфицирования различных паттернов редактирования для данной области транскрипта. Это верно как для родственных, так и для неродственных взаимодействий гРНК: транскрипт (дополнительная таблица S5). С вычислительной точки зрения большинство наблюдаемых неканонических состояний редактирования можно объяснить комбинацией этих двух типов событий. Путем сопоставления гРНК с прочтениями РНК, полученными из криптогена, мы показали, что ~80% состояний редактирования, наблюдаемых в транскриптоме, можно объяснить набором гРНК из 102 идентифицированных локусов миникольца плюс полдюжины, расположенных на максикольце.
Наш анализ оставляет ~20% известных состояний редактирования L. pyrrhocoris , не поддерживаемых потенциальными родственными гРНК. Вполне вероятно, что все состояния редактирования на самом деле управляются экспрессируемыми гРНК, и наша неспособность обнаружить их все может быть объяснена строгостью наших параметров поиска. Например, мы построили выравнивание гРНК: необработанное чтение с пороговыми значениями привязки из четырех или более точно совпадающих оснований. Чтобы обнаружить пять гРНК, которые покрывали пробелы в выравнивании гРНК: мРНК (дополнительная таблица S4), нам нужно было ослабить эти правила. Кроме того, в этом исследовании мы не допускали пробелов в выравниваниях для большей строгости, но данные, полученные с T. brucei предполагает, что выравнивание гРНК:мРНК может допускать пробелы (57). Наконец, выравнивание проводили только с областями гРНК, которые участвуют в первичном или вторичном выравнивании с канонической мРНК, но не с нуклеотидами, внешними по отношению к выровненным областям, которые были обнаружены с помощью короткого секвенирования РНК. Также вероятно, что по крайней мере часть этих состояний редактирования, особенно те, которые представлены менее чем четырьмя прочтениями, могут быть ошибками секвенирования или частями загрязняющего ядерного генома, которые не совпадают с частями максикольца.
Поддержка чтения шаблонов редактирования предполагает, что каноническое редактирование является наиболее частым результатом редактирования после связывания гРНК с родственным положением. Тем не менее, поскольку некоторые криптогены редактируются 6–15 гРНК, кумулятивная степень неканонического редактирования родственными гРНК не является несущественной (рис. 6). Предполагалось, что неканонические паттерны редактирования, впервые подвергшиеся тщательному исследованию в период с 1990 по 1992 год (12, 16, 21, 65, 66), ограничены областями соединения между отредактированными и предварительно отредактированными частями мРНК. Было высказано предположение, что они произошли в результате редактирования альтернативной гРНК, неправильного редактирования канонической гРНК для этого блока редактирования или в результате неизбирательного действия механизма редактирования. Однако последующий анализ вскоре показал, что неканонические паттерны редактирования могут иногда включаться в транслируемую мРНК, тем самым увеличивая разнообразие митохондриального протеома (67,68). Действительно, неканонические паттерны редактирования потенциально могут быть распознаны как якоря неродственными гРНК, что приводит к альтернативно отредактированным мРНК, транслируемым в очень разные аминокислотные последовательности. Такие сценарии были обнаружены на уровне РНК в течение 9 лет.0095 L. pyrrhocoris , T. brucei , Perkinsela sp. и L. tarentolae (19,20,24,25,34,57). Однако прямых доказательств существования белков, генерируемых альтернативно отредактированными транскриптами, все еще недостаточно, что оставляет сомнения относительно того, дает ли редактирование U-indel селективное преимущество таким образом (69). Отметим, что репертуар гРНК L. pyrrhocoris почти в 10 раз меньше, чем у T. brucei . Наиболее распространенные несоответствия в L. pyrrhocoris Выравнивание гРНК:мРНК, которое очевидно даже при первичном выравнивании гРНК с канонически отредактированными мРНК, может компенсировать недостаток разнообразия гРНК. Таким образом, наши данные свидетельствуют о том, что у L. pyrrhocoris , вероятно, происходят как события редактирования, которые происходят от закрепления и направления неродственной гРНК в область мРНК, так и множественные паттерны, направленные одной гРНК в одном локусе редактирования, при этом первый, по-видимому, управляет большей частью неканонических событий редактирования. До этого анализа не существовало количественного способа проанализировать эти возможности по всему отредактированному транскриптому.
Другая недавняя работа, использующая глубокое секвенирование конкретных митохондриальных мРНК T. brucei и их анализ в контексте выравнивания гРНК, фокусируется на дискретных вопросах. Лаборатория Koslowsky сосредоточилась на выявлении альтернативных функциональных мРНК у T. brucei в результате использования альтернативных гРНК (34). Другие исследования, основанные на глубоком секвенировании, позволили понять инициацию и процессинг первого блока гРНК или проанализировать развитие редактирования в целом с возможностью сосредоточиться на областях соединения, охватывающих один блок редактирования гРНК (15), и подтвердили, что это было возможно вывести нелинейный порядок модификации для конкретного блока гРНК из прочтений глубокого секвенирования (33). Было высказано предположение, что области соединения с альтернативными шаблонами редактирования представляют собой не тупиковые продукты редактирования, а вместо этого необходимые промежуточные продукты (17, 18, 32, 33). Возможно ли, что альтернативные модели в L. pyrrhocoris считывает, что мы приписываем различному использованию специфической гРНК в качестве направляющей или неведущей, действительно ли считывания происходят от таких промежуточных звеньев? Наши результаты могут свидетельствовать в пользу такого механизма. Соотношение канонически отредактированных и неканонически отредактированных прочтений в событиях родственного выравнивания с несколькими шаблонами выше, чем для неродственных, несмотря на общую более высокую сложность этих шаблонов в событиях родственного выравнивания. Это качественное различие указывает на специфические особенности, отличающие родственные события выравнивания от неродственных, которые почти наверняка приведут к тупиковым продуктам.
Характеристика миниколец L. pyrrhocoris важна для нашего глобального восприятия транскрипции и процессинга гРНК. Единственные модели транскрипции и процессинга трипаносоматидной гРНК, основанные на эмпирических исследованиях, разработаны для T. brucei . Ясно, что транскрипция T. brucei инициируется на фиксированном расстоянии от восходящего повтора гРНК (70). Аналог T. brucei , L. tarentolae и теперь Было показано, что у L. pyrrhocoris отсутствуют последовательности инвертированных повторов, но он содержит консервативные мотивы последовательностей, расположенные проксимальнее локуса гРНК, которые вместо этого могут играть роль в инициации транскрипции или другого процессинга. Мы предполагаем, что эти различные регуляторные мотивы могут определять специфические механизмы инициации или процессинга транскрипции гРНК, которые могут влиять на длину или точность концов гРНК, высвобождаемых из их более длинных молекул-предшественников. Модель для T. brucei процессинг гРНК постулирует, что экспрессия антисмысловой нити миникольца и ее последующий процессинг ответственны за определение 3′-концов зрелой гРНК, обрезанных от 3′ до 5′ от гораздо более длинного предшественника (71). Однако эта модель не предусматривает роли инвертированных повторов T. brucei в процессинге. Как наша РНК-секвенация, так и считывания секвенирования малых РНК сопоставляются с обеими цепями миникольцов, что означает, что механизм процессинга для гРНК L. pyrrhocoris может включать антисмысловую РНК. Однако в 9В модели 0095 T. brucei наблюдается U-хвост как гРНК, так и соответствующих антисмысловых фрагментов. Наши риды с U-хвостом обнаружены исключительно на гРНК, а не на продуктах небольших антисмысловых миниколец. Предположительно, частое присутствие вторичного выравнивания minicircle:mRNA, которое мы обнаружили у L. pyrrhocoris , может отражать потенциал изменчивости или гибкости в процессинге gRNA. В то время как процессинг вариабельных концов гРНК может привести к менее эффективному редактированию, он также может в конечном итоге увеличить полезное разнообразие транскриптов.
Наши результаты также показывают, что понимание структуры мини-кольца может быть важно для выводов об эволюции. В подсемействе Leishmaniinae L. pyrrhocoris принадлежит к кладе, которая неизменно обладает миникольцами с двойным CR. Поскольку большинство этих видов содержат две мономерные единицы разного происхождения, маловероятно, что они возникли из мономерных миникольцов путем дупликации. Их существование может быть лучше объяснено сценарием, в котором предок подсемейства Leishmaniinae обладал миникольцами двойного CR с обеими единицами. Впоследствии некоторые мономерные единицы, кодирующие избыточные гРНК, могли приобрести мутации в своем 66-мерном мотиве, препятствующие их процессингу и стабилизации. Хотя обычно только один из мономеров каждого миникольца обычно кодирует гРНК и обладает регуляторными мотивами, в некоторых случаях обе единицы кодируют гРНК. Поскольку продукты этих локусов не были обнаружены в чтении малых РНК-seq, хотя все миникольца полностью транскрибируются, мы делаем вывод, что процессинг их гРНК заблокирован. Любая роль для 9Единица миникольца 0095 L. pyrrhocoris , которая не продуцирует функциональные гРНК, еще предстоит выяснить.
Наконец, у всех трипаносоматид, исследованных до сих пор, количество копий отдельных классов миникольца резко варьируется в пределах одной сети кДНК, как это также наблюдается здесь (рис. 1С). Наш вывод о том, что относительная распространенность различных классов миникольцев в сети кДНК варьируется в зависимости от штамма, также согласуется с тем, что наблюдалось для двух штаммов L. tarentolae (25,72). Однако моделирование относительной численности между несколькими временными точками, предполагающее случайную сегрегацию мини-кругов (73) и эмпирическое измерение этого параметра в исторических 9Лабораторный штамм 0095 L. tarentolae UC предполагает, что образцы культуры, взятые в разное время, будут демонстрировать изменения относительной численности различных классов миникольцев, что приведет к постепенной потере некоторых популяций миникольцев (72). В случае L. pyrrhocoris это, по-видимому, не так. Основополагающим предположением об утрате классов миникольцев в штамме UC было то, что не все классы миниколец были необходимы для роста in vitro . Это подтверждается тем фактом, что некоторые криптогены больше не редактируются полностью, поскольку в богатой питательными веществами среде их белковые продукты не являются незаменимыми (72). Повышенная важность разнообразного населения мини-круга для L. pyrrhocoris и/или неустановленные различия в селективных силах между моноксенными и диксенными видами могут быть причинами того, что штамм h20 достиг неизменного соотношения различных классов миникольца.
В заключение, это описание полного генома миникольца L. pyrrhocoris расширяет наше общее понимание сетей миникольца, состава миникольца и особенностей гРНК у трипаносоматид, вызывая новые догадки и гипотезы, которые могут быть проверены эмпирически, если позволяют развивающиеся инструменты. Благодаря применению наших уникальных биоинформационных инструментов, применяемых здесь одновременно к популяциям мРНК и гРНК, мы демонстрируем, что руководящая гибкость отдельных гРНК на уровне всего генома может лежать в основе альтернативных паттернов редактирования, наблюдаемых в отредактированных U-инделах. транскриптомы. Тот факт, что мы можем компьютерно анализировать события выравнивания гРНК по всему геному, является значительным достижением. Этот подход теперь можно применить к другим видам, чтобы определить, является ли соотношение неканонических событий редактирования, которые могут быть отнесены к неканоническому связыванию гРНК, по сравнению с несколькими результатами канонического связывания гРНК, аналогичным или отличным от 9.0095 Л. пиррокорис .
НАЛИЧИЕ ДАННЫХ
Данные секвенирования микроРНК можно загрузить из NCBI SRA под регистрационным номером SRR12440684. Номера доступа Genbank для последовательностей миникольца перечислены в дополнительной таблице S1. Код T-Aligner доступен на GitHub (https://github.com/jalgard/T-Aligner3.3), код программы поиска дуплекса гРНК:мРНК является частью T-Aligner 3.3. Программный код сборки Minicircles и скрипты обработки данных доступны на GitHub (https://github.com/jalgard/scripts-330).
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Дополнительные данные доступны на сайте NAR Online.
БЛАГОДАРНОСТИ
Мы благодарим сотрудников наших лабораторий за стимулирующие обсуждения и доктора Флегонтова (Университет Остравы) за помощь на начальных этапах этого проекта.
ФИНАНСИРОВАНИЕ
Российский научный фонд [19-74-10008 для E.S.G.; 19-15-00054 на В.Ю.]; ERC CZ [от LL1601 до JL]; Европейские фонды регионального развития [OPVVV16_019/0000759 для V.Y., N.K., JL]; Остравский университет [SGS/2020 to V.Y.]; Американская кардиологическая ассоциация [16SDG26420019к С.Л.З.]. Финансирование платы за открытый доступ: Европейские фонды регионального развития [OPVVV16_019/0000759].
Заявление о конфликте интересов . Ни один не заявил.
REFERENCES
1.
Reiter
N.J.
,
Osterman
A.
,
Torres-Larios
A.
,
Swinger
K.K.
,
Пан
Т.
,
Мондрагон
A.
Структура бактериального холофермента рибонуклеазы P в комплексе с тРНК
.
Природа
.
2010
;
468
:
784
–
789
.
2.
Сэнфорд
Дж. Р.
,
Касерес
Дж. Ф.
Сплайсинг пре-мРНК: жизнь в центре центральной догмы
1 9.
J. Cell Sci.
2004
;
117
:
6261
–
6263
.
3.
Shi
Y.
Механизмы понимания сплайсинга матричной РНК-предшественника сплайсосомой
.
Нац. Преподобный Мол. Клеточная биол.
2017
;
18
:
655
–
670
.
4.
Лукеш
Дж.
,
Каур
B.
,
Шпейер
D.
Редактирование РНК в митохондриях и пластидах: странное и широко распространенное ^.
Тенденции Genet.
2021
;
37
:
99
–
102
.
5.
Каур
Б.
,
Захонова
К.
,
Валах
М.
011
,
Faktorová
D.
,
Prokopchuk
G.
,
Burger
G.
,
Lukeš
J.
Gene fragmentation and RNA editing without borders: эксцентрические митохондриальные геномы диплонемид
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2020
;
48
:
2694
–
2708
.
6.
Lukeš
J.
,
Butenko
A.
,
Hashimi
H.
,
Maslov
D.A.
,
Votýpka
J.
,
Юрченко
V.
Трипаносоматиды – это гораздо больше, чем просто трипаносомы: подсказки из расширенного генеалогического древа
Тенденции Паразитол.
2018
;
34
:
466
–
480
.
7.
Дженсен
Р.Э.
,
Энглунд
П.Т.
Новости сети: репликация кинетопластов ДНК
.
год. Преподобный Микробиолог.
2012
;
66
:
473
–
491
.
8.
Лукеш
Дж.
,
Гилбрайд
Д.Л.
,
Votýpka
J.
,
Zíková
A.
,
Benne
R.
,
Englund
с.л.
,
Englund
с.т.t.t.t.
,
Englund
с.т.
Сеть ДНК Kinetoplast: эволюция невероятной структуры
.
Эукариот. Сотовый
.
2002
;
1
:
495
–
502
.
9.
Шломай
Ж.
Структура и репликация кинетопластной ДНК
.
Курс. Мол. Мед.
2004
;
4
:
623
–
647
.
10.
Читать
Л.К.
,
Лукеш
J.
,
Хашими
H.
Редактирование трипаносомной РНК: сложность получения и удаления U
.
Wiley Interdiscip. Ред. РНК
.
2016
;
7
:
33
–
51
.
11.
Маслов
Д.А.
,
Opperdoes
Ф.Р.
,
Костыгов
А.Ю.
,
Хашими
Х.
,
Лукеш
Дж.
,
Юрченко
V.
Последние достижения в исследованиях трипаносоматид: организация генома, экспрессия, метаболизм, таксономия и эволюция
.
Паразитология
.
2019
;
146
:
1
–
27
.
12.
Штурм
Н.Р.
,
Simpson
L.
Миникольца ДНК кинетопласта кодируют направляющие РНК для редактирования мРНК субъединицы III цитохромоксидазы
.
Сотовый
.
1990
;
61
:
879
–
884
.
13.
Круз-Рейес
Дж.
,
Муерс
Б.Х.М.
,
Дохарей
П.К.
,
Meehan
J.
,
Gulati
S
Голоэдитосомы динамической РНК с вариантами подкомплексов: взгляд на контроль редактирования 9 трипаносом0011
.
Wiley Interdiscip. Ред. РНК
.
2018
;
9
:
e1502
.
14.
Aphasizheva
I.
,
Alfonzo
J.
,
Carnes
J.
,
CESTARI
J.
,
Cestari
111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
.
J.
,
Goringer
H.U.
,
Hajduk
S.
,
LukeШ
J.
,
Madison-Antenucci
S.
,
MASLOV
D.A.A.A.A.A.A.
,
MASLOV
D. A.A.A.A.A.
и др. .
Лексика и грамматика процессинга митохондриальной РНК в трипаносомах
.
Тенденции Паразитол.
2020
;
36
:
337
–
355
.
15.
Zimmer
S.L.
,
Симпсон
Р.М.
,
Читать
Л.К.
Революция в высокопроизводительном секвенировании раскрывает консервативные основы редактирования U-indel
.
Wiley Interdiscip. Ред. РНК
.
2018
;
9
:
e1487
.
16.
Козловски
Д.Дж.
,
Бат
Г.Дж.
,
Читать
Л.К.
,
Stuart
K.
Циклы прогрессивной перестройки гРНК с мРНК при редактировании РНК
.
Сотовый
.
1991
;
67
:
537
–
546
.
17.
Аммерман
М.Л.
,
Пресняк
В.
,
Fisk
J.C.
,
Foda
B.M.
,
Читать
Л. К.
TbRGG2 способствует инициации и прогрессированию редактирования кинетопластидной РНК после участков внутренней паузы
.
РНК
.
2010
;
16
:
2239
–
2251
.
18.
Симпсон
Р.М.
,
Bruno
A.E.
,
BARD
J.E.
,
BUCK
M.J.
,
Читайте
L.K.K.
,
чтение
L.K.K.K.
Высокопроизводительное секвенирование частично отредактированных мРНК трипаносом выявляет препятствия для прогрессирования редактирования и доказательства альтернативного редактирования
.
РНК
.
2016
;
22
:
677
–
695
.
19.
Герасимов
Е.С.
,
Гаспарян
А.А.
,
Kaurov
I.
,
Tichý
B.
,
Logacheva
M.D.
,
Kolesnikov
A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A.A
,
Kolesnikov
A.A.A.A
,
Kolesnikov
A.A.A.A.A.
,
Лукеш
Дж.
,
Юрченко
В.
,
Циммер
С.Л.
,
Флегонтов
P.
Редактирование митохондриальной РНК трипаносоматид: очень сложный репертуар транскриптов, обнаруженный с помощью специального инструмента картирования
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2018
;
46
:
765
–
781
.
20.
Давид
В.
,
Флегонтов
П.
,
Gerasimov
E.
,
Tanifuji
G.
,
Hashimi
H.
,
Logacheva
M. D.
,
Maruyama
S.
,
Онодера
Н.Т.
,
Серый
M.W.
,
Арчибальд
J.M. .
Потеря генов и подверженное ошибкам редактирование РНК в митохондриях Perkinsela , эндосимбиотический кинетопластид
.
мБио
.
2015
;
6
:
e01498-15
.
21.
Маслов
Д.А.
,
Simpson
L.
Полярность редактирования в множественном домене, опосредованном гРНК, обусловлена образованием якорей для вышестоящих гРНК путем редактирования нижестоящим
.
Сотовый
.
1992
;
70
:
459
–
467
.
22.
Аравин
А.А.
,
Юрченко
В.
,
Мерзляк
Э.
,
Колесников А.А.
Митохондриальный ген ND8 из Crithidia oncopelti не отредактирован
.
ФЕБС Письмо.
1998
;
431
:
457
–
460
.
23.
Герасимов
Е. С.
,
Костыгов
А.Ю.
,
Ян
С.
,
Колесников
А.А.
От криптогена к гену? Редукция домена редактирования ND8 у трипаносоматидов насекомых
.
Евро. Дж. Протистол.
2012
;
48
:
185
–
193
.
24.
Cooper
S.
,
Wadsworth
E.S.
,
Ochsenreiter
T.
,
Ivens
A.
,
Savill
N.J.
,
Schnaufer
A.
Assembly and annotation of the mitochondrial minicircle genome of дифференцировочно-компетентный штамм Trypanosoma brucei
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2019
;
47
:
11304
–
11325
.
25.
Симпсон
Л.
,
Дуглас
С.М.
,
Озеро
Дж.А.
,
Pellegrini
M.
,
Li
F.
Сравнение митохондриальных геномов и стационарных транскриптомов двух штаммов трипаноса9 паразитов0095 Leishmania tarentolae
.
PLoS Негл. Троп. Дис.
2015
;
9
:
e0003841
.
26.
Camacho
E.
,
Rastrojo
A.
,
Sanchiz
A.
,
Gonzalez-de la Fuente
S.
,
Агуадо
Б.
,
Рекена
J.M.
Митохондриальные геномы Leishmania : максикольцевая структура и гетерогенность миникольцев
.
Гены (Базель)
.
2019
;
10
:
758
.
27.
Юрченко
В.
,
Колесников
А.А.
Миникольцевая кинетопластная ДНК Trypanosomatidae
.
Мол. биол. (Москва)
.
2001
;
35
:
3
–
13
.
28.
Yurchenko
V.
,
Hobza
R.
,
Benada
O.
,
Lukeš
J.
Trypanosoma avium : large minicircles в кинетопластной ДНК
.
Расшир. Паразитол.
1999
;
92
:
215
–
218
.
29.
Ли
С.Дж.
,
Чжан
X.
,
Лукеш
Дж.
,
Ли
Б.К.
,
Wang
J.F.
,
Q
L.H.
,
HID0010 D.H.
,
Lun
Z.R.
