基于多信息融合的酵母重组冷热点预测

减数分裂重组并非均匀发生在基因组上,而是在一些区域有着较高的重组频率(重组热点),在另一些区域重组频率较低(重组冷点).重组的发生不仅与序列特征有关,还依赖于染色质的结构.准确鉴定重组热点和冷点对于认识重组发生的分子机制以及基因组进化规律具有重要意义.本文首先在实验数据的基础上识别2 kb尺度的重组冷热点,然后采用多样性增量结合二次判别分析(IDQD)和支持向量机(SVM)算法,基于一系列与DNA序列、结构及其热力学稳定性以及染色质结构相关的特征对酵母的重组冷热点进行了分类预测.结果表明,预测模型能够有效区分重组冷热点;从预测结果的敏感性、特异性和总精度来看,IDQD算法优于SVM算法.     

哺乳类动物的基因打靶

利用真核生物性细胞减数分裂时产生的同源序列间的交叉和同源重组机制,能够定向修饰基因组DNA,这就是基因打靶。     

人类基因组中减数分裂重组对二核苷偏好性的影响

二核苷相对丰度谱是反映基因组整体水平上的选择压力或突变偏好性的“基因组指纹”, 它在基因组进化研究、系统发生分析中发挥着独特而重要的作用. 因此, 揭示基因组指纹的形成和进化的压力是基因组进化研究的重要内容之一. 本文着重研究人类基因组中二核苷偏好性和减数分裂重组率的关系. 结果发现, 在整个基因组范围内编码序列的总体二核苷偏好性与重组率显著负相关, 而对非编码序列来说却显著正相关. 另外, 本研究给出了特定二核苷偏好性与重组率的关联模式, 并讨论了重组率与二核苷偏好性的相互作用机理. 结果表明, 重组对基因组指纹的形成与进化有着重要的作用.     

人工创制植物无融合生殖的研究进展

无融合生殖(apomixis)是指植物绕过正常减数分裂与受精过程形成克隆种子的一种无性生殖方式.无融合生殖具有固定杂种优势的潜力,长期以来一直是研究的热点.但是,由于其形成机制复杂一直未能取得突破.在深入研究植物有性生殖机制的基础上,通过人工设计创制无融合生殖有望成为实现杂种优势固定的一个可能途径.研究发现,同步突变多个减数分裂关键基因可以将减数分裂过程转换为类似有丝分裂过程,产生与母本遗传背景完全一致的克隆配子(mitosis instead of meiosis, Mi Me);在Mi Me背景下引入特殊的基因组消除系或编辑诱导孤雌生殖的关键基因能够成功实现无融合生殖.本文对无融合生殖技术的研究进展进行了总结,并对今后无融合生殖技术的改良以及将其在作物育种中的应用进行了讨论.     

水稻功能基因组育种数据库(RFGB):3K水稻SNP与InDel子数据库

水稻是全世界最重要的粮食作物之一.对全球水稻品种资源进行基因组研究,挖掘有利等位基因和指导基于全基因组信息的分子育种具有重大的理论和实践意义,是关系国家乃至全球粮食安全的重大战略问题.本研究通过全球3000份水稻资源(3K水稻)的全基因组重测序,获取了其中质量较好的2859份水稻基因组的单核苷酸多态性(SNP)及小片段插入缺失(In Del)的基因组变异数据,建立了综合性的水稻功能基因组育种数据库的SNP与In Del多态性子数据库.该子数据库包含了3K水稻多态性信息检索、基因组浏览器可视化系统、特定区段基因组数据导出系统等多项功能.本数据库的建立将为研究水稻基因功能、指导水稻全基因组选择育种提供重要平台.     

小麦-冰草附加系1•4重组P染色体对Ph基因的抑制作用

冰草属(Agropyron Gaertn.)的P组染色体被推测可能携带有抑制小麦Ph基因的遗传系统, 但是相关的研究很少. 本研究发现, 在小麦-冰草附加系Ⅱ-21-2(附加1•4重组P染色体)的减数分裂中存在染色体联会异常的现象. 对该附加系进行细胞遗传学和Ph1基因扩增等分析与检测, 结果表明附加系Ⅱ-21-2的Ph1基因扩增正常, 未见缺失; 小麦-冰草附加系Ⅱ-21-2减数分裂中期每个花粉母细胞出现六价体或四价体的数目分别为0.41和0.13, 而附加系受体小麦Fukuho减数分裂无染色体异常联会. 双色GISH/FISH检测表明, 附加系Ⅱ-21-2的P染色体不直接参与多价体的组成, 多价体为小麦自身染色体构成. 附加系Ⅱ-21-2的1•4重组P染色体能够抑制小麦Ph基因的作用, 从而引起小麦部分同源染色体之间的联会, 并造成包括小麦3B-3D等部分同源染色体之间的易位. 小麦-冰草附加系的P染色体促进小麦部分同源染色体联会的作用或特性在未来小麦的遗传改良中具有潜在应用价值.     

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.     

水稻减数分裂相关基因OsDMC1的克隆

酵母DMC1基因是一个在减数分裂前期Ⅰ表达的减数分裂特异基因，其产物是减数分裂同源染色体配对所必需的，根据在酵母Dmc1与拟南芥AtDmcl中保守的氨基酸motifs合成的简并性引物，以cDNA作模板，通过套式PCR（nested PCR）和RACEs克隆了水稻中酵母DMC1的同源基因OsDMC1，OsDMC1全长的cDNA是1348bp，编码344个氨基酸组成的多肽（OsDmcl），OsDmcl与Dmcl和AtDmcl的氨基酸序列一致性分别是51．8％和81．7％，OsMDC1在生殖器官中表达量较高，在根中有少量表达，而在叶和幼芽中不表达，Southern blot分析结果表明水稻基因组中有两个拷贝的OsDMC1。     

应用比较基因组分析检测乙型肝炎病毒中可能的重组事件

应用生物信息学软件RDP3和Simplot及5种重组检测算法(RDP,GENECONV,MaxChi,Chimaera和SiScan),对791个人类乙型肝炎病毒(HBV)全基因组和38个非人灵长类乙型肝炎病毒全基因组序列进行了比较分析,以检测可能的重组事件及重组子.用RDP3检测出9个重组事件及61个重组子,并用Simplot分析确定了具有两条亲代序列的6个事件中重组发生的位置.61个重组子中53个为首次发现.研究还表明PreC/C基因区域和基因边缘附近发生重组频率较高.     

减数分裂及其基因研究进展

联会、重组和分离是减数分裂的关键环节，近几年，以酵母为主要模式实验材料，利用突变体等主要研究手段，克隆了一系列调控这些关键环节的基因，并对它们的分子调控机制有了较深入的了解，在这些基因中，一部分在有丝分裂和减数分裂中的功能是保守的，另一部分是减数分裂特异的，许多单基因突变就会导致减数分裂的异常，这为今后通过分子生物学技术调控减数分裂奠定了一定的基础。     

非洲锥虫抗人血清相关基因的进化

抗人血清相关蛋白(SRA)是非洲睡眠病的病原体布氏锥虫罗得西亚亚种抵抗人血清中的锥虫溶解因子溶解的关键蛋白. 该蛋白同时也作为鉴定罗得西亚亚种的重要分子标记. 本研究从锥虫亚属各物种的基因组中克隆出与SRA同源的基因片段SRAbc, 并对其进行了测序和结构分析. 测序结果显示, 各物种之间的SRAbc核酸序列同源性高达82%, 表明SRAbc在锥虫亚属的种类中具有起源相同并相对保守的特性. 由于在罗得西亚亚种内同时存在SRA和SRAbc, 故认为SRAbc可以作为VSG重组的“供体VSG”, 通过复制和插入机制整合表达位点. 在自然选择的压力下, SRAbc 将可能再次进化成有功能的SRA基因.     

CRISPR/Cas基因组编辑技术及其在农作物品种改良中的应用

CRISPR/Cas是存在于细菌及古细菌中成簇的、规律间隔的短回文重复序列及其核酸酶系统,是细菌和古细菌中破坏噬菌体与外源DNA的免疫防护机制.科学家将该免疫防护机制改造成了简便高效的基因组编辑工具,并在微生物、动物及植物的基因功能解析及改良方面取得了巨大的进展.本文先对基于CRISPR/Cas开发的植物基因组编辑工具,如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas介导的同源重组、胞嘧啶碱基编辑器、腺嘌呤碱基编辑器、双碱基编辑器和引导编辑器等进行介绍,接着详细阐述了在作物分子育种中越来越重要的DNA-free CRISPR/Cas植物基因组编辑技术,然后探讨了CRISPR/Cas基因组编辑技术在提高作物产量和品质、提高作物对生物及非生物逆境抗性、从头驯化及定向改良等方面的应用,分析了CRISPR/Cas植物基因组编辑技术的发展趋势、促进该技术应用的国家政策导向及社会环境,以便更好地促进CRISPR/Cas基因组编辑技术在农作物品种改良中的应用,助推我国种业振兴和藏粮于技战略的实现.     

小白鼠卵母细胞减数分裂染色体制备技术

减数分裂是发生在二倍体生殖细胞形成配子前的一种特殊的细胞分裂。在减数分裂过程中生殖细胞内发生同源染色体彼此联会,遗传物质交换以及染色体减数(由二倍体减至单倍体)等现象。如果生殖细胞一旦受到环境中各种诱变因子的影响,它们必将导致遗传物质的损伤及染色体数量和结构的变化。为了直接检查两次减数分裂染色体的异常。我们开展了这方     

小鼠基因剔除技术

2007年诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国犹他大学教授卡佩基(M.R. Capecchi)、美国北卡罗来纳州大学教授史密西斯(O.Smithies)和英国卡迪夫大学教授埃文斯(M.J.Evans),以表彰他们在1980年代分别建立了小鼠胚胎干细胞系和对胚胎干细胞染色体DNA进行定点突变的DNA同源重组技术,从而实现了人们对小鼠基因组进行定点改造的可能.     

水稻减数分裂相关基因OsDMC1的克隆

酵母ＤＭＣ１基因是一个在减数分裂前期 Ｉ表达的减数分裂特异基因,其产物是减数分裂同源染色体配对所必需的．根据在酵母Ｄｍｃ１与拟南芥ＡｔＤｍｃ１中保守的氨基酸ｍｏｔｉｆｓ合成的简并性引物,以ｃＤＮＡ作模板,通过套式ＰＣＲ（ｎｅｓｔｅｄ ＰＣＲ）和ＲＡＣＥｓ克隆了水稻中酵母ＤＭＣ１的同源基因 ＯｓＤＭＣ１．ＯｓＤＭＣ１全长的 ｃＤＮＡ是 １３４８ ｂｐ,编码 ３４４个氨基酸组成的多肽（ＯｓＤｍｃ１）． ＯｓＤｍｃ１与 Ｄｍｃ１和ＡｔＤｍｃ１的氨基酸序列一致性分别是５１．８％和８１．７％．ＯｓＤＭＣ１在生殖器官中表达量较高,在根中有少量表达,而在叶和幼芽中不表达． Ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｂｌｏｔ分析结果表明水稻基因组中有两个拷贝的 ＯｓＤＭＣ１．     

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     

生物信息学应用于植物科学的三个实例

本文以3个实例初步展示了生物信息学在植物科学中的应用.第一例先在EMBL数据库中搜索到了15条棉属不同种的ITS序列,然后对它们作了亲缘树分析.第二例对PIR数据库中一条棉花脂转移蛋白的一级、二级结构作了分析之后,使用RasMol软件对典型的脂转移蛋白进行了三维结构观察.第三例对一条拟南芥EST序列作了Blast比对、ORF查找分析之后,将其翻译为氨基酸序列,然后进行了功能预测和同源蛋白的三维结构显示,最后对该EST序列进行了基因组定位.     

水稻核糖体蛋白S4基因的克隆及表达特性研究

以减数分裂期的水稻雄蕊为材料建ｃＤＮＡ文库,并从中分离到一个ｃＤＮＡ克隆。ＤＮＡ序列分析和数据库比较结果表明,该ｃＤＮＡ编码一个与真核生物８０Ｓ核糖体小亚基蛋白Ｓ４高度同源的蛋白;Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交表明,该基因在水稻中属一多基因家族。     

全局性DNA去甲基化参与男性减数分裂重组调控

<正>精子发生是一个复杂的发育过程,基因突变或表观遗传变异对精子发生功能的破坏可导致男性不育^[1～3].在精子发生过程中,减数分裂是生殖细胞获得遗传多样性的关键,其中涉及一系列重要事件,包括前细线期精母细胞中DNA的复制、细线期中DNA双链断裂(DSBs)的形成、合子期及粗线期中发生的减数分裂重组,     

基因的自身维护与疾病的发生

主编: 潘学峰 出版: 科学出版社 2004年8月 定价: 52.00元 本书对基因在生物细胞内的组织、维护、DNA的遗传和变异, 以及人类基因疾病的分子基础进行了系统、紧扣前沿的描述. 全书分为3篇. 第1篇阐述了核酸, 染色体和表位遗传控制, 基因组分析; 第2篇则介绍了基因在各种情况下的维护机制, 包括DNA活体内代谢、DNA的损伤和修复、基因重组、细胞周期及细胞周期控制、DNA复制及损伤修复、重组的协同; 第3篇则有选择地介绍了与基因自身维护有关的人类疾病发生, 包括肿瘤和癌症的发生, 基因组的稳定性与人类疾病, 生存环境、基因突变和人…