粟酒裂殖酵母中3个新的box H/ACA snoRNA的鉴定及意义

真核生物rRNA和snRNA中特定位点的假尿嘧啶化修饰是由box H/ACA snoRNA指导的, 这些RNA通常具有保守的H和ACA元件以及“发夹-铰链-发夹-尾”的二级结构. 通过筛选cDNA文库, 从粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)中鉴定了3个新的box H/ACA snoRNA, 分别命名为SP12, SP16和SP20. 这些小分子RNA 3′末端都具有ACA类元件, 其二级结构中包含2或3个较大的类似发夹的结构. 尽管SP20 的H元件并不典型, 但能折叠成典型box H/ACA snoRNA的二级结构, 推测其具有指导18S rRNA上U1208和U1053两个位点的假尿嘧啶化修饰的功能. 相反, SP12和SP16的二级结构不同于SP20, 并且也没有与rRNA或snRNA互补的反义元件, 所以被称为“功能未知的向导snoRNA(orphan guide RNA”, 其功能尚有待阐明. SP12和SP16的基因都位于2个编码蛋白质基因的间隔区, SP16 snoRNA是从一个较大的RNA前体剪切加工而来. 有趣的是, SP20基因位于一个预测的蛋白质基因的编码区中, 但转录方向相反. Northern杂交和RT-PCR分析都无法检测到该蛋白质基因的mRNA, 表明该基因在细胞中的表达是不存在的. 这是粟酒裂殖酵母中一个推测编码蛋白质的基因位点反向编码一个小分子RNA的首次报道.     

23种新的水稻boxC/D snoRNA的鉴定及功能分析

构建了一个水稻核内小分子RNA的cDNA文库, 经初步筛选获得30种boxC/D snoRNA. 与目前已鉴定的水稻snoRNA序列相比较, 除了U14等7种snoRNA 之外, 其余23种均为首次在水稻中发现. 在23种新的水稻boxC/D snoRNA中, 11种只存在于水稻中, 其余12种中, 6种为植物特有, 6种在酵母、动物和拟南芥中存在同源分子. 17种snoRNA指导了水稻5.8S, 18S和25S rRNA中24个2′-O-核糖甲基化修饰核苷, 其中19个靶位点的修饰已被证实. 6种新的水稻snoRNA不具有与rRNA互补的反义序列, 是一类新的snoRNA. 研究结果表明, 通过构建核内小分子RNA的cDNA文库可以有效地分离和鉴定水稻中新的snoRNA. 这些新发现的snoRNA对于阐明植物snoRNA基因组织和表达以及rRNA中2′-O-核糖甲基化修饰位点的产生机制具有重要意义.     

粟酒裂殖酵母一个新的box C/D snoRNA的鉴定、功能分析及进化意义

通过筛选粟酒裂殖酵母核内小分子RNA的cDNA文库，获得了一个新的小分子RNA序列。该RNA具有典型的box C/D snoRNA的保守元件和结构特征，并具有一段与25S rRNA互补的、长度为10个核苷酸的反义序列，推测其可指导25S rRNA G940 位点2’-O-核糖甲基化修饰。经dNTP浓度依赖性引物延伸实验验证，G940确实为2’-O-核糖甲基化修饰位点。功能元件比较分析揭示该snoRNA的上游反义序列与酿酒酵母snR60 的下游反义序列同源，故命名为snR60-Ⅱ。snR60-Ⅱ基因位于一个非编码RNA基因的内含子中，其产物由宿主基因转录后的RNA前体加工而来。这是酵母snoRNA由非编码RNA基因内含子编码的首次报道。通过计算机分析，本研究还从真菌和果蝇中分别发现了一批酵母snR60功能同源分子。在不同生物中，snR60存在独立基因编码、内含子编码和多顺反子转录等多种基因组织形式，表明snR60在进化过程中具有高度的移动性。     

