“垃圾”DNA的奥秘

依据DNA双螺旋和遗传信息的中心法则,只有编码蛋白的DNA才被认为是有功能的.然而人类基因组大小与蛋白质数量矛盾以及生物体进化与基因组大小的不相关性(即C值悖论),导致科学家对非编码DNA概念的提出,戏称这些DNA为"垃圾"DNA.随着第二代测序技术发展以及数据分析能力的提升,大量研究表明,这些"垃圾"DNA很多都可以在生理与疾病状态下特异性转录.同时,疾病全基因组相关联研究显示,大量与疾病相关单核苷酸多态性位点位于非编码区,这共同证明了它们是有功能的.进一步研究表明,人类基因组中至少75%的序列是转录的,并将这些转录且不编码蛋白质的产物称为非编码RNA.本研究组系统总结了3大类非编码RNA包括微小RNA、长链非编码RNA和环状RNA的定义和分类以及在疾病中的功能,对这些的非编码RNA的研究将会为疾病的治疗以及诊断方法开启新纪元.     

复杂的RNA与复杂的基因组

根据分子生物学的“中心法则”(central dogma)．遗传信息在几乎所有生物体内都是从DNA传递到RNA，然后再从RNA流向蛋白质。显然，RNA是一座“桥梁”，负责DNA和蛋白质之间信息的流通。在这个过程中，首先是将基因组DNA上的基因信息“复写”到一种称为mRNA的RNA分子上，然后再将mRNA含有的基因信息“翻译”为构成蛋白质的氨基酸序列。     

开启mRNA技术实用化大门的钥匙——浅析2023年度诺贝尔生理学或医学奖

<正>在现代生命的中心法则中,RNA是遗传信息的传递者和重要的调控者.其中,信使RNA(messenger RNA,mRNA)作为中间分子,将DNA编码的信息传递到蛋白质序列,因而在发挥疫苗和药物功能时具备许多独特的优势.从1961年mRNA的发现到2020年新型冠状病毒感染全球大流行期间的mRNA疫苗接种,mRNA技术经历近60年的发展,最终进入了大规模的临床应用阶段.在这一过程的早期,科学家们陆续突破了mRNA的实验室合成、在细胞内表达蛋白质、递送进入动物     

最初的酶是蛋白质,还是核酸?

生命由三个要素构成。第一,生命同外界之间具有境界膜。生命存在于为这境界膜所隔离的微小环境下。现在的生物细胞膜组成以脂质和蛋白质为主。第二,生命具有自我复制能力,即具有产生的后代同自己相似的自我保存能力,这功能基于DNA携带的遗传信息。第三,生命具有自我维持功能,换句话说,就是能进行代谢活动。在现在的生物中,合成核酸和蛋白质的顺序是: DNA 转录 RNA 转译蛋白质这就是著名的中心法则。现有的生物都以这样的顺序从DNA生物合成(转录)RNA的,但最近有人认为在最初生命诞生时不用DNA、而是以RNA作为遗传信息体的。其根据有以下几个方面:1.各种RNA(如mRNA、rRNA、tRNA等)同蛋白质的生物合成关系密切,同DNA则无直接联系;2.DNA是RNA糖部分2’-OH的还原,就是说可以从RNA进行生物合成;3.DNA的生物合成过程中需要短链RNA引物;4.小病毒的遗传物质是RNA,大病毒是DNA;5.RNA病毒的逆转录酶也许是留有从RNA到DNA过渡期痕迹的化石;6.NAD和FAD那样的RNA诱导体作为辅酶参与酶作用;7.在前生物合成系统中,低聚核糖核苷酸比低聚脱氧核糖核苷酸更容易被合成;8.在RNA中有的具有酶作用,等等。     

tsRNAs及其对植物响应非生物胁迫时基因表达的调控

转运RNA(tRNA)衍生的小RNA(tRNA-derived small RNAs, tsRNAs)是一类新兴的保守非编码RNA,通常由在胁迫条件下发生的核酸内切酶切割t RNA前体或成熟t RNA而产生. tsRNAs主要有两种类型,即tRNA衍生的胁迫诱导RNA(tRNA-derived stress-induced RNAs, tiRNAs,也称为tRNA半分子(tRNA halves, tRHs))和t RNA衍生的片段(tRNA-derived fragments, tRFs),两者在成熟t RNA或tRNA前体的切割位点不同. tsRNAs在原核生物和真核生物中都广泛存在,呈现时空特异性表达模式以发挥其功能,它们的失调会引发内稳态失衡(homeostatic imbalance).越来越多的证据表明, tsRNAs主要通过调控基因表达的转录、转录后和翻译水平在各种生物学过程中发挥重要作用.因此,研究tsRNAs的生物学功能及其作用分子机制已成为小分子非编码RNA领域的一个新研究热点.本文主要综述了tsRNAs的分类、生物发生、特征和生物学功能方面的进展,重点介绍了tsRN...     

