起航三维基因组学研究

人类基因组测序完成已有十多年.但是,基因组信息如何指导基因在特定空间和时间表达的机理仍有待阐明."结构决定功能"是认识自然规律中的一个共识.在生物学中,这一共识不仅适用于RNA、蛋白质等小规模的有机分子,同样也应该适用于全基因组这样的DNA大分子.最近的研究表明,基因组的三维空间结构对基因组的表达、调控等功能有重要的影响.因此,研究全基因组的三维空间结构和功能成为基因组学一个新发展趋势.基因组三维空间结构与功能的研究简称三维基因组学,是指在考虑基因组序列、基因结构及其调控元件的同时,对基因组序列在细胞核内的三维空间结构,及其对基因转录、复制、修复和调控等生物过程中功能的研究.随着大规模基因组测序技术的发展,我们已经拥有研究三维基因组的相关技术如ChIA-PET和Hi-C.初步的ChIA-PET和Hi-C数据分析展示了基因组三维空间结构对基因组功能的意义,为进一步研究基因组三维空间结构和功能提供了基础.本文总结了三维基因组学研究的发展,概括了三维基因组学研究中的问题和目前的进展,并讨论了可能的应用前景.登高更见远,期待三维基因组学研究将深化对生命现象和规律的认识,为基础生物学发展带来新契机、为更进一步推动生物医学及农业应用打下坚实的基础.     

鼠肝组蛋白与尼古丁作用后的构象变化

采用紫外差谱、荧光光谱和圆二色性光谱法对鼠肝组蛋白H1和H3与尼古丁作用后的构象变化进行了体外研究.结果表明,随尼古丁作用剂量的增加其构象逐渐由有序向无序变化.造成这种变化的原因,可能是尼古丁或其代谢产物与组蛋白H1,H3发生加合.因此推测,尼古丁可以通过改变组蛋白的构象来影响染色体的结构、功能和基因表达.     

三维基因组

在基因组学领域,细胞核目前仍是一个未知的领域,我们对于其动态性状了解得如此之少是一件令人尴尬的事。为了解基因组的工作方式,仅知道DNA序列是不够的,我们还必须研究染色体的结构——基因组学的下一个前沿是空间结构,即盘绕在细胞核中的染色体的三维结构。染色体的空间结构并不是随机地将2米长的DNA包装进一个横跨可能10微米的球体中,它是随细胞的类型而变化,并     

表面手性现象的STM研究

表面手性现象研究是一与表面物理、表面化学、结构化学、立体化学等学科密切相关、在基础和应用研究方面均具意义的重要领域. 近年来, 利用STM等现代分析手段, 该领域的研究取得了显著进展. 结合我们的近期研究工作, 概述了目前利用STM技术进行表面手性现象研究的代表性结果, 包括表面手性分子的绝对构象判定、二维组装结构和由分子吸附引起的特殊手性表面结构等, 并对该领域的未来发展进行了展望.     

中国科学家独立完成水稻第4号染色体的精确测序

2002年11月21日, 科学技术部、中国科学院和上海市人民政府在沪联合宣布, 中国科学家完成了所承担的国际水稻基因组计划第4号染色体精确测序任务, 对国际水稻基因组计划测序工作的贡献率达10%. 这是我国迄今为止完成的最大的基因组单条染色体的精确测序, 这标志着我国在大基因组测序方面已经具备构建完成图的绘制能力, 成为基因组学研究强国之一. 测序专家工作组组长、中国科学院国家基因研究中心韩斌博士等研究人员, 在《Nature》杂志上发表题为《水稻基因组第4号染色体序列及分析》的论文, 宣布采用克隆步移法完成了对水稻粳稻基因组第4号染色体全长序列的精确测定. 拼接后总长为35000 kb, 精确度为99.99%, 覆盖染色体全长序列98% (仅留下7个小的空洞), 达到了国际公认的基因组测序完成图的标准. 这与在《 Nature》杂志同时发表的日本科学家Sasaki博士等人完成的第1号染色体精确测序的结果一起, 对国际基因组研究计划起到了巨大的带动作用. 《Nature》杂志审稿人称, 水稻第4和第1条染色体测序的完成是紧接着水稻基因组草图完成后水稻基因组测序项目工作中里程碑性的事件……     

