85种转化基因的过敏原性生物信息学评价

随着转基因生物产品的迅猛发展,转基因生物的过敏原性已经受到广泛关注,建立规范的转基因生物过敏原性评价是目前亟需解决的问题.本文就近年来国内外研究的转基因生物进行了总结,汇总了85个常用转化基因,涉及49种植物转化基因和36种动物转化基因;借助EVALLER2.0软件,对这些基因的潜在过敏原性进行评价;同时,在Highwire(http://highwire.stanford.edu/)文献数据库中检索相关医学文献,考察这些基因与过敏原性乃至人类健康是否存在关联.软件分析表明,其中5个转化基因为潜在过敏原基因;文献回顾发现,其中11个转化基因会引起过敏反应或临床不良反应.通过本文的分析能够为遗传转化时基因的选择提供重要指导,为相关转化基因过敏原性分析提供范例.     

稳定化的零价Fe, FeS, Fe3O4纳米颗粒在土壤中的固砷作用机理

砷是一种广泛存在于土壤和地下水中的污染物. 虽然多种铁基材料已被用于受污染土壤中砷的固定, 但是关于稳定化的铁系纳米颗粒在该方面的研究鲜见报道. 本文研究了3种经淀粉固定的铁系纳米颗粒(零价Fe, FeS, Fe₃O₄)对两种典型砷污染土壤(果园土壤、靶场土壤)的固砷作用. 为了检测纳米颗粒对砷的去除效果, 实验中采取了不同的Fe/As摩尔比(5:1~100:1)和接触时间(3或 7 d). 土壤中砷的生物活性和浸出率分别用生理原理提取法(physiologically based extraction test, PBET)和毒性浸出程序(toxicity characteristic leaching procedure, TCLP)方法表征. 在实验时间为3 d、Fe/As摩尔比为100:1的实验中, 果园砂质土壤中砷的生物活性从最初的71.3% ± 3.1%分别降至30.9% ± 3.2%(零价Fe)、37.6% ± 1.2%(FeS)和29.8% ± 3.1%(Fe3O4); 靶场土壤中砷的浸出率从初始0.51% ± 0.11%分别降至0.24% ± 0.03% (零价Fe)、0.27% ± 0.04%(FeS)和0.17% ± 0.04%(Fe₃O₄). 3种纳米颗粒中Fe₃O₄的固砷效率最高. 比较两种土壤, 可以看出该处理方法更适用于铁含量较低、砷初始浸出率较高的果园土壤. 结果表明, 对于砷污染的贫铁土壤、沉积物和固废等, 环境友好的铁系纳米颗粒是十分有效的固砷材料.     

抑制衰老的嵌合基因在水稻中的转化

利用基因枪法把带有特异衰老基因ＳＡＧ１２启动子的ＩＰＴ基因导入水稻,经ＰＣＲ,点杂交以及Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交分析,证明外源基因已整合到水稻基因组中,通过ＧＵＳ活性细胞分裂素含量的分析以及Ｔ１代转基因植株成熟期的形态观察,证明此抑制衰老的自我调节系统在部分转基因水稻中表达,叶片衰老受到明显的抑制。     

过氧化氢酶基因−844C/T 多态性对荧光素酶报告基因表达水平的影响

随着对许多疾病研究的深入，研究者发现体内氧化还原状态与一些常见疾病的发生呈现越来越紧密的关联，如心血管疾病、亨廷顿舞蹈症和阿茨海默症与氧化还原状态的失衡均有密切的联系．人体内与抗氧化作用相关的酶等基因的多态和(或)突变与疾病的关系亦逐渐受到越来越多的关注，其中过氧     