Новая организация митохондриальных миниколец и направляющих РНК у зоонозного патогена Trypanosoma lewisi
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2020
;
48
:
9747
–
9761
.
30.
Блюм
Б.
,
Бакалара
Н.
,
Simpson
L.
Модель редактирования РНК в кинетопластидных митохондриях: «направляющие» молекулы РНК, транскрибированные с максикольцевой ДНК, предоставляют отредактированную информацию
.
Сотовый
.
1990
;
60
:
189
–
198
.
31.
Тайлек
Б.Л.
,
Симпсон
Р.М.
,
Кирби
Л.Э.
,
Чен
Р.
,
Вс
Ю.
,
Козловский
Д.Дж.
,
Читать
Л.К.
Внутренние и регулируемые свойства минимально отредактированных мРНК трипаносом
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2019
;
47
:
3640
–
3657
.
32.
Carnes
J.
,
McDermott
S.
,
Anupama
A.
,
Oliver
B.G.G.
,
Sather
D.N.
,
Stuart
K.
In vivo Специфика расщепления 9195.
Нуклеиновые кислоты рез.
2017
;
45
:
4667
–
4686
.
33.
Симпсон
Р.М.
,
Bruno
A.E.
,
Chen
R.
,
Lott
K.
,
Tylec
B.L.
,
Бард
J.E.
,
Вс
Ю.
,
Бак
M.J.
,
Читать
Л.К.
Трипаносомные белки комплекса посредника редактирования РНК выполняют различные функции в утилизации гРНК
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2017
;
45
:
7965
–
7983
.
34.
Кирби
Л.Э.
,
Koslowsky
D
Паттерны редактирования РНК, специфичные для клеточной линии в Trypanosoma brucei предполагает уникальный механизм генерации белковых вариаций в системе, не переносящей генетические мутации
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2020
;
48
:
1479
–
1493
.
35.
Flegontov
P.
,
Butenko
A.
,
Firsov
S.
,
Kraeva
.0011
Н.
,
Элиаш
М.
,
Филд
М.К.
,
Филатов
Д.
,
Флегонтова
О.
,
Герасимов
Е.С.
,
Hlaváčová
J.
и др. .
Геном Leptomonas pyrrhocoris : высококачественный справочник моноксенных трипаносоматидов и новый взгляд на эволюцию Лейшмания
.
Науч. Респ.
2016
;
6
:
23704
.
36.
Герасимов
Е.С.
,
Гаспарян
А.А.
,
Литус
И.А.
,
Логачева
М.Д.
,
Колесников
А.А.
Миникольцевой кинетопластный геном трипаносоматиды насекомого Лептомонады пиррокорис
.
Биохимия (Москва)
.
2017
;
82
:
572
–
578
.
37.
Болджер
А.М.
,
Lohse
M.
,
Usadel
B.
Trimmomatic: гибкий триммер для данных последовательностей Illumina
.
Биоинформатика
.
2014
;
30
:
2114
–
2120
.
38.
Bushnell
B.
,
Rood
J.
,
Singer
E.
BBMERGE — Точное парное парное чтение SHOTGUN MERGING
5.
PLoS One
.
2017
;
12
:
e0185056
.
39.
Ray
D.S.
Консервативные блоки последовательностей в миникольцах кинетопластов из различных видов трипаносом
.
Мол. Клетка. биол.
1989
;
9
:
1365
–
1367
.
40.
Лангмид
Б.
,
Зальцберг
С.Л.
Быстрое выравнивание с промежутками чтения с помощью Bowtie 2
.
Нац. Методы
.
2012
;
9
:
357
–
359
.
41.
Li
H.
,
Handsaker
B.
,
Wysoker
A.
,
Fennell
T.
,
Ruan
J
,
Гомер
Н.
,
MARTH
G.
,
Abecasis
G.
,
Durbin
R.
Genome Project Data. .
Биоинформатика
.
2009
;
25
:
2078
–
2079
.
42.
Ли
Вт.
,
Godzik
A.
Cd-hit: быстрая программа для кластеризации и сравнения больших наборов последовательностей белков или нуклеотидов
.
Биоинформатика
.
2006
;
22
:
1658
–
1659
.
43.
Краева
Н.
,
Бутенко
А.
,
Главачова 9
110011
,
Kostygov
A.
,
Myškova
J.
,
Grybchuk
D.
,
Leštinová
T.
,
Votýpka
J.
,
Volf
P.
,
Opperdoes
F.
и др. .
Leptomonas seymouri : адаптации к диксенному жизненному циклу, проанализированные с помощью секвенирования генома, профилирования транскриптома и коинфицирования Leishmania donovani
.
PLoS Патог.
2015
;
11
:
e1005127
.
44.
Bankevich
A.
,
Nurk
S.
,
Antipov
D.
,
Gurevich
A.A.A.
,
Gurevich
A.A.A.
,
Дворкин
М.
,
Куликов
А.С.
,
Лесин
В. М.
,
Nikolenko
S.I.
,
PHAM
S.
,
PRJIBELSKI
A.D.
et al. .
SPAdes: новый алгоритм сборки генома и его приложения для секвенирования отдельных клеток
.
Дж. Вычисл. биол.
2012
;
19
:
455
–
477
.
45.
Бейли
Т.Л.
,
Boden
M.
,
Buske
F.A.
,
Frith
M.
,
Grant
C. E.
,
Clementi
L.
,
Ren
J.
,
Li
W.W.
,
Благородный
В.С.
MEME SUITE: инструменты для обнаружения и поиска мотивов
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2009
;
37
:
W202
–
W208
.
46.
Герасимов
Е.С.
,
Замятнина
К.А.
,
Матвеева
Н.С.
,
Руденская
Ю.А.
,
Краева
Н.
,
Колесникова
А.А.
,
Юрченко
В .
Патогены
.
2020
;
9
:
100
.
47.
Kolpakov
R.
,
BANA
G.
,
Kucherov
G.
Mreps: Эффективное и гибкое обнаружение Tandem.0011
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2003
;
31
:
3672
–
3678
.
48.
Райс
P.
,
Longden
I.
,
Bleasby
A.
Emboss: Eurocular Biology Open Suite
.
Тенденции Genet.
2000
;
16
:
276
–
277
.
49.
Noé
L.
,
Кучеров
G.
YASS: повышение чувствительности поиска сходства ДНК
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2005
;
33
:
W540
–
W543
.
50.
Курц
С.
,
Phillippy
A.
,
Delcher
A.L.
,
Smoot
M.
,
Shumway
M.
,
Antonescu
C.
,
Зальцберг
С.Л.
Универсальное и открытое программное обеспечение для сравнения больших геномов
.
Геном Биол.
2004
;
5
:
R12
.
51.
Huerta-ecepas
J.
,
Serra
F.
,
BORK
P.
ETE 3: Реконструкция, анализ и визуализация Phylomic Data
9.
Мол. биол. Эвол.
2016
;
33
:
1635
–
1638
.
52.
Сиверс
Ф.
,
Wilm
A.
,
Dineen
D.
,
Gibson
T.J.
,
Karplus
K.
,
Li
W.
,
Lopez
R.
,
McWilliam
H.
,
Remmert
M.
,
Содинг
Дж.
и др. .
Быстрое, масштабируемое создание высококачественных множественных выравниваний белков с использованием Clustal Omega
.
Мол. Сист. биол.
2011
;
7
:
539
.
53.
Stamatakis
A.
RAxML версии 8: инструмент для филогенетического анализа и пост-анализа больших филогений
.
Биоинформатика
.
2014
;
30
:
1312
–
1313
.
54.
Altschul
S.F.
,
Gish
W.
,
Miller
W.
,
Myers
E.W.
,
Liers
D.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.
Базовый инструмент локального поиска центровки
.
Дж. Мол. биол.
1990
;
215
:
403
–
410
.
55.
Kostygov
A.
,
Dobáková
E.
,
Grybchuk-Ieremenko
A.
,
Váhala
D.
,
Maslov
D.A.
,
Votýpka
J.
,
Lukeš
J.
,
Yurchenko
V.
Novel trypanosomatid — bacterium association: evolution of endosymbiosis in action
.
мБио
.
2016
;
7
:
e01985-15
.
56.
Маслов
Д.А.
Полный набор митохондриальных отредактированных мРНК в Leishmania mexicana amazonensis LV78
.
Мол. Биохим. Паразитол.
2010
;
173
:
107
–
114
.
57.
Koslowsky
D.
,
Sun
Y.
,
Hindenach
J.
,
Theisen
T.
,
Lucas
J
Транскриптом гРНК фазы насекомого в Trypanosoma brucei
.
Нуклеиновые кислоты рез.
2014
;
42
:
1873
–
1886
.
58.
Yasuhira
S.
,
Simpson
L.
Руководящие РНК, кодируемые Minicircle из
65 90 10
5 Crithidia fasciculata
РНК
.
1995
;
1
:
634
–
643
.
59.
Юрченко
В.
,
Мерзляк
Е.М.
,
Колесников
А.А.
,
Мартинкина
Л.П.
,
Венгеров
Ю.Ю.
Структура ДНК Leishmania миникольцовых кинетопластов
.
Дж. Клин. микробиол.
1999
;
37
:
1656
–
1657
.
60.
Костыгов
А.Ю.
,
Юрченко
В.
Пересмотренная классификация подсемейства Leishmaniinae (Trypanosomatidae)
.
Фолиа Паразитол.
2017
;
64
:
020
.
61.
Маруяма
С.Р.
,
де Сантана
А.К.М.
,
Такамия
Н.Т.
,
Такахаши
Т.Ю.
,
Рожерио
Лос-Анджелес
,
Оливейра
C.A.B.
,
Миланези
C.M.
,
Тромбела
В.А.
,
Круз
А.К.
,
Иисус
А.Р.
и др. .
Не- Leishmania паразит при смертельных висцеральных лейшманиозоподобных заболеваниях, Бразилия
.
Экстренный. Заразить. Дис.
2019
;
25
:
2088
–
2092
.
62.
Юрченко
В.
,
Колесников
А.А.
,
Лукеш
J.
Филогенетический анализ Trypanosomatina (Protozoa: Kinetoplastida) на основе консервативных областей миникольца
.
Фолиа Паразитол.
2000
;
47
:
1
–
5
.
63.
Клемент
С.Л.
,
Минглер
М. К.
,
Козловский
Д.Дж.
Расположение внутригенной направляющей РНК свидетельствует о сложном механизме экспрессии митохондриальных генов у Trypanosoma brucei
.
Эукариот. Сотовый
.
2004
;
3
:
862
–
869
.
64.
van der Spek
H.
,
Arts
G.J.
,
Zwaal
R.R.
,
van den Burg
J.
,
Sloof
P.
,
Benne
R.
Conserved genes encode guide RNAs in mitochondria из Crithidia fasciculata
.
EMBO J.
1991
;
10
:
1217
–
1224
.
65.
Штурм
Н.Р.
,
Маслов
Д.А.
,
Blum
B.
,
Simpson
L.
Генерация неожиданных паттернов редактирования в Leishmania tarentolae, произведенная misediting mguindrials РНК митохов0011
.
Сотовый
.
1992
;
70
:
469
–
476
.
66.
Decker
C.J.
,
Sollner-Webb
B.
Редактирование РНК включает неизбирательные изменения U в точно определенных доменах редактирования
1 9.
Сотовый
.
1990
;
61
:
1001
–
1011
.
67.
Оксенрайтер
Т.
,
Сиприано
М.
,
С.Л. Хайдук
11
Альтернативное редактирование мРНК в трипаносомах широко распространено и может способствовать разнообразию митохондриальных белков
.
PLoS One
.
2008
;
3
:
e1566
.
68.
Читать
Л.К.
,
Уилсон
К.Д.
,
Myler
P.J.
,
Stuart
K.
Редактирование Trypanosoma Brucei Maxicircle CR5 MRNA генерирует переменный терминальный карбоксинный терминальный белок
.
Нуклеиновые кислоты рез.
1994
;
22
:
1489
–
1495
.
69.
LukeШ
J.
,
Archibald
J. M.
,
Keeling
P.J.
,
DOOLITLE
W.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.F.
,
W.J.
,
W.J.
,
.
,
Серый
M.W.
Как нейтральный эволюционный храповик может создать клеточную сложность
.
IUBMB Life
.
2011
;
63
:
528
–
537
.
70.
Поллард
В.В.
,
Rohrer
S. P.
,
Michelotti
E.F.
,
Hancock
K.
,
HAJDUK
S.L.
Организация генов миникольца для направляющих РНК у Trypanosoma brucei
.
Сотовый
.
1990
;
63
:
783
–
790
.
71.
Suematsu
T.
,
Zhang
L.
,
Aphasizheva
I.
,
Monti
S.
,
Huang
L
,
Ван
Q.
,
Костелло
CE
,
Афазижев
R.
Антисмысловые транскрипты ограничивают экзонуклеолитическую активность 3′ отростка митохондрий с образованием направляющих РНК
.
Мол. Сотовый
.
2016
;
61
:
364
–
378
.
72.
Симпсон
Л.
,
Тиманн
О.Х.
,
Сэвилл
N.J.
,
Alfonzo
J.D.
,
Маслов
Д.А.
Эволюция редактирования РНК в трипаносомных митохондриях
.
Проц. Натл. акад. науч. США
.
2000
;
97
:
6986
–
6993
.
73.
Сэвилл
Нью-Джерси
,
Хиггс
П.Г.
Теоретическое исследование случайного разделения миниколец у трипаносоматид
.
Проц. R Соц. Лонд. [Биол.]
.
1999
;
266
:
611
–
620
.
© Автор(ы), 2021 г. Опубликовано Oxford University Press от имени Nucleic Acids Research.
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons. org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]
© Автор(ы), 2021 г. Опубликовано Oxford University Press от имени Nucleic Acids Research.
Предмет
Вычислительные методы
Раздел выпуска:
Геномика
Скачать все слайды
Дополнительные данные
Дополнительные данные
gkab114_Supplemental_Files — zip файл
Реклама
Цитаты
Альтметрика
Дополнительная информация о метриках
Оповещения по электронной почте
Оповещение об активности статьи
Предварительные уведомления о статьях
Оповещение о новой проблеме
Оповещение о теме
Получайте эксклюзивные предложения и обновления от Oxford Academic
Ссылки на статьи по телефону
Последний
Самые читаемые
Самые цитируемые
LncRNA-Smad7 опосредует перекрестную связь между передачей сигналов Nodal/TGF-β и BMP, чтобы регулировать детерминацию клеточных судеб плюрипотентных и мультипотентных клеток
M6AREG: m ⁶ А-центрированная регуляция развития болезни и ответа на лекарство
Эффекты генетического контекста могут подавлять канонические цис-регуляторные элементы в Escherichia coli
.
CRISPRactivation-SMS, сообщение о независимой от последовательности PAM активации гена в Escherichia coli
MediaDive: курируемая экспертами база данных культивационных сред
Реклама
часов. Вставайте в одно и то же время каждый день
Размер: px
Начальный показ со страницы:
стенограмма
1 Савельева Наталья Владимировна, учитель начальных классов, Козьмодемьянский лицей, г. Козьмодемьянск, Республика Марий Эл. Педагогический стаж 22 года «ЧАСЫ БУДУТ НАС ПО УТРОМ» МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ВНЕОЧЕРЕДНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО МАТЕМАТИКЕ ВО 2 КЛАССЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИКТ Аннотация: Данная методическая разработка представляет собой конспект внеурочной деятельности по математике для 2 класса с использованием ИКТ. Реферат составлен с учетом ФГОС второго поколения. На уроке используются современные педагогические технологии. Внеклассная деятельность построена таким образом, что все учащиеся вовлекаются в активную познавательную деятельность. Реализуется принцип научности и доступности изучаемого материала, ведущей роли теоретических знаний, осознанности обучающимися процесса обучения. Большое внимание уделяется эмоциональной стороне личности школьника, воспитанию коммуникативных качеств личности. Цель Задачи Тема урока Технологическая карта урока Часы будят нас утром Расширение знаний учащихся о времени Учебная (предметная) 1. Понять, что такое «время». 2. Научиться использовать полученные знания в практической деятельности. 3. Стройте общение в устной и письменной форме. Планируемые результаты Развивающая (метапредметная) Регулятивная УУД 1. Умение определять и формулировать цель на уроке. 2. Работать по коллективно составленному плану. 3. Примите и сохраните учебную задачу. 4. Проявлять познавательную инициативу в образовательном сотрудничестве. Познавательный УУД 1. Построить цепочку логических рассуждений. 2. Ориентироваться в материале и находить нужную информацию по заданию преподавателя. 3. Формировать умение выделять основание для сравнения, проводить сравнения. Коммуникативные УУД 1. Готовность слушать собеседника и вести диалог. 2. Участвовать в коллективном обсуждении проблем. 3. Уметь строить речевое высказывание в устной и письменной форме. Личный УУД 1. Проявить интерес к изучению темы. 2. Работа над самооценкой и адекватным пониманием причин успехов и/или неудач в учебной деятельности. 3. Способствовать проявлению самостоятельности в различных видах деятельности. Технологическая совместная педагогика, развивающее обучение,
2 Методика обучения Формы организации учебного пространства Вид урока Ресурсы проблемное обучение, гуманитарно-личностные технологии. Проблемно-диалогический Фронтальная, групповая, индивидуальная, работа в парах Исследование Электронная презентация, раздаточный материал Этапы урока Деятельность учителя Деятельность учащихся 1. Организационный момент. 2. Актуализация знаний. Ребята, для того, чтобы мы работали эффективно, нам нужно настроиться на работу. Закрой глаза. Я буду говорить предложения, а вы их продолжите. — На уроке наши глаза внимательно смотрят и все — Уши внимательны — Голова хороша Молодец! Математика — точная наука, 2 х 2 = 4, это мы знаем точно. И мы умеем делиться очень хорошо. Ведь без точного учета никакая работа не сдвинется с места. Но и без смекалки нам не обойтись Дверь в царство Математики, Скорее, открой! (слайд) Говорят хором: видят, слушают, думают 3. Постановка задачи 4. Изучение материала Работа начинается, а дверь не открывается?! Нам нужен код Давайте попробуем произнести заклинание. Дорога начинается, время идет. Определяем путь для раскручивания мяча. 2 = 9= + = 2 + = = Наш мяч покатился. Да, это непростая задача расшифровать и распутать клубок времени. Что не стоит на месте, все идет вперед, бежит вперед? Мы часто говорим и слышим слово «время». Что это за концепция? Конечно, это ритм нашей жизни, движение, движение всей природы и человека, это развитие и рост всего живого. Но каждый народ так или иначе считался Хором: «Сим-Сим, откройся!» Дети по одному выходят и раскручивают мяч = 34 Раз. Детские ответы.
3 по-своему. В Америке древние индейцы считали время по луне, от новолуния до новолуния. Говорили: «10 лун прошло», «Ему 15 лун». Но это вызвало большие трудности. В Древнем Египте временем считались промежутки между разливами Нила. Это тоже не всегда было точно. Обратили внимание на изменение природы, и получили вот такую горку. Что она может означать? Почему? Предполагать! Каждый год он приходит к нам домой веселым толстяком. Год пройдет, похудею и уйду. Работа с интерактивной доской. По блок-схеме определите среднеазиатского математика и поэта, предложившего одну из самых интересных календарных систем. a a нет да Холм имеет равные промежутки, и это времена года. Календарь Дети делают расчеты и записывают ответ в таблицу. (омархаям) ах ях роз й ам х Как называлась 12-я часть года? Какой еще месяц? «Подумай об этом» Таких Братьев ровно семь, ты их всех знаешь. Примерно каждую неделю. Братья следуют друг за другом. Последний прощается — Передний появляется. «Неделя без года», «До седьмого колена», «Семь пятниц в неделе». Существует много версий о «неделе». Один из них: делится только на себя: не на 2; не на 3; не на 4. Так назвали неделю (не делит). Понедельник за неделей, вторник месяц. Часть луны. Дни недели. Второй,
4 Среда Четверг Пятница — А суббота на языке древних вавилонян шесть. Людей нет, а слово есть. Назовите 5 дней подряд, не называя цифр и дней недели. И в результате появился календарь, который мы используем сегодня. Правда, ему пришлось пройти еще много изменений, но он стал таким (показ календаря) (слайд) средний, четвертый, пятый Позавчера, вчера, сегодня, завтра, послезавтра. Физкультурный перерыв Проводит физкультуру 5. Практическая работа Отгадай загадку. Как мы должны ходить, Мы можем проснуться рано. Мы умеем бить, но не вы, Мы каждый час отбиваем. Мы бьём громко, весело: Бим-бом, бом! Работать в парах. Каждый образованный человек должен уметь определять время по часам. Давайте посмотрим на часы и вспомним, из чего состоят часы. Показать на моделях часов: 9часы; 5 минут десятого; от двадцати до 12; 15 минут восьмого Работа в группах. «Собери цепочку» век, год, день, часы. Дети подготовили выставку слайдов «Разные часы». Ребенок подходит к слайду и рассказывает (слайды) Циферблат, стрелки. Большая стрелка – минутная, а маленькая – часовая. Каждая группа составляет цепочку. Кто первый покажет класс с объяснением. час месяц неделя ля секунда минута 5. Итог урока. Отражение. Наш урок подходит к концу. О чем был урок? Ответить на вопросы учителя
5 Что понравилось? Напишите свои пожелания и наклейте их на доску. пожелания прикреплены к доске. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зак А.З. 600 игровых заданий на развитие логического мышления. — Ярославль, с. 2. Нагибин Ф.Ф. Математическая коробка. М.: Издательство «Просвещение», с. 3. Сухин И.Г. Занимательная математика. М.: Изд-во «Вако», с. 4. Труднев В.П. Считай, смейся, угадывай. М.: Издательство «Просвещение», с.