纤毛虫原生动物的分子生物学研究:若干热点领域及新进展

作为分子生物学研究的重要模式材料,纤毛门原生动物在细胞生物学、遗传学、基因组学、生态学以及真核生物的起源和进化等领域均具有重要的研究价值.近年来,本团队在纤毛虫多样性和细胞学研究的同时,聚焦在纤毛虫的分子生物学领域并形成了一批新成果:完成了多个代表性类群2000余条标记性基因的测序和提交以及基因标记筛选、拓扑结构优化等相关的方法学探讨;以此为基础,开展了门内50余个纲目级阶元系统关系的梳理以及基于多基因分析对整个纤毛门的系统树重构建;揭示了四膜虫(Tetrahymena)的一个重要表观遗传学新现象,即特异性修饰组蛋白H3第27位赖氨酸的单甲基化酶TXR1的敲除将严重影响DNA复制延伸的速度和保守度,证实了表观遗传信息的微扰可直接影响遗传信息的复制;对具沟急游虫(Strombidium sulcatum)等6个代表种的转录组/全基因组/线粒体基因组的测序和分析,为纤毛虫进化过程中关键节点种类定位、寻找功能基因家族与形态特征的相关性提供了大量信息;首次发现了选择性拼接在钩刺斜管虫(Chilodonella uncinata)的基因家族中广泛存在并提出一新的理论模型:选择性拼接可能是基因乱序进化过程的中间形式,为探讨纤毛虫物种分化、形成机制提供了一新的视角;在对DNA条形码候选基因分析比较的基础上,初步揭示出不同纤毛虫类群生境间的迁移机制,发现和定位了4个优良候选区段并构建了80余种代表性类群的基因条形码数据库.     

EXO70在拟南芥和水稻基因组中的倍增

作为胞泌复合体的一个重要组件,EXO70在人类、小鼠及酵母中均由单基因编码.为研究EXO70在拟南芥和水稻基因组中倍增的异同,从拟南芥和水稻基因组中钓取所有的EXO70家族基因,分析后发现,拟南芥中包含23个EXO70基因,其中15个基因位于染色体的负链;选择性剪接的存在共产生27种成熟的m RNA.水稻中共发现47个EXO70基因座,它们分别分散于12条染色体的正负链,其中的29个基因位于正链;分别包含Os EXO70H3和Os EXO70H4在内的11号染色体和12染色体的5′端存在一段约2×106 bp区段的序列高度同源;Os EXO70基因倍增的复杂性高于拟南芥EXO70.EXO70基因在拟南芥和水稻中均存在密码子使用偏好性,At EXO70和Os EXO70的密码子偏好性存在较大的差异.Pfam03081是EXO70蛋白质共有的结构域,且在三维结构上极为保守,这可能决定不同的EXO70蛋白存在相同或相近的功能.结果表明,EXO70在拟南芥和水稻2个物种进化中均存在多次加倍,Os EXO70倍增的次数、方式和复杂性都高于At EXO70;高度保守的Pfam03081可能是决定EXO70蛋白功能的关键因素;像其他基因一样,EXO70同义密码子的偏性模式存在明显的物种特异性.     

新基因的起源与进化

随着基因组数据的大量积累, 人们愈加认识到各种有机体中基因数目的巨大差异. 这些差异的存在表明, 新基因如何产生不仅是一个重要的进化生物学问题, 也是生命科学中面临的一个基本问题. 对新基因起源机制的探索, 可以追溯到大半个世纪以前, 然而直到上世纪90年代第一个年轻基因——精卫基因(jingwei)的发现, 才使以实证方法研究新基因起源的分子机制成为可能. 此后的10多年中又陆续发现一些新的年轻基因的例子, 对这些基因起源与进化的研究极大地丰富了人们在这一领域的认识. 但目前有限的例子难以从整体的水平对基因组中新基因产生的速率以及新基因的产生对原基因组的影响等问题作出解答. 我们正致力于在基因组的水平寻找更多年轻基因的实例, 以期总结新基因起源与进化的一般规律.     

非编码RNA: 比较近缘物种及寻找雄性功能基因

非编码RNA是近来发现的一类具有重要功能的基因. 本文针对“果蝇近缘物种间性腺特异ncRNA表达图谱存在显著差异”一文, 讨论其涉及的内容对ncRNA研究领域发展的意义. 该文采用比较基因组分析与基因间区RT-PCR相结合的简便而有效的非编码RNA检测手段, 在黑腹果蝇中鉴定出12个性腺特异性表达的非编码RNA基因, 并发现他们在黑腹果蝇及其近缘种间的表达存在差异. 这一结论一方面暗示了同一个非编码RNA基因在物种进化过程中演化出了各自的表达调控机制, 另一方面也为性别发育生物学和进化生物学研究提供了一个有价值的ncRNA基因的研究平台.     

