以大肠杆菌为参照基因组的比较基因组学系统的建立

随着人类基因组计划及其他测序工作的顺利进行, 人们已经得到了大量的基因序列. 阐明这些序列的功能和意义成为功能基因组学的主要任务. 我们以大肠杆菌E. coli为参照基因组, 利用已公开基因组数据的24种古细菌和真细菌蛋白质序列(可从ftp://ncbi. nlm.nih.gov/genbank/genomes/bacteria 下载), 建立了一个基于互联网的可查询的比较基因组学研究平台(http://202.116.74.121:8080/database.htm). 该平台可用于研究同源基因在古细菌、真细菌中的分布、进化, 以及进行功能预测, 也可以查询对各种属特异的基因, 是对NCBI的COGs系统的一个…     

基因调控网络的生物信息学研究

DNA微阵列技术和蛋白质质谱技术为基因调控网络的研究提供了可能的技术装备.基因调控网络的研究试图以系统的观点为出发点,从基因之间相互作用的角度揭示复杂的生命现象.基因调控网络是功能基因组学研究的重要内容,也是当前生物信息学研究的前沿.本文着重从生物信息学的角度对基因调控网络的研究从源起内容到方法进行了全面的回顾和总结.     

福氏2a志贺氏菌301株基因组水平的缺失基因分析

在完成福氏2a志贺氏菌 301株全基因组序列测定工作的基础上, 以非致病性大肠杆菌K12 MG1655株的全基因组序列为参比对象, 进行比较基因组学分析. 结果显示, 与大肠杆菌基因组相比, 福氏2a志贺氏菌 301株基因组中共有136个长度大于1000 bp的片段缺失, 总长为717253 bp. 这些缺失片段中共包含670个可读框(ORF). 通过对ORFs编码产物的功能预测和分析, 发现这些缺失的ORFs主要编码与细菌代谢相关的酶类、结构蛋白、基因转录调控因子以及与细菌遗传物质水平转移相关的元件. 这不仅从全基因组水平揭示了两种具有不同生物学特性和表型的重要肠道细菌的分子差异, 而且为进一步探索其生理活动过程、致病机制以及肠道细菌间的进化等诸方面的问题提供了有价值的线索.     

高粱叶绿体psbD基因的克隆及其高效表达

近年来光合作用基因工程的研究进展十分迅速,许多重要的编码光合作用反应中心的蛋白质及酶的基因,已在多种植物叶绿体基因组及核基因组上定位并测定了其碱基序列,杉浦昌弘等先后完成了烟草、水稻等高等植物叶绿体基因组全序列分析,但是C_4植物除玉米外,叶绿体基因的研究较少,高粱是主要的C_4植物,其叶绿体光系统基因的研究国内外均     

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.     

日新月异的RNA二级结构预测

对RNA结构与功能的研究是当今生物信息学一个非常重要的课题。对RNA自身功能的认识在当前已经得到了极大的拓展和深入。而研究它更可以作为研究蛋白质结构与功能以及DNA序列中基因信息的突破口．本系统介绍了从上世纪70年代以来发展至今的各类RNA二级结构预测算法。从对RNA结构预测方法的追溯和跟踪。对当今RNA研究的进展和形势作了一个总结。并预测了这一领域未来的研究发展趋势．     

基于多级优化的真核生物基因结构预测

基因结构预测对于发现新基因、了解基因组结构规律具有重要作用, 是各类基因组计划的重要内容. 但对于真核生物, 现有基因预测方法的效果仍不理想. 为探讨多级优化的真核生物基因结构预测方法, 在将复杂的多基因结构预测问题划分为基因级(单外显子基因、多外显子基因)、元件级(外显子、内含子等)和特征级(功能位点信号、密码子使用偏好等)等多个层次上的一系列较简单子问题的基础上, 通过从简单到复杂进行逐级优化的策略, 建立了基因结构预测的多级模型, 设计了基因结构寻优的动态规划算法, 开发了真核生物基因结构预测系统GeneKey(1.0). 用广泛采用的数据集对该系统进行测试的结果表明, GeneKey(1.0)的预测精度在核苷酸、外显子和基因水平上均高于著名系统GENSCAN. GeneKey(1.0)已提供网上服务(http://infosci.hust.edu.cn).     