中国金丝猴物种瘦素基因(Leptin)分子进化研究

灵长目疣猴亚科金丝猴属(Rhinopithecus)包括4个种, 即滇金丝猴(R. bieti)、黔金丝猴(R. brelichi)、川金丝猴(R. roxellana)和越南金丝猴(R. avunculus). 除越南金丝猴外, 其他3个种都分布于中国地区6大主要山脉的高海拔地区(>2000 m), 是目前已知栖息地海拔分布最高的非人类灵长类动物. 与其他疣猴亚科相比, 中国金丝猴物种有更好的适应于高海拔地区低温缺氧环境的能力, 是研究动物对极端环境适应性进化机制的绝佳模型. 然而, 迄今为止, 从分子水平上对它们或者其他非人类灵长类的高海拔适应研究却非常缺乏. 瘦蛋白(Leptin)是一类由脂肪细胞分泌的细胞因子类激素. 它可以通过增加能量的释放、基础代谢率和非颤拌性产热来增强动物适应寒冷环境的耐受能力, 在适应高海拔低温缺氧环境中的能量平衡方面起重要作用. 本研究测定并比较了滇金丝猴、川金丝猴和低海拔物种越南金丝猴以及其他疣猴亚科物种的Leptin基因序列, 探讨了Leptin基因在非人类灵长类高海拔适应性进化中的作用. 结果显示, 在7个所研究的疣猴亚科物种中, 序列之间没有发现氨基酸替换, 表明高海拔金丝猴和其他疣猴亚科物种相比, 在Leptin基因进化模式上一致. 与以前在高原鼠兔中发现Leptin基因存在适应性进化模式的结果不同, 本研究表明Leptin基因在同样高海拔生存的中国金丝猴物种中并没有起到同样重要的作用. 因此, 在鼠兔Leptin基因中所表现出来的适应性进化模式并不普遍存在于所有高海拔动物中, 至少在中国金丝猴物种中. 研究提示, 通过研究与能量代谢相关的其他核基因可能会为进一步揭示中国金丝猴属如何适应高海拔寒冷缺氧的极端环境分子机制提供重要信息.     

一种基于电化学发光技术的高灵敏度PS-1基因点突变检测方法

电化学发光(electrochemiluminescence, ECL)分析是20世纪90年代初发展起来的一种高灵敏度检测方法, 它将电化学法和化学发光法巧妙结合, 利用金属钌的复合物和三丙胺在电极表面发生氧化还原反应而产生高效、连续、稳定的发光, 具有灵敏、快速、准确、操作简便和分析适应性广等特点, 已被应用于核酸的定量分析之中. 将电化学发光技术应用于基因点突变检测, 采用了一种基于PCR技术和限制性内切酶技术的电化学发光分析方法检测Presenilin-1基因(简称PS-1基因)密码子235处发生的点突变. 结果显示, 在PCR循环次数相同的条件下, 野生型样品酶切前后的电化学发光信号强度基本保持不变; 突变型样品酶切前后的电化学发光信号强度变化显著. 该方法可明显区分野生型样品和突变型样品, 可望用于老年性痴呆病的早期诊断.     

一种基于电化学发光技术的高灵敏度PS-1基因点突变检测方法

电化学发光(electrochemiluminescence, ECL)分析是20世纪90年代初发展起来的一种高灵敏度检测方法, 它将电化学法和化学发光法巧妙结合, 利用金属钌的复合物和三丙胺在电极表面发生氧化还原反应而产生高效、连续、稳定的发光, 具有灵敏、快速、准确、操作简便和分析适应性广等特点, 已被应用于核酸的定量分析之中. 将电化学发光技术应用于基因点突变检测, 采用了一种基于PCR技术和限制性内切酶技术的电化学发光分析方法检测Presenilin-1基因(简称PS-1基因)密码子235处发生的点突变. 结果显示, 在PCR循环次数相同的条件下, 野生型样品酶切前后的电化学发光信号强度基本保持不变; 突变型样品酶切前后的电化学发光信号强度变化显著. 该方法可明显区分野生型样品和突变型样品, 可望用于老年性痴呆病的早期诊断.     

利用病毒诱导的基因沉默技术研究一个豌豆PI同源基因的功能

在植物发育生物学研究中, 对很多非模式植物基因功能的研究总是因为缺乏快速有效的方法而受到限制. 病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing, VIGS)技术是近年来发展起来的一种反向遗传学快速研究基因功能的方法. 本研究利用一种基于PEBV (pea early browning virus)的VIGS体系研究了豌豆PsPI基因的功能. 豌豆在其PsPI基因沉默后出现了类似于拟南芥pi突变体/金鱼草glo突变体的表型, 导致花瓣向萼片以及雄蕊向心皮转变. 半定量RT-PCR分析发现, 在VIGS-PsPI沉默植株花苞中, PsPI基因的mRNA水平显著下降. mRNA原位杂交结果显示, PsPI基因早期在起始共同原基的部位表达, 后期在花器官第二、三轮表达. 本研究结果证明了PsPI基因具有拟南芥PI/金鱼草GLO同源基因的功能, 说明这类基因在进化和功能上是相当保守的, 同时也表明VIGS是一种研究植物基因功能的快速有效的方法, 特别是对于那些转化困难的非模式植物基因功能的研究具有更为重要的意义.     

牛金属硫蛋白基因序列测定及结构分析

金属硫蛋白(Metallothionein,简称MT)是一类能特异性地结合重金属,并富含半胱氨酸的低分子量蛋白质,它们广泛地存在于从酵母到人类的真核细胞生物体中。MT基因是动物细胞基因表达调控中一直受人重视的实验模型。为了在转基因家畜的研究中提供可诱导的调控元件,我们克隆了牛金属硫蛋白基因(bMT),并发现牛的MT基因家族至少含有4个成员。本文对其中一个具有功能的基因(bMTc)进行了序列测定,在此基础上对该基因的结构特性作了分析。     

水稻紫色种皮基因Pb的精细定位与候选基因分析

紫米因其种皮内花色素苷的沉积而着色.控制种皮着色的Pb基因位于水稻第4染色体,紫色种皮对白色种皮呈显性.本研究利用培矮64S(白米)×豫南黑籼糯(紫米)和培矮64S×川黑糯(紫米)两个F2分离群体对Pb基因进行了精细定位.首先用SSR标记将Pb基因初步定位在距微卫星位点RM3820下游0.79cM的位置.然后,通过在候选区域内发展高密度的InDel标记和CAPS标记,将Pb基因限定在两个InDel标记RID3与RID4之间25kb范围以内.在该区段内,TIGR水稻基因组(R.5)标有两个注释基因:一个为与玉米Lc基因同源的Ra,为控制花色素苷代谢的Myc类转录因子;另一个为与拟南芥TT8同源的bhlh16,也与植物色素代谢有关.根据两者的性质和前人相关研究结果,推测Pb与Ra实为同一个基因.序列分析结果表明,与白米品种培矮64S,9311(籼)和日本晴(粳)相比,豫南黑籼糯和川黑糯中Ra基因第7外显子存在一个GT缺失.根据GT缺失发展了一个CAPS标记CAPSRa,并对两个F2分离群体和100余份水稻品种进行分析.结果发现,所有F2白米单株以及所有白米(n=63)和红米(n=23)品种的CAPSRa基因型与培矮64S相同,而所有紫米品种(n=20)与豫南黑籼糯和川黑糯相同.据此推测,水稻紫色种皮性状可能由Ra基因第7外显子内的GT缺失引起.     

链霉菌lon基因的发现及初步研究

lon基因存在于很多微生物乃至高等动物中,是属于热休克基因(heat shock gene)的一个家族.它编码的产物为La蛋白,是一种具有ATP酶活性的ATP依赖性的丝氨酸蛋白酶.在体内作为抗逆蛋白,如热休克蛋白存在.有关lon基因的研究始于80年代初期,虽然至今只有近十年的历史,但其结构、功能和调控方面的研究都已取得很大进展.目前在大肠杆菌,芽孢杆菌,黄色粘球菌及解淀粉欧文氏菌等原核微生物中都已发现lon基因的存在一些研究表明,lon基因对于黄色粘球菌的营养生长是必须的,如该基因缺失或被破坏,该菌株将不能发育生长在研究链霉菌发育调控启动子p_(TH4)下游序列的结构中,首次发现了链霉菌中lon基因     

高黎贡山天然阔叶林的土壤微生物功能基因多样性

应用微生物功能基因芯片(GeoChip 2.0),研究了云南高黎贡山典型阔叶林土壤微生物功能基因的多样性及其主要环境影响因子.该基因芯片含有24243个寡聚核苷酸探针,涵盖了参与碳、氮等生物地球化学循环的151个功能基因群.在5个样地中,共检测到微生物功能基因2237个,涉及12个不同的微生物生物过程,包括碳降解、碳固定、硫还原、金属还原和抗性、氮固定、硝化、反硝化、污染物降解、磷利用、甲烷还原和甲烷氧化等.各样地土壤微生物的Shannon Weaver指数处于5.39~6.91之间,其中常绿阔叶林土壤微生物的多样性高于针阔混交林.参与碳氮循环的相关功能基因多样性和丰度在样地间存在差异,其中针阔混交林样地具有较高的固碳基因丰度,GLGS15样地具有较高的反硝化相关基因丰度,表明这些微生物介导的生物过程在样地间可能存在明显的差异.CCA分析表明研究样地的土壤有机碳、土壤含水量、土壤温度和植物多样性可能是影响微生物功能基因多样性分布格局的重要环境因素,VPA分析表明土壤含水量、土壤温度和植物多样性对微生物群落结构分别做了25.79%,25.83%和18.94%的贡献.     

