转录辅助复合体SAGA成分蛋白作用的研究进展

真核细胞中承载基因的染色质是一种非常精密而严谨的结构.这种DNA高度压缩、复杂的染色质结构影响了转录因子和RNA聚合醇Ⅱ等基本转录机器结合到相应的DNA位点上.因此基因要转录激活就必须借助于转录辅助复合体消除染色质的结构抑.转录辅助复合体可以分为两类一类主要是利用水解ATP来改变核小体相对于DNA序列的缠绕方式及排列;另一类是通过对核心组蛋白进行共价修饰来改变核小体和DNA的结合能力.SAGA复合体属于后者,对红蛋白具有乙酰化的作用.酵母中的SAGA复合体是一个分子量为180万道尔顿的多功能蛋白复合体,本文将着重介绍SAGA复合体成分蛋白在真核生物基因转录起始中的作用.     

人类DNA序列TSS区域序列特征及±1核小体的位置分布

基于包含人类基因转录起始位点附近的58989条DNA序列,运用核小体特征量对序列做分类分析,发现±1核小体位于TSS区域两侧的第一类基因约占28%,TSS区域有核小体占据的第二类基因约占30%.用二阶信息冗余特征量分析了DNA序列的碱基关联分布,发现没有占据TSS区域的核小体对应的序列具有强碱基关联,占据TSS区域的核小体对应的序列具有弱碱基关联,弱关联是TSS区域的普适特征.表明占据TSS区域的核小体具有很强的序列适应性和位置的可变性.通常定义的含TSS的核小体缺失区域仅对第一类基因成立.推测第一类基因具有较高的转录效率.     

拟南芥中与ABA信号途径相关的两个同源未知基因的研究

本研究主要在实验室前期筛选出的两个编码同源未知基因AB(AB025622)和AC(AC023628)所构建的拟南芥过量表达和抑制表达转基因植株基础上对转AB基因拟南芥的生理性状进行初步分析以及在转录水平上分AB、AC和ABI1、ABI2在ABA影响下其表达情况.研究证明AB基因的过量表达导致植株对ABA不敏感,失水率增加,而AB的抑制表达导致植株对ABA敏感,降低了植株的失水率.初步证实AB参与ABA信号传导.此外,通过RNA的半定量分析可知在转录水平上AB、AC和ABI1、ABI2的表达量都受ABA诱导变化,证明ABA对野生型拟南芥植株生理性状的影响与控制AB、AC和ABI1、ABI2内源表达量有密切联系.     

氧化亚铁硫杆菌中磁小体形成相关基因mpsA在不同铁源刺激下的差异表达

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)在胞内形成的电子致密的磁性颗粒的相关基因,对氧化亚铁硫杆菌标准菌株ATCC23270的全基因组的生物信息学进行分析,在ATCC23270的全基因组上查找与趋磁细菌中mpsA基因的同源基因ORF1622,并对其进行保守结构域、氨基酸序列比对以及蛋白质同源性分析.利用反转录PCR技术从转录水平研究mpsA基因在硫培养条件下分别用20 mmol/L FeCl_3和FeSO_4·7H_2O刺激时的差异表达以验证它们在磁小体形成过程中的作用.研究结果表明:ORF1622编码的蛋白含有PRK05724结构域,与mpsA序列相同度为48%,与acetyl-CoA carboxylase carboxyltransferase subunit alpha同源;氧化亚铁硫杆菌中的mpsA基冈在转录层面的表达与亚铁有直接关系,并且氧化亚铁硫杆菌仅在亚铁培养下生成磁小体,因此,它与氧化亚铁硫杆菌中磁小体的形成相关.     

基于LSTM的核小体序列可分类性分析

核小体是染色体的基本结构单元。将核小体序列和非核小体序列预处理为时间序列数据,利用LSTM(long short-term memory network)进行迭代训练和长、短程特征学习,得到的LSTM模型可以实现核小体序列92.67%的识别准确率。研究表明,核小体序列与非核小体序列具有不同的特征,并且核小体序列具有高度可分类性。基于核小体序列的高度可分类性,可以实现核小体序列与非核小体序列的判断识别,这对于核小体定位及其动态性、基因转录调控、DNA复制与修复和DNA序列的功能及进化等的研究具有一定的生物学意义和价值。     

基于酵母基因组高通量数据的基因-基因相互作用预测

后基因组时代的显著特点是大规模基因组和蛋白质组实验平台所产生的大量高通量数据,整合并利用基因组和蛋白组信息成为这一时代的主要挑战之一. 因此,基因-基因相互作用将有助于理解细胞内基因之间的相互作用以及信号传导通路研究提供有价值的参考. 为预测酵母基因组中基因-基因相互作用,我们利用高通量数据中的蛋白-蛋白相互作用、遗传表型数据、基因微阵列表达数据以及功能基因注释数据等来分析酵母中的基因-基因相互作用. 本文建立的预测方法为在系统水平上理解酵母基因组中的基因功能提供了依据,也为揭示酵母基因组中的基因-基因相互作用网络奠定理论基础.     

