DNA聚合酶Ⅲ全酶的功能和结构的发现

介绍了DNA聚合酶Ⅲ和聚合酶Ⅲ*的发现,DNA聚合酶Ⅲ全酶形式的提出以及全酶亚基的分离。同时,介绍了DNA聚合酶Ⅲ全酶的结构和功能,其中包括α核心的聚合酶功能,ε亚基的3′→5′外切核酸酶活性,[WTHZ]β[WTH1]亚基滑动夹子的功能以及γ复合物的结构与功能。     

“纳米粒子PCR”中纳米金与聚合酶相互作用机制探讨

纳米粒子PCR”是一种新型的优化DNA扩增的方法, 在提高扩增特异性, 增加扩增灵敏度以及加快反应速度等方面展现了特殊的优化效果. 研究发现在PCR反应中,聚合酶可以消除纳米金导致的抑制; 而纳米金可以改变DNA聚合酶浓度-酶活性曲线的平衡点, 增加DNA的合成量, 同时高浓度聚合酶的活性可以通过添加纳米金得到恢复. 在此基础上提出纳米金通过调控DNA聚合酶影响PCR反应的可能机制.     

足迹测序——一种快速精确测定被蛋白保护的DNA序列的方法

测定被调控蛋白保护的DNA顺序是阐明基因调控机制的必不可少的环节.为此,通常先将被保护的DNA片段克隆到合适的质粒上,再用化学法测定被调控蛋白保护的DNA序列.但此法操作步骤繁多,又要求多量的DNA,测定的灵敏度也较低.我们设计了“足迹测序”法,它能直接、快速测定已克隆的被蛋白保护的DNA序列.已用此法测定了和结瘤调控蛋白专一性结合的DNA序列.     

粘贴DNA计算机模型(Ⅱ): 应用

经典的粘贴DNA计算模型采用单、双链混合型DNA分子编码, 其生物操作具有无需DNA链的延伸、无需生物酶以及DNA链可重复使用等优点, 已经受到不同学科学者的关注. 在经典模型的基础上, 进行一定的扩展与完善, 必对DNA计算机的研究有良好的贡献. 基于此, 对粘贴DNA计算机模型进行了较为深入的研究: (1) 提出了基于粘贴模型的矩阵表达模型; (2) 对经典粘贴模型应用于图与组合优化等方面的研究成果给予综述, 诸如集合覆盖问题、图的顶点覆盖问题、图的Hamilton路与圈问题、图的团与独立集问题、图的生成树与Steiner树问题等; (3) 给出了基于粘贴模型的图的同构问题的算法.     

粘贴DNA计算机模型(Ⅰ): 理论

粘贴模型(sticker models)是目前DNA计算机模型中的一种主要模型之一. 该模型采用单、双链混合型DNA分子进行编码, 具有在生物操作过程中不需要DNA链的延伸、不需要生物酶的作用以及DNA链可重复使用等优点. 因而受到不同学科学者的关注与兴趣. 对此模型分理论、应用两个部分进行了比较系统地论述, 理论部分的具体内容是: 首先比较系统地介绍了粘贴计算的经典模型的有关基本理论; 其次讨论了在粘贴模型与形式语言基础上建立起来的一种抽象的计算模型——粘贴系统; 第三, 对粘贴模型进行了推广和进一步的完善, 提出两种在应用上更为广泛、理论上进一步完善的模型: 一个是所谓的k-进制粘贴模型, 另一个是所谓的全信息粘贴DNA计算模型.     

利用磁镊研究促旋酶与DNA的结合

促旋酶(gyrase)在原核生物的生命活动中扮演着重要的角色,它是已知拓扑异构酶中,唯一能够向DNA引入负超螺旋的酶.本文中,我们利用磁镊(magnetic tweezers)对促旋酶和DNA的相互作用进行了单分子实时观测.实验发现,在不加入ATP时,促旋酶能够同时与两段DNA(G片段和T片段)结合,但这种结合较弱,施加0.7pN的外力就能逐渐破坏两者的结合;但加入高浓度的诺氟沙星后,促旋酶与DNA的结合明显增强,甚至能够抗衡5.9pN的外力.促旋酶还会影响超螺旋的几何尺度:不加入促旋酶时,DNA超螺旋的几何尺度由DNA所受拉力决定,而加入促旋酶后,超螺旋DNA几何尺度变小,并且主要由DNA与促旋酶的相互作用而不再是所受拉力所决定.而且促旋酶与正负超螺旋的结合能力不同,它更容易与正超螺旋结合.同时,发现促旋酶从DNA上解离的时间符合双指数分布.我们提出的模型能够很好地解释这个分布,并与他人提出的模型的结果进行了比较.     

以Hoogsteen氢键形成的PNA(T)·DNA(AT)三螺旋更稳定

肽核酸(peptide nucleic acid, PNA)是一种核酸类似物, 它的骨架以假肽键代替了原来的糖-磷酸骨架. PNA结合到核酸双螺旋上形成三螺旋的过程是PNA作用于核酸双螺旋最初也是最重要的一步. 但到目前为止, 由于缺乏PNA·2DNA三螺旋的晶体结构数据, 关于PNA·2DNA三螺旋的构象特征以及维持其构象作用力的研究还处在初始阶段. 本文较成功地搭建了PNA(T)·DNA(AT)三螺旋结构模型. 经过优化和分子动力学模拟后, 系统分析了它们的构象及其作用力. 为肽核酸在反义和反基因策略上的应用提供了可能的理论指导.     

病毒基因组的全核苷酸序列

在病毒DNA或病毒RNA的核苷酸序列中,隐藏着生命的重要秘密.许多热心探索生命秘密的科学家,都很重视测定核苷酸序列的工作.但DNA或RNA是由几千到几百万个核苷酸组成,而且排列毫无规则;因此在十年以前,人们感到测定核苷酸序列要比登天还难.历史也正是这样记载的:人类遨游太空已经将近二十年了,可是测定简单的病毒DNA或病毒RNA的全核苷酸序列才是最近二、三年的事情. 进入七十年代后,测定核苷酸序列的技术和方法有了可喜的突破.1970年以来各种限制性内切酶的应用以及1975年和1977年快速分析DNA片段一级结构的桑格尔-考尔森(Sanger-Coulson)法和马克山姆-吉尔伯特(Maxam-Gilbert)法的先后建立,促使     

阴沟肠杆菌B8拮抗活性相关基因的克隆与分析

为研究具有广谱拮抗活性的阴沟肠杆菌B8的拮抗机理, 应用自杀性质粒pZJ25, 将Tn5转座到B8的染色体上, 筛选到2株拮抗活性丧失的菌株. 选择其中B8F突变株, 应用Tn5上的Kan^r基因作为标签, 对Tn5插入位点右侧的拮抗活性相关基因片段进行了克隆, 筛选得到质粒pTLF, 经亚克隆后测序, 获得F片段735 bp的序列. 提取原始菌株B8基因组DNA, 酶切后与PstⅠ接头连接, 应用接头引物和根据F片段设计的特异引物, 在F片段的左右两侧进行染色体步行, 获得了F片段(Tn5插入位点)左侧的1106 bp序列和F片段右侧的664 bp序列. 生物信息学分析显示, 获得的B8菌株拮抗相关基因序列包含3个ORF, 与Pantoea agglomerans的andrimid生物合成基因簇(基因GenBank登录号AY192157)有较高的同源性, 分别对应于admM, admN和admO共3个基因. 被Tn5插入破坏的ORF(命名为anrF基因)对应于admM (Polyketide 合酶基因), 插入位点位于终止密码前214 bp处. 由此证明, anrF基因与B8菌株的拮抗活性相关, 推测B8菌株产生的拮抗物质为andrimid.     

拟南芥根特异表达转录因子AtMYB305的鉴定及功能研究

AtMYB305是拟南芥MYB基因家族的成员之一，对其蛋白结构和DNA结合活性进行了分析鉴定，并对其表达特征和细胞内功能作了初步分析。AtMYB305含R2和R3的两个重复序列及MYB蛋白特有的其他氨基酸组成，凝胶阻滞实验证明，GST－AtMYB305融合蛋白能与含有MYB识别位点（TAACTG）的DNA片段发生特异结合。在裂殖酵母中过量表达AtMYB305蛋白产生单核长细胞，其染色体异常凝缩，半定量RT－PCR分析表明AtMYB305基因在拟南芥的根器官中特异表达。     

原子-键电负性均衡方法融合进分子力场(ABEEM/MM)应用于蛋白质BPTI水溶液的分子动力学模拟

利用ABEEM/MM浮动电荷模型对蛋白质BPTI分子的水溶液进行了分子动力学模拟, 验证了模拟参数(包括ABEEM参数和力场参数)的正确性以及可转移性. 结果表明, 对蛋白质BPTI水溶液模拟所得的蛋白质中各类非氢原子的位置与实验晶体结构相比的均方根位移偏差较小, 即模拟所得的BPTI结构与实验晶体结构具有较好的一致性; 计算得到的径向分布函数表明, ABEEM/MM模型很好地体现了蛋白质和周围水分子的静电极化, 并且溶质与溶剂之间强烈的氢键作用使溶液中BPTI分子的体积变大.     

光谱法研究聚酰胺-胺型树枝状高分子与DNA的相互作用

应用溴化乙锭(EB)为探针, 通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱, 并结合红外显微镜技术以及圆二色谱等方法研究了以乙二胺为核的聚酰胺-胺型(PAMAM)树枝状高分子与鱼精DNA的相互作用. 结果表明, PAMAM树枝状高分子能够与鱼精DNA形成结构稳定的复合物, 而且这种复合物的形成能够诱导DNA二级结构发生变化, 从而降低EB与DNA的结合程度. 由Scatchard模型研究G5 PAMAM树枝状高分子与鱼精DNA的相互作用, 我们得到二者的结合常数为2.53 ´ 10⁴ mol/L^-1.     

天花粉蛋白与单核苷酸作用机制的研究

天花粉蛋白(trichosanthin,TCS)是一个Ⅰ型核糖体失活蛋白(Ribosome Inactivating Protein,RIP)。亦是一个能使28SrRNA的4324位腺苷酸水解掉腺嘌呤碱基的N-糖苷酶。晶体结构测定和突变体活性测试,确定了两结构域之间分子表面凹陷区就是它的N-糖苷酶活性口袋,并为结构与功能研究提供了扎实的基础。为探索RIPs的N-糖苷酶作用机制,杨洁等人做了TCS-FMP,TCS-Ade(AMP的产物,腺嘌呤)复合物的晶体结构;Xiong等人做了TCS-NADPH复合物的晶体结构;Ren等人做了αMMC-FMP,αMMC-Ade复合物的晶体结构;Monzingo等     

RNA聚合酶动态调控DNA转录的单分子水平研究进展

真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)和原核生物的RNA聚合酶(RNAP)主要负责转录合成信使RNA(mRNA)，调控不同基因的转录水平，以调节生物体的生长发育和应对复杂多变的环境。研究者采用传统的荧光显微镜观测到RNAP可形成团簇，据此针对DNA转录调控提出“转录工厂”模型。随着单分子技术的发展，研究者在单分子水平上观测到了活细胞中RNAP动态调控DNA转录，提出RNAP可以通过液-液相分离机制进行转录调控。该综述总结了不同单分子荧光显微镜的技术原理，以及相关的荧光探针标记方法，并介绍了在真核生物和原核生物中应用单分子成像技术可视化RNA聚合酶动态调控DNA转录过程的研究进展，最后展望了单分子技术在转录调控研究中的应用前景。     

DNA缩短法计算模型求解最大独立集问题

提出了一种基于环形DNA缩短法的新型计算模型. 该模型可以求解n个顶点m条边的图的最大独立集. 算法的时间复杂度是O(n+m). 随着问题规模的增大, 计算所需的试管数量呈线性增长. 在计算模型的生物操作中, 有两个主要技术: DNA分子内环化和DNA长度逐步缩短. 结合反向PCR(聚合酶链式反应), 磁珠吸附和环化酶催化等多种方法, 在求解步骤中, DNA分子的结构在线性双链DNA(dsDNA)、线性单链DNA(ssDNA)和环形单链DNA之间进行循环变化. 利用环形DNA分子的结构特点, 在计算过程中避免了DNA分子间重组. 为了证实该DNA计算模型的可行性, 利用其求解了一个最大独立集问题的实例.     

二水杨醛三乙基四胺合镁(Ⅱ)配合物与DNA的作用

合成了二水杨醛三乙基四胺合镁(Ⅱ)配合物, 并应用紫外、荧光、黏度、循环伏安等方法对此化合物及其与CT-DNA的作用方式进行了研究. 结果表明: 当配合物与CT-DNA作用后, 配合物的紫外吸收明显升高, EB-DNA荧光强度几乎不变, 黏度减小; 循环伏安测定表明DNA的加入使得镁配合物的式量电位负移; Scatchard图表明配合物对溴化乙锭(EB)与DNA的结合为非竞争性抑制. 综上可见, 配合物与CT-DNA的作用方式为静电结合. 应用凝胶电泳研究了此配合物与pBR322 DNA的作用, 结果表明该配合物具有较好的切割活性.     

三丙二酸富勒烯对DNA限制性内切酶和Taq DNA聚合酶活性的抑制作用

采用具有HindⅢ和EcoRⅠ单一酶切位点的pEGFP-N1超螺旋型质粒为底物, 检测三丙二酸富勒烯(trimalonic acid C₆₀, TMA C₆₀)对DNA限制性酶切反应的作用. 同时以该质粒为模板, 测定TMA C₆₀对Taq DNA聚合酶催化的聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)的影响. 酶切产物与PCR扩增产物均通过琼脂糖凝胶电泳来显示. 实验发现, 在质粒酶切体系或PCR体系中添加TMA C₆₀后, 酶切或扩增产物的生成量均显著减少. TMA C₆₀的作用存在浓度依赖性, 对HindⅢ, EcoRⅠ两种酶切反应和PCR的半抑制浓度IC₅₀值分别为16.3, 6.0, 6.0 μmol/L. 两种活性氧清除剂L-抗坏血酸-2-磷酸酯镁和叠氮化钠在浓度为2～10 mmol/L时, 不能拮抗TMA C₆₀对PCR和两种酶切反应的抑制作用. 但是, 在PCR体系中增加Taq DNA聚合酶能够拮抗TMA C₆₀的作用. 这些结果表明, TMA C₆₀能够抑制上述3种DNA代谢相关酶的活性, 其作用可能与活性氧无关.     

氯化镁和乙酸乙酯络合物的晶体结构

七十年代以来聚烯烃采用第二代Ziegler-Natta催化剂,将活性组份分散在载体上,大大提高了活性和等规度。Krisle发现当以MgCl_2为载体时,TiCl_4和PhCOOEt总是与MgCl_2结合,彼此不配位成键。所以研究酯和MgCl_2的作用是一项基本的研究。至今在这方面的工作,报道甚少。为此我们制备了MgCl_2和酯的络合物,并测定了它的晶体结构。     

酵母RNA聚合酶Ⅱ体外转录亚病毒RNA的研究

真核细胞的依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅱ在无蛋白质因子存在的条件下,在体外不能忠实转录DNA。然而,令人惊异的是植物来源的RNA聚合酶Ⅱ能在体外忠实转录类病毒RNA,产生全链长的产物。这一发现意味着类病毒RNA能提供类似启动子的位点,以便与RNA聚合酶发生特异性的相互作用,从而正确地起始转录。毫无疑问,这一系统将是了解真核细胞RNA聚合酶Ⅱ所催化的体外转录机制的理想模型之一。     

利用RAPD技术检测水稻的基因组变化

辐射育种在作物改良中取得了很大的成就。但对射线处理及后代选育过程中基因组发生的变化却了解很少,只能凭后代表型加以判断,使选育工作带有一定的盲目性。DNA分子水平的遗传标记的出现为此开辟了一条新的途径。1990年Williams等创立了一种新的遗传标记——随机扩增多态性DNA(简称RAPD)。它是利用含10(或9)个碱基的随机引物(单引物),在低温复性条件下(36℃左右)进行聚合酶链式合成反应(简称PCR),对模板DNA进行随机扩增,通过扩增出的某一DNA片段有无来比较不同基因组DNA的差异。