果蝇3个新的小分子非编码RNA的鉴定

通过比较基因组和分子生物学方法分析了果蝇属中5种果蝇全基因组内含子区域的保守序列, 获得了3个新的非编码RNA基因. 其中一个为具有典型的box C/D家族保守元件及结构特征的核仁小分子RNA基因, 其功能序列可介导28S rRNA的C2673位点的核糖甲基化修饰. 另外两个为miRNA基因, 其转录序列可形成典型的miRNA前体茎环结构; 在果蝇发育的4个时期均可表达产生长度为23个核苷酸的成熟RNA分子. 结果还表明, 在长度为100~500 bp区间的黑腹果蝇基因内含子中存在396个多物种保守序列(MCIS), 这些序列除编码小分子RNA外, 还可能与影响基因转录或转录后加工的顺式元件有关.     

Azorhizobium caulinodans ORS571结瘤位点5(nod locus 5)5′端上游DNA片段的诱导型启动子功能

近来年,对根瘤菌结瘤基因启动子的研究十分活跃,已发现在NodD蛋白存在时,结瘤基因启动子受宿主豆科植物分泌的类黄酮类物质诱导,使下游结瘤基因转录.这类启动子在结构上相当保守,大都含有“nod box”.已经报道在Azorhizobium caulinodans ORS571中存在与根瘤菌中nodABC相似的nod     

基因重复在基因选配(gene co-option)过程中的重要作用: 对motilin/ghrelin 荷尔蒙基因家族及其受体基因家族的进化研究

原先存在的基因经过一些改良可能获得新的属性从而承担新的功能. 在分子遗传的层次, 这个过程通常伴随基因重复以及基因重复后旁系同源基因的功能分化. 本研究探索了基因重复后荷尔蒙、受体间特异性相互作用的演化形成. 尽管对这个问题已有相关研究报道,但针对更多个案的研究能帮助我们更好地理解此前已经提出的进化模型的普遍性, 可能还有助于发现新的进化模式. 基于生物信息学的手段, 结合比较基因组学、系统发育学的方法, 本研究揭示, ghrelin 前体基因和motilin 前体基因是由一个祖先基因重复而来, 基因重复发生在羊膜动物与两栖动物刚刚分歧之后. 与此形成鲜明对照, 它们各自的特异性受体却呈现了很不一样的进化历史. GPR39 最先分化出来, 而后一个祖先基因经连续的基因重复分化为鱼类特异的进化支A, GHSR 和MLNR, 基因重复发生在射线鳍鱼(ray-finned fish)与四足动物分化之前. ghrelin/GHSR 信号系统的功能从鱼类到哺乳动物的进化过程中始终保守. motilin-MLNR之间的特异性相互作用是荷尔蒙基因重复后, MLN 与GHRL 基因分化之后, 在羊膜动物世系中配体与受体协同进化而形成的. 该结果提示, 在分子水平上, 基于保守的分子元件, 新的神经内分泌响应模式能够通过基因重复后的基因选配过程形成. 基因重复既节俭又极具创造力, 为生物多样性的演化提供了物质基础.     

20世纪80年代华中地区H7N8禽流感病毒的分子特征

对1985年从湖北家禽分离的禽流感毒株A/duck/Hubei/216/1985/H7N8进行了分子特征和致病性研究. A/duck/Hubei/216/1985/H7N8的HA蛋白在HA1和HA2连接处, 含有连续多碱性氨基酸(-PEIPKGRG-), 为低致病性分子特征, 而且其M, NP, NS, PA和PB2基因的宿主相关氨基酸位点与H5N1病毒相似. 进化分析结果显示, A/duck/Hubei/216/1985/H7N8的M, NS和PB2基因与Gs/Guangdong/1996/H5N1亲缘关系较为紧密, 表明20世纪80年代中期高致病性Gs/Guangdong/ 1996/H5N1毒株的部分内部基因在华中地区流行. 动物感染实验结果显示, A/duck/Hubei/216/ 1985/H7N8对鸡和小鼠为低致病性, 与HA基因的分子特征相一致.     

节尾狐猴二氧化碳感知相关基因CAⅡ的序列分析及进化意义

碳酸酐酶Ⅱ(CaⅡ)基因和D 型鸟苷酸环化酶(GC-D)基因是二氧化碳感知通路上的2个相关基因. 本研究测定了节尾狐猴的CAⅡ基因序列, 并利用GenBank 数据及文献等提供的8 个物种的CAⅡ基因和GC-D 基因的序列, 比较2 个基因树的拓扑结构和遗传距离, 发现这2 个基因具有一致的进化趋势, 表明二氧化碳感知通路上的相关基因间可能存在着较强的进化关联与一致进化趋势.     