利用C基因组C0t-1 DNA比较分析稻属A, B, C, D基因组

以药用野生稻(CC) C₀t-1 DNA作为探针, 对其自身体细胞染色体和栽培稻×药用野生稻杂交后代F1, 回交后代BC₁以及宽叶野生稻(CCDD), 高秆野生稻(CCDD)和斑点野生稻(BBCC)体细胞染色体进行荧光原位杂交实验. 在药用野生稻体细胞染色体中, 同源染色体呈现相似的C₀t-1 DNA杂交带型, 并对其核型进行了同源性聚类. 对F₁ (AC)和2个BC₁ (AAC和ACC)的杂交实验中, 在不封阻的情况下, 药用野生稻C基因组C₀t-1 DNA探针能清晰地鉴别C组染色体, 而在A组染色体上信号分布很少, 说明A基因组与药用野生稻C基因组中高度重复序列同源性较低. 此外, 对宽叶野生稻、高杆野生稻和斑点野生稻3个四倍体体细胞染色体进行了FISH分析, 在24条C组染色体上均可观察到较强的杂交信号, B和D基因组的24条染色体上信号较少, 但在D组染色体上的信号较B组染色体的多, 说明D与C基因组的亲缘关系较B与C基因组的近. 进一步分析发现, 高杆野生稻D组染色体上的杂交信号要比宽叶野生稻D组染色体上的杂交信号多, 说明高杆野生稻的D基因组与C基因组的同源性要高, 这可能是高秆野生稻和宽叶野生稻同属于CCDD染色体组型但可区分为不同种的原因之一. 上述结果表明, C₀t-1 DNA具有很强的种的特异性和依赖基因组型的特异性, 利用C₀t-1 DNA作探针更能有效地对不同基因组进行FISH鉴定. 同时, 本研究采用F₁植株和BC₁植株, 即1个二倍体和2个三倍体人工选育杂种, 与宽叶野生稻、高杆野生稻和斑点野生稻进行了基于C基因组C₀t-1 DNA杂交的比较分析, 对稻属异源四倍体的可能起源机制进行了初步探讨.     

从中性学说到非线性分子进化

盛极一时的分子进化的中性学说,在对分子水平遗传多态性的解释以及近缘物种的亲缘关系分析上,迄今仍不失其重要作用,但对远缘物种关系的分析上往往难以自圆其说.结构分子生物学的发展,证实三维构象比一维序列数据更具进化上的保守性并可揭示分子进化的非线性和复杂性.基于上述特性,一些学者分别提出了比较远缘物种(包含了近缘物种)亲缘关系的算法.本文对这些算法作一些扼要的介绍,并对非线性分子进化的美好前景作—展望.     

端粒与着丝粒——染色体上的高度重复序列区域

端粒与着丝粒是真核生物细胞染色体上的两个特殊结构,对于维持基因组的稳定具有极其重要的作用.端粒位于染色体的末端,保证染色体的独立性和稳定性.着丝粒与染色体的分离有关,确保染色体在细胞分裂时被正确地平均分配到两个子细胞中.端粒和着丝粒都由高度重复DNA序列组成,并且都与多种蛋白质相结合形成复杂的结构.但是由于端粒和着丝粒的结构特点,尤其是着丝粒,可为上百万碱基对的高度重复序列,测序存在较大的困难,所以对它们的功能研究依然有很多未知的领域等待探索.本文简要综述了端粒与着丝粒的发现过程及其结构特征,并且介绍了端粒、着丝粒异常与疾病发生之间的特殊关系.因为端粒的长度维系主要通过端粒酶的合成作用,重点介绍了端粒酶的结构和功能以及目前端粒酶研究的进展.最后针对端粒和着丝粒的热点研究进行了总结和展望.相信随着测序技术的发展,对端粒和着丝粒的认识会更加深入,为肿瘤治疗和衰老研究打下基础.     

蛋白质中频繁发生的超二级结构模式

近年来,高分辨X射线衍射的蛋白构象分析表明,超二级结构的构象类型是有限的.本文对240个分辨率在0.25nm以上的较高精度蛋白结构中的超二级结构进行了系统分析,识别出频繁发生的超二级结构模式.最普遍发生的共11种超二级结构.依其在蛋白结构中的作用,它们属于4类.研究表明超二级结构模式与α螺旋和β折叠之间的连接短肽(Loop)的长度、与连接短肽残基的构象、与连接短肽所连接的二级结构元件的类型有关;同时     