表达相关的转录因子相互作用模式

转录因子通过与基因上游特定序列结合,调控着靶基因在特定的时间和空间以一定的强度表达.不同的转录因子之间通过多种方式相互组合,为这一调控过程提供了更多的可能.为了研究与表达相关的转录因子的调控模式,以GM12878细胞系作为研究对象,基于该细胞系的两种RNA-seq数据,得到了高、低表达基因集合,根据83种转录因子结合的ChIP-seq数据,在两个数据集中分别构建了与基因表达紧密相关的转录因子互作网络,并利用软件Cytoscape对网络进行可视化,从而直观地展现了高低表达基因中转录因子的相互作用模式.同时,利用WGCNA(Weighted Correlation Network Analysis)构建了转录因子的共调控网络,发现高表达基因集合的转录因子调控网络中的一些子网模式与WGCNA构建的共调控模块得到对照.最终在高表达基因转录因子相互作用网络中发现占据重要地位的转录因子BCL11A和特异的组合模式(NFYA-NFYB-SP1),另一种组合模式(BATF-IRF4)则同时存在于高低表达基因的网络中.     

拟南芥转or基因突变体转录组及表型分析

构建了拟南芥orange(or)过表达突变体和相应的对照组,通过比较它们在色素含量、转录组、表型等方面的变化,发现or在绿色组织(拟南芥叶子、茎等)中也能起到提高类胡萝卜素含量的作用,且突变体类胡萝卜素合成途径的基因转录水平没有显著变化,但是很多防卫胁迫相关基因转录水平上调,说明突变体中存在胁迫环境.对不同生长条件下突变体幼苗下胚轴的测量等表明or突变体对光尤其是蓝光变得十分敏感.本研究分析比较了or在不同组织中的效应,为or应用于改良作物类胡萝卜素含量的基因工程和进一步揭示or的作用机制提供了参考.     

锌对水稻金属硫蛋白基因家族的表达以及重组酵母细胞耐受性的影响

采用Northern杂交和酵母功能互补实验,分析了10个水稻I类金属硫蛋白基因(Os MT-Is)在水稻幼苗和重组酵母细胞中与Zn2 的应答反应.Zn2 处理后样品的杂交结果显示:在幼苗的地上部分,除了3个4型Os MT-I基因(Os MT-I-4a,Os MT-I-4b,Os MT-I-4c)的表达不受Zn2 的影响外,其余6个基因的表达都有不同程度的增加;而在根中,Zn2 明显增加了Os MT-I-1b和Os MT-I-2c的转录,但Os MT-I-1a和Os MT-I-3a的转录却受到了抑制.将Os MT-Is转化Zn2 敏感酵母突变体并获得异源表达后,10个成员都可以在一定程度上提高酵母细胞的Zn2 耐受力,而且表现出重组酵母体内Zn2 积累的增加.上述结果表明OsMT-I家族的成员均能够对外加的Zn2 产生反应,可能是通过螯合Zn2 来增加了生物体对Zn2 耐受性.     

柔嫩艾美耳球虫保守蛋白基因EtCHP40的分子特性研究

鸡球虫病是由几种艾美耳球虫寄生鸡肠道引起的一种危害严重的寄生虫病.目前,球虫病的防治主要依赖于药物,但由于药物长期广泛使用使鸡球虫对药物产生了严重的耐药性.为研究鸡球虫耐药性产生的分子机制,本实验室前期利用RNA-sequence对柔嫩艾美耳球虫地克珠利耐药株、马杜拉霉素耐药株与敏感株进行了转录组分析,获得敏感株与耐药株的差异表达基因,发现柔嫩艾美耳球虫保守蛋白40(EtCHP40)在马杜拉霉素耐药株表达显著上调.本研究以柔嫩艾美耳球虫敏感株孢子化卵囊cDNA第一链为模板,成功克隆了柔嫩艾美耳球虫保守蛋白40(EtCHP40)基因,并在原核表达系统中成功表达了重组蛋白(rEtCHP40).利用实时荧光定量PCR分析了该基因在柔嫩艾美耳球虫不同发育阶段以及不同虫株(耐药株和敏感株)的mRNA转录水平.结果显示EtCHP40基因在第二代裂殖子的mRNA转录水平最高;与敏感株相比,EtCHP40基因的mRNA转录水平在耐药株上调,且在马杜拉霉素耐药株的转录水平显著高于其他耐药株,另外发现在不同浓度的盐霉素作用下,随着药物浓度的升高,EtCHP40的mRNA转录水平也升高.间接免疫荧光定位结果表明该蛋白主要分布在子孢子的表面和顶端.因此,推测该蛋白可能参与了虫体在宿主细胞内的生长发育和对药物产生耐药性的过程.     

Structure and mechanism of the chromatin remodelling factor ISW1a

Site-specific recognition of DNA in eukaryotic organisms depends on the arrangement of nucleosomes in chromatin. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, ISW1a and related chromatin remodelling factors are implicated in establishing the nucleosome repeat during replication and altering nucleosome position to affect gene activity. Here we have solved the crystal structures of S. cerevisiae ISW1a lacking its ATPase domain both alone and with DNA bound at resolutions of 3.25?? and 3.60??, respectively, and we have visualized two different nucleosome-containing remodelling complexes using cryo-electron microscopy. The composite X-ray and electron microscopy structures combined with site-directed photocrosslinking analyses of these complexes suggest that ISW1a uses a dinucleosome substrate for chromatin remodelling. Results from a remodelling assay corroborate the dinucleosome model. We show how a chromatin remodelling factor could set the spacing between two adjacent nucleosomes acting as a 'protein ruler'.     

Determinants of nucleosome organization in primary human cells

Nucleosomes are the basic packaging units of chromatin, modulating accessibility of regulatory proteins to DNA and thus influencing eukaryotic gene regulation. Elaborate chromatin remodelling mechanisms have evolved that govern nucleosome organization at promoters, regulatory elements, and other functional regions in the genome. Analyses of chromatin landscape have uncovered a variety of mechanