基于DAP-Seq方法鉴定玉米胚乳特异表达转录因子O2在全基因组水平上的结合位点

Opaque2(O2)是一个调控玉米胚乳发育的重要转录因子.为了揭示O2的转录调控网络,利用DAP-Seq技术挖掘其在全基因组范围上结合位点共检测到11385个位点.通过结合已报道RNA-Seq数据,本研究DAP-Seq共检测到317个O2直接结合并调控的靶基因,其中包括97个已报道ChIP-Seq检测靶基因以及220个DAP-Seq特异检测的靶基因.而基序(motif)富集分析显示, DAP-Seq检测O2结合317靶标基因与220个特异结合靶标基因所富集的基序均与已报道O2结合motif相同.另外, GO富集分析显示,与ChIP-Seq一致的O2靶基因主要参与zein蛋白合成及氨基酸代谢途径,而特异检测的O2靶标基因,除参与上述途径外,还主要参与糖代谢途径以及多个胁迫响应相关途径.本研究利用DAP-Seq技术进一步揭示了O2在胚乳发育过程发挥调控作用,该结果是对前人研究结果的验证和补充.     

大豆转录因子GmWRKY57B的基因克隆及功能分析

WRKY类转录调控因子在高等植物中构成一个基因超家族, 它不但广泛参与了植物对非生物胁迫和生物胁迫的反应, 还参与了生长发育及多种代谢途径的调控. 本研究构建了一个大豆cDNA文库, 采用酵母单杂交的方法, 用来自AtNPR1启动子区的W-box对构建的大豆cDNA文库进行筛选, 获得了GmWRKY57B基因, 该基因全长1033 bp, 编码299个氨基酸, 属于WRKY类转录因子的第Ⅲ组; 酵母挽救实验及凝胶阻滞实验均表明, GmWRKY57B能够与W-box特异性结合; 酵母体内的转录激活实验表明, GmWRKY57B在酵母细胞中具有转录激活功能; GmWRKY57B在大豆根、茎、叶中均有表达; GmWRKY57B基因在烟草中的过表达能够提高转基因烟草植株的抗旱性, 表明GmWRKY57B 基因在非生物逆境中有一定的功能.     

小鼠RTN3基因mRNA和蛋白在小鼠中枢神经系统的分布模式

根据与人RTN3基因同源的小鼠EST AA237377设计筛库引物, 克隆得到小鼠RTN3 cDNA, 该cDNA长2814 bp, 含1个714 bp的可读框, 编码1个具237个氨基酸的蛋白. Northern杂交检测该基因在小鼠不同组织中的表达谱, 发现它有3个转录本, 分别为1.8, 2.8和4.2 kb, 其中1.8和2.8 kb的转录本存在于多种组织中, 2.8 kb的转录本在脑中的表达量最高, 4.2 kb的转录本仅在脑中存在. 用成年小鼠脑和脊髓切片进行原位杂交和免疫组织化学反应, 发现该基因在中枢神经系统的非胶质细胞中广泛表达, 且在某些区域表达较高, 如海马、大脑皮层、下丘脑及一些神经核团.     

nifA突变的苜蓿根瘤菌在根瘤中的转录组学分析

用全基因组微阵列比较了根瘤中苜蓿根瘤菌1021的nifA突变菌和野生菌的基因表达谱. 分析结果表明, nifA的缺失引起601个基因的表达发生变化. 这些基因分别属于生物大分子的合成代谢、三羧酸循环及呼吸代谢以及结瘤固氮过程等多个功能组, 预示着根瘤中细菌的生长状态发生了显著的变化. 在根瘤中, fixK以及受其激活的基因在nifA突变菌中的表达量显著高于野生菌. 定量实时PCR分析表明, 根瘤中fixLJ的转录水平在nifA突变菌中显著高于野生菌. 通过统计学方法从13个表达发生显著变化的基因的上游调控序列中找到推测的NifA结合位点.     

小鼠RTN3基因mRNA和蛋白在小鼠

根据与人RTN3基因同源的小鼠EST AA237377设计筛库引物, 克隆得到小鼠RTN3 cDNA, 该cDNA长2814 bp, 含1个714 bp的可读框, 编码1个具237个氨基酸的蛋白. Northern杂交检测该基因在小鼠不同组织中的表达谱, 发现它有3个转录本, 分别为1.8, 2.8和4.2 kb, 其中1.8和2.8 kb的转录本存在于多种组织中, 2.8 kb的转录本在脑中的表达量最高, 4.2 kb的转录本仅在脑中存在. 用成年小鼠脑和脊髓切片进行原位杂交和免疫组织化学反应, 发现该基因在中枢神经系统的非胶质细胞中广泛表达, 且在某些区域表达较高, 如海马、大脑皮层、下丘脑及一些神经核团.     