水平基因转移在生物进化中的作用

水平基因转移现象的发现揭示出生物进化的另一条途径,并引发研究人员对生物进化描述方式进行更多的思考和讨论.目前普遍认为,水平基因转移在原核生物和单细胞真核生物中发生较为频繁,并且是二者进化的重要动力,但在多细胞真核生物中,其发生范围及进化意义尚存争议.本文列举原核生物、单细胞真核生物以及多细胞真核生物3个重要类群(动物、植物、真菌)中已被报道的部分研究实例,分析水平基因转移在这些类群进化过程中的作用及其产生的影响.此外,还简要地介绍了目前水平基因转移常用的检测手段、可能的发生机制以及其发生的倾向性,并对未来多细胞真核生物水平基因转移事例的发现作出预测.     

灵长类泌乳刺激素基因的插曲式进化

采用PCR方法从4个灵长目物种中获得了泌乳刺激素(Prolactin, PRL)基因的第2~5外显子的序列, 结合GenBank中已有的序列, 计算了PRL基因在灵长目中的氨基酸替换速率. 对异义替换速率和同义替换速率进行比较的结果显示, 在灵长目进化的过程中未发现任何一个枝系有正选择作用的迹象. 此外, 用最大似然(Maximum-Likelihood, ML)法没有检验到任何一个受到正选择作用的位点; 在快速进化时期内发生的所有32个氨基酸替换中, 只有2个位点包含在功能重要的40个氨基酸之内, 提示所发生的氨基酸替换主要集中在功能上并不是很重要的位点上. 此外, 在PRL基因的快速进化过程中, PRL的部分功能被胎盘泌乳刺激素(placental lactogen, PL)所替代. 基于以上原因, 推测发生在灵长目PRL基因的快速进化很可能是选择压力的放松, 而不是正选择作用的结果.     

鼠伤寒沙门氏菌purB受purR调控的实验证据

通过遗传图和序列同源性分析获得了鼠伤寒沙门氏菌purB核苷酸序列。为揭示鼠伤寒沙门氏菌purB是否受purR调控，对purB基因的PUR box进行了功能分析。PCR扩增野生型PUR box和其第14位保守碱基发生突变（C→T）的DNA片段。分别与从鼠伤寒沙门氏菌野生型菌株LT2提取的P urR粗制品进行了凝胶阻滞实验。结果表明，purB基因的PURbox与PurR阻遏蛋白有很好的结合能力，而突变的PUR box则不能与PurR阻遏蛋白结合。可见，野生型鼠伤寒沙门氏菌purB与嘌呤从头合成途径中其他结构基因一样是受purR基因协同调控的。此外还对不受调控的实验现象的机制做了研究。结果表明purB组成型表达是purB::MudJ基因融合发生在PUR box上游（－554bp)的结果。这一结果还为鼠伤寒沙门氏菌purB基因与其上游ycfC基因属于同一操纵子提供了有力的证据。     

利用EST及生物信息学方法挖掘马铃薯中miRNA及其靶基因

microRNA (miRNA)是一类调控真核基因转录后表达的非编码小分子RNA. 大量研究表明, miRNA在调节生物功能方面起着重要的作用. 目前发现miRNA的主要方法有直接克隆法和基于生物信息学的基因搜索和同源搜索. 由于真核生物组织中有些miRNA的丰度较低, 而且其表达具有组织和时序特异性, 采用直接克隆法发现新的miRNA有时较为困难. 采用生物信息学方法寻找未知miRNA是当前发现和鉴定miRNA的重要策略之一. 本研究联合了几种生物信息学方法预测了马铃薯(Solanum tuberosum)中miRNA及其靶基因. 通过把拟南芥、水稻等植物已知的miRNAs与马铃薯EST数据库进行比对搜索, 筛选出候选的miRNA. 之后, 设置一系列严格的筛选标准, 分析候选miRNA序列特征, 包括碱基错配、二级结构、(A+U)含量、能量水平等. 最后, 从上述候选库中筛选出了22个miRNA. 进一步利用新鉴定的miRNA序列, 预测到43个靶基因. 分析结果表明, 上述大多数靶基因编码的产物为转录因子及重要代谢酶类, 它们调控着植物的生长发育, 信号转导及各种胁迫反应.     