Урок математики в 1Б классе по программе «Школа России» на тему: «Задачи в два действия». Первое занятие по теме, когда дети переходят от решения задач по цепочке к решению задач в два приема. Цели деятельности
АДМИНИСТРАЦИЯ ПОДОЛЬСКОГО ГОРОДСКОГО ОКРУГА КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей 1» (МОУ «Лицей 1») Технологическая карта урока математики Урок математики в 6 классе
Технологическая карта урока Предмет : Математика, УМК «Школа России», 3 класс Учитель: Салоид А.В. Тема: Деление с остатком. Цели деятельности учителя: Дидактическая цель: познакомить учащихся с приемом
Конспект урока по математике. Преподаватель: Виссарионова И.Е. Класс: 2 «А» Дата: 24.12.2018 Предмет: математика УМК «Школа России» Тема: «Чему ты научился. Чему ты научился». Часть: Устное исчисление Урок 54 Тип:
Тема: Единицы массы. Тонна, центнер. Ачикасова Я.М. 4 класс. Образовательная система Вид урока Цель урока Ожидаемые результаты Оборудование: «Планета знаний» Изучение нового материала Формирование представлений
Технологическая карта урока математики в 4 классе в соответствии с требованиями ФГОС Предмет: математика Тема урок: «Решение задач с помощью таблиц и рисунков. Повторение» Класс: 4 Учитель: Мильченко
ПЛАН ЗАНЯТИЙ 1. ФИО 2. Место работы 3. Должность 4. Предмет 5. Класс 6. Тема и номер занятия 7. Базовый учебник Нурмухаметова Т.А. МБОУ школы-интерната СП учитель начальных классов 3 класса Защита животных.
АДМИНИСТРАЦИЯ ПОДОЛЬСКОГО ГОРОДСКОГО ОКРУГА КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей 1» (МОУ «Лицей 1») Технологическая карта проведения урока математики Дата: 08.02. Учитель:
Урок математики в 5 классе на тему: «Сложение и вычитание смешанных чисел» Разработала: Брюхова Эвелина Владимировна, учитель математики 1 категории МБОУ СОШ с УИОП 12 г. Сургута. Цели урока: Обобщить

Конспект открытого урока в 5 классе на тему «Природные сообщества» Автор: Комарова Галина Ивановна, учитель биологии высшей категории, МБОУ СОШ 1, г. Рудный Смоленской области Цель занятия: обеспечить на уровне
Технологическая карта урока чтения 2 класс Учитель: Аббасова Ч. Г. УМК Предмет: Класс: Тема: Цель занятия: Задания: Планируемый результат: «Школа России» Литературное чтение 2 «Страшная история» Чарушин Е.
ПЛАН ЗАНЯТИЙ 1. ФИО 2. Место работы 3. Должность 4. Предмет 5. Класс 6. Тема 7. Базовый учебник ДАТА Алиева Эльвиза Февзиевна МКОУ «БСОШ 5 с русским и крымскотатарским языками обучения» Преподаватель
Конспект урока по математике Тема: «Задание» 1 класс, УМК «Школа России» Конспект разработан учителем начальных классов МБУ СОШ 62 Тольятти Самарская Елена Николаевна Тольятти, 2013 г. Вид урока: открытия
Технологическая карта урока математики. Учитель: Уманец Ирина Владимировна 1. Дидактическое обоснование: «Математика 2 класс» УМК «Школа России» М.И. Моро 2. Тема урока: «Сравнение числовых выражений». 3. Дидактическая
Технологическая карта урока об окружающем мире во 2 классе Тема урока: «Растения, их разнообразие. Условия, необходимые для жизни растений (свет, тепло, воздух, вода). Тип урока Цели урока Открытие урока
Урок математики во 2 классе «Таблица умножения на 9. Решение задач». Егорова Людмила Сергеевна МАОУ СОШ 12 Ишим учитель начальных классов Описание: урок проводится по рабочей программе «Математика»,
Технологическая карта и конспект урока математики в 4 А классе в соответствии с требованиями ФГОС Предмет: математика Тема урока: «Умножение многозначного числа на однозначное» Класс: 4 А Форма урока:
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Лицей 102 имени академика Михаила Федоровича Решетнева» Методическая разработка: Урок математики во 2 классе на тему «Шесть шесть тридцать шесть?
Технологическая карта урока Ковалева Юлия Сергеевна Предмет: Математика Класс: 5 класс Автор ТМК: Математика 5 класс: учебник для общеобразовательных учреждений Мерзляк А.Г. и др. Тема урока: Дополнение
Технологическая карта для построения урока по систематизации знаний Тема: математика 5 класс Тема урока: Сложение десятичных дробей (первое занятие темы) Задачи урока: 1. познакомить с правилом сложения десятичных дробей
Технологическая карта урока математики по ФГОС 5 класс. Предмет : Методом проб и ошибок. Тип урока: повторение пройденной темы. Цели деятельности учителя: Формирование у учащихся способности к новому пути
Конспект урока по предмету Русский язык 2 класс УМК «Школа России» Тема: Соотношение слов имен, вопросов, на которые они отвечают, с частями речи. Цель: Формировать умение узнавать самостоятельно
Урок математики в 3 классе Тема: Таблица умножения на 5 Вид урока: урок изучения нового материала Целевые установки: Планируемые цели учителя: построить таблицу умножения на 5, на основе различных
1. Ф.И.О. 2. Место работы 3. Должность 4. Предмет 5. Класс 6. Тема и номер занятия по теме 7. Базовый учебник Кирдищева ПКГО
Открытый урок информатики в 8 «Б» классе «Информация и ее свойства» Дата: 08.09.2016 Преподаватель: Баринова Инна Евгеньевна, учитель информатики, МБУ «Школа 56». Присутствует: директор школы Докучаева Н.В.,
Технологическая карта урока Предмет: математика 1 класс Школа: МАОУ СОШ 36 Тамбов Учитель: Ковалева Татьяна Михайловна ТМК: Образовательная система «Школа 2100» Тема урока Цель урока План
Открытый урок на тему: «Разрядный состав трехзначных чисел. Сложение и вычитание в пределах 100. Решение задач» Литература: 1. Истомина Н.Б. Методика обучения математике в начальных классах. М., 2002. 2.
Технологическая карта урока географии в 9 классе Тема урока: «Топливно-энергетический комплекс России» Тип урока Урок изучения нового материала. Цель занятия Формирование понятий топливно-энергетического комплекса, топлива и энергии; показать роль

Тема. Математика. 3 класс УМК «Начальная школа 21 века» Тема. Умножение суммы на число. Тип урока. Урок открытия новых знаний. Технология проблемно-диалогического обучения. Цель деятельности: образование
1 Цели деятельности учителя Вид урока Планируемые образовательные результаты Методы и формы обучения ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
РЕЗЮМЕ УРОКА МАТЕМАТИКИ НА ТЕМУ: «КВАДРАТ И КУБ ЧИСЕЛ» (стр. 16) (первый урок из двух по этой теме). Базовый учебник: Н.Я. Виленкин, В.И. Жохов, А.С. Чесноков, С.И. Шварцбурд. Математика, 5 класс. Учебник
Технологическая карта урока математики. Предмет, класс, учитель Математика, 1 класс Шелыхманова С.В. Предметное задание. Цели Формирование представления о структуре задания. Задания Образовательные: сформировать

1 Технологическая карта урока Тема: «Сравнение обыкновенных дробей» Класс: 5 класс Предмет: математика УМК (авторы): УМК «Сферы». Математика. Арифметика. Геометрия. 5 класс Бунимович, Г.В. Дорофеев,
Конспект урока математики в 4 классе в соответствии с требованиями ФГОС Предмет: Учитель математики 1 категории Квеселевич А.Д. Тема урока: «Умножение и деление на двузначное число» 4 класс Форма урока
МКОУ «Среднекорецкая СОШ» Лискинского района Конспект урока по русскому языку по учебнику М.С. Соловейчик «К тайнам нашего языка» 2 класс (УМК «Гармония»). Тема урока: «рассказать о значении слова». Подготовлено
Технологическая карта урока Учитель: Можаева Т.П., учитель н.ч. классы 1 квалификационной категории Предмет: Русский язык Класс: 4 Тип урока: Обобщение и закрепление знаний Тема: «Падежные окончания имен
Технологическая карта урока математики для 6 класса «Пропорция». Тема: Пропорция Цель занятия: Формирование у учащихся способности к новому способу действия, расширение понятийной базы путем введения понятия
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Лицей», г.о. Балашиха, Московская область Технологическая карта урока по теме «Решение неравенств с модулями» Алгебра 9 класс по ТМК С.М. Никольского,
Разработка урока математики в 1 классе Тема урока «Числа 0-10». Тема: Цифры 0 10. (Урок построения системы знаний). Основные цели предмета: Обобщить и закрепить: — состав чисел 0 10; — дополнительные случаи
ПЛАН-РЕЗЮМЕ ЗАНЯТИЯ Дата: 16.02.2017 Учитель: Устюгова Татьяна Михайловна Предмет: Математика Тема урока: Закрепление прошлого. Решение проблем. Тип урока: Закрепление знаний Участник(и): 1А спец
ГБОУ СОШ 579 Приморского района Санкт-Петербурга Урок математики в 3 классе Тема «Учимся решать задачи»
Технологическая карта Урок Предмет: математика Класс: 2Б Школа: МБОУ СОШ 28 Учитель: Беседа Наталья Анатольевна ТМК: «Планета Знаний» Тема урока Волшебный стол. Таблица дополнений. Цель урока
Название работы Тема Задачи Планируемые результаты Стрелкова Светлана Вячеславовна, учитель начальных классов, МКОУ «Кондровская СОШ 3», г. Кондрово, Калужской области. Технологическая карта урока Урок математики
Технологическая карта урока. Босова Л. Л. Информатика. 5 класс ФГОС. Раздел программы: Подготовка текстов на компьютере Тема урока: Основные объекты текстового документа. Ввод текста. Введите текст Учитель:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Гимназия» ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ «Лепка фартука» 5 класс Составитель: Захарова Л.А. учитель технологии г. Черногорск, 2016 Тема: Лепка
ФИО (полностью) ПЛАН ЗАНЯТИЙ Хамзина Елена Владимировна Место работы МОУ СОШ 67 Должность Предмет Учитель начальных классов математика. 2 класс Тема урока Свойства противоположных сторон прямоугольника.
Кириллова Наталья Николаевна, учитель истории и обществознания, МБОУ СОШ 45, г. Ульяновск Технологическая карта урока по предмету «Обществознание» в 5 классе на тему: Вид урока «Есть ли такая профессия- ученик?»
Технологическая карта по математике 1 класс Тип урока: изучение нового материала. Тема: «Килограмм». Цель урока: Познакомить учащихся с новой ценностью и единицей стоимости. УМК: Математика. Учебник. one
Вот некоторые из наиболее распространенных отношений утреннего будильника. Во-первых, вы можете вообще не услышать будильник, потому что просто крепко спите. Во-вторых, вы наверняка слышите будильник, выключите его, но продолжите под предлогом якобы экономии пяти минут. В-третьих, вы пытаетесь игнорировать будильник, накрывая голову подушкой. И, наконец, вы успели договориться о будильнике, даже встали, но, немного погуляв по квартире, снова заснули.
Однако всему этому есть логическое объяснение. Мозг не может проснуться за одну секунду (а жаль), ему нужно восстановиться после сна, поэтому он посылает вам импульсы типа «ну, еще пять минут». А для его восстановления должно пройти 10-30 секунд.
Но бывают и периоды сна. Возможно, с ними вам станет понятнее собственное поведение в определенные часы. С 19-00 до полуночи очень легко заснуть и проснуться. После 24 часов и до 3 труднее всего заснуть. С 3-00 до 5-00 сон не крепкий. Это означает, что вы легко просыпаетесь, но у вас могут быть проблемы с засыпанием. Следующие 2 часа — стадия крепкого сна — непростая, но и не трудная. А вот с 7-00 до 8-00 просыпаться тяжелее всего. В последующие 2 часа вставать легко, но только если вы не вставали ночью и не ложились поздно. После 10-00 сон считается завершенным, затем он сам просыпается.
Итак, с чего начать? Попробуйте не просто завести будильник, а отвести его от кровати (правда, на такое расстояние, чтобы его все же было слышно). Проснувшись, вы идете выключать его, но не оборачиваетесь. За кроватью! Она снова начнет звонить вам. Не смотри на нее, а иди прямо в душ. Если этот номер не пройден. Поставьте будильник в труднодоступном для бодрствования месте, например, на шкафу. Это также будет дополнительной платой для вас. А попробуйте рядом с кроватью повесить большую записку а-ля «легко опоздать на работу, если вернуться в постель». Пусть немного освежит память.
Главное искушение, которое лежит в постели после пробуждения, это ее тепло. Больше всего хочется снова заползти под одеяло и погреться под его одеялом. Так в чем дело — разогревайтесь! Примите горячий душ. Это душ, а не ванна. Она расслабляется. Начните свое «омовение» с лица, а затем займитесь частями тела, которые, как вам казалось, были наиболее замерзшими. Закончив водные процедуры, одеться потеплее и выйти из ванной. После пробуждения будет легче.
Валентина Селезнева
Конспект урока «Путешествие в страну времени»
Организационное время :
Мы все успели собраться
Все вместе взялись за руки.
Будем активно реагировать
Вести себя
Чтобы дорогие гости
Хотели вернуться.
Ребята вы любите путешествия ?
Хочешь в Королевство время ?
Как вы думаете, как мы можем добраться туда? (Ответы детей : с помощью волшебной палочки, волшебных слов, машины времени и т . д.)
Мы отправимся в путешествие на машине времени . Но чтобы все заработало, нужно произнести такие слова :
Нам просто нужно закрыть глаза
Машина время включится ,
Мы скажем правильные слова
Оказаться в Королевство
Время , остановить время
И часы пойдут назад
Мы узнаем, что произошло
В Королевстве в этот час.
Вот мы и в Королевстве время но нас никто не встречает. На экране появится видеосообщение.
час : Привет, ребята!
Меня зовут Мистер Чес
Я живу в Королевстве время
Меня околдовал злой волшебник
Он выгнал меня из Королевства, потому что я ничего не знаю о времени . Смотри, моя сумка знаний совершенно пуста! Можете ли вы помочь мне заполнить его знаниями? Чтобы разочаровать меня, нужно выполнять задания.
сиделка : Помогите, ребята, мистер Чес? (ответы детей)
воспитатель : Первое задание пройдём под живыми часами. (горка петуха)
Ребята, а почему часы называются «живыми» ?
Люди узнали время в реальном времени . Солнышко еще не взаимно, а петух уже кукарекает скоро утро! Довольно спать!
Ребята, легко ли определить по крику петуха время ? А если нет петуха?
И человек придумал более надежные часы.
Вот конверт с первым заданием!
Ребята в Королевстве время сейчас 9 :00 часов. А на этих часах непонятно сколько сейчас время . Чего-то здесь не хватает. (Часовые стрелки отсутствуют) .
Что мы можем сделать, чтобы часы показывали 9 часов? (Нарисовать часы) .
У вас на столе карандаши, фломастеры, простые карандаши. Нарисуем стрелки на часах, чтобы все часы показывали 9часов и отправить их в Королевство. (Дети рисуют стрелки на часах) . За правильно выполненное задание кладем «кусочек знаний» в мешочек к Часу Мастера.
воспитатель : Второе задание найдем у электронных часов (2) .
Чем электронные часы отличаются от других? (у электронных часов нет стрелок, циферблата, они работают от электрического тока).
В каких современных приборах вы встречали электронные часы? (в телефоне, стиральной машине, микроволновке, компьютере и т.д.)
Упражнение : В Королевстве время налетел ураган и все цифры разлетелись по циферблату. Вам нужно поставить все числа на свои места.
За выполненное задание получаем «кусочек знаний» . Давайте положим мистера Часа в мешок.
сиделка : Следующее задание вы найдете под песочными часами (3)
А что это странные часа и почему они так называются? (ответы детей)
Эти часы сделаны из стекла. Два стеклянных флакона соединены вместе. Песок внутри. Когда часы идут, песок из верхнего пузыря пересыпается в нижний.
Упражнение : В конвертах спрятаны вырезанные картинки, изображающие разные часы. Собери их и скажи, как они называются.
Задание нужно выполнить, пока сыпется песок (за 1 минуту) .
За правильно выполненное задание дети кладут Мистеру Часу в мешочек «Знание» .
воспитатель : Четвертое задание мы найдем под часами, в которых живет кукушка (4) .
Ребята, Полина знает стихотворение про эти часы. Давайте послушаем.
Живет в резной избушке
Веселая кукушка.
Она кудахчет каждый час
И просыпается рано утром нас :
Ку-ку! Ку-ку!
Уже 7 утра!
Ку-ку! Ку-ку!
Пора вставать!
Кукушка в лесу не живет
А в наших старых часах!
Упражнение . Превратитесь в часы и покажите, как они работают.
Физминутка (под музыку)
На стене дощатый домик, (руки вверх показать крышу) .
А в избе часы тикают. (наклон головы)
Потому что кукушка намазала . в сторону)
Что-то очень-очень
Хорошая песня.
Кукушкоходы,
Кукушкоходы — (боковые повороты)
новости из детства
Нас передают. — (машем руками)
Молодцы ребята, молодцы
Держите частичку знаний. Дети положили частичку знаний в мешочек для Мистера Часа.
воспитатель : Мы найдем следующее задание под часами (5) .
Ребята, а почему эти часы так называются? (показать слайд)
Под ними такое задание : Прослушайте запись звуков часов и угадайте их название.
Давайте присядем и послушаем.
Дети слушают (часы тикают, звонит будильник, кукушка зовет, куранты бьют) .
Ребята, вы видели часы на улице в нашем городе? (ответы детей)
(На башне ГМИИ, на улице Советской на башне, на вокзале) слайд.
Как вы думаете, зачем на станции часы? (ответы детей)
Молодцы ребята, вот вам «Часть знаний» положить в сумку.
воспитатель : Шестое задание (6) вы найдете под часами, которые будят нас по утрам.
воспитатель : Ребята, во сколько мы просыпаемся утром? (тревога) . (Тревожный слайд) .
В этом задании вам нужно сделать необычные часы. Посмотрите на заголовки, чем эти часы необычны?
Разделимся на две команды, команда девушек «Минута» , который сделает розовые часы и команда мальчиков «Час» , которая сделает синие часы.
Смотри, у тебя на столе заготовки для часов. Часы со стрелками, на них чего-то не хватает. Вам нужно правильно вставить циферблат. Приклеить цифры можно клеем ПВА, клеем-карандашом, двусторонним скотчем, степлером. Все, что пожелаете.
Дети выполняют задание.
Молодцы ребята, вы отлично поработали. Каждая команда имеет право на «знаний» положил их в сумку мистера Часа.
Ребята, давайте одни часы подарим Мистеру Часу, чтобы он никогда не путался в время , а вторые возьмем с собой на память о королевстве время !
Мистер Чес : Спасибо, ребята! Благодаря вам мой багаж знаний стал полным. И самое главное, ты спас наше королевство от злого волшебника, и я могу вернуться домой.
За вашу доброту я хочу подарить вам часы на память.
воспитатель : Что ж, нам пора возвращаться в детский сад. Скажем волшебные слова :
Нам нужно только закрыть глаза
Машина Время включится ,
Мы скажем правильные слова
Чтобы снова вернуться в детский сад 1
0 Время остановить время
И часы пойдут назад
Не теряя ни минуты
Пойдем в сад!
Ну вот мы и снова в детском саду. Вам понравилось путешествие ? Что вам запомнилось больше всего? Что было для вас трудным?
Тема : Путешествие в страну времени .
Задачи :
Образовательные :
Усилить способность определять время ежечасно с точностью до часа.
Почините вместе с детьми типы часов.
Развитие навыков командной работы (совместное производство одного ремесла) .
Практика счета до 12.
Образовательные :
Развитие дизайнерских навыков .
Развивать коммуникативные навыки и умение работать в команде.
Образовательный :
Воспитывать желание работать сообща.
Воспитывать доброту, внимательное отношение к другим людям, желание помочь.
Что может быть хуже звука будильника каждое утро? Этот маленький бессердечный «механический монстр» настойчиво просыпается каждое утро и не дает спать большому количеству людей в мире. Очень мало людей, которые просыпаются самостоятельно без будильника.
Оказывается, просыпаться по будильнику не совсем правильно и может нанести вред здоровью человека. Как всегда, американские ученые провели исследования и пришли к шокирующим выводам.
Поговорим: как на нас влияет будильник и как быстро проснуться утром .
Как каждое утро сигнал будильника влияет на наше здоровье?
Самый серьезный стресс, пагубно влияющий на организм человека – шумовая нагрузка . К шумовому стрессу относятся любые громкие, резкие звуки: хлопанье дверью, резкий звук будильника, хлопки в ладоши и все другие звуки, являющиеся для нас «громкими» сюрпризами.
Любой стресс повышает уровень гормона в организме. норадреналин . Этот гормон еще называют гормоном страха и агрессии, который заставляет наше сердце биться чаще, чем обычно, вызывая тем самым состояние тревоги. При небольшом стрессе гормон страха в организме возрастает в 2-4 раза, а если стресс вызван резким шумом — в 15-20 раз. При этом следует учитывать, что утром наш организм находится в расслабленном состоянии и резкое шумовое воздействие может резко усилить выброс норадреналина.
Шумовой стресс может вызвать:
учащенное сердцебиение,
резкое повышение артериального давления,
одышку,
головную боль (резкий прилив крови к мозгу вызывает разрыв тонких сосудов головы).
При очень резком шумовом воздействии возникает угроза остановки сердцебиения, дыхания и кровоизлияния в мозг.