扬子鳄的线粒体全基因组与鳄类系统发生

通过酶切、克隆、测序, 结合Long-PCR和Primer Walking法对扬子鳄线粒体DNA基因组进行全序列测定. 结果表明, 扬子鳄线粒体基因组DNA序列全长为16746 bp, 其基因组碱基组成为29.43%A, 24.59%T, 14.86%G, 31.12%C. 与其他大多数脊椎动物相同, 其基因组由13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因及1个非编码的控制区(D-loop)组成. 基因的排列与已测序的鳄类相似. 在全序列分析的基础上, 对12S rRNA基因序列、16S rRNA基因序列、蛋白质编码基因序列及其合并数据用MP法和ML法构建系统发生树, 结果表明扬子鳄与密河鳄的亲缘关系较近, 支持传统观点. 根据ML树的支长数值估计钝吻鳄属发生的时间为74.9 MaBP, 扬子鳄与密河鳄分歧的时间为50.9 MaBP.     

水稻黄矮病毒基因3的结构分析

从病毒基因组和感病水稻ｍＲＮＡ的ｃＤＮＡ克隆测得了水稻黄矮病毒基因３的核苷酸序列,基因３全长１０６８个核苷酸,包括１９个核苷酸的５‘端非编码区,１６４个核苷酸的３’端非编码区和８８５个核苷酸的蛋白质编码区,可编码一个２９５年氨基酸的蛋白质。     

SARS-CoV蛋白质组的生物信息学及其进化关系

一种新的冠状病毒 SARS-CoV是引起严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)的病原体. 对由SARS病毒全基因组序列推导出的所有蛋白质逐一进行分子量、等电点、分子消光系数等物理化学性质计算, 以及跨膜区和亚细胞定位预测, 辅以保守序列家族数据库搜索, 预测SARS-CoV功能未知蛋白质的功能. 同时, 通过SARS-CoV与其他冠状病毒蛋白质同源序列比较和进化距离计算, 分析SARS病毒的分类地位以及与其他冠状病毒的进化关系. 结果表明, 尽管SARS病毒是不同于其他3组冠状病毒的一种全新冠状病毒, 但在进化关系上更靠近牛冠状病毒BoCoV和鼠肝炎病毒MHV. 为实验测定SARS病毒蛋白质组以及抗SARS疫苗研制提供了参考和帮助.     

拟南芥代谢通路下基因调控网络的构建

基因调控网络在研究基因之间的调控关系及揭示复杂的生命现象方面有着重要的意义. 拟南芥整个生长过程是由基因网络所调控. 本文利用拟南芥代谢通路下基因共表达这一属性, 结合启动子序列分析的生物信息学方法来预测拟南芥代谢通路下基因的调控关系. 基于这种方法, 一共预测到2268对具有调控关系的基因对, 其中91对为高可信度的调控关系. 在我们预测到的调控关系中, 有4对调控关系已被实验验证, 实验表明本文预测的结果有一定的可靠性. 我们预测的拟南芥代谢通路下基因的调控网络, 为深入研究代谢通路在植物生长过程中所起的作用提供了方便, 有助于进一步研究拟南芥未知基因的功能.     

构建猪瘟病毒致细胞病变的PK-15细胞模型

猪瘟病毒在离体细胞培养条件下不引起宿主细胞病变, 病毒与宿主细胞之间相互作用的研究一直没有合适的模型. 以猪瘟病毒中国标准强毒石门株为材料, 通过基因工程的手段, 在构建全基因组感染性克隆的基础上, 对全基因组进行部分缺失, 获得了7.5 kb的亚基因组, 以携带野生型猪瘟病毒的PK-15细胞为宿主, 用亚基因组进行转染, 得到了能够诱导PK-15细胞产生CPE的亚基因组病毒, 检测显示产生CPE的细胞培养物中野生型基因组和亚基因组共同存在. 猪瘟病毒致细胞病变模型的构建, 为进一步研究其致病的分子机制开辟了新的方向.     

菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因全序列分析

在干旱和盐碱环境下,许多高等植物细胞中积累甜菜碱。一般认为甜菜碱是一种无毒渗透保护剂,它的积累使植物细胞在渗透胁迫下仍能维持正常功能。最近通过对玉米甜菜碱醛脱氢酶近等基因系的研究,为甜菜碱的这一重要生理功能提供了直接的证据。甜菜碱是由胆碱经过两步氧化反应生成。催化这两步氧化反应的酶分别是胆碱单氧化物酶(CMO)和甜菜碱醛脱氢酶(BADH,EC1,2,1,8),从菠菜、甜菜、山菠菜、大麦和高梁中克隆了BADH cDNA,但BADH基因组序列尚未见报道。现已证明BADH mRNA的合成是受盐诱导的。为进一步研究BADH基因的结构特性和表达调控,本文构建了菠菜的基因组文库,克隆并分析了BADH基因全序列及5′端上游调控区序列。     