遗传信息互相传递与生物学中心法则

生物学中心法则作为遗传信息载体的DNA具有两种重要功能。其一,DNA分子可进行自我半保留复制,以亲代DNA分子为模板,合成新的互补子代链。从而使遗传信息从亲代DNA分子传到子代DNA分子。其二,DNA分子还可作为模板指导RNA的合成,即所谓转录过程。通过转录,DNA分子中的遗传信息被转     

麂属rDNA限制性位点多态性及其系统进化

核糖体RNA基因家族(rRNA gene或rDNA)是一类中等重复的DNA序列,每个重复单元由非转录间隔区(nontranscribed spacer,NTS)、转录间隔区(internal transcri-bed spacer,ITS)和三种rRNA(18S RNA,5.8S RNA,28S RNA)基因编码区组成.由于rDNA遵循协同进化(concerted evolution)模式,种内个体间重复单元的序列差异不     

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.     

信息传递过程中的错误增殖与机体老化

生物大分子间的信息传递是生命的基础。根据分子生物学中的所谓中心法则,信息储存于DNA分子的碱基序列中,再按遗传密码传给RNA分子和蛋白质分子。由热力学规律,信息传递过程(DNA复制、mRNA转录和蛋白质合成)中必然会有随机性错误产生。但生命物质有自我复制的能力,许多导致蛋白质失活的错误不会长期存在,因该分子很快会被无错的分子所取代;但有些错误则不然。虽然大分子间的信息传递有固定的方向性,但作为信     

遗传信息的转录和翻译机制是怎样发现的

文章具体地介绍了遗传信息表达机制的发现过程:克里克关于序列假设、中心法则、模板RNA和连接物RNA的提出及其实验背景;信使RNA概念的形成及其转录机制的发现;转移RNA的功能及其结构的发现;在核糖体上蛋白质合成机制的确立.     

重组LacZ′基因的非常规表达

从DNA→mRNA→蛋白质的过程是极其复杂的,原核生物及真核生物细胞合成的某些蛋白质的氨基酸顺序并不总能按通用的三联密码框架从DNA或mRNA顺序中推导出来,推导的顺序与真正的顺序的差异可能来源于转录后加工过程,也可能来源于翻译过程,这些包括RNA剪接(RNA splicing)、RNA编辑(RNA editing)、翻译的重新起动(reinitiation)及核糖体移码(ribosomal frameshifting)等.这些基因表达方式的发现大大推动了对生命规律的认识,并已经成为生命科学的重要基石.     

转移核糖核酸（tRNA）结构与疾病

转移核糖核酸(tRNA)在体内有重要的生物学功能,其组成成分和结构发生异常,将会引起疾病.在本文中介绍了:1.修饰核苷假尿苷(ψ)和辫苷类(Q)与肿瘤的关系.2.tRNA~(ALa)作为抗原可导致PL-12 多发性肌炎这种自身免疫性疾病.3.人线粒体DNA编码13条多肽链、两种rRNA和22种tRNA;线粒体tRNA基因发生突变可产生非胰岛素依赖性糖尿病(NIDDM)和线粒体脑肌病伴乳酸性酸中毒及中风样发作(MELAS)等症.     

蛋白质演化的新理论

剑桥的研究人员提出一个新理论:生命早期的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)分子可能在没有核蛋白体(核蛋白体本身就是蛋白质)的帮助下就开始制造蛋白质了。转移核糖核酸(tRNA)可能通过假定具有两种构型的五个碱基对勾住信使核糖核酸(mRNA),而不是由三个碱基对勾住信使核糖核酸。     

生命现象的一种定义

生命的概念是长期以来争论不休的问题,18世纪出现了“生活力论(vitalism)”,该观点被后来的脲合成实验所否定(Wohler,1828)。蛋白质是生命现象的主体之一,但不能离开其特定的离子、pH范围及特定温度,否则它的功能就不能表现出来。1982年托马斯(Thomas)等人发现了四膜虫的rRNA可以像酶一样切割和连接自身的核苷酸链,并能集聚RNA分子。他们推测,生命的早期进化可能发生在RNA分子的自身结构上。另一种观点认为,凡具有遗传现象的     