После всех описанных ужасов хочу вас немного успокоить. Организм человека может адаптироваться практически ко всему, что делается с некоторой периодичностью. Человек, как и кошка, может спать в любом положении и в любых условиях. Если, скажем, поставить будильник на начало недели, то его звонок в понедельник окажет самое пагубное влияние. Через неделю ваш организм уже полностью адаптируется и не будет так остро на это реагировать. Кроме того, психологическая готовность к этому помогает нам спокойно пережить будильник по утрам. Засыпая, ставим, скажем, на шесть часов, и утренний звон уже не сюрприз.
Как проснуться утром самостоятельно без вреда для здоровья?
Эффективно просыпаться рано утром сродни искусству, и каждый человек должен найти что-то свое, свои условия для пробуждения, которые будут идеальными лично для вас. Итак, приступим. Попробуйте пройтись по каждому пункту и применить его к себе.
Правильный выбор будильника и его мелодии.
При выборе будильника следует прислушаться к его сигналу. Если вы используете функцию будильника своего мобильного телефона, чтобы разбудить вас по утрам, вам следует серьезно подумать о выборе мелодии звонка. В обоих случаях сигнал не должен быть резким, плавным и мелодичным. Будет очень хорошо, если будильник будет звенеть с нарастающей громкостью.
Попробуйте ложиться спать в определенное время.
Биологические часы нашего организма – самый надежный механизм, способный к саморегуляции. Если вы ложитесь спать несколько дней подряд, скажем, в 23.00, то в последующие дни ближе к этому времени вы почувствуете сонливость. Наше тело подобно мертвой машине. Чтобы оттолкнуться с места нужно приложить немало усилий, зато потом по инерции идет довольно легко. Но если вы остановитесь и захотите изменить направление, вам придется начинать все сначала.
Вы должны спать около 7-8 часов в день.
Организм человека очень «быстро»: https://site/gotovim-roll-filadelfiya-doma привыкает к постоянству. Если вы будете спать определенное количество времени в течение длительного времени, то ваши внутренние биологические часы подстроятся под ритм и разбудят вас утром.
Не вскакивайте с кровати сразу после открытия глаз.
Сразу после выключения будильника откройте глаза и осмотритесь. Это помогает вернуться к реальности. Сделайте несколько глубоких вдохов. Также можно делать легкую утреннюю гимнастику: лежа под одеялом, нужно поочередно поднимать согнутые в коленях ноги, стараясь коленями дотянуться до подбородка. Упражнение аналогично «детскому велосипеду».
Вставайте постепенно.
Сердце не переносит резкого перехода тела из горизонтального положения в вертикальное. Наконец, теплый душ или умывание холодной водой, а также чашка горячего кофе помогут окончательно проснуться и прийти в себя.
Эти простые советы помогут вам просыпаться каждое утро без боя и всегда оставаться в гармонии с собой и своим телом.
Желаю тебе всегда только доброго утра и помни, что нет ничего лучше, чем поцеловать любимого человека утром.
» (Внеклассное чтение по произведениям современных писателей и поэтов о школе и учителях)
Квас на дому
Нахождение хозяина | Не забыть карусели
«Падающие листья»
Дрифт по моему окно
Падающие листья
Красное и золотое»
Красное, зеленое и золотое, все на одном дереве
Когда Фрэнк Синатра пел «Осенние листья», он почти наверняка не думал о тле, а я хорош уверен, что английский автор текстов Джонни Мерсер, который перевел слова с французского оригинала Жака Превера, тоже не был 🙂
Цвета, которые мы видим осенью, в основном обусловлены двумя классами пигментов: каротиноидами (желто-оранжевые, например, морковные) и антоцианами (красно-фиолетовые). Каротиноиды присутствуют в листьях круглый год, но маскируются зеленым хлорофиллом. Осенью хлорофилл разрушается, оставляя видимыми желтые каротины. С другой стороны, антоцианы не образуются до осени (Sanger, 1971; Lee & Gould, 2002), и эта смесь пигментов дает нам цвета, которые вдохновляли многих художников.
Осенние листья Джорджия О’Киф (1924) Тейт Модерн
Для многих осень начинается с появлением первых листочков, для меня это прибытие гинопарей* черемухово-овсяной тли ( Rhopalosiphum padi ) на моих деревьях черемухи ( Prunus padus ).
Черемуха, Prunus padus , листья на обороте.
Когда я защитил докторскую диссертацию в 1977 году, я и не подозревал, что почти тридцать лет спустя я буду участником яростных дебатов о функции осенней окраски древесных растений. В то время меня интересовали модели колонизации (или, как я претенциозно назвал это в своей диссертации, «ремиграция») черемуховых тлей с их вторичных травяных и злаковых растений-хозяев на первичную черемуху-хозяина. Моя исследовательская система состояла из 30 саженцев черемухи, разделенных между двумя холодильными камерами в биологическом комплексе Университета Восточной Англии (Норвич). Каждый день с середины августа до листопада я проверял каждый лист каждого дерева на наличие гинепар, самцов и яйцекладок, тщательно отмечая положение каждого листа, его фенологическую стадию и присваивая ему уникальный номер. Я повторил это осенью 1978 и 1979. Фенологическая стадия определялась по окраске листьев: зеленые, зрелые; желтый, от зрелого до стареющего; красный, стареющий. Я сообщил, что на зеленые и желтые листья садится больше гинопара, чем на красные, и что гинопара на зеленых и желтых листьях выживает дольше и дает больше потомства (яйцеклетки), чем на красных листьях (Leather, 1981). Гинопары черемуховой тли весьма специфичны тем, что, хотя во взрослом состоянии они не питаются (Leather, 1982), они не садятся на деревья черемухи случайным образом (Leather & Lehti, 19).82), но выбирайте деревья, на которых не только их потомство (яйцеклетки) приживается лучше, но и которые благоприятствуют отрождению тлей из яиц весной (Leather, 1986). Тогда не должно было стать сюрпризом, что, когда я проанализировал некоторые данные, которые я собрал все эти годы назад, их предпочтение зеленых и желтых листьев перед красными было связано с тем, как долго эти
рис. Продолжительность времени, в течение которого листья оставались на дереве после первой колонизации гинопараем Rhopalosiphum padi 9. 0096 (F = 30,1 df 2/77, P <0,001)
Осталось жить
листьев (рис. 1). Время событий в это время года по необходимости должно быть очень точным. Яйцекладущие самки (oviparae) неспособны развиваться на зрелых листьях черемухи (Leather & Dixon, 1981), но, по-видимому, черемуховая тля держит это под контролем, принимая решения о сроках образования осенних форм. (морфы) где-то в августе (Ward et al ., 1984). Все очень разумно, насколько я был заинтересован, и это было, насколько я понял вещи. Последующая работа Фуруты (1986) подтвердил это тем, что показал, что кленовая тля селится и размножается на зелено-желтых и желто-оранжевых листьях, но избегает красных листьев, срок жизни которых короче.
Перепрыгните на пятнадцать лет вперед или около того, и в статье, которая в то время каким-то образом прошла мимо меня, покойный великий Билл Гамильтон и Сэм Браун (Hamilton & Brown, 2001) выдвинули гипотезу о том, что деревья с интенсивным осенним показом, аналогичным образом тем ярко окрашенным животным, которые сигнализируют о своем отвращении желтым, черным и красным цветом, сигнализируют о своей непригодности в качестве растения-хозяина для тли. Как и расходы, связанные с насекомыми, которые изолируют растительные токсины, чтобы защитить себя от хищников, производство антоцианов, ответственных за красную осеннюю окраску, обходится дорого, особенно если учесть, что листьям осталось жить недолго (Hoch 9).0095 и др. ., 2001). Осенью деревья и древесные кустарники обычно мобилизуют ресурсы в листьях и перемещают их обратно в себя, готовые к повторному использованию следующей весной (Dixon, 1963). Экологи и биологи-эволюционисты, таким образом, стремились объяснить это явление с точки зрения компромиссов, например, фруктовые флажки, которые обозначают положение плодов для тех деревьев, которые полагаются на распространение семян позвоночными (Stiles, 1982) или как ультрафиолетовые экраны. для предотвращения повреждения тканей (Merzlyak & Gittelson, 1995). Гамильтон и Браун считали, что эти гипотезы либо в случае фруктового флага применимы только к деревьям с присутствующими плодами, либо в последнем случае несостоятельны. Вместо этого они защищали «сигнальную гипотезу » , которая была основана на предпосылке, что деревья, которые страдают от большого количества тлей (атакованных более чем одним видом, а не большим количеством одного вида), инвестируют в более высокие уровни защиты и осенью рекламируйте это, используя яркие предупредительные цвета. Предпосылка заключается в том, что, хотя производство этих цветов обходится растениям с метаболическими затратами, это стоит вложений, если они приводят к снижению нападения тли.
У этой гипотезы были противники. Другие предположили, что тля не только не избегала красного цвета, но и привлекала желтый или зеленый цвет как индикатор питания хозяина (Wilkinson et al. , (2002). Holopainen & Peltonen (2002) также предположили, что березовая тля использует начало осенние цвета, чтобы выбрать те деревья, на которых происходила ретрансляция питательных веществ и, следовательно, с более высоким уровнем растворимого азота в листьях. Это было, конечно, то, что я пытался подтвердить, когда работал над своей докторской диссертацией. И наоборот, сторонники , сигнализируя гипотезу , утверждал, что деревья (снова береза), которые могли «позволить себе» производить яркие осенние цвета, были более устойчивыми, поэтому в целом более устойчивыми и что они предупреждали потенциальных травоядных об этом ярким осенним отображением (Hagen et al ). 2004).
Примерно в это же время (2002 г.) ко мне обратился молодой швейцарский исследователь Марко Арчетти, который знал, что у меня есть участок из шестидесяти черемуховых деревьев, которые я посадил, когда приехал в Силвуд в 1992 г. продолжил работу, которую я начал, когда работал в Комиссии по лесному хозяйству, изучая влияние дефолиации в начале сезона на последующий рост деревьев (Лезер, 19 лет).93, 1995). Марко убедил меня, что у меня есть идеальная установка для проверки «сигнальной гипотезы » , и началось очень плодотворное сотрудничество.
Мы подсчитывали прибывающих гинопарей и их потомков (яйцеклеток) в течение октября (Марко приезжал из Оксфорда, где он тогда жил**), отмечая цвет листьев до и после каждого подсчета. Как и в случае с моей кандидатской диссертацией, мы обнаружили, что более зеленые деревья были преимущественно заселены гинопараями и что на этих деревьях производилось больше яйцеклеток, и это, учитывая то, что я обнаружил ранее, что гинопары черемухи выбирают деревья, которые являются хорошими хозяевами весной (Кожа, 1986), Марко чувствовал, что мы смогли подтвердить честную гипотезу передачи сигналов (Archetti & Leather, 2005). Я был немного менее уверен в этом, так как есть только два вида тли, которые поражают черемуху, и один из них очень редкий, а первоначальная сигнальная гипотеза была основана на предпосылке, что деревья были атакованы большим количеством тлей. виды тлей, которые использовали красную окраску в качестве сигнала «держись подальше». Во всяком случае, он был опубликован 🙂
При этом с нами согласились другие, например, Schaefer & Rolshausen (2006), которые назвали его 9-м.0095 гипотеза индикации защиты , утверждающая, что яркие цвета свидетельствуют о высоком уровне защиты растений и что травоядным было бы лучше держаться подальше от тех растений, которые их демонстрируют. С другой стороны, Синкконен (2006) предположил, что репродуктивно активные растения рано производят осеннюю окраску, чтобы отпугнуть насекомых от их питания и, таким образом, уменьшить завязываемость семян.
Chittka & Döring (2007), с другой стороны, предположили, что нет необходимости искать дальше, чем желтые каротиноиды, действующие как неотъемлемые компоненты фотосинтеза и защищающие от повреждения светом, и красные антоцианы, предотвращающие фотоингибирование (Hoch 9). 0095 et al ., 2001) о том, почему осенью деревья становятся красочными. Другими словами, к насекомым вообще никакого отношения. Однако пару лет спустя Томас Деринг и Марко встретились с другим моим бывшим коллегой из Силвуд-Парка, Джимом Харди, и немного передумали. На этот раз, признав, что красные листья непривлекательны для тли, но отметив, что желтые листья даже более привлекательны, чем зеленые, предположил, что красный цвет может использоваться для маскировки желтого (Деринг 9).0095 и др. ., 2009).
У других есть свои любимые теории. В последние годы опытный австралийский энтомолог Том Уайт заинтересовался концепцией видов насекомых, которые специально питаются тканями стареющих растений (White, 2002, 2015), и добавил к дискуссии, предположив, что тля в целом питается стареющими растениями и, таким образом, выбирает зеленый цвет. и желтые, так как у них самый долгий срок жизни, и что красные листья также обеднены азотом (White, 2009), что подтверждается моими докторскими данными (рис. 1). Это привело к энергичному ответу Лев-Ядуна и Холопайнена (2011), которые заявили, что он неправильно понял сценарий, думая, что листья последовательно меняются от зеленого к желтому и красному, что, по их мнению, происходит редко (я сомневаюсь в этом), и что на самом деле в деревья, которые меняют цвет с зеленого на красный, листья по-прежнему содержат значительное количество азота, поэтому по-прежнему требуется отпугивающий сигнал.
Клен, в данном случае от зеленого до желтого
Бересклет, Euonymus europaeus , от зеленого до красного именно осенью?
Некоторые деревья имеют красную листву круглый год
Деревья, такие как декоративные вишни или медный бук? Мне не удалось найти никаких документов, в которых говорилось бы, что сорта бука и вишни с красными или пурпурными листьями менее подвержены нападению тли. Мои собственные наблюдения, вероятно, плохо припоминаемые, заключаются в том, что медный бук регулярно заражается буковой мохнатой тлей, Phyllaphis fagi , и так же сильно, если не больше, чем обычные буки с зелеными листьями. Это, конечно, может быть просто отражением того, что белая восковая шерсть, покрывающая тлю, больше выделяется на фоне красных листьев. Может быть, кто-то из присутствующих захочет это проверить? Некоторая работа, которую мой друг и бывший коллега Аллан Уотт (к сожалению, неопубликованная) провел много лет назад в Шотландии, рассматривая влияние видов и сортов бука на уровень заражения листовым долгоносиком, Rhynchaenus fagi , не выявил каких-либо различий между медными и зелеными сортами. Однако кажется, что в капусте цвет листьев может сказать о капустной тле, Brevicoryne Brasciae , если растения хорошо защищены или нет, чем синее капуста, тем она противнее (Green et al , 2015).
Подводя итог:
Осенью деревья производят красные листья, чтобы уменьшить вредное воздействие ультрафиолета и защитить метаболические процессы в листьях.
Красные листья намеренно производятся деревом, чтобы предупредить тлю о том, что их листья хорошо защищены – честный сигнал.
Красные листья производятся деревом, чтобы «обмануть» травоядных, что листья скоро опадут, и предупредить их, чтобы они держались подальше, чтобы сохранить свои плоды — нечестный сигнал.
Дерево в блаженном неведении о тлях, и тли используют интенсивность осенних цветов, производимых деревьями, чтобы выбрать, какие деревья являются лучшими для колонизации с точки зрения питания и продолжительности жизни на дереве.
Пока я пишу, дебаты все еще продолжаются, и мы, кажется, не приблизились к окончательному ответу на загадку, почему осенью на деревьях появляются яркие листья. Тем не менее, по крайней мере, дебаты вызвали большой интерес и позволили людям проникнуть в научную литературу некоторыми забавными названиями. Приложите усилия, чтобы прочитать названия некоторых ссылок ниже.
Ссылки
Archetti, M. (2009) Филогенетический анализ показывает рассеянное распределение осенних цветов. Анналы ботаники , 103 , 703-713.
Archetti, M. & Leather, S.R. (2005) Проверка теории коэволюции осенних цветов: цветовое предпочтение Rhopalosiphum padi по сравнению с Prunus padus . Ойкос , 110 , 339-343.
Читтка, Л. и Деринг, Т.Ф. (2007) Является ли красный цвет осенней листвы сигналом для тли? Биология PLoS , 5(8): e187. Дои: 10.1371/journal.pbio.0050187.
Диксон, А.Ф.Г. (1963) Репродуктивная деятельность платановой тли, Drepanosiphum platanoides (Schr) (Hemiptera, Aphididae). Журнал экологии животных , 32 , 33-48.
Деринг, Т.Ф., Арчетти, М. и Харди, Дж. (2009) Осенние листья глазами травоядных. Proceedings of the Royal Society London B ., 276 , 121-127.
Furuta, K. (1986) Предпочтения хозяев и динамика популяции осенней популяции кленовой тли Periphyllus californiensis Shinji (Homoptera: Aphididae). Zeitschrift fur Angewandte Entomologie , 102 , 93-100.
Грин, Дж. П., Фостер, Р., Уилкинс, Л., Осорио, Д. и Хартли, С.Э. (2015)Окраска листьев как сигнал химической защиты травоядных насекомых дикой капусты ( Brassica oleracea ). PLoS ONE , 10(9): e0136884.doi:10.1371/journal.pone.0136884.
Хаген, С.Б. (2004) Осенняя окраска как сигнал состояния дерева. Труды Лондонского Королевского общества B , 271 , С184-С185.
Гамильтон, В. Д. и Браун, С. П. (2001) Осенние цвета деревьев как сигнал гандикапа . Proceedings of the Royal Society London B , 268 , 1489-1493.
Хох, В.А., Зельдин, Э.Л. и Маккаун, Б.Х. (2001) Физиологическое значение антоцианов во время осеннего старения листьев. Физиология деревьев , 21 , 1-8.
Холопайнен, Й.К. и Пелтонен, П. (2002) Яркие цвета лиственных деревьев привлекают тлю: гипотеза ретрансляции питательных веществ. Ойкос , 99 , 184-188.
Кожа, S.R. (1981) Размножение и выживание: полевое исследование гинопары черемухово-овсяной тли, Rhopalosiphum padi (L.). Annales Entomologici Fennici , 47 , 131-135.
Кожа, S.R. (1982) Нужно ли гинопарам и самцам кормить? Попытка выделения ресурсов черемухово-овсяной тли Rhopalosiphum padi . Entomologia Experimentalis et Applicata , 31 , 386-390.
Кожа, S.R. (1986) Мониторинг хозяев с помощью перелетных тлей: максимизируют ли гинопары приспособленность потомства? Экология, 68 , 367-369.
Кожа, S.R. (1993) Дефолиация черемухи в начале сезона влияет на осеннюю колонизацию черемуховой тлей, Rhopalosiphum padi . Ойкос , 66 , 43-47.
Кожа, S.R. (1995) Среднесрочное влияние дефолиации в начале сезона на колонизацию черемухи ( Prunus padus L.). Европейский журнал энтомологии , 92 , 623-631.
Кожа, S.R. и Диксон, А.Ф.Г. (1981) Рост, выживание и размножение черемуховой тли Rhopalosiphum padi на ее основном хозяине. Анналы прикладной биологии , 99 , 115-118.
Кожа, S.R. и Лехти, Дж.П. (1982) Полевые исследования факторов, влияющих на динамику популяции черемухово-овсяной тли, Rhopalosiphum padi (Л.) в Финляндии. Annales Agriculturae Fenniae , 21 , 20-31.
Ли, Д.В. и Гулд, К.С. (2002) Антоцианы в листьях и других вегетативных органах: введение. Достижения в области ботанических исследований , 37 , 1–16.
Лев-Ядун, С. и Холопайнен, Дж.К. (2011) Насколько красной является красная осенняя листовая сельдь и потеряла ли она свой красный цвет? Сигнализация и поведение растений , 6 , 1879-1880.
Мерзляк В. Н. и Гиттельсон А. (1995) Почему и зачем листья осенью желтеют? К расшифровке оптических спектров стареющих листьев ( Acer platanoides L. ). Журнал физиологии растений , 145 , 315-320.
Сангер, Дж. Э. (1971) Количественные исследования пигментов листьев от их зарождения в почках через осеннюю окраску до разложения в опадающих листьях. Экология , 52 , 1075-1089.
Шефер, Х.М. & Rolshausen, G. (2006) Растения в опасности – обращают ли внимание насекомые? BioEssays , 28 , 65-71.
Sinkkonen, A. (2006) Служит ли осенняя окраска листьев репродуктивной страховкой от сосущих травоядных? Ойкос, 113 , 557-562.
Стайлз, Э. У. (1982) Фруктовые флаги: две гипотезы. Американский натуралист , 120 , 500-509.
Ward, S.A., Leather, S.R., & Dixon, A.F.G. (1984) Предсказание температуры и время полового акта у тли. Экология , 62 , 230-233.
Белый, T.C.R. (2003) Гипотеза переноса питательных веществ: часть гипотезы смыва/старения-кормления. Oikos , 103 , 217.
Белый, T.C.R. (2009) Ловля красной сельди: осенние краски и тля. Ойкос , 118, 1610-1612.
Белый, T.C.R. (2015) Стареющие кормушки: новая трофическая субгильдия травоядных насекомых. Журнал прикладной энтомологии , 139 , 11-22.
Уилкинсон, Д.М., Шерратт, Т.Н., Филипп, Д.М., Враттен, С.Д., Диксон, А.Ф.Г. и Янг, А.Дж. (2002) Адаптивное значение осенних цветов. Ойкос , 99 , 402-407.

*подробное изложение замечательной терминологии, связанной с жизненными циклами тли, читайте здесь
**по совпадению сейчас он преподает в Университете Восточной Англии на том же факультете, где я защитил докторскую диссертацию
Like this:
Нравится Загрузка…
OL Early Posting
Сверхчувствительные некогерентные оптические методы для измерения смещения в полном поле
Shanwu Li and Yongchao Yang
Принято 22 сентября 2022 г . (-1) продукта (RRP) впервые, что соответствует улучшению в 2,5 раза по сравнению с современным уровнем техники. Фильтр скользящего среднего используется для подавления усиления шума в процессе вывода. Кроме того, с помощью разложения Тейлора третьего порядка этот метод обеспечивает высокоточную оценку периодического фазового шума, который является основным фактором, влияющим на производительность систем OFDR со средним и большим диапазоном измерения в сочетании с субмиллиметровым пространственным шумом. разрешающая способность. Получено пространственное разрешение в пределах 535 мкм в диапазоне измерений 8 км. Предлагаемый метод предлагает многообещающую технику для приложений мониторинга и обнаружения волоконно-оптических сетей.