花青素合成转录因子基因在玉米中的表达研究:一种新型基因可视化跟踪表达系统

花青素是一种水溶性的黄酮类物质,可使植物呈现出红、蓝、紫和红紫等颜色.外源花青素代谢调控基因的表达可使花青素在植物细胞内积累,使植物体外观上表现出色彩的变化,易于观察,因此可作为报告基因用于植物转基因研究,快速报告细胞、组织、器官或植株是否被转化.本研究用花青素代谢调控基因Bi和C1作为报告基因,以epsp作为筛选标记基因,构建了植物表达载体pBAC9009.基因枪转化玉米自交系501的幼胚,经过除草剂草甘膦抗性筛选和分化再生,获得了转化再生植株75株,其中43株获得结实种子.T0代植株有18株在苗期或生长阶段表现局部或全紫色,8个结实果穗有零星的紫色种子,从外观上可直接确认为转化植株.结合PCR和RT-PCR的分子检测及花青素含量分析,表明叶片和籽粒为紫色的玉米植株中外源目的基因已整合并且高效表达,即紫色表型与分子检测的结果高度一致.该结果表明我们成功建立了以花青素基因作为报告基因的植物转基因可视化跟踪表达系统.该系统的应用可以大大提高工作效率,节约检测成本,对于植物转基因研究具有重要意义.     

苹果苦痘病对果实类黄酮总含量的影响及其分子生物学机制

类黄酮在多种植物生物学功能和人类慢性病的治疗上发挥了重要的作用.苹果苦痘病是苹果生产上的一种重要生理性病害,严重影响了果品的品质,造成了巨大经济损失.研究苹果苦痘病对苹果果实类黄酮的影响及其分子生物学机制,可为医用类黄酮的获得挖掘新的资源.采用氯化铝比色法测定了健康果实和苦痘病果的类黄酮总含量,结果显示,苦痘病果的类黄酮总含量为健康果实的4.28倍.通过转录组测序和qRT-PCR对类黄酮总含量变化的分子生物学机制进行了研究.经测序,从苹果健康果实和苦痘病果2组样品中,分别获得226.702和202.951 M Clean reads,包含32.807和29.626 Gb测序数据,其碱基百分比(Q30)大于95.0%.以健康果实为参考,苦痘病果共获得2632个差异表达基因,其中上调基因2080个,下调基因552个.经GO基因功能注释和KEGG代谢通路富集分析,获得与类黄酮合成相关的差异表达基因26个(24个上调基因和2个下调基因),选取其中8个差异表达基因:CYP98A3(1), CYP98A3 (1), BADH, DAT, MdHCT (1), MdHCT (2), CHI (1)和CHI (2)进行qRT-PCR分析验证,结果显示,该8个基因均表现为上调表达,上调倍数为1.05～7.17倍.研究表明,苹果苦痘病的发生刺激了苹果果实中类黄酮的大量表达和积累,可为医学研究中类黄酮的获得,提供更广泛的资源.     

胡萝卜根特异表达水通道蛋白基因DcRB7的分离及其启动子功能分析

从胡萝卜胚cDNA文库中分离得到一条完整的cDNA片段, 序列分析表明属于水通道家族新成员, 并与烟草根特异性表达TobRB7基因高度同源, 因此命名为DcRB7. Northern杂交分析表明DcRB7在根中特异性表达. 利用反向PCR技术, 分离获得了DcRB7基因上游约650 bp的片段. 将此片段与含有GUS报告基因表达载体进行重组构建后, 以农杆菌介导转化烟草获得相应的转基因植株. 在对转基因烟草的GUS表达特性进行了组织化学鉴定和荧光定量分析后发现, 该调控区段能指导GUS基因在烟草根中优势表达, 并表现出干旱诱导的特性.     

一个编码玉米转译起始因子新基因的克隆

采用DD PCR方法比较玉米杂种一代及其亲本苗期基因表达产物mRNA的差异 ,分离并鉴定出一个玉米杂种一代超亲表达的cDNA .以该cDNA为探针从cDNA文库中筛选到一个全长的cDNA克隆 (ZH0 1) .ZH0 1长 1780bp ,5′端非编码区 112bp ,3′端非编码区 395bp ,开放阅读框共编码 4 14个氨基酸 .序列同源比较表明 ,ZH0 1为一个亲的玉米转译起始因子eIF4A基因家族成员 .     