一个水稻P450 CYP72A基因簇受病原菌诱导和发育及组织特异性表达

细胞色素P450超基因家族广泛参与植物的各类生命活动,包括植物对病原菌的防卫反应.我们在植物病原菌诱导基因的DD-PCR分析时,分离到一个受病原菌侵染诱导的水稻cDNA片段.水稻基因组公布后,发现该片段位于1个包含7个P450 CYP72A基因(CYP72A17～23)的基因簇的保守部分.以此片段搜索水稻数据库发现,水稻CYP72A家族有14个成员,这14个蛋白质之间的差异主要在N端,C端则同源性很高.我们分别对该基因簇的7个成员进行了表达特性分析,发现其中CYP72A18,19,22和23的表达受稻瘟病菌侵染的调节,而且在抗、感植株中的表达存在明显差异.除CYP72A20外,其余6个CYP72A基因均具有发育和组织特异性表达的特征.CYP72A20在所有研究中均检测不到信号,可能为一个假基因.这些发现为水稻P450基因功能的研究提供了新的资料.     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因.利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合,构建了含4892个单株的F2定位群体.同时,利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库,构建了一个覆盖目标基因位点的长约213kb的跨叠克隆群.根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列,以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序,设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位.xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离,标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM,物理距离约为24 kb.对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测,揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因.对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.     

高等植物基因的内含子

针对高等植物基因的内含子结构和功能的研究现状进行了评述，内含子是真核基因的一个重要组成部分，对其结构和功能的认识随着研究的深入而不断变化（或华），高等植物基因内含子的结构特征既有保守性，又有差异，它的剪辑过程涉及诸多频式元件和反式因子之间的相互作用，如5′剪辑位点、3′剪辑位点以及各种蛋白质因子，高等植物基因内含子的剪辑过程是真核生物表达的一个重要环节，特别是内含子的可为剪能够调节基因的时空表达。另外，高等植物基因内含子序列在基因表达调控中也具有重要作用，如影响基因的表达模式、增强基因的表达水平和启动基因的表达等。     

基因结构预测

人类基因组计划已经完成,基因组研究的热点已从基因组测序转向对基因组表达的分析和对蛋白质结构和功能的预测。大量生物分子的数据需要综合运用数学、物理、计算科学和信息科学等进行分析和处理,从而产生了生物信息学这门崭新的学科。本文介绍了基因结构预测的基本步骤和相关软件的原理及使用,综述了国外在启动子、转录因子、剪接位点等基因功能位点预测方面所取得的最新进展。     

蛋白质组(proteome)研究——后基因组时代的生力军

随着人类基因组计划的全面推进与十余种模式生物基因组全序列测定的完成 ,基因组计划的重心已逐渐由结构基因组研究转移到功能基因组研究 ,生命科学随之开始了一个新的纪元———后基因组时代 ,蛋白质组研究则应运而生 .现在简要介绍后基因组时代的生力军———“蛋白质组研究”问世的历史背景、定义与内容、技术路线与相关方法、已有进展及趋势 ,并提出了我国蛋白质组研究的应对策略 .     

植物反转录转座子功能研究进展

反转录转座子(retrotransposon),是一类以RNA为中介,在反转录酶的参与下,进行自我复制并整合到基因组其他位点中的转座元件(transposableelements,TEs).反转录转座子是许多真核生物基因组的主要组成部分,在高等植物如玉米、小麦等作物中含量丰富.这些反转座子的功能及生物学意义一直以来都存在争议,但越来越多研究表明,它们对于邻近基因的表达调控以及整个生物体基因组的进化有着深远的影响.本文主要从反转座子与非编码RNA的联系及其转座过程所产生的基因结构变异、反转座基因等方面,概述了植物中反转座子功能的相关研究进展.     

基于剪接信号和调节元件序列特征的剪接位点预测方法

结合剪接相关的剪接信号和调节元件的序列特征信息, 发展高效的剪接位点预测方法, 是真核生物基因预测中一个新课题. 运用熵密度分布(EDP)距离方法、权重数组法(WAM)、κ检验等算法建立了剪接位点相关的剪接信号的统计模型, 同时基于无监督自学习的基序检测方法建立了调节元件的统计模型, 在此基础上设计了基于多层次支持向量机(SVM)的剪接位点预测新算法, 实现了真核基因剪接位点的从头(ab initio)预测. 对人类基因组剪接位点数据的大规模测试结果表明, 本研究提出的方法能够有效地预测人类基因组中的剪接位点, 预测水平不仅全面高于传统的基于剪接信号的预测方法GeneSplicer, 而且在总体预测精度上达到并大部分超过基于调节元件信号的预测方法SpliceScan. 对于低GC含量的基因序列, 本文方法的预测精度明显地高于其他两种方法.