Новый критерий фотонно-топологического перехода в двумерных гетероструктурах. Принято 22 сентября 2022 г .; Опубликовано 23 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Анизотропный ван-дер-ваальсов материал α-MoO3 недавно привлек значительное внимание из-за способности поддерживать эллиптические и гиперболические фононные поляритоны с экстремальным ограничением поля и длительным временем жизни, которые могут быть используется в поляритонике топологических переходов и преобразований. Однако теория дисперсии некоторых фононных поляритонов в сложных гетеропереходах часто требует громоздких вычислений, что затрудняет простое рассмотрение и анализ физического процесса фотонно-топологического перехода. Здесь мы получаем эквивалентное распределение диэлектрической проницаемости двумерных (2D) гетероструктур с помощью теории эффективной среды и анализируем индуцированные вращением топологические переходы и топологические переходы фононных поляритонов, зависящие от стека. В отличие от предыдущего обсуждения, мы можем предсказать точки топологического перехода с помощью параметра εx/y (т. е. отношения диэлектрической проницаемости вдоль оси кристалла в плоскости эквивалентной среды) и точно спроектировать фононные поляритоны в многослойных материалах, контролируя эквивалентную диэлектрическую проницаемость после простой расчет. Выполнимость теории эффективной среды проверяется на основе двумерной аппроксимационной модели и недвумерной аппроксимационной модели соответственно в пределе сверхтонкой пластины. Тем временем мы сравниваем распределения полей и дисперсии двумерных гетероструктур и соответствующей эквивалентной структуры соответственно. Моделирование предполагает, что эллиптические/гиперболические отклики сложенных материалов зависят от знака εx/y. Новый метод не только обеспечивает более простой и четкий критерий для изучения фотонно-топологического перехода в анизотропных поляритонах, но и демонстрирует большие возможности для конструирования некоторых многослойных 2D-гетероструктур.
Повышение безопасности миллиметровых волн W-диапазона на основе трехмерного скремблирования и диффузии Гильберта
Zhiyi Wang, Yaoqiang Xiao, Bingshuai Wang, Sitao Wang и Jing He
DOI: 10.1364/OL. Поступила в редакцию 31 августа 2022 г.; Принято 22 сентября 2022 г .; Опубликовано 23 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В этой статье предлагается схема улучшения физического уровня W-диапазона миллиметровых волн, основанная на хаотическом шифровании с группировкой и сегментацией, трехмерном гильбертовом скремблировании и диффузии. Хаотичное группирование и шифрование на уровне битов сегментации может повысить случайность данных и увеличить пространство ключей. Трехмерное скремблирование Гильберта и хаотическая диффузия выполняются в области символов и поднесущих. Все данные могут быть изменены после шифрования, а корреляция данных может быть эффективно уменьшена. Анализы показывают, что ключевое пространство предлагаемой схемы может достигать ~10²¹². Зашифрованный сигнал миллиметрового диапазона W-диапазона может быть успешно передан в системе OFDM RoF по стандартному одномодовому волокну (SSMF) на 50 км и беспроводному каналу на 3 м, а экспериментальные результаты показывают, что предложенная схема может повысить безопасность системы без негативного влияния на производительность передачи.
Многомодовый оптоволоконный датчик поверхностного плазмонного резонанса на основе конуса вниз-вверх
Бинджи Джин и Дуннин Ван
DOI: 10.1364/OL.474801 Поступила в редакцию 02 сентября 2022 г. ; Принято 21 сентября 2022 г .; Опубликовано 22 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Предложен и продемонстрирован многомодовый волоконный датчик поверхностного плазмонного резонанса на основе конуса вниз-вверх для измерения показателя преломления. Устройство изготавливается путем сращивания двух многомодовых волокон в процессе нагрева и проталкивания для формирования конуса вверх, с последующим нагревом и вытягиванием волокна, прилегающего к области конуса вверх, для формирования конуса вниз, а затем с использованием метода магнетронного напыления для осаждения Cr. + Слой Ag 50 нм на поверхности конуса вниз-вверх. Такая структура эффективно увеличивает коэффициент конусности и, следовательно, повышает чувствительность измерения. Полученные экспериментальные результаты показывают, что в диапазоне показателей преломления 1,345 ~ 1,375 достигается чувствительность показателя преломления ~3264,01 нм/RIU. Устройство имеет компактные размеры и его полная длина составляет ~2,75 мм. Кроме того, надежность устройства лучше, чем у ранее описанных волоконно-оптических датчиков плазмонного резонанса из-за его относительно большого диаметра перетяжки 40 мкм для конуса вниз. Ожидается, что устройство найдет потенциальное применение в биологических и химических сенсорах.
Однофотонные нелинейности и блокада сильно управляемой фотонной молекулы
Davide Nigro, Marco Clementi, Camille-Sophie Brès, Marco Liscidini и Dario Gerace ; Принято 21 сентября 2022 г .; Опубликовано 22 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Достижение режима однофотонной нелинейности в фотонных устройствах только за счет использования внутренней восприимчивости высокого порядка обычных материалов откроет дверь для практических квантово-фотонных технологий на основе полупроводников. Здесь мы показываем, что этот режим может быть достигнут в трехрезонансном интегрированном фотонном устройстве, состоящем из двух связанных кольцевых резонаторов, без обязательного ограничения малого объема, в материальной платформе, демонстрирующей внутреннюю нелинейность третьего порядка. Сильно возбуждая один из трех резонансов системы, слабый когерентный зонд на одном из других приводит к сильно подавленной двухфотонной вероятности на выходе, о чем свидетельствует антигрупповая корреляционная функция второго порядка при нулевой задержке при непрерывной волне. вождение.
Когерентная оптическая безопасная связь со скоростью 60 Гбит/с на расстоянии более 100 км с гибридным хаотическим шифрованием с использованием одного IQ-модулятора с двойной поляризацией
Yuqing Wu, Hanwen Luo, Lei Deng, Qi Yang, Xiaoxiao Dai, Deming Liu и Mengfan Cheng
DOI: 10.1364/OL.470839 Поступило 18 июля 2022 г.; Принято 21 сентября 2022 г .; Posted 22 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Мы предлагаем и экспериментально исследуем когерентную оптическую защищенную систему передачи на основе одного синфазно-квадратурного модулятора с двойной поляризацией (IQM). Один пучок поляризованного света используется для создания широкополосного хаоса путем настройки нелинейного оптоэлектронного генератора. В то время как другой луч поляризованного света нес зашифрованный сигнал. Зашифрованный сигнал получается путем последовательного шифрования аналогового хаоса и цифрового хаоса. Взаимная маска гибридных хаотических сигналов может эффективно повысить эффективность защиты. Более того, изменяя глубину шифрования аналоговых и цифровых векторов, можно гибко регулировать производительность передачи. Коммерческий IQM с двойной поляризацией может одновременно генерировать хаотический сигнал и загружать сообщение, что обеспечивает решение с высокой степенью интеграции. Алгоритм быстрого анализа независимых компонентов (ICA) применяется для компенсации вращения состояния поляризации (RSOP). Реализована передача зашифрованного сигнала с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK) со скоростью 60 Гбит/с по одномодовому волокну на 100 км, а показатель коэффициента ошибок при дешифрировании (BER) ниже 7% порога прямой коррекции ошибок (FEC) (BER=3,8× 10-3).
Почти вырожденное двухцветное импульсное когерентное рамановское гиперспектральное изображение
Дэвид Смит, Сиддарт Шивкумар, Джеффри Филд, Джесси Уилсон, Эрве Риньо и Рэнди Бартельс
Принято 20 сентября 2022 г . ; Опубликовано 20 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Импульсное вынужденное комбинационное рассеяние (ISRS) — надежный метод изучения низких частот (
Волоконный лазер ZrF4 с содопированием Er3+/Dy3+ и накачкой красным диодом: многообещающая платформа для лазеров среднего ИК-диапазона
/OL.470436 Поступила в редакцию 14 июля 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 20 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы впервые, насколько нам известно, сообщаем о генерации лазера в среднем инфракрасном (среднем ИК) диапазоне от Er3+/, покрытого красным диодом, с накачкой. Волоконный лазер ZrF4, легированный Dy3+. Непосредственно возбуждается от 659нм лазерный диод, автономный лазер с длиной волны ~ 3,4 мкм, в основном на переходе 4F9 / 2 → 4I9/2 Er3+, был достигнут при комнатной температуре с максимальной мощностью 0,8 Вт и эффективностью наклона 8,8%. В этой системе долгоживущие возбужденные состояния 4I11/2 и 4I13/2 быстро опустошаются содопированными ионами Dy3+ за счет передачи энергии помимо одновременной ап-конверсии передачи энергии между ионами Er3+, в результате чего ускоряется рециркуляция ионов. Хотя также наблюдается двухволновое автономное рабочее состояние при ~ 3,3 и ~ 3,5 мкм, что дает общую максимальную мощность 0,95 Вт при коэффициенте полезного действия 10,7 %. Путем введения решетки в систему была продемонстрирована непрерывная перестройка длины волны в диапазоне 642 нм от 3053,9 до 3695,9 нм. Эта предложенная схема обеспечивает простую и многообещающую новую платформу для генерации лазеров в среднем ИК-диапазоне 3–4 мкм.
Полностью оптическая выборка ультракоротких лазерных импульсов на основе возмущенной переходной решетки
Пей Хуан, Хао Юань, Хуабао Цао, Хушан Ван, Сянлинь Ван, Ишань Ван, Вэй Чжао и Юйси Фу
DOI: 10.1364/OL.473294 Поступила в редакцию 16 августа 2022 г. ; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 20 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы предлагаем и демонстрируем полностью оптический метод выборки импульсов, основанный на процедуре переходной решетки (TG) с возмущением, который обеспечивает простой и надежный способ определения характеристик ультракоротких лазерных импульсов без с использованием алгоритма поиска. В нашем подходе более слабый импульс сигнала на два порядка возмущает дифрагированный импульс от ТГ, который генерируется другим сильным фундаментальным импульсом. Модуляция энергии дифрагированного импульса непосредственно представляет собой временной профиль сигнального импульса. Мы успешно охарактеризовали импульсы с несколькими и несколькими циклами, что согласуется с результатами, подтвержденными широко используемым методом оптического стробирования с частотным разрешением (FROG). Наш метод обеспечивает потенциальный способ охарактеризовать форму ультракоротких лазерных волн от глубокого УФ до дальнего инфракрасного диапазона.
Метод поддержания когерентности сигнала в лидаре и экспериментальная проверка
Цзинхан Гао, Даоцзин Ли, Кай Чжоу, Аньцзин Цуй, Цзян Ву и Юань Яо
DOI: 10.1364/OL. Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 20 Sep 2022 View: PDF
Abstract: По автогетеродинному сигналу, полученному лидаром при различных задержках в волокне, была создана модель сигнала гетеродина, и на основе метода поддержания когерентности сигнала в лидаре цифровая задержка была улучшена за счет использования нескольких компонентов синусоидальной частотной модуляции. Эксперимент по обнаружению изображения был проведен для цели с высокой отражательной способностью на расстоянии 5,4 км. Когерентность лидарного сигнала поддерживалась путем комбинирования метода коррекции опорного канала излучения и метода коррекции опорного канала гетеродина, сопровождаемого использованием фазового спектра для анализа эффекта коррекции. Результаты обработки эхо-сигнала показали, что метод может устранить фазовые ошибки высокого порядка, которые не могут быть скомпенсированы алгоритмом фазово-градиентной автофокусировки, и улучшить когерентность сигнала, что может быть использовано для обнаружения и визуализации дальних целей.
Устранена неравновесность вращения и вибрации с помощью вращательного VIPA-CARS
Скотт Стейнмец, Тимоти Чен, Бенджамин Голдберг, Крис Лимбах и Кристофер Кливер
DOI: 10.1364/OL.474047 Получено; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Одновременные вращательные и колебательные температуры измеряются в плазме N2 с вращательным когерентно-антистоксовым комбинационным рассеянием (CARS), разрешенным с помощью спектрометра на основе виртуального изображения с фазированной решеткой (VIPA). VIPA спектрально разделяет вращательные переходы для каждого колебательного состояния, позволяя непосредственно измерять колебательные совокупности. Показано, что VIPA-CARS обеспечивает более точные измерения неравновесных температур, чем вращательные CARS с разрешением решетки. Обсуждаются общие характеристики, ограничения и возможные варианты использования VIPA-CARS.
Подключаемый наконечник датчика на основе ап-конверсионной флуоресценции в теллуритовом стекле, легированном Er3+/Yb3+, для теплового контроля миниатюрной катушки обмотки
Wei Liu, Dianchang Song, Zhiyuan Yin, FAN ZHANG, Bin Li, FANG Wang, Xuenan Zhang, Xin Yan, Takenobu Suzuki, Yasutake Ohishi и Tonglei Cheng
DOI: 10. 1364/OL.473041 Поступила в редакцию 11 августа 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 22 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы демонстрируем съемный наконечник датчика с максимальным диаметром поперечного сечения всего 1 мм для теплового мониторинга в режиме реального времени миниатюрной обмотки высокой плотности, который может соответствовать потребности разработки миниатюризации электромагнитных приводов. Из-за высокой эффективности люминесценции ап-конверсии теллуритовое стекло с оптимизированным соотношением легирующих элементов Er3+/Yb3+ было приклеено к торцу кварцевого волокна для термочувствительного наконечника. Информация о температуре демодулируется с использованием метода соотношения интенсивностей флуоресценции, что дает нелинейный отклик с R2 до 0,9.978. В широком диапазоне температур от 253,55 до 442,45 К зондовый датчик демонстрирует хорошую повторяемость, отличную стабильность, высокую чувствительность 52,7×10-4 К-1, малую абсолютную погрешность в пределах ±1 К и малое время отклика 2,03 с. . Было успешно доказано, что это миниатюрное устройство с сильной защитой от помех для управления состоянием катушек обмотки с высокой плотностью.
Сверхнизкоуровневое полностью оптическое самопереключение в наноструктурированной муаровой сверхрешетке
Zhongshuai Zhang, Di Liu, Yanyan Huo, and Tingyin Ning
DOI: 10.1364/OL.468191 Поступила в редакцию 17 июня 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 22 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы сообщаем об полностью оптическом самопереключении, выполненном при сверхнизком уровне интенсивности в наноструктурированной сверхрешетке муара на кремниевой платформе. Муаровая сверхрешетка была сформирована путем скручивания двух наборов решеток фотонного графена в кремниевой мембране в одном слое под магическим углом 9,43°. Была сформирована почти плоская зона, и электрическое поле было чрезвычайно ограничено в центре сверхрешетки, что делает возможным полностью оптическое переключение при сверхнизкой интенсивности, когда учитывалась керровская нелинейность кремния. Интенсивность, которая была снижена до 300 Вт/м2 и даже 20 Вт/м2, может реализовать коэффициент пропускания наноструктуры от 0 до 80% при x- и y-поляризации соответственно, и может быть дополнительно уменьшена за счет оптимизации наноструктуры или нелинейного материалы. Результаты показывают, что муаровые сверхрешетки, изготовленные из нелинейных материалов, перспективны для интегральных полностью оптических устройств.
Метарешетчатый поглотитель: конструкция и реализация
Фабрис Буст, Томас Лепети и Шах Наваз Бурокур
DOI: 10.1364/OL.470149 Поступила в редакцию 12 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 23 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Изучена степень, в которой введение субволновой пространственной модуляции электромагнитных свойств улучшает характеристики поглощения. Предлагаемый поглотитель представляет собой эволюцию экрана Солсбери, в котором однородный резистивный слой заменен метарешеткой. Сначала проектируется периодическая суперячейка, поддерживающая только зеркальное отражение, а затем разрабатываются импедансы нагрузки для подавления этой дифракционной моды. Чтобы экспериментально продемонстрировать концепцию, были изготовлены и испытаны четыре прототипа в микроволновом диапазоне около 10 ГГц. Кроме того, характеристики, оцениваемые с помощью коэффициента качества, полученного из границы Розанова, показывают, что использование метарешеток открывает хорошие перспективы для улучшения уровня техники. Наши результаты могут проложить путь к разработке высокоэффективных поглотителей для применения в широком диапазоне частот.
Сотметровая шкала, киловаттная пиковая мощность, почти дифракционное ограничение, передача импульсов среднего инфракрасного диапазона через полое волокно с малыми потерями
Qiang Fu, Yudi Wu, Ian A. Davidson, Lin Xu, Gregory Джейсион, Сицзин Лян, Шуичиро Рикими, Франческо Полетти, Натали Уилер и Дэвид Ричардсон
DOI: 10. 1364/OL.473230 Поступила в редакцию 16 августа 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 20 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы сообщаем о мощной одномодовой системе доставки импульсов среднего инфракрасного диапазона (MIR) через антирезонансное полое волокно (HCF) с рекордным расстоянием доставки 108 м. Ближний дифракционно-ограниченный свет MIR передавался HCF на длинах волн 3,12–3,58 мкм с использованием перестраиваемого оптического параметрического генератора (OPO) в качестве источника света. УВУ предварительно продували аргоном для устранения или уменьшения потерь на паразитное поглощение газов (HCl, CO2 и т. д.). Минимальные значения потерь в волокне составили 0,05 и 0,24 дБ/м на 3,4–3,6 мкм и 4,5–4,6 мкм соответственно, при этом показатель потерь на 4,5–4,6 мкм представляет собой новый рекорд низких потерь для HCF в этой области спектра. При эффективности связи ~70% средние мощности 592 мВт и 133 мВт были доставлены через 5 м и 108 м УВУ соответственно. Предполагая, что длительность импульсов МИК 120 пс остается неизменной в низкодисперсионном ГТС (теоретический максимум 0,4 пс/нм/км), соответствующие расчетные пиковые мощности составили 4,9 кВт и 1,1 кВт.
Независимый двухдиапазонный радиочастотный приемник с нижней ПЧ на основе одного фотодетектора5 Поступила в редакцию 16.08.2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 20 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Две боковые полосы независимого двухполосного (двойного SSB) сигнала могут нести различную информацию, что обеспечивает более высокую спектральную эффективность и пропускную способность системы. Однако приемник разделяет сигнал на два канала, пара оптических полосовых фильтров (OBPF) и фотодетекторов (PD), как правило, требуется для выбора и обнаружения независимого двойного сигнала SSB соответственно. Чтобы уменьшить сложность и стоимость приемника, мы предлагаем новую независимую схему обнаружения сигнала с двумя SSB, основанную на одном PD в сочетании с обычным DSP. Теоретический анализ представлен и подтвержден моделированием. Левая боковая полоса (LSB) и правая боковая полоса (RSB) модулируются квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK). Сигнал 16QAM со скоростью 10 Гбит/с синтезируется из 2×5 Гбит/с с двойной SSB QPSK. После 50-километровой передачи по стандартному одномодовому волокну (SSMF) независимый двойной SSB извлекается с помощью DSP. Частота ошибок по битам (BER) двойного SSB (LSB и RSB) ниже порога прямой коррекции ошибок с жестким решением (HD-FEC), равного 3,8×10-3
Эффективная генерация импульсов среднего инфракрасного диапазона с несколькими периодами за счет внутриимпульсной генерации разностной частоты в YCOB
Xingbin Gu, Jinsheng Liu, Peng Yuan, xiaoniu Tu, Dongfang Zhang, Jing Wang, Guoqiang Xie и Jingui Ma
DOI: 10.1364/OL.473960 Поступила в редакцию 23 августа 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 19 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Кристаллы оксибората иттрия-кальция (YCOB) широко применяются для генерации интенсивных лазеров ближнего инфракрасного диапазона путем оптического параметрического усиления. Здесь мы показываем, что кристаллы YCOB, ориентированные как в главных плоскостях XZ, так и в XY, обладают свойством широкополосного фазового синхронизма генерации внутриимпульсной разностной частоты в среднем инфракрасном диапазоне. Импульсы с небольшим числом циклов, перестраиваемые от 2 до 4 мкм, экспериментально получены с использованием лазера накачки 7,5 фс на длине волны 800 нм, в котором эффективность преобразования может достигать 2,5%. С помощью кристалла большого размера и мощного лазера накачки внутриимпульсная генерация разностной частоты на основе YCOB может обеспечить новый способ прямого производства интенсивных импульсов среднего инфракрасного диапазона с несколькими циклами.
Углоселективное киральное поглощение, индуцированное дифракционным взаимодействием в метаповерхностях 08 августа 2022 г .; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Здесь мы сообщаем, что простая киральная метаповерхность с массивами скрученных металлических разрезов обеспечивает высокоэффективное и динамически настраиваемое киральное поглощение в широком спектральном диапазоне путем сканирования угла падения в несколько градусов. Селективное по углу киральное поглощение возникает в результате поверхностного плазмонного резонанса, который возбуждается дифракционными эффектами метаповерхности. Простая хиральная метаповерхность с помощью дифракции обеспечивает простую стратегию создания динамически настраиваемых хиральных устройств и предлагает интригующие возможности для различных приложений во встроенных детекторах/излучателях света с круговой поляризацией, хиральных датчиках, хиральных лазерах и т.д.