基因为何分成小段?——一个基因模型

许多实验室对真核细胞基因的分析,对球蛋白、卵白蛋白、免疫球蛋白、猿猴病毒(SV40)及多瘤病毒的研究,都显示出DNA上的密码顺序,一般并不是连续的,而是间断的,中间插入了“不表达”的DNA。甚至那些产物不是蛋白质的基因,如酵母的tRNA基因和果蝇的rRNA基因,以及腺病毒、劳斯肉瘤病毒和白血病病毒的信息,其原始的RNA转录物也都含有在成熟期间将被切除的内部区域,故最终的tRNA或信使是一种拼接物。     

核糖体蛋白质对信使RNA的选择性

生命的两大支柱蛋白质和核酸是生命的两大支柱。脱氧核糖核酸(DNA)以密码的形式记录着遗传信息,负责传种接代。然而它所记录的只是密码,就和电报纸上的数字密码一样,并不直接表达电报内容,读起来索然无味。DNA密码必须经过转录(分子遗传学借用转录一词,来表示由DNA密码转抄成核糖核酸(RNA)密码)和翻译(分子遗传学借用翻译一词,表示将RNA密码翻译成蛋白质)的过程,就如同把电码译成电文那样,才能把那份电报的内容表达出来。DNA链、RNA链上的密码子顺序和蛋白质多肽链上的氨基酸顺序严格对应。生物界种类繁多,千变万化。但生物的一切性状,     

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。     

植物DNA从头甲基化的机制

DNA甲基化是一种常见的表观遗传修饰,与基因的表达调控、转座子的沉默及异染色质的形成等紧密相关. DNA从头甲基化是指在新位点建立甲基化修饰的过程.植物中存在多个DNA从头甲基化通路,主要分为RNA介导的DNA甲基化(RNA-directed DNA methylation, Rd DM)及CMTs(CHROMOMETHYLASEs)参与的从头甲基化.Rd DM通路在非编码RNA的介导下靶向建立甲基化修饰,可调控植物多类生长发育过程.伴随着研究的深入,多条非经典的Rd DM通路得以发现,这些通路在转座子的识别和沉默方面有着重要作用.此外,非模式植物中的研究还对CMT3参与从头甲基化的机理进行了探索.基于DNA从头甲基化机制,最近的研究开发了多种靶向DNA甲基化操控工具,这些工具将推进对DNA甲基化功能的认识,并有望进一步用于遗传操控进行作物改良.本文综述了植物DNA从头甲基化机制的最新研究进展,并针对该机制的应用进行了讨论.     

细菌转录翻译偶联机制研究

中心法则描述了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递过程。转录过程是RNA聚合酶以DNA为模板合成信使RNA的过程,翻译过程是核糖体利用信使RNA合成蛋白质的过程。与真核生物不同,细菌和古菌没有细胞核膜的分隔,其转录过程和翻译过程在相同时间、相同位置上进行。其中,RNA聚合酶与核糖体相互协同,同步完成转录和翻译的现象被称为转录翻译偶联。转录翻译偶联是细菌和古菌的一种重要基因调控机制,能同时有效地调控转录过程和翻译过程,是细菌适应复杂环境的重要生物学基础。数十年来,大量的研究逐步揭示了细菌转录翻译偶联机制在细菌基因表达调控中的作用,一系列参与转录翻译偶联过程的调控因子也被鉴定发现。近期,基于不同偶联状态的转录翻译偶联复合体结构的突破性研究,首次系统地展示了在不同信使RNA间距下,转录翻译偶联过程的动态变化,为后续研究转录翻译偶联基因调控机制提供了理论基础。     

生物体遗传物质主体的演化现象

长期以来,人们认为RNA只是遗传信息表达过程的中间环节,它主要担负着把遗传信息由DNA传递给蛋白质的使命。由1970年F.H.C.克里克修正的中心法则也可明显地看出在细胞的生命活动中两类生物大分子核酸和蛋白质的联系和分工:核酸的功能是储存和转移遗传信息,指导和控制蛋白质的合成;而蛋白质的主要功能是进行新陈代谢活动和作为细胞