重组蓝细菌PsbF亚基形成 β∶β 同源二聚体细胞色素b-559

所有进行放氧光合作用的生物都具有两个光系统—— 光系统Ⅰ和光系统Ⅱ. 目前所分离到的最小的有光化学活性的光系统Ⅱ含3个亚基: D1, D2和细胞色素b-559. 细胞色素b-559在光系统Ⅱ中的作用至今不明. 利用基因重组方法, 将Synechococcus sp PCC7002的psbF基因以融合基因形式在大肠杆菌中高效表达, 获得有氧化还原活性的细胞色素b-559. 用凝血酶处理除去N末端谷胱甘肽氧化还原酶后获得的PsbF亚基仍有氧化还原活性, 说明PsbF可在大肠杆菌中形成二聚体. 不论是融合蛋白还是PsbF二聚体, 其氧化态吸收光谱、还原态吸收光谱和二者的差示光谱同分离到的高等植物细胞色素b-559光谱相同. 氧化还原滴定显示, 二者的氧化还原电位在50 mV左右. 上述结果对确定细胞色素b-559的亚基组成和蛋白在膜上的定位有很大帮助.     

胞内共生菌Wolbachia内噬菌体相关尾蛋白基因的分子克隆及特征分析

Wolbachia是一种广泛存在于各种节肢动物体内经母系细胞质遗传的胞内共生菌。它能够改变宿主的生殖和发育行为，引起细胞质不亲和（cytoplasmic incompatibility,CI)、孤雌生殖、雌性化和雄性致死等现象，但是其间的分子生物学机理迄今尚不清楚。采用RDA（representational difference analysis,代表性差异分析）和LM－PCR（ligation-mediated PCR)等方法，通过研究Wolbachia不同品系基因组之间的差异，从来自果蝇Drosophila melanogaster CantonS的Wolbachia(wMelCS)中克隆到了噬菌体相关尾蛋白基因prtp(phage-related tail protein)，同时从果蝇Drosophila melanogaster yw67c23中的Wolbachia(wMel)中克隆到了同源基因。通过研究prtp在不同Wolbachia品系间的表达，发现PrTP可能不直接参与CI过程。体外果蝇S2细胞的瞬时转染实验结果证明了prtp基因内双向核定位序列（bipartite nuclear localization signal sequence,NLS)的功能，prtp基因的存在为噬菌体介导的基因水平转移（horizontal gene transfer,HGT)提供了直接证据，并提示其在Wolbachia的生殖特性中可能扮演重要的角色。     

稻瘟病菌新无毒基因AvrPi7的遗传及物理作图

稻瘟病是目前最具毁灭性的作物病害之一. 本研究通过由田间菌株CHL346和CHL42杂交得到的189个子囊孢子菌株构建的分离群体, 在亲本菌株CHL346中鉴定到了与水稻稻瘟病抗性基因Pi7对应的无毒基因AvrPi7. 为了确定AvrPi7位点的染色体位置, 本研究开发了一套基于稻瘟病菌测序菌株70-15全基因组序列的121个微卫星(simple sequence repeat, SSR)标记. 利用这些SSR标记对AvrPi7位点进行了连锁分析. 结果表明, 位于第1染色体的8个SSR标记与该无毒基因连锁, 其中2个最近的侧翼标记MS1-9和MS1-15分别距离AvrPi7位点3.2和16.4 cM. 为了进一步完成该位点的精细作图, 在MS1-9和MS1-15的侧翼区域进一步开发了8个SSR标记和3个候选无毒基因(candidate avirulence gene, CAG)标记. 通过对这些标记的连锁分析, AvrPi7位点被界定于标记MS1-21和MS1-22之间1.6 cM的区域内, 并与标记CAG2共分离. 为了构建该无毒位点的物理图谱, 通过生物信息学分析(bioinformation analysis, BIA), 将与该基因连锁的分子标记分别着陆于参考菌株70-15的超重叠群(supcontig)上. AvrPi7位点最终被界定在标记MS1-21和MS1-22之间的75 kb区段内. 本研究的结果对于进一步了解真菌中普遍存在的重组不平衡和部分二倍体等现象, 以及对该基因进行克隆及其功能研究具有重要意义.     