Управление шириной оптического луча в топологических псевдоспин-зависимых волноводах с использованием полностью диэлектрических фотонных кристаллов 10.1364/OL.474271 Поступила в редакцию 31 августа 2022 г.; Принято 18 сентября 2022 г .; Posted 19 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Мы предлагаем перестраиваемый по ширине топологический псевдоспин-зависимый волновод (TPDW), который может управлять шириной оптического пучка путем построения гетероструктуры из полностью диэлектрических фотонных кристаллов (PhCs). Гетероструктура может быть реализована введением ФК с двойными дираковскими конусами в две другие ФК с разными топологическими индексами. Топологические состояния псевдоспин-зависимого волновода (TPDWS), полученные из TPDW, демонстрируют однонаправленный транспорт и иммунитет к дефектам. Используя эти характеристики TPDWS, мы дополнительно разрабатываем топологический псевдоспин-зависимый расширитель луча в качестве потенциального применения нашей работы, который может расширять узкий пучок в более широкий на длине волны связи 1,55 мкм и устойчив к трем видам дефектов. Предлагаемый TPDW с широкой регулируемой шириной может лучше стыковаться с другими устройствами для достижения стабильной и эффективной передачи света. В то же время полностью диэлектрические ФК имеют пренебрежимо малые потери на оптических длинах волн, что обеспечивает широкую перспективу применения фотонных интегральных устройств.
Многослойная диэлектрическая металинза
J. Basilio-Ortiz and Ivan Moreno
DOI: 10. 1364/OL.474974 Поступила в редакцию 07 сентября 2022 г.; Принято 18 сентября 2022 г .; Posted 20 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Предложена и проанализирована металинза, метаатомы которой (нанорассеиватели) объединены стопкой четвертьволновых диэлектрических слоев. Каждый многослойный метаатом представляет собой наностолб, состоящий из чередующихся слоев материалов с высоким и низким показателем преломления. Мы показываем, что наностолбики многослойной металинзы могут иметь меньшее соотношение сторон, чем наностолбики стандартной металинзы, и иметь аналогичные оптические свойства (эффективность фокусировки и цветность).
SCMA-OFDM PON на основе алгоритмов хаотического SLM-PTS с ухудшенным PAPR для повышения сетевой безопасности Yongfeng Wu и Xiangjun Xin
DOI: 10.1364/OL.471658 Поступила в редакцию 1 августа 2022 г.; Принято 18 сентября 2022 г .; Опубликовано 19 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В этом письме мы предлагаем новый способ уменьшения отношения пиковой мощности к средней (PAPR) на основе выборочной последовательности частичной передачи (SLM-PTS), которая использует хаотические последовательности, приводящие к случайным фазам и случайным расщепленным позициям. Впервые открытый и закрытый ключи используются для шифрования в системе множественного доступа с разреженным кодом и мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (SCMA-OFDM). Открытые ключи используются для улучшения PAPR, в то время как закрытые ключи демонстрируют большие перспективы в защите конфиденциальности для разных пользователей. Между тем, точные фазы и положения разделения в приемнике могут быть легко получены путем передачи начальных значений и параметров трехмерной хаотической системы Лоренца, что значительно упрощает передачу информации о боковой полосе с ключевым пространством почти 10¹⁵²⁹. Кроме того, была экспериментально продемонстрирована передача зашифрованных сигналов SCMA-OFDM со скоростью 42 Гбит/с по семижильному волокну длиной 2 км, что показало, что предложенная схема может улучшить чувствительность приемника на 1,0 дБ по сравнению с традиционными сигналами SCMA-OFDM из-за большое снижение PAPR. А производительность нелегального ONU держится на уровне около 0,5, что свидетельствует о высокой безопасности передаваемого сообщения.
Фемтотесла ⁴He Магнитометр с многопроходной ячейкой
Ян Лю, Сян Пэн, Хайдонг Ван, Боуэн Ван, Кайвен И, Дун Шэн и Хун Го
Получение Принято 17 сентября 2022 г .; Posted 19 Sep 2022 View: PDF
Abstract: В этой статье мы предлагаем однолучевой нелинейный магнитооптический магнитометр (NMOR) с многопроходной газоразрядной ячейкой ⁴He. В отличие от однопроходной кюветы многопроходная кювета позволяла лазерным пучкам проходить через атомный ансамбль метастабильного состояния двадцать два раза, что напрямую увеличивает длину оптического пути и значительно усиливает магнитооптическое вращение в образце газа ⁴He. Основанный на нелинейном вращении Фарадея, магнитометр ⁴He с многопроходной ячейкой демонстрирует минимальный уровень шума 9{1/2}. Кроме того, более широкая ширина линии в атомах метастабильного состояния реализует магнитометр NMOR ⁴He с полосой пропускания 3 дБ 4,3 кГц, в отличие от сверхузкой ширины линии в ячейках с антирелаксирующим покрытием или щелочнометаллических ячейках без спинообмена и релаксации с буферным газом. Поскольку ячейка ⁴He работает без нагрева или криогенного охлаждения, магнитометр ⁴He с чувствительностью к фемтотеслам и полосой пропускания в кГц демонстрирует потенциал в биомагнитных приложениях, таких как магнитокардиография и магнитоэнцефалография.
Усилитель лазера на тонком диске с масштабируемой мощностью на титан-сапфире
Jianwang Jiang, Xu Zhang, Zhaohua Wang, Hao Teng, SHAOBO FANG, Jiangfeng Zhu и Zhiyi Wei
DOI: 94/47604 Поступила в редакцию 23 августа 2022 г.; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 19 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы экспериментально демонстрируем лазерную систему Ti:сапфир с усилением чирпированных импульсов (CPA) 38 фс на основе масштабируемой по мощности схемы тонкого диска со средней выходной мощностью 1,45 Вт при частоте повторения 1 кГц, что соответствует пиковой мощности 38 ГВт. Был получен профиль пучка, близкий к дифракционному пределу, с измеренным значением М2 около 1,1. Он демонстрирует потенциал сверхинтенсивного лазера с высоким качеством луча по сравнению с обычным усилителем с объемным усилением. Насколько нам известно, впервые сообщается о регенеративном усилителе на титан-сапфире, основанном на тонком диске и достигающем частоты 1 кГц.
Моделирование подводного оптического канала с помощью рефлектора
SAMET YILDIZ, ibrahim baglica, Burak Kebapci, Mohammed Elamassie и Murat Uysal
DOI: 10.1364/OL.2 Augd.274028 Receive; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 19 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Подводная связь в видимом свете (UVLC) была предложена в качестве высокоскоростной альтернативы акустической сигнализации. Хотя большинство систем UVLC настроены на работу в условиях прямой видимости (LOS), также можно использовать отраженные сигналы для повышения производительности. В этой статье мы предлагаем закрытое выражение для потерь на подводном пути, предполагая передачу без прямой видимости (NLOS) через водную поверхность и искусственный отражатель (например, зеркало) в дополнение к линии прямой видимости. Используя полученное выражение, мы количественно определяем достижимое усиление NLOS, определяемое как отношение между максимально достижимым коэффициентом канала от отражения и общим коэффициентом канала. Мы подтверждаем наши выводы экспериментально, используя поверхность воды и зеркало в качестве отражающих поверхностей в аквариуме.
Оптическая фазированная решетка с встроенной фазовой калибровкой
Матиас Прост, Джон Кьельман, Сарвагья Двиведи, Александр Марининс, Хемант Тьяги, Тангла Коннюй, ФИЛИПП СУССАН, Маркус Далем, Ксавье Роттенберг и Рулоф 1 Янсен 90: 10.1364/OL.467779 Поступила в редакцию 12 июля 2022 г.; Принято 16 сентября 2022 г.; Posted 19 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Оптическая фазированная решетка (OPA) с фазовым контролем и контролем фазы необходима для правильной работы устройства. В этой статье демонстрируется встроенная система фазовой калибровки для оптических фазированных решеток. Структуры компактных фазовых опросчиков и считывающих фотодиодов реализованы в архитектуре OPA, чтобы обеспечить коррекцию фазовой ошибки для высокоточного управления лучом с калибровкой линейной сложности. 32-канальный OPA с шагом 2,5 мкм изготовлен в фотонном стеке Silicon-SiN. Считывающие фотодетекторы представляют собой кремниевые фотодетекторы туннельного типа (PATD) для обнаружения субзонного света без изменения процесса. После процедуры калибровки на основе модели луч, излучаемый OPA, демонстрирует коэффициент подавления боковых лепестков -11 дБ и расходимость луча 0,9.7°×0,58° при входной длине волны 1,55 мкм. Также выполняются калибровка и настройка в зависимости от длины волны, что позволяет управлять двумерным лучом и генерировать произвольные диаграммы с помощью процедуры низкой сложности.
Пространственно мультиплексированное когерентное антистоксово комбинационное рассеяние fs/ps для многоточечных измерений массивов
Эрик Браун, Михаил Слипченко, Сукеш Рой и Терренс Мейер
DOI: 10. 1364/OL. Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 19 сент. 2022 г. View: PDF
Abstract: Представлен новый метод измерения многоточечного гибридного вращательного когерентного антистоксова комбинационного рассеяния fs/ps (RCARS). Лучи накачки/Стокса и зондирующие лучи разбиваются на 16 дискретных точек с 90 и 24 мкДж/импульс соответственно с использованием простых дифракционных оптических элементов, которые используются в сочетании с фокусирующей линзой и узкополосным спектральным усилителем для возбуждения 1 кГц вдоль линейной массив объемов зонда. Однократные и усредненные измерения температуры и профиля O2/N2 демонстрируются вдоль линии с шагом 1 мм при комнатной температуре и в нагретом потоке N2. Это позволяет проводить измерения в различных пространственных пределах для одномерных профилей и потенциально двумерных сеток в простой и компактной оптической схеме.
Однократная количественная фазовая визуализация с фазовой модуляцией жидкокристаллического пространственного модулятора света (LC-SLM) при освещении белым светом
Chen Fan, Hong Zhao, Zixin Zhao, Junxiang Li, Yijun Du, xingyu yang и Lu Zhang
DOI: 10. 1364/OL.468807 Поступила в редакцию 24 июня 2022 г.; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 19 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы предлагаем новый метод однократной количественной фазовой визуализации (QPI) с фазовой модуляцией жидкокристаллического модулятора пространственного света (LC-SLM) при освещении белым светом. Изучая характеристики фазовой модуляции LC-SLM при освещении белым светом, изображения, снятые с разными длинами волн, эквивалентны изображениям, снятым на разных расстояниях расфокусировки при загрузке рисунка линзы Френеля на LC-SLM. В результате цветная камера может одновременно получать яркое изображение на разных расстояниях расфокусировки. Наконец, фаза извлекается из одиночного цветного изображения с помощью уравнения переноса интенсивности (TIE). Чтобы продемонстрировать гибкость и точность нашего метода, проводится количественное измерение фазового объекта фототравления и эритроцитов человека. Далее проводятся исследования живых дрожжевых клеток для проверки возможности динамического измерения. Представленный метод обеспечивает простой, эффективный и гибкий способ выполнения количественного фазового изображения с высоким разрешением в реальном времени без ущерба для поля зрения (FOV), который может быть дополнительно интегрирован в обычный микроскоп для достижения микроскопического QPI в реальном времени.
Подавление супермодового шума и контроль частоты повторения в волоконном лазере с гармонической синхронизацией мод, реализуемый посредством взаимодействия последовательности импульсов с совмещенным излучением непрерывного излучения
Валерия Рибенек, Дмитрий Коробко, Андрей Фотиади и Дж. Тейлор 10.1364/OL.472780 Поступила в редакцию 09.08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 19 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы сообщаем о новых методах, позволяющих как уменьшить шум супермодового лазера, так и высокоточно настроить частоту повторения импульсов (PRR) в солитонном волокне с гармонической синхронизацией мод (HML). лазер, использующий нелинейную эволюцию поляризации (NPE). Принцип работы основан на резонансном взаимодействии между солитонными импульсами и узкополосной непрерывной волновой составляющей (CW), совместно генерируемой в одном и том же лазерном резонаторе. В отличие от наших недавних результатов, опубликованных в Optics Letters [1, 2], новые методы реализуются только за счет специальной настройки резонатора лазера HML и не требуют использования внешнего перестраиваемого лазерного источника непрерывного действия.
Нелинейный первично-двойственный алгоритм для восстановления фазы и поглощения из однофазового контрастного изображения.
Мама Каннара, Макс Лангер и Бруно Сиксу
DOI: 10.1364/OL.469174 Поступила в редакцию 05 июля 2022 г.; Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы предлагаем нелинейный первично-двойственный алгоритм для восстановления фазы и поглощения из одного рентгеновского линейного фазового контраста или дифракции Френеля, изображения. Алгоритм позволяет регулировать фазу и поглощение отдельно. Мы показываем, что учет нелинейности в реконструкции улучшает реконструкцию по сравнению с линейными методами. Мы также демонстрируем, что выбор различных регуляризаторов для поглощения и фазы может улучшить реконструкцию. Использование полной вариации (TV) и ее обобщения (TGV) в первично-двойственном подходе позволяет использовать разреженность исследуемой выборки. и реальных наборов данных, предложенный метод NL-PDHG дает реконструкции со значительно меньшим количеством артефактов и улучшает нормализованную среднеквадратичную ошибку по сравнению с его линеаризованной версией.
Быстрое измерение расстояния с расширенным диапазоном однозначности с использованием нескольких электрооптических лазеров OL.470211 Поступила в редакцию 12 июля 2022 г.; Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В этой статье мы сообщаем о схеме, которая сочетает определение дальности по времени пролета (ToF) импульсов с множественной частотой повторения и дальность по двойной гребенке (DCR). измерение. Примечательно, что эта комбинация расширяет диапазон однозначности (NAR) метода DCR без ущерба для его частоты обновления и точности расстояния. С помощью этой схемы мы демонстрируем измерение абсолютного расстояния до движущихся целей с NAR 1,5 км, что в 5 раз больше, чем позволяет только метод DCR для заданной частоты обновления 500 кГц. Точность определения дальности за одно измерение длительностью 2 мкс достигает 10 мкм на эффективной дальности 571 м (до 60 нм за 0,1 с). Эта комбинированная схема приносит пользу дистанционному зондированию высокоскоростных объектов.
Фазовая коррекция на основе матрицы передачи для оптических систем
Кайге Лю, Хэнкан Чжан, Цзэци Лю, Бин Чжан, Син Фу и Цян Лю
Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Требования в таких областях, как биология и коммуникация, стимулируют развитие структурированного света. Однако устройства оптической модуляции, играющие важную роль в генерации структурированного света, часто вносят фазовые искажения. Для получения более точных возможностей модуляции требуется дополнительная фазовая коррекция. В этом письме мы предлагаем метод фазовой коррекции на основе матрицы передачи (TM). С помощью измеренного ТМ, установившего связь между панелью пространственного модулятора света (SLM) и распределением выходного сигнала в дальней зоне, мы можем получить фазовую модуляцию, обеспечивающую идеальный фокус. Пространственное распределение фазового искажения может быть извлечено из сопряженного этого фазового распределения. В нашем эксперименте показатель резкости фокуса упал примерно вдвое. Далее мы проверили доступность этого метода, исправив фазовое искажение полей Лагерра-Гаусса (ЛГ). Мы считаем, что наш метод обеспечивает простой способ достижения точной фазовой коррекции, которая будет интересна в аспектах формирования волнового фронта и оптических пинцетов.
Cylindrical partially coherent scalar sources
Rosario Martinez-Herrero, Olga Korotkova, Massimo Santarsiero, Gemma Piquero, Juan Carlos de Sande, Antonio Virgilio Failla, and Franco Gori
DOI: 10. 1364/OL.471516 Received 25 июль 2022 г.; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 15 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Введены частично когерентные скалярные источники с цилиндрической симметрией, излучающие наружу. Показано, что однородные кросс-спектральные плотности обладают модулированными по углу ганкелевыми модами, амплитуды которых подвергаются процессу фильтрации при распространении. Даны простые критерии обращения с такими источниками. Для случая некогерентного цилиндра найдено число эффективных мод и показано появление пространственной когерентности в излучаемом свете. Затем исследуется радиальная когерентность излучаемого поля. Также вводится класс неоднородных цилиндрических источников.
Расширение данных с использованием генеративно-состязательной сети для высокоточной системы измерения мгновенной микроволновой частоты
Md Asaduzzaman Jabin and Mable Fok
DOI: 10.1364/OL.471874 Получено 2 02 августа; Принято 14 сентября 2022 г. ; Опубликовано 15 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В этом письме предлагается платформа неконтролируемого обучения — генеративно-состязательная сеть (GAN) для увеличения экспериментальных данных в измерении мгновенных микроволновых частот на основе фотоники с помощью глубокого обучения. (ИФМ) система. Требуется всего 75 наборов экспериментальных данных, и GAN может увеличить небольшой объем данных до 5000 наборов данных для обучения модели глубокого обучения. Кроме того, погрешность измерения частоты оцениваемой частоты улучшилась на порядок с 50 МГц до 5 МГц. Предлагаемое использование GAN эффективно уменьшает количество необходимых экспериментальных данных на 98,75% и снижает погрешность измерения в 10 раз.
Фемтосекундная филаментация оптических вихрей для генерации оптических воздушных волноводов
Silin Fu, Benoît Mahieu, Andre Mysyrowicz, Aurelien Houard
Принято 14 сентября 2022 г. ; Posted 15 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Мы изучаем филаментацию в воздухе многомиллиджоульных оптических вихрей и сравниваем их с классическим режимом филаментации. Фемтосекундный вихревой пучок генерирует множество плазменных нитей, организованных в цилиндрическую геометрию. Эта плазменная конфигурация превращается в трубчатый столб нейтрального газа метрового масштаба, который можно использовать в качестве волновода для наносекундных лазерных импульсов на длине волны 532 нм. Похоже, что оптические вихри производят более равномерный нагрев вдоль оси распространения по сравнению с гауссовыми или супергауссовыми пучками, и что результирующий канал с низкой плотностью плохо чувствителен к входной мощности лазера благодаря сочетанию ограничения интенсивности филаментации и фазовой завихренности. .
Фотонный полуметалл высокого порядка узлового кольца
Yuexin Zhang, Sheng Zhang, Xiaoyu Dai, and Yuanjiang Xiang
DOI: 10. 1364/OL.472397 Поступила в редакцию 03 августа 2022 г.; Принято 14 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Интригующее открытие топологии высокого порядка чрезвычайно способствовало развитию топологической физики. В последнее время трехмерные топологические полуметаллы становятся идеальной платформой для исследования новых топологических фаз, таких как угловые состояния высокого порядка и шарнирные состояния, которые обнаруживаются как теоретически, так и экспериментально. Однако большинство существующих схем реализовано на акустической системе, в то время как подобные концепции редко реализуются в фотонных кристаллах из-за сложной оптической манипуляции и геометрического дизайна. В этой статье мы выдвигаем полуметалл узловых колец высокого порядка, защищенный симметрией C2v, возникшей из симметрии C6v. Узловое кольцо высокого порядка предсказано в трехмерном импульсном пространстве с желаемыми шарнирными дугами, соединенными двумя узловыми кольцами. И ферми-дуги, и топологические шарнирные моды генерируют важные метки в топологических полуметаллах высокого порядка. Наше предложение успешно доказало новую топологическую фазу высокого порядка в фотонных системах, и оно будет стремиться к реалистичному применению в высокопроизводительных фотонных устройствах.
Новый нечувствительный к поляризации 40-канальный планарный мультиплексор/демультиплексор на решетке Эшелле с разнесением по 100 ГГц для фотонных интегрированных селективных переключателей по длине волны
Ю Ван и Никола Калабретта
; Принято 14 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы представляем и численно демонстрируем новые мультиплексоры/демультиплексоры (Mux/Demux) с 40-канальными поляризационно-нечувствительными (PI) 100-ГГц разносами на плоской решетке Эшелле (PEG). для реализации компактного фотонного интегрированного селективного переключателя длины волны 1×2 без пересечения (PIC-WSS). Работа PI достигается с помощью поляризационного сплиттера для подачи TE-моды и TM-моды в PEG через два волновода с разными углами падения, так что дифрагированные оптические сигналы (две разные моды) объединяются в одном и том же выходном волноводе PEG. За счет оптимизации конструкции различных комбинаций входов/выходов и использования одного и того же угла, один компактный PI PEG с конфигурацией fold-back может одновременно работать как два демультиплексора и мультиплексора. Площадь основания PI PEG с одинарным складыванием составляет всего 40 мм2. Численные результаты показывают, что 40-канальный PI fold-back PEG с интервалом 100 ГГц владеет
Фотонные пары для широкополосной связи из интегрированного в оптоволокно гребневого волновода PPLN
Викаш Ядав, Вивек Венкатараман и Джойи Гош
DOI: 10.1364/OL.4720454 Получено 02 июля; Принято 14 сентября 2022 г.; Опубликовано 14 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы демонстрируем спектрально-коррелированный источник пары фотонов на телекоммуникационных длинах волн (охватывающий S-, C- и L-диапазоны), основанный на спонтанном параметрическом падении типа 0. 7 пар/ с/мВт/нм. Такие источники могут использоваться для мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) и распределения квантовых ключей (QKD) по существующим оптоволоконным сетям.
Передача радиосигнала миллиметрового диапазона 5G NR по бесшовной оптоволоконной терагерцовой системе мобильной связи для сверхплотной сети малых сот
Фам Тьен Дат, Ацуши Канно, Норихико СЕКИН и Коичи Акахане
DOI: 10.1364/ OL.474420 Поступила в редакцию 01.09.2022; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В этом письме демонстрируется передача сигналов нового радио (NR) 5G в диапазоне миллиметровых волн по бесшовной оптоволоконной терагерцовой мобильной передающей системе в диапазоне 350 ГГц для сверхвысоких частот. густая мелкоячеистая сеть. В системе используется простой оптический гетеродинный метод на передатчике и прямое обнаружение на приемнике. В качестве проверки концепции мы успешно передали сигналы 256- и 64-квадратурной амплитудной модуляции, совместимые с 5G NR, на частотах 24,2 и 38 ГГц по бесшовной волоконно-терагерцовой системе в диапазоне 350 ГГц. Предлагаемая система может предоставить простое решение для облегчения развертывания сверхплотных малых сот в высокочастотных диапазонах в сетях 5G и других сетях.