EXO70基因在甘蓝和白菜基因组中的倍增与趋异进化

为探明EXO70基因在白菜和甘蓝基因组中的倍增,从BRAD数据库中分别搜索并鉴定出39和45种不同的EXO70基因.分析发现,同种EXO70及其编码基因在白菜和甘蓝中极度保守,不同类型EXO70的氨基酸组成存在差异,pfam03081是每个EXO70蛋白所共有;不同EXO70基因的外显子数目差异明显,尤以EXO70A的外显子数目最多;Bo EXO70在进化过程中发生了较BrE XO70程度更高的DNA丢失情况;白菜和甘蓝EXO70基因总的密码子偏性近乎相同,而不同类EXO70基因之间的密码子使用却出现程度不同的差异.得出推论,尽管EXO70基因在两物种中拥有近乎相同的倍增模式,它在甘蓝中的倍增程度高于白菜;同种类型的EXO70基因在白菜和甘蓝中高度保守,pfam03081是决定EXO70蛋白功能的关键因素;EXO70基因在两个物种内的倍增表现出趋异的进化.     

低等脊椎动物中存在基因组印迹进化的基础

哺乳动物配子发生过程中双亲特异性甲基化印迹导致父母双方的基因组在发育中的不等性和互补性, 使父母双方的基因组对正常发育都是必需的. 因此, 基因组印迹是胚胎发育过程中基因组整体水平上基因表达调控至关重要的第一步, 也是哺乳动物两性生殖的表观遗传基础. 但基因组印迹在脊椎动物中的进化起源、形成并维持稳定的表观遗传修饰分子机制都还完全不清楚. 在动物界, 由于至今未在非哺乳动物中发现内源印迹基因, 基因组印迹被认为可能是胎生哺乳动物单独进化出来的. 为探索基因组印迹的进化起源, 本文研究了哺乳动物印迹基因在低等脊椎动物的同源基因中是否存在双亲特异性差异甲基化区域. 通过用重亚硫酸氢盐测序的方法, 对金鱼Igf2基因的CpG岛在精子、卵子、不同发育阶段胚胎以及成体不同组织中的甲基化情况进行分析, 结果表明, 与哺乳动物Igf2基因一样, 金鱼Igf2基因内部也存在差异甲基化区域, 该区域在卵子中没有甲基化, 在精子中被高度甲基化; 但与哺乳动物印迹基因不同, 金鱼的双亲特异性甲基化差异不能在胚胎发育过程中保持稳定, 可能是脊椎动物进化早期的一种初级的基因组印迹. 这些结果说明, 低等脊椎动物中存在基因组印迹进化的基础, 基因组印迹不是哺乳动物单独进化产生的     

纤维黏连蛋白与白血病抑制因子对小鼠胚泡基质金属蛋白酶基因表达的影响

采用反转录－聚合酶链式反应（RT－PCR）检测了纤维黏连蛋白（FN）及白血病抑制因子（LIF）对小鼠胚泡基质金属蛋白酶基因（MMPs)表达的影响。将胚泡分别加入以下4种胚泡培养液中培养：第1组用FN铺碟;第2组,无FN铺碟;第3组,无FN铺碟,加入20ng/μL白血病抑制因子（LIF）;第4组,用FN铺碟,加入20ng/μL白血病抑制因子（LIF）,然后分别应用MMP－2,－9的引物对经不同培养液培养,培养时间不同（分别为6,12和24h）的小鼠胚泡总RNA进行RT－PCR检测、电泳分析及克隆鉴定。结果显示,第1组培养12和24h的胚泡可产生MMP－2和MMP－9 mRNA;第3组培养24h的胚泡可产生MMP－2和MMP－9 mRNA;第4组,培养6,12和24h的胚泡均可产生MMP－2和MMP－9 mRNA;而第2组培养6,12和24h的胚泡均无MMP－2和MMP－9 mRNA产生。以上结果表明,FN可能通过其整合素受体的信号转导通路,启动MMP－2,MMP－9基因转录mRNA;另外LIF对MMPs mRNA的表达也有一定的促进作用,它们共同协调胚泡的侵入能力和子宫内膜的接受能力,保证植入的准确性。     

"生命天书"打开新篇章--人类第6号染色体成功破译

继人类第7、14、20、21、22号染色体和Y染色体上的基因于近年陆续被破译之后,英国科学家日前又破译出人类第6号染色体上的基因,使得人类染色体这部包含23“章”的“天书”被破译出7“章”