一种分子溶液构象搜寻方法

大多数化学和生物化学反应或过程是在溶液中进行的,分子溶液构象的研究具有重要意义[1,2].测定分子溶液构象的实验手段主要是核磁共振(ＮＭＲ),但ＮＭＲ方法受实验因素的限制,所测定的分子比较有限;即使由ＮＭＲ得到ＮＯＥ等实验数据,最后也必须借助分子模拟的方法才能将分子溶液构象的三维结构模建出来,因此分子模拟和理论计算方法在分子溶液构象研究中起重要作用.分子溶液构象模拟方法主要有分子动力学(ＭＤ)和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ(ＭＣ)等方法,但这些方法均较为费时[3].为了克服这一缺点,结合系统构象搜寻和ＳＹＢＹＬ/ＳＯＬＶＥＮＴ溶…     

染色体分离的分子机理

染色体分离是有丝分裂和减数分裂的关键事件, 是保证姊妹(同源)染色体正确分配到子细胞中关键的调控环节之一. 近年来, 利用酵母等真核模式生物突变体, 研究人员克隆了一些调控细胞分裂早期姊妹染色体黏着和后期黏着素酶解的关键基因, 初步阐明了染色体分离的分子调控机理. 由多亚基蛋白组成的黏着素是保证染色体正确黏着和分离的关键分子. 在细胞分裂中后期过渡时, 经过一系列的分子识别和互作导致黏着素蛋白选择性地降解, 使染色体分离. 本文在详细地讨论了参与有丝分裂染色体分离调节的关键蛋白质及其作用机制的基础上, 简单介绍了有丝分裂和减数分裂染色体分离过程中分子调节的差异, 并分析了染色体分离分子机制研究中尚待解决的关键问题.     

三螺旋DNA的现场Fourier表面增强Raman光谱研究

在双螺旋DNA的大沟中,第三条嘧啶链能与双螺旋同型嘌呤-同型嘧啶束道的互补嘌呤链结合而形成局部的分子间三螺旋DNA.研究表明通过形成三螺旋结构,寡脱氧核糖核酸能在体外和体内专一性地阻止基因转录和复制,而且可用于染色体分析和基因图谱.大量的Raman光谱研究已提供了双螺旋DNA在多种状态下的构象和其Raman光谱信号谱带间的对应关系,而且这种对应关系也同样适合三螺旋DNA的构象研究.本文首次研究了三螺旋DNAd(CT)_8·d(AG)_8·d(C~+T)_8在银电极表面上的现场Fourier表面增强Raman散射in situ FT-SERS)行为,同时也研究了其在固态(处于纤维和晶态之间)下的构象.     

陆地棉遗传标准系TM-1背景的海岛棉染色体片段置换系的培育

染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSL)基因组内只含有一个来自供体亲本的染色体片段, 而基因组的其余部分与轮回亲本相同, 并能把QTL拆分为单个的孟德尔因子, 因此CSSL是进行基因组分析, 特别是QTL分析的理想材料. 本研究以陆地棉遗传标准系TM-1为受体亲本, 海岛棉海7124为供体亲本在BC₅S₁代借助分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)培育了一套染色体片段置换系. 这套置换系由330个株系构成; 1~4个不同的株系携带相同的染色体片段, 置换片段的平均长度为10.9 cM, 总长度为5271.9 cM, 是棉花基因组总长度3514.6 cM的1.5倍. 每个株系内被替换的染色体片段长度不一, 最短为3.5 cM, 最长为23.2 cM. 由于还有些区段缺失供体亲本的染色体片段, 所以这个替换系群体没有完全覆盖棉花基因组.     

牛Ⅰ型疱疹病毒感染性细菌人工染色体的构建和gN基因缺失病毒的细胞繁殖特性

通过同源重组将pHA2质粒插入到牛Ⅰ型疱疹病毒ZJ分离株基因组的UL15和UL18基因之间, 构建了重组病毒rBHV1-HA; 提取重组病毒的环状基因组DNA, 转化大肠杆菌DH10B, 获得了含有BHV1全基因组的感染性细菌人工染色体克隆pBHV1. pBHV1转染MDBK细胞可以拯救出病毒, 该病毒与野生毒株在细胞上的繁殖特性未见差异. 通过两步Red E/T重组, 构建了gN基因跨膜区缺失的pBHV1突变体, 并转染获得了重组病毒rBHV1-?gN. 病毒繁殖动态曲线显示, rBHV1-?gN的滴度比野生毒株低9%~20%. BHV1感染性克隆的成功构建, 将为研究新型BHV-1基因缺失疫苗和牛的病毒载体疫苗提供技术平台.     

海洋微生物与噬菌体间的相互关系

病毒是海洋中丰度最高的生物体, 其中绝大多数又为能够侵染细菌和古菌的噬菌体.它们在控制微生物死亡率、调节微生物群落结构与多样性、影响微食物网过程以及参与碳、氮等元素的生物地球化学循环等方面扮演着重要的生态角色. 本文对近年来关于海洋细菌与其病毒间相互关系的研究进行了概述, 并结合作者的工作对未来的研究进行展望.     