Формирование волнового фронта на основе обратной связи для слабого света с обнаружением частоты биений
Чаомао Хсие, Сяоцзин Рен и Цюань Лю
Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Формирование волнового фронта на основе обратной связи — многообещающий и универсальный метод повышения контраста целевого сигнала в сильно рассеивающей среде. Однако этот метод может не сработать для слабых оптических сигналов, таких как сигналы флуоресценции и комбинационного рассеяния света, или в установке с отражением, поскольку тенденция в слабых сигналах обратной связи может быть легко перекрыта шумом. Для решения этой задачи мы разрабатываем метод на основе одного акустооптического дефлектора (АОД) для создания сигнала с выбранной частотой биений из оптических сигналов, которые могут служить обратной связью, в которой фазовое распределение различных радиочастотных компонентов управляющий сигнал для AOD оптимизирован для формирования волнового фронта. Смещая частоту падающего света с помощью АОД, сигнал обратной связи на выбранной частоте биений может быть измерен синхронным усилителем с высоким отношением сигнал/шум, что позволяет усиливать слабые сигналы цели через сильно рассеивающие среды. Обнаружено, что метод фиксированного обнаружения частоты биений может значительно улучшить флуоресцентную визуализацию и измерение спектра комбинационного рассеяния в установке отражения и, таким образом, может быть потенциально использован для измерений in vivo.
Измерение смещения нанометрового масштаба с использованием простой дифракционной решетки с техникой квадратурного обнаружения
Таньялак Нунтакулкасак, Ручипас Бавантавипьянья, Йиньот Инфунанг, Поримед Вонгджом, Ванчай Пьеджитанана, Суджан Сюзанна, и Эй-Эунна, и Эй-Эунна, и Эй-Эунна, Паугар. Поступила в редакцию 18 июля 2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Posted 14 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Предлагается фазочувствительный интерферометр с прозрачной решеткой для измерения малых смещений. Между источником света и отражающим зеркалом вставлена прозрачная решетка. Дифрагированные световые лучи прямого и обратного распространения накладываются друг на друга, образуя интерференционную картину. Когда два детектора размещаются в двух разных положениях интерференционной полосы таким образом, что сигналы имеют квадратурную разность фаз, изменение фазы может свидетельствовать о смещении отраженного зеркала. Эта простая установка позволяет измерять смещение зеркала в нанометровом масштабе с шагом 9Точность 8,2%, высокая точность со стандартным отклонением 10 нм и нижняя граница разрешения 0,4 нм.
Устойчивый к изготовлению и широкополосный поляризационный сплиттер-вращатель на основе эволюции адиабатических мод на тонкопленочном ниобате лития : 10. 1364/OL.470216 Поступила в редакцию 19 июля 2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Abstract: Устройство разделения/поворота поляризации может облегчить встроенное мультиплексирование с разделением поляризации для повышения скорости передачи данных. Здесь мы предлагаем и экспериментально демонстрируем сплиттер-вращатель поляризации, основанный на адиабатической эволюции мод на тонкопленочной платформе ниобата лития. Результаты измерений изготовленного устройства показывают низкие вносимые потери 20 дБ в диапазоне 110 нм. Большой допуск изготовления также продемонстрирован с коэффициентами ослабления >15 дБ в диапазоне длин волн 1465-1630 нм при изменении ширины волновода на 80 нм.
Управляемое по энергии и времени переключение ультракоротких импульсов в нелинейных направленных плазмонных ответвителях
Хосе Сальгейро и Альберт Феррандо
DOI: 10. 1364/OL.472269 Поступила в редакцию 02 августа 2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Posted 13 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Мы предлагаем сверхкомпактный нелинейный плазмонный направленный ответвитель для коммутации сверхкоротких оптических импульсов. Мы показываем, что это устройство можно использовать для управления маршрутизацией ультракоротких импульсов, используя либо энергию, либо длительность каждого отдельного импульса в качестве параметров переключения. Ответвитель состоит из двух сердечников из нелинейного диэлектрического материала, встроенных в металлическую оболочку. Сложная нелинейная пространственно-временная динамика системы моделируется методом конечных разностей во временной области (FDTD).
Защищенная оптическая связь PAM4 на фотонном уровне со скоростью 56 Гбит/с, основанная на синхронном частном временном фазовом шифровании/дешифровании, управляемом общим шумом Юнцай Ван и Ювен Цинь
DOI: 10. 1364/OL.472489 Поступила в редакцию 08 августа 2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Достижение безопасности фотонного уровня на самом нижнем сетевом уровне в дополнение к цифровой криптографии верхнего уровня в волоконно-оптических сетях является постоянным стремлением, но критически важной задачей. В этом письме мы предлагаем и экспериментально демонстрируем высокоскоростную защищенную оптическую систему связи на фотонном уровне, основанную на новой общей схеме синхронного временного фазового шифрования, управляемой шумом, которая способна поддерживать форматы модуляции высокого порядка и повышать безопасность. Конфиденциальный сигнал PAM4 с рекордно высокой скоростью передачи данных 56 Гбит/с успешно шифруется и дешифруется удаленно синхронизированными частными шумоподобными сигналами шифрования/дешифрования после тайной передачи по оптоволоконному кабелю на 20 км с BER ниже предела HD-FEC. Продемонстрированная схема может обеспечить перспективный путь для будущей сверхвысокоскоростной защищенной оптической связи на фотонном уровне.
Фотолюминесценция в среднем инфракрасном диапазоне, выявляющая повышение внутренней квантовой эффективности нанопроволок InAs типа I и II типа ядро/оболочка
Xiren Chen, H. Alradhi, Zh. M. jin, Liangqing Zhu, Ana Sanchez, Shufang Ma, Qian-dong Zhuang и Jun Shao
DOI: 10.1364/OL.473154 Поступила в редакцию 15 августа 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Внутренняя квантовая эффективность (IQE) является важным показателем качества для фотоэлектрических приложений. В то время как нанопроволока (NW) ядро/оболочка InAs (c/s) является многообещающим решением для эффективной квантовой эмиссии, связь между IQE и покрытием оболочки остается неясной. В этом письме сообщается об измерениях фотолюминесценции в среднем ИК-диапазоне на InAs/InGaAs, InAs/AlSb и InAs/GaSb c/s NW, а также на голых InAs NW в качестве эталона. Анализы показывают, что IQE подавляется покрытием скорлупы при 9K, но улучшается примерно на 50% для покрытия оболочки InGaAs при 40–140 K и примерно на 20% выше 110 K для оболочки AlSb. Эффект приписывается не только качеству кристалла, но, что более важно, радиальному выравниванию полос. Результат указывает на улучшение высокотемпературной IQE ННК c/s типа I и типа II, а также на пригодность анализа фотолюминесценции в среднем инфракрасном диапазоне для оценки ННК с узким зазором.
Без ЦАП/АЦП 4×12,9 Гбит/с 65536-уровневый квантово-шумовой потоковый шифр защищенной оптической WDM-передачи на основе дельта-сигма-модуляции
Xiaoxiao Dai, Hanwen Luo, Linsheng Zhong, Mengfan Cheng, Qi Yang, Lei Deng и Deming Liu
DOI: 10.1364/OL.471555 Поступила в редакцию 27 июля 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы предлагаем и экспериментально исследуем новую схему защищенной передачи с квантовым шумовым шифром (QNSC), основанную на методе дельта-сигма-модуляции (DSM). Взаимодействие механизма QNSC и DSM позволяет передавать зашифрованный сигнал сверхвысокого порядка в формате невозврата к нулю (NRZ) с включением-выключением (OOK). Доставка сигнала NRZ-OOK по оптоволокну позволяет отправлять и получать сигналы с использованием цифровых портов вместо высокоскоростных ЦАП и АЦП с высоким разрешением в обычных системах QNSC. Между тем, синхронизация часов может быть достигнута с помощью простого алгоритма восстановления данных часов (CDR). Дополнительный канал передачи тактового сигнала в обычных системах QNSC больше не нужен. Предлагаемая схема также совместима с системой мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM). 4×12,9Открытый текст Гбит/с шифруется в сигнал QNSC уровня 65536, а затем передается по стандартному одномодовому волокну длиной 10 км. Передатчик и приемник установлены коммерческими оптическими модулями 100G QSFP28 с асинхронными часами. Предлагаемая схема может быть легко развернута в коммерческих системах благодаря минималистичной архитектуре реализации и относительно низкой стоимости оборудования.
Средняя мощность 175 Вт от одножильного стержнево-волоконного усилителя на основе чирпированных импульсов
Martin Pedersen, METTE JOHANSEN, Anders Olesen, Mattia Michieletto, Maxim Gaponenko и Martin Maack
DOI: 10.1364/OL.471631 Поступила в редакцию 27 июля 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы сообщаем о волоконной лазерной системе с усилением чирпированных импульсов со сжатием массивной передающей решетки до длительности импульса 357 фс, средней мощности 175 Вт и энергии импульса. 3 мкДж. Сжатая последовательность импульсов имеет добротность луча M², равную 1,21. Усилитель мощности основан на современном одномодовом фотонно-кристаллическом стержневом волокне, легированном иттербием, со средней мощностью 248 Вт и частотой повторения 750 кГц. Долговременная стабильность лазерной системы непрерывно тестировалась в течение более 4000 часов и не выявила признаков нестабильности поперечной моды.
Топологические связанные состояния Флоке в континууме
Чунян Ли, Ярослав Карташов и Владимир Конотоп
DOI: 10.1364/OL.470762 Поступила в редакцию 18 июля 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 14 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Сотовый массив спиральных волноводов с зигзагообразными краями и градиентом показателя преломления, ортогональным краям, может поддерживать краевые состояния Флоке-Блоха с проникающими в объем квазиконстантами распространения группы. Вращение волноводов открывает топологическую щель с краевыми состояниями в проектируемой зонной структуре, расположенной на каждом из краев полоски. Градиент показателя преломления приводит к сильной асимметрии спектра постоянной квазираспространения и сдвигает краевые состояния в объемные полосы, что приводит к связанным состояниям Флоке в континууме (BIC). Механизм создания таких БИК понимается как возникновение пересечений и избегание пересечений ветвей, поддерживаемых пространственно ограниченным страйп-массивом. Весь спектр Флоке-Блоха в зоне Бриллюэна расщеплен на объемные ветви, являющиеся продолжением краевых состояний в расширенной зоне, обнаруживающие множественные самопересечения и объемные моды, отсоединенные от щелевых состояний за счет избегания пересечения. Почти все состояния в системе локализованы из-за градиента, но топологические краевые состояния проявляют гораздо более сильную локализацию, чем другие состояния. Такие сильно локализованные псевдо-БИК Флоке сосуществуют с локализованными массовыми модами типа Ванье-Штарка. Устойчивость краевых состояний Флоке подтверждается их прохождением через локализованный краевой дефект в виде отсутствующего волновода.
Управление электромагнитными волнами в системе резонатор-волновод с нетривиальными и тривиальными модами
Jiong Xu, XiaoFei Zang, Xudong Zhan, Kun Liu, and Yiming Zhu
DOI: 10.1364/OL. Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 14 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Подход на основе сопряженного резонатора и волновода обеспечивает гибкую платформу для разработки интегрированных фотонных устройств, которые широко применяются в оптических коммуникациях и обработке информации. Топологические фотонные кристаллы, которые могут возбудить нетривиальное граничное состояние (ES) и угловое состояние (CS), обладают беспрецедентной способностью манипулировать электромагнитными (ЭМ) волнами, что приводит к множеству необычных функций, которые невозможно реализовать с помощью обычных резонаторно-волноводных систем. В этой статье двумерные фотонные кристаллы, состоящие из топологического волновода ES, резонатора CS и тривиального резонатора, предлагаются для робастного управления характеристиками передачи электромагнитных волн. В качестве проверочного примера численно продемонстрирован аналог электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП), допустимый при беспорядках благодаря робастности КС. Кроме того, аналог мульти-ЭИП также проверяется введением тривиального резонатора с двумя вырожденными ортогональными модами. Этот уникальный подход к надежному управлению электромагнитными волнами может открыть путь для разработки высокопроизводительных фильтров, модуляторов и встроенных процессоров.
Схема THO-OFDM для связи видимым светом с подавлением шума и управлением затемнением Поступила в редакцию 11 августа 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В последние годы связь видимым светом (VLC) стала методом двойного назначения для освещения и связи. В системе VLC управление диммированием считается важной функцией для регулировки силы света и энергосбережения. В этом письме предлагается трехуровневое гибридное оптическое мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов с подавлением шума (NSTHO-OFDM), которое дополнительно комбинируется с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для достижения функциональности управления диммированием. Предложенный NSTHO-OFDM может обеспечить максимальное усиление мощности 4,28 дБ по сравнению с THO-OFDM с общим BER 1×10-4. Более того, предлагаемая схема диммирования позволяет достичь широкого диапазона диммирования 890,0% при поддержании благоприятного BER ниже 3,8×10-3.
Иерархически зависимая кластерная синхронизация в направленных сетях с полупроводниковыми лазерами 2022 г.; Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 12 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Синхронизация кластеров в сложных сетях с взаимно связанными полупроводниковыми лазерами (SL) широко изучалась в недавней литературе. Однако большинство предыдущих работ по шаблонам кластерной синхронизации были сосредоточены на ненаправленных сетях. Здесь мы численно изучаем полные паттерны синхронизации кластеров в направленных сетях, состоящих из SL, и демонстрируем, что значения параметра SL и сетевого параметра играют заметную роль в формировании и стабильности паттернов кластерной синхронизации. Кроме того, показано, что существует иерархическая зависимость между устойчивостью синхронизации различных кластеров в направленных сетях. На стабильность одного кластера может влиять другой кластер, но не наоборот. Без потери общности результаты проверяются в другой сети SL с более сложной топологией.
Вложенная U-образная сеть для точного прогнозирования направленного рассеяния полностью диэлектрических наноструктур
Xianghui Wang, Wenjing Liu, and ming zeng
Принято 10 сентября 2022 г .; Posted 12 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Исследовано прямое предсказание направленного рассеяния от полностью диэлектрических наноструктур с помощью двухуровневой вложенной U-образной сверточной нейронной сети (U2-Net). По сравнению с традиционным методом U-Net модель U2-Net с меньшей высотой модели лучше работает в случае меньшего размера изображения. Для размера входного изображения 40 × 40 эффективность прогнозирования модели U2-Net с высотой 3 повышается почти на порядок, что можно объяснить более превосходной способностью извлечения более богатых многомасштабных признаков. Поскольку в нанофотонике распространенной проблемой является то, что высота модели ограничена меньшим размером изображения, наши результаты могут продвигать вложенную U-образную сеть как мощный инструмент, применяемый для решения различных задач, связанных с наноструктурами.
Наночастицы топологического изолятора для сильного взаимодействия света с веществом в терагерцовом диапазоне
ИОАННИС ТАНОПУЛОС, Вассилиос Яннопапас и Эммануэль Паспалакис Принято 10 сентября 2022 г .; Posted 15 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Мы изучаем эффекты спонтанного излучения (SPEM) для квантового излучателя (QUEM) вблизи топологического изолятора Bi₂Se₃ наносферы. Мы вычисляем фактор Парселла QUEM вблизи наносферы радиуса от 40 нм до 100 нм численными электромагнитными методами с использованием экспериментальных параметров для описания оптических свойств материала топологического изолятора с учетом и без учета топологически защищенных делокализованных поверхностных состояний. Мы обнаруживаем исключительно большие факторы Парселла QUEM до 10¹⁰ на расстояниях между QUEM и наносферой, равных половине ее радиуса в терагерцовом режиме. Мы также вычисляем динамику SPEM для QUEM с частотами перехода в терагерцах и различными скоростями затухания в свободном пространстве в диапазоне от нс до мс и обнаруживаем, что она демонстрирует интенсивную обратимую динамику, а также может отображать эффекты захвата населения в QUEM. Эта работа демонстрирует, что наносфера Bi₂Se3 может обеспечить условия для сильного взаимодействия света с веществом на наноуровне в терагерцовом режиме.
Нелинейная фокусировка суперконтинуума под действием интенсивных импульсов среднего инфракрасного диапазона в газонаполненных капиллярах
Xiaohui Gao
DOI: 10.1364/OL.472313 Поступила в редакцию 02 августа 2022 г.; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Сильное взаимодействие света и вещества в среднем инфракрасном диапазоне привлекло широкое внимание, поскольку оно открывает новые горизонты в нелинейной оптике. Здесь мы наблюдаем с помощью моделирования новый аспект динамики импульсов среднего инфракрасного диапазона в заполненном газом капилляре высокого давления, где импульс с мощностью намного ниже критической мощности для керровской самофокусировки претерпевает поразительный рост пиковой интенсивности после чрезвычайно эффективное расширение спектра. Это увеличение интенсивности объясняется керровской фокусировкой суперконтинуума. Наше исследование предлагает интересную перспективу управления интенсивностью лазера с возможным применением в нелинейном преобразовании света, управляемом импульсами среднего инфракрасного диапазона.
Опосредованная дефектами динамика носителей и нелинейно-оптический отклик третьего порядка квантовых точек WS2
РИЯНКА КАРМАКАР, Дипендранат Мандал, Мегха Шривастава и К.В. Адарш
Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В этом письме мы сообщаем о нелинейно-оптическом отклике третьего порядка (действительная и мнимая части) высоколюминесцентных квантовых точек (КТ) WS2 с использованием нерезонансных фемто- наносекундные импульсы для оптического ограничения и квантовой обработки информации. При фемтосекундном возбуждении 800 нм КТ демонстрируют двухфотонное поглощение (β=(107±2)×10-3 см/ГВт) с положительной нелинейностью, обусловленной связанными носителями. Однако эта картина меняется при наносекундном возбуждении на длине волны 532 нм, где наблюдается обратное насыщающееся поглощение с отрицательной нелинейностью, в первую очередь возникающее из-за двухступенчатого двухфотонного поглощения, опосредованного мелким дефектом (реальные состояния), создающего свободные носители. Наши результаты открывают многообещающий путь к низкоразмерным оптоэлектронным устройствам.
Оптические ответвители и волокна со ступенчатым показателем преломления, изготовленные с использованием 3D-принтеров FDM
Дэвид Гоззард, Ребекка Крейн, Деон Хикки, Алекс Мартин, Бейли Соунс и Уильям Шен
2022 г.; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Резюме: Заготовки оптических волокон со ступенчатым индексом изготавливаются и вытягиваются в волокна с использованием недорогих 3D-принтеров FDM потребительского класса без какого-либо другого специального инструмента. Волокна изготовлены из оболочки полиэтилентерефталатгликоля (PETG) с сердцевиной из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), в результате чего V
Генерация вихревого пучка Бесселя методом прямой 3D-печати интегрированного мультиоптического элемента на кончике волокна
Шломи Лайтман, Омер Порат, Гилад Гурвиц и Раз Гвиши 21 июля 2022 г .; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Формирование световых лучей непосредственно из наконечников оптических волокон является желательной возможностью, поскольку свет может быть адаптирован для различных приложений миниатюрным, интегрированным и экономичным способом. Однако интеграция сложных преломляющих элементов непосредственно в волокна является сложной задачей. Используя прямое трехмерное лазерное письмо, высококачественные оптические устройства могут быть интегрированы непосредственно поверх грани волокна с помощью процесса двухфотонного поглощения. 2). Эта работа может проложить путь к будущему комплексному управлению лучом на волокнах, что позволит использовать лазеры с более высокой выходной мощностью
Уменьшение шума относительной интенсивности в широкополосном генераторе RFOG с использованием метода высокочастотной модуляции .470933 Поступила в редакцию 20 июля 2022 г .; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Широкополосный резонансный волоконно-оптический гироскоп (RFOG), управляемый источником, может уменьшить шум, связанный с когерентностью, таким образом, достигнув лучшей чувствительности при гораздо более простой конфигурации, чем традиционная система с когерентный источник. Однако его чувствительность обнаружения по-прежнему ограничена избыточным шумом относительной интенсивности (RIN) широкополосного источника. В этой статье раскрывается механизм ошибки RIN в этой широкополосной RFOG, управляемой источником, и представлены контрмеры. Мы демонстрируем, что использование высококачественного волоконно-оптического кольцевого резонатора и метода высокочастотной модуляции-демодуляции может уменьшить ошибку, вызванную RIN. Отмечено, что оптимальный параметр модуляции может обеспечить уменьшение погрешности, вызванной RIN, на 6,1 дБ, что позволяет широкополосной RFOG, управляемой источником, работать вблизи теоретической чувствительности, ограниченной дробовым шумом. При оптимальном методе высокочастотной модуляции-демодуляции случайное блуждание по углу 0,0013°/√h достигается при использовании оптоволоконного кольцевого резонатора длиной 200 м и диаметром 7,6 см. Насколько нам известно, это лучший результат, полученный на сегодняшний день, для волоконно-оптических гироскопов такого размера.
Цифровая коррекция аберраций увеличивает поле зрения в оптической когерентной микроскопии в видимом свете ; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В оптической когерентной микроскопии оптические аберрации обычно приводят к ошибкам волнового фронта с преобладанием астигматизма в периферийных областях оптического объектива, в первую очередь удлиняя функцию рассеяния точки микроскопа вдоль радиального направлении вблизи фокальной плоскости. Мы сообщаем об улучшенной оптической когерентной микроскопии поля зрения посредством вычислительной коррекции аберраций в диапазоне видимого света. Изотропное пространственное разрешение 2,5 мкм было достигнуто в расширенном боковом поле зрения, охватывающем 1,3 мм × 1,6 мм, что экспериментально подтверждено на фантоме с микрошариками и дополнительно продемонстрировано в образцах ткани ex vivo. Расширенное поле зрения, достигаемое за счет цифровой коррекции аберраций, облегчает использование недорогих систем, устраняя необходимость в высококачественных объективах.