用mRNA差显法识别金鱼胚胎发育基因的可能性初探

动物早期胚胎发育过程中,贮存于卵内的母体mRNA(Maternal mRNA)首先产生作用并随着发育而逐渐降解。许多动物(如鱼类和两栖类)当胚胎发育到囊胚中期前后,合子核基因开始转录新的mRNA。这些mRNA的降解、合成反映了相应基因在发育过程中的作用时间。寻找与发育有关的基因(以下简称发育基因)是从分子水平上研究发育机理的最关键一步。但因为这些基因一般都是表达量极低的调控基因,所以寻找起来十分困难。以往对脊椎动物早期发育基因的识别多参照果蝇等无脊椎动物基因的序列,从基因库中钓取同源基因。差异显示法(mRNA differential display,本文简称mRNA差显法)通过一个较特殊的RT-PCR过程能把极微量的mRNA以及mRNA之间的差异显示出来,因此这一方法在发现高等动物胚胎发育基因的研究中可能具有广阔的应用潜力。笔者一直认为对动物早期胚胎发育的认识最重要的是对母体贮存在卵内的信息的研究,其中一个重要的方面就是对母体mRNA的研究。这里我们使用mRNA差显法在金鱼中进行了识别早期胚胎发育基因的尝试并得到了初步结果。这些结果说明mRNA差显法将会使我们有机会获得与金鱼早期胚胎发育有关的多种基因。     

JWA参与维甲酸、佛波酯和三氧化二砷诱导急性早幼

JWA基因是受维甲酸(RA)、 13顺-维甲酸(13-cRA)和佛波酯(TPA)等调控的细胞骨架相关基因. 以前的研究发现, JWA基因与细胞分化和凋亡有关. 为了探讨JWA基因在急性早幼粒细胞性白血病(APL)细胞分化和凋亡过程中的作用及机制, 分别用ATRA, 4HPR, TPA和As2O3处理NB4细胞, Western blot和RT-RCR检测JWA基因在蛋白和mRNA水平的表达, 同时检测细胞周期和CD11b, CD33细胞表面抗原, 分析细胞分化和凋亡. 结果表明ATRA和 As2O3分别诱导细胞分化和凋亡, 而4HPR和TPA对NB4细胞分化和凋亡有双重诱导作用. 在诱导细胞分化和凋亡过程中, JWA基因的表达水平均上调, 但PML / RARα 融合基因变化不明显; 用JWA反义核酸处理NB4细胞后, TPA诱导其分化和调亡的作用受到明显抑制. TPA对NB4的作用可能是通过由JWA参与的直接和间接两种途径实现的. 在对APL(M3)原代细胞的研究中除观察到与NB4细胞相似的JWA的变化外, 还发现一特异的与APL细胞分化和凋亡有关的异常分子量的JWA蛋白; 异常分子量的JWA蛋白是否是APL(M3)区别于NB4细胞的一种分子标志物以及JWA是否通过caspases信号调节通路参与NB4细胞分化和凋亡等均有待进一步研究证实.     

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.     

利用安全性转基因技术导入反义蜡质基因降低稻米直链淀粉含量

利用安全性转基因技术中的共转化法, 将分别含有p13W₄双元载体(含有潮霉素抗性基因、gus报告基因以及反义蜡质基因片段)和p13W₈双元载体(无潮霉素抗性基因和gus报告基因, 只含有反义蜡质基因片段)的根癌农杆菌以1:9的比例混合导入超2-10高产水稻新品系中, 获得34棵转基因植株. PCR分析转基因T₀代植株, 结果显示, 有15株是共转化植株, 共转化率为44.1%. 利用p13W4双元载体上的gus报告基因从T₁代种子中淘汰具有报告基因及抗性标记基因的转基因后代, 再利用PCR检测从T₁代植株中获得只有反义蜡质基因的植株. Southern blot杂交分析证实, p13W₈双元载体T-DNA已整合进入无抗性标记及报告基因的转基因后代基因组中. T₂代成熟种子直链淀粉含量分析显示, 转基因植株糙米直链淀粉含量比对照有不同程度的下降, 幅度最大的比对照降低28.61%. 由于获得的转基因后代只有目的基因而无抗性选择标记基因和报告基因, 而且水稻中的稻米直链淀粉含量已降低, 它们既可被用于筛选软米材料, 也可视为是能够用于其他水稻稻米食味品质改良的水稻新资源.     

转化脂介导甘蓝转化获得转基因植株

如何将外源基因高效地导人植物原生质体是转化技术中的一个关键问题.除了常用的PEG法和电激法外,由于脂质体(Liposome)在作为植物细胞工程载体时具有人造性、稳定性、广宿主性和超载性等特点,脂质体介导法已越来越为人们所重视。目前,在采用不同方法的基础上,通过脂质体介导已对水稻、芜菁、野胡萝卜、烟草等材料进行了不同基因的转化,得到了令人较为满意的结果。