光系统Ⅱ反应中心的LB膜的形成及其圆二色性光谱的研究

<正>由D1、D2及细胞色素b-559(cyt-559)3个多肽及其内部镶嵌的大约定4～6个che a,2个pheo a和1～2个β胡罗卜素组成的高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心属于膜蛋白,因其难于结晶,人们至今还无法利用X射线技术获得该蛋白的精确解.近年来,利用膜蛋白二维晶体通过电子显微镜与象重构技术获得三维结构信息的方法有很大的进展,而有序二维晶体的获得是关键的一步.本工作的目的是试图利用单分子膜技术形成保持与自然状态光谱性质类似的PSⅡ反应中心动的Langmuir-Blodgett(LB)膜,为进一步利用该技术形成二维晶体并研究其结构打下基础.并采用圆二色性对其构象进行了研究.     

在细菌体内孕育新的生命——记世界首例人造合成生命诞生过程

15年来,作为基因组学界泰斗的克雷格·文特尔(Craig Venter,下图)一直在追寻着一个梦想:借助生物化学材料构建一个基因组,用于人造生命的合成。现在,文特尔和他创办的克雷格·文特尔研究所(简称JCVI)宣称,他们已经实现了这个梦想。在2010年5月21日出版的《科学》杂志网络版上,他们描述了该工作的具体步骤:构建了一套细菌染色体,并成功地将其转入一种去除了原有DNA的细菌的体内。在合成基因组的驱动下,微生物细胞开始复制和制造出了一套全新的蛋白质。     

棉属D基因组棉种着丝粒FISH标记的筛选初报

为了筛选着丝粒探针, 在棉花染色体荧光原位杂交中标记染色体着丝粒区域, 以便于构建棉花粗线期染色体细胞遗传学图谱. 在棉花遗传连锁图上选择尽可能接近着丝粒区的单拷贝的分子标记, 以海岛棉pima 90-53的BAC文库为素材, 采用两维筛库法从该文库中筛选BAC克隆, 然后用BAC-FISH技术进行染色体定位检测. 用10号染色体长臂末端的SSR引物BNL3563筛选到一个BAC克隆150D24, 该克隆在四倍体陆地棉和海岛棉部分染色体着丝粒区有杂交信号, 但信号强度不高. 以二倍体D基因组为靶DNA进行FISH时, 染色体着丝粒区有明显信号, 但是以二倍体A, C, E等基因组棉种染色体为靶DNA进行FISH时, 染色体着丝粒区未发现杂交信号. BAC克隆150D24可能含有D组特有卫星重复序列, 可用作棉属D基因组棉种(包括四倍体棉种D亚组)的着丝粒FISH探针.     

静电纺三维纳米纤维体型材料的制备及应用

静电纺纳米纤维作为一种高技术、高附加值的纤维材料,在电子信息、环境治理、安全防护、组织工程等领域的应用已广泛展开.随着应用研究的不断深入,构建结构稳定的三维纤维材料已成为当前静电纺纤维应用性能提升的关键.近年来,科研人员已从溶液本体性质和制备方法2个方面进行了大量研究,通过逐层组装、辅助接收、外场优化等方法构建了多种三维纤维体型材料,并探索了其在组织工程等领域的应用.近期,研究人员提出了一种新型纤维三维网络重构方法,制备了超轻、超弹的纳米纤维气凝胶,为三维纤维材料的制备提供了新方法和新思路.本文在简要介绍静电纺丝技术及原理的基础上,综述了近年来三维构建方向的代表性进展,并对其未来发展进行了展望.     

来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位

对一套小麦_长穗偃麦草二体代换系进行了条锈病抗性鉴定、抗性遗传和生化分析 .结果表明 ,长穗偃麦草携带有新的抗小麦条锈病基因 ,位于 3E染色体上 ,在小麦背景中呈显性遗传 ,暂定名为YrE .长穗偃麦草编码的酯酶_5结构基因位于 3E染色体上 ,暂命名为Est_E5 .F2 群体分析发现Est_E5与抗病基因YrE呈共分离 ,表明Est_E5是检测 3E染色体及其携带的抗条锈病基因较理想的生化标记位点 .单体代换系 3A/3E和 3D/3E中 3E染色体通过自交的传递率显著高于 3B/3E中 3E通过自交的传递率 ,可能与E基因组和小麦A ,B ,D基因组的遗传分化程度有关 .