Множественный регулируемый во времени энтропийный доступ для гибкой когерентной PON
Zixian Wei, Jinsong Zhang, Weijia Li и David Plant
DOI: 10.1364/OL.468495 Поступила в редакцию 22 июня 2020 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Для дальнейшего увеличения скорости передачи данных, объема пользователей и гибкости скорости пассивных оптических сетей (PON) следующего поколения мы предлагаем схему множественного доступа совместного вероятностного формирования созвездия ( PCS) и когерентное детектирование. Когерентный PON динамически регулируется с изменяющейся во времени энтропией. Передаваемые кадры, выделенные различным блокам оптической сети (ONU) от терминала оптической линии (OLT), могут быть идентифицированы и различены по значению энтропии. Предлагаемая схема обеспечивает гибкое планирование во временной области, поскольку нет необходимости распределять кадры по определенным временным интервалам. Значение 0,5 интервала энтропии точно настроено для достижения 100% скорости идентификации созвездия классификатором изображений. Экспериментально продемонстрирована схема на основе системы когерентной оптической передачи с двойной поляризацией. Достигается скорость передачи данных от 350 ~ 450 Гбит/с с форматом квадратурной амплитудной модуляции PCS-64 (64-QAM) для одного блока, что позволяет максимально поддерживать 5 независимых блоков с двумя состояниями поляризации и энтропией, изменяющейся от 3,5 до 5,5 с 0,5 интервала соответственно.
Поляризационно-чувствительное прямое лазерное моделирование тонких азополимерных пленок вихревыми пучками
Алексей Порфирьев, Светлана Хонина, Павел Хорин, Николай Ивлиев
DOI: 10. 1364/OL. Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022 View: PDF
Abstract: В настоящее время лазерное моделирование тонких пленок материалов широко используется для изготовления одно-, двух- и трехмерных функциональных наноматериалов. Использование структурированных лазерных пучков со сложной структурой амплитудного, фазового и поляризационного распределений позволяет значительно упростить и ускорить процедуру изготовления нано- и микроструктур сложной формы, например спиральной структуры. Здесь мы демонстрируем использование вихревых лазерных пучков со спиральным волновым фронтом для реализации спирального массопереноса в азополимерных пленках. Поляризационная чувствительность этого материала позволяет продемонстрировать формирование различных трехмерных структур в случае линейно или кругово поляризованных вихревых пучков разного порядка. Представленный теоретический анализ показывает, что профиль изготовленных конструкций определяется структурой продольной составляющей падающего излучения и, таким образом, может легко управляться состоянием поляризации излучения без необходимости изменения амплитудно-фазовой структуры падающего излучения. луч.
Фотонные изоляторы Хопфа N-диапазона на основе двумерных микрокольцевых решеток
Bo Leng and Vien Van
DOI: 10.1364/OL.471454 Поступила в редакцию 27 июля 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Изоляторы Хопфа — это топологические изоляторы, топологическое поведение которых возникает в результате нетривиального отображения трехмерной сферы на двумерную сферу, известного как карта Хопфа. Отображение Хопфа, обычно встречающееся при изучении спинорных и скирмионных систем, топологически классифицируется целочисленным инвариантом, называемым индексом Хопфа. Здесь мы показываем, что из-за периодической циркуляции света внутри каждого микрокольца двумерная решетка микрокольцевых резонаторов может эмулировать N-диапазонный фотонный изолятор Хопфа с нетривиальным индексом Хопфа. В частности, путем численного расчета и прямого аналитического доказательства показано, что N-зонный индекс Хопфа решетки микрокольца идентичен ее номеру витка. Результат показывает, что индекс Хопфа является альтернативным топологическим инвариантом для классификации двумерных микрокольцевых фотонных решеток и устанавливает соответствие между фазой изолятора Хопфа и аномальной фазой изолятора Флоке решетки. В более общем плане наша работа показывает, что двумерные микрокольцевые решетки могут обеспечить универсальную нанофотонную платформу для изучения неабелевых топологических фотонных систем.
Гиперспектральное изображение сверхвысокого разрешения с помощью многоступенчатой схемы без использования пространственной деградации
Сюхэн Цао, Юшэн Лянь, Зилонг Лю, Хань Чжоу, Ван Бинь, Ван Чжан и Бэйцин Хуан
DOI: 10.1364/OL 473020 Поступила в редакцию 11.08.2022; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В последнее время стало популярным получать гиперспектральное изображение с высоким пространственным разрешением (HR-HSI) путем совмещения гиперспектрального изображения с низким пространственным разрешением (LR-HSI) с высоким RGB-изображение с пространственным разрешением (HR-RGB). Существующие методы сверхвысокого разрешения HSI разработаны на основе известного пространственного вырождения. На практике трудно добиться правильной пространственной деградации, что ограничивает эффективность существующих методов. Поэтому мы предлагаем многоступенчатую схему без использования модели пространственной деградации. Многоэтапная схема состоит из трех этапов: инициализации, модификации и уточнения. В соответствии с угловым сходством между пикселем HR-RGB и спектрами LR-HSI мы сначала инициализируем спектр для каждого пикселя HR-RGB. Затем мы предлагаем полиномиальную функцию для изменения инициализированного спектра, чтобы значения цвета RGB модифицированного спектра были такими же, как у HR-RGB. Наконец, модифицированный HR-HSI уточняется с помощью предложенной модели оптимизации, в которой исследуется новый регуляризатор спектрально-пространственной полной вариации (SSTV) для сохранения спектральной и пространственной структуры реконструированного HR-HSI. Экспериментальные результаты на двух общедоступных наборах данных и наши изображения реального мира демонстрируют, что наш метод превосходит восемь современных существующих методов как с точки зрения точности реконструкции, так и вычислительной эффективности.
Передачи PAM-4 в диапазоне C со скоростью 120 Гбит/с на 100-километровом SSMF без компенсации дисперсии с использованием совместного комбинированного формирования импульсов и нелинейной коррекции низкой сложности
Xiong Wu, Junwei Zhang, Alan Pak Tao Lau и Chao Lu
DOI: 10.1364/OL.473091 Поступила в редакцию 11 августа 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: В системах модуляции интенсивности и прямого обнаружения (IM/DD) C-диапазона частотно-зависимое затухание мощности, вызванное хроматической дисперсией (CD) и квадратичными пределами обнаружения пропускная способность и расстояние передачи, особенно для передач свыше 100 Гбит/с по линии связи без компенсации дисперсии протяженностью 100 км. Для достижения этой цели мы предлагаем схему нелинейного предварительного искажения, новое комбинированное формирование импульса и пост-нелинейную коррекцию для четырехуровневой амплитудной модуляции импульса (PAM-4) на основе систем IM/DD. В передатчике нелинейное предварительное искажение используется для генерации неравномерно расположенных символов PAM-4 для предварительной компенсации нелинейностей. В то время как новое формирование импульса, просто сформированное линейной комбинацией двух импульсов без межсимвольных помех (ISI), изменяет распределение мощности сигнала PAM-4 в частотной области и приводит к улучшению производительности. В приемнике выполняется несложная постнелинейная коррекция с использованием нелинейного эквалайзера на основе абсолютного члена с разделением веса (AT-NLE-WS) для устранения затухания мощности, вызванного CD, и остаточных нелинейных искажений. Благодаря использованию этих методов рекордные сигналы PAM-4 со скоростью 120 Гбит/с успешно передаются по 100-километровому SSMF с измеренным коэффициентом ошибок по битам (BER) ниже 3,8×10¯³, достигая > 9% улучшение пропускной способности системы по сравнению с традиционными схемами формирования импульсов.
Параметрические представления с учетом структуры для транспорта света с временным разрешением Поступила в редакцию 31 мая 2022 г. ; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Освещение с временным разрешением предоставляет обширную пространственно-временную информацию для таких приложений, как точное определение глубины или реконструкция скрытой геометрии. Однако измерения освещенности с временным разрешением имеют большую размерность и низкое отношение сигнал/шум, что затрудняет их применимость в реальных сценариях. Мы предлагаем новый метод компактного представления освещения с временным разрешением с использованием смесей экспоненциально модифицированных гауссиан, которые устойчивы к шуму и сохраняют структурную информацию. Наш метод дает представления на два порядка меньше, чем дискретные данные, и, в отличие от предыдущих подходов, он обеспечивает согласованные результаты в приложениях реконструкции скрытых сцен.
Генерация массива сферических пучков Пуанкаре высшего порядка с помощью технологии пространственной когерентности
Юнглей Лю, Чжэнь Дун, Фей Ван, Яхонг Чен и Янцзянь Цай
Принято 07 сентября 2022 г . ; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы предлагаем протокол для синтеза класса массива векторных лучей в дальней зоне с состояниями поляризации периодической сферы Пуанкаре высшего порядка (HOPS) путем проектирования пространственной когерентности второго порядка. структура частично когерентного источника света. Мы показываем, что состояние поляризации одного луча HOPS в плоскости источника может быть преобразовано в массив лучей в дальней зоне, когда пространственная когерентность источника луча спроектирована так, чтобы иметь решетчатое распределение. Мы демонстрируем, что степенью поляризации генерируемого массива лучей HOPS можно удобно управлять, модулируя ширину поперечной пространственной когерентности источника. Наш метод предоставляет дополнительный способ построения массива структурированных пучков и может найти потенциальное применение, например, в многочастичных манипуляциях.
Нелинейное последующее сжатие в многопроходных ячейках в среднем ИК-диапазоне с использованием объемных материалов
Даниэль Карлсон, Майкл Танксальвала, Дрю Моррилл, Хулио Сан Роман, Энрике Конехеро Харке, Генри Каптейн, Маргарет Мюрнан и Микаэль Хеммер
DOI: 10. 1364/OL.471458 Поступила в редакцию 27 июля 2022 г.; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сент. 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Численно исследуется режим нелинейной компрессии импульсов в среднем ИК-диапазоне в многопроходной ячейке (МПК), содержащей диэлектрическую пластину. Эта установка посткомпрессии позволяет безионизационное спектральное расширение и самосжатие, одновременно разделяя самофокусировку и фазовую самомодуляцию. Мы находим, что самосжатие происходит для широкого диапазона параметров MPC и импульса, и выводим правила масштабирования, которые позволяют его оптимизировать. Мы также раскрываем солитонную динамику распространения импульса в MPC и ее ограничения, а также показываем, что пространственно-временные/спектральные связи могут быть смягчены при правильно выбранных параметрах. Кроме того, мы обнаруживаем формирование спектральных особенностей, близких к квазифазово-синхронному вырожденному четырехволновому смешению. Наконец, мы представляем два тематических исследования самосжатия на длинах волн 3 мкм и 6 мкм с использованием параметров импульса, совместимых с проведением экспериментов по физике сильного поля. Моделирование, представленное в этой статье, заложило основу для будущих экспериментальных работ с использованием импульсов с несколькими циклами в среднем ИК-диапазоне.
Мощные пикосекундные поколения Green и DUV с полностью волоконным MOPA
Lei Pan, Jihong Geng, and Shibin Jiang
DOI: 10.1364/OL.472644 Поступила в редакцию 08 августа 2009 г.; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Мы демонстрируем мощные пикосекундные лазеры зеленого и глубокого ультрафиолета (DUV) на основе усилителя мощности задающего генератора (MOPA) с полностью волоконным волокном. Основной усилитель мощности изготовлен из силикатного стекловолокна с большой площадью моды (LMA), легированного иттрием. Он обеспечивает выходную мощность лазера 75,2 Вт при 1029нм с частотой повторения импульсов 10 МГц и длительностью импульса 70 пс. С кристаллом трибората лития (LBO) была достигнута выходная мощность зеленого цвета 43,0 Вт на длине волны 514,5 нм при длительности импульса 55 пс. С кристаллом бората цезия-лития (CLBO) был получен пикосекундный выход DUV мощностью 14,5 Вт на длине волны 257 нм, что, насколько нам известно, является самой высокой мощностью для полностью волоконного DUV-лазера.
Прогнозирование спектрального отклика метаповерхности на основе глубокой нейронной сети
Ин Чен, Чжисин Дин, Цзянькунь Ван, Цзянь Чжоу и Мин Чжан
DOI: 10.1364/OL.468277 Поступила в редакцию 20 июня 2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Двумерная оптическая метаповерхность может реализовать свободную регуляцию световой волны за счет свободного дизайна структуры, что высоко ценится исследователями. существуют высокие требования к компьютерному оборудованию, длительное время для расчетов моделирования и потери данных в процессе использования метода конечных разностей во временной области для решения оптических свойств метаповерхности, то для прогнозирования спектральных свойств предлагается использовать глубокую нейронную сеть (ГНС). реакция оптической метаповерхности. На вход подаются структурные параметры метаповерхности, а на выходе – спектр пропускания метаповерхности. Для достижения лучших результатов прогнозирования были выбраны различные алгоритмы градиентного спуска и оптимизированы параметры модели DNN. После 5*104 эпох обучения функция потерь MSE достигает 2,665*10-3, суммарная ошибка 98% тестовых данных меньше 3, а относительная ошибка меньше 2%. Результаты показывают, что модель DNN обладает отличным прогнозирующим эффектом. По сравнению с традиционным методом моделирования эффективность этой модели повышается в 104 раза, что может повысить эффективность проектирования оптических микро-наноструктур.
Повышение чувствительности зондирования РЧ-поля с далекой расстройкой на основе ридберговских атомов, окруженных почти резонансным РЧ-полем
Jiawei Yao, Qiang An, Yanli Zhou, Kai Yang, Fengchuan Wu и Yunqi Fu
DOI: 10.1364/OL.465048 Поступила в редакцию 26 мая 2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Резюме: Электрометры на основе атомов Ридберга обещают прослеживаемые стандарты для радиочастотной электрометрии, обеспечивая стабильные и единообразные измерения. В этой работе мы предлагаем подход к увеличению чувствительности электрометра ридберговского атома для измерения радиочастотного поля с далекой расстройкой. Ключевым физическим механизмом является добавление нового ингредиента — локального радиочастотного поля, близкого к резонансному с ридберговским переходом, поэтому далеко расстроенное поле можно обнаружить по смещению пика расщепления Аутлера-Таунса (АТ), который может быть в десятки раз больше, чем переменный штарк-сдвиг сигнала ЭИП без ближнего резонансного поля. Наш метод позволяет нам измерять сильно расстроенные поля с более высокой чувствительностью, особенно для радиочастотных полей субгигагерцового диапазона (даже электрических полей постоянного тока), которые редко используются в существующих методах повышения чувствительности.
Эффективная и перестраиваемая фотолюминесценция для двойного перовскита Cs2NaYCl6 на основе редкоземельных элементов, легированного тербием
DOI: 10.1364/OL.472170 Поступила в редакцию 02 августа 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г. Просмотр: PDF
Аннотация: Не содержащие свинца двойные перовскитные материалы с эффективным и стабильным излучением самозахваченных экситонов демонстрируют огромный потенциал для твердотельного освещения следующего поколения. Тем не менее, низкая эффективность излучения и сложность регулирования спектра являются двумя существенными препятствиями для их применения. Здесь сообщалось, что полностью неорганические монокристаллы двойного перовскита Cs2NaYCl6 на основе редкоземельных элементов с сильным голубым излучением были эффективными носителями для размещения легирующих ионов лантаноидов. За счет контролируемого введения ионов Tb3+ и эффективной передачи энергии от автолокализованных экситонов (АЛЭ) к примесям удалось гибко модулировать цвет излучения монокристаллов Cs2NaYCl6 от синего до зеленого. Квантовые выходы также были значительно улучшены с 10% до 78,81% за счет оптимизации концентрации ионов Tb3+. Кроме того, были изготовлены прототипы стабильных светоизлучающих диодов (СИД) на основе материалов для преобразования цвета Cs2NaYCl6, чтобы продемонстрировать практическое применение двойного перовскита на основе редкоземельных элементов.
Высокочувствительная термометрия на основе материалов с термической закалкой и отрицательной термической закалкой
Хунью Лу, Цзян Чжу, Ян Лу, Цзиньсин Ли, Цзяю Ван и Хуа Цзоу
2022 г. ; Принято 03 сентября 2022 г .; Posted 06 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Предположим, что противоположное изменение люминесценции при изменении температуры может привести к высокой чувствительности логометрического термометра, поэтому мы разрабатываем его на основе термического гашения и материалов с отрицательным термическим гашением. Здесь кристаллы Sc2Mo3O12:Yb3+/Er3+ и Bi2MoO6:Yb3+/Tm3+ синтезируются посредством твердофазной реакции, соответственно, которые обладают свойствами отрицательного теплового расширения (NTE) и положительного теплового расширения (PTE). Композит получен путем простого механического смешивания кристаллов NTE и PTE, в которых люминесценция Er3+ и Tm3+ проявляет усиление и тушение с повышением температуры соответственно. Основываясь на методе отношения интенсивности флуоресценции (FIR), максимальная относительная чувствительность термометра составляет 3,80% K-1 в диапазоне температур 305-425 K. Что еще более важно, δT≈0,24 K является относительно небольшим, что означает хорошую точность. Эти результаты показывают, что композиты NTE и PTE, легированные лантанидами, могут быть хорошими кандидатами для высокочувствительной термометрии и точности.
Квазимонолитный гетеродинный лазерный интерферометр для инерциального зондирования
Yanqi Zhang and Felipe Guzman
Принято 03 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022 View: PDF
Abstract: Мы представляем компактный гетеродинный лазерный интерферометр, разработанный для высокочувствительных приложений измерения смещения. Этот интерферометр состоит из специализированных призм и волновых пластин, собранных в виде квазимонолитного блока для реализации миниатюрной системы. В конструкции интерферометра используется схема подавления синфазного сигнала, обеспечивающая высокий коэффициент подавления общего шума окружающей среды. Экспериментальные испытания в вакууме показывают уровень чувствительности смещения \SI{11}{pm/\sqrt{Гц}} при \SI{100}{мГц} и всего \SI{0,6}{pm/\sqrt{Гц} }} выше \SI{1}{Гц}. Единица-прототип имеет размер $\SI{20}{мм}\times\SI{20}{мм}\times\SI{10}{мм}$ и весит \SI{4,5}{г}, что позволяет последующей интеграции в компактные системы.
Подавление индуцированных рассеянием наносекундных предимпульсов в многопроходных усилителях на титан-сапфире Бо Яо, Ицзе Сунь, Фенсян Ву, Цзунсинь Чжан, Зебяо Ган, Лянхун Юй, Ченг Ван, Сяомин Лу, И Сюй и Сяоянь Лян
DOI: 10.1364/OL.471048 Поступила в редакцию 22 июля 2022 г.; Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сент. 2022 г. Просмотр: PDF
Abstract: В этом письме мы экспериментально исследуем новый вид наносекундных предимпульсов, возникающих в результате двунаправленного рассеяния кристаллов в традиционных многопроходных усилителях на титан-сапфире. Экспериментальные результаты показывают, что интенсивность индуцированных рассеянием предимпульсов очень чувствительна к углу рассеяния, а времена задержки между предымпульсами и основным импульсом кратны световому пути в каждом проходе усилителя.
No related posts.

Tools	Published year	Citations ^*	Implementation	Accessibility	Aligner/Algorithm	PCR/Sequencing error correction	Поддерживается многопоточность	In silico Моделирование в качестве эталона	Поддержка BCR	Авторы
IMGT/HighV-QUEST	2012	515	Java	WS	GPA (NW)	No	No	No	Yes	Alamyar et al.
MITCR	2013	132	hava	SA	N-MERS	YES	NO	YES	NO	YES	6 NO	YES	NO	.
Декомбинатор	2013	80	Python	SA	Половина метки	Нет*	Нет	Да	Нет	Thomas et al.
IGBLAST	2013	316	C ++	WS/SA	BLAST	NO	.
Виджил	2014	41	C++	WS/SA	K-word	Да	Нет	Нет	Да	Giraud et al.
MIXCR	2015	248	hava	SA	Kaligner	YES	YES	YES	YES	.
TCRKLASS	2015	27	C ++, PERL	SA	K-STRIN0157	Ян и др.
LymAnalyzer	2015	30	Java	SA	Fast-tag	Yes	No	Yes	Yes	Yu et al.
IMONITOR	2015	41	C ++, Perl, R	SA	BLAST	Да		Да		Да		Да				.
IMSEQ	2015	48	C++	SA	SCF соответствие	Да	Да	Да		Да
RTCR	2016	20	C, Python	SA		.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.
ТРИГ	2016	3	Perl	SA	Nucmer	Нет	Да	Нет	Да	Hung et al.

Программное обеспечение	DataSet A		FASET B
	F.%		12612612661261261261261266126612661266126612661261266126612661266126 (%).	FP (%)	FN (%)
Decombinator	0. 0427	0.6391	0.3248	0.4637
IgBLAST	0.0000	0.0085	0.1303	0.2029
IMGT/HighV-QUEST	0.0009	0.0063	0.1736	0.1596
IMonitor	0.0000	1.1637	0. 1765	1.6920
IMSEQ	0.0000	3.0483	0.0000	0.8741
LymAnalyzer	7.0614	0.9908	59.5584	1.3454
MiTCR	0.0000	43.2870	0.0159	9.0488
MiXCR	0. 0000	24.0104	0.1612	1.7092
RTCR	0.0336	2.4030	0.1159	0.3545
TCRklass	0.1378	24.5734	2.9391	4.4167
TRIg	0.0000	1.2274	0.0295	1. 7520
Vidjil	0.0002	0.0375	0.2457	0.2029