水稻WRKY89中的亮氨酸拉链结构增强蛋白与W盒元件的相互作用

WRKY蛋白是一类参与植物生物和非生物胁迫反应、代谢、发育等过程的转录调节因子. 水稻WRKY89与其他的WRKY成员同源性较低, 推测由263个氨基酸组成, 其N端带1个可能的亮氨酸拉链结构. 采用pET-29b载体原核表达了OsWRKY89和其3个N端缺失的衍生物, 并采用Ni柱的方法对表达的蛋白进行了纯化. 凝胶阻滞结果表明, OsWRKY89能与含顺式元件W盒的DNA序列特异结 合, 而缺失N端亮氨酸拉链的OsWRKY89与该元件的结合能力显著下降. 酵母双杂交结果表明, 亮氨酸拉链样结构参与OsWRKY89蛋白的同源相互作用. 进一步缺失OsWRKY89至部分WRKY结构域导致表达的蛋白完全丧失与上述元件的结合活性, 表明WRKY结构域是DNA结合中不可缺少的. 这些结果说明亮氨酸拉链结构在蛋白质与蛋白质互作和DNA与蛋白质中起重要作用.     

22周孕龄人胎肝表达序列标签数据更新与初步分析

随着国际上转录组数据及本室22周孕龄人胎肝表达序列标签数据的不断增加, 先前该组织表达谱的研究有必要进行更新与完善. 本研究首先将22周孕龄人胎肝每一表达序列标签与自身数据库, UniGene, DoTS, MGC以及Twinscan预测的人类转录组数据库进行比对以归类. 然后, 经过电子拼接和基因鉴定, 对已知基因进行GO (gene ontology)分类, 对未知基因进行Pfam和ScanProsite功能预测. 最后, 对人胎肝、成人肝、骨髓、胸腺及淋巴结这些拥有造血作用或可表明人胎肝特性的5种组织进行了层次聚类分析. 结果表明: (ⅰ) 与5种最新人类转录组数据库比对, 极大地降低了那些属于一个基因但互不交叠的序列被划分到不同簇的可能性, 因此在进行EST归类时, 推荐与互联网上有关最新数据进行比对; (ⅱ) 一些先前未知EST已被鉴定为已知基因, 1379个EST被鉴定为本室独有的全新序列; (ⅲ) 通过GO分类, 对22周孕龄人胎肝有了一个大致了解, 同时获得了6个细胞迁移基因和6个造血相关基因; (ⅳ) 通过基因功能预测获得了277个模体(profile), 其中有5个类型可分布于10个以上基因之中; (ⅴ) 层次聚类表明, 5种组织关系与它们的功能相一致; (ⅵ) 建立了世界上最大的22周孕龄人胎肝表达序列标签数据库. 总之, 22周孕龄人胎肝表达序列标签数据的更新与初步分析将有助于对人胎肝造血机制及细胞迁移机制的了解, 可促进未来对该组织进行全面深入的研究.     

基于玛氏骨条藻(Skeletonema marinoi)转录组的碳固定代谢途径分析

以玛氏骨条藻(Skeletonema marinoi)转录组信息为基础,分析了其碳固定代谢途径,共发现18种酶对应的34个编码基因,构建了玛氏骨条藻进行碳固定代谢途径的通路图.这些编码基因的序列比对结果表明,其与假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)的同源基因具有较高的一致性.对这些样品进行数字基因表达谱的差异基因分析,获得了不同生长时期碳固定代谢途径酶编码基因的差异表达情况.通过分析发现,C3和C4代谢途径中存在表达差异的基因分别有7和3个,其中果糖-1,6-二磷酸酶和丙酮酸磷酸双激酶的编码基因表达在指数生长期之后出现显著上调.这有助于对玛氏骨条藻碳固定代谢途径中关键编码基因调控过程的解析,为进一步研究硅藻的固碳机制奠定了基础,也为深入了解碳的生物地球化循环提供了新的研究方向.     

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.     

利用SSH技术研究小鼠淋巴组织中与束缚应激相关的基因

利用差异表达基因克隆技术减数杂交法,筛选束缚应激诱导小鼠淋巴组织特异表达或高表达基因。获得了应激状态下差异表达的ｃＤＮＡ片段,克隆化后挑选克隆测序。狭窄杂交结果表明Ｌ３６和Ｌ７两个克隆为应激诱导特异高表达的ｃＤＮＡ片段。经ＧｅｎＢａｎｋ检索,Ｌ７克隆只有片段同源序列而无全长同源序列,提示可能来自新基因。用ｏｒｔｈｅｒｎ杂交估算Ｌ３６和Ｌ７的转录基因分别为８００和７００ｂｐ。     

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.     

胡萝卜根特异表达水通道蛋白基因DcRB7的分离

从胡萝卜胚cDNA文库中分离得到一条完整的cDNA片段, 序列分析表明属于水通道家族新成员, 并与烟草根特异性表达TobRB7基因高度同源, 因此命名为DcRB7. Northern杂交分析表明DcRB7在根中特异性表达. 利用反向PCR技术, 分离获得了DcRB7基因上游约650 bp的片段. 将此片段与含有GUS报告基因表达载体进行重组构建后, 以农杆菌介导转化烟草获得相应的转基因植株. 在对转基因烟草的GUS表达特性进行了组织化学鉴定和荧光定量分析后发现, 该调控区段能指导GUS基因在烟草根中优势表达, 并表现出干旱诱导的特性.     

茎瘤芥胞质雄性不育性与线粒体T基因选择性剪接有关

本研究从茎瘤芥胞质雄性不育（cytoplasmic male sterile, CMS）系线粒体cDNA中扩增获得了CMS相关T基因的两个不同转录本，分别命名为T1170和T1243．序列分析表明其中T1243是一个保留了内含子的转录本，该内含子具备Ⅱ型内含子基本特征．这两个转录本是T基因选择性剪接的产物．RT-PCR分析表明，在苗期，T基因转录水平的表达以T1170转录本为主；随着发育时期变化，该转录本表达逐渐减少，而另一个转录本T1243表达丰度增加；到盛花期，该基因的表达以后者为主．Northern杂交验证了这一结果．推断茎瘤芥胞质雄性不育性和T基因转录后选择性剪接有关．     

外源基因定向插入甘蓝型油菜C基因组

外源基因定向插入C基因组对于降低转基因甘蓝型油菜(Brassica napus, AACC)的生态环境风险具有十分重要的作用. 本研究利用农杆菌介导的遗传转化方法将抗除草剂bar基因转入到芥蓝(B. oleracea var. alboglabra, CC)中, 以转bar基因的芥蓝(C^bC^b)为父本, 非转基因的白菜(B. rapa, AA)为母本, 通过种间杂交、子房培养和染色体加倍, 获得bar基因定向插入C基因组的人工合成甘蓝型油菜株系67个. PCR结果表明, 人工合成的甘蓝型油菜bar基因为阳性的株系31个, 阴性的株系36个. Basta®喷施结果表明, 分子检测阳性的人工合成甘蓝型油菜高抗除草剂, 分子检测阴性人工合成甘蓝型油菜则不抗. Southern blotting分析结果表明, 外源bar基因已整合到人工合成甘蓝型油菜的基因组中.     

大豆GmLlsl基因的克隆及表达调控分析

玉米的叶片坏死斑点(lethal leaf-spot 1,Lls1)基因及其拟南芥中的同功能基因已证明编码叶绿素分解代谢中的关键酶脱镁叶绿酸氧化酶(pheide a oxygenase,PaO)．为了深入研究大豆叶片衰老过程中叶绿素分解代谢的调控机制,从大豆中克隆了玉米Lls1的同源基因,其cDNA全长1817bp,命名为GmLls1(GenBank登录号：DQ154009)．序列分析表明,该基因与拟南芥、玉米、豇豆和番茄等的Lls1及其同功能基因具有很高的同源性,其编码蛋白含有典型的Rieske[2Fe-2S]结构域、非亚铁血红素铁结合域和C-末端CXXC基序,这些都是PaO功能蛋白所具有的典型结构特征．RT-PCR结果显示,在大豆叶片自然衰老、人工黑暗诱导衰老和子叶衰老3个系统中,GmLls1基因都表现出明显的衰老上调趋势．进一步分析发现,在因敲减类受体蛋白激酶rlpk2基因而导致衰老延缓的大豆转基因叶片中,GmLls1的表达显著下降,而在因过表达rlpk2而导致加速衰老的转基因叶片中,GmLls1的转录本积累明显增加,暗示RLPK2介导的信号途径可能参与调控GmLls1在大豆叶片衰老过程中的表达,而rlpk2-RNAi转基因离体叶片光照下表现出lls1突变体典型的斑状失绿坏死表型则进一步支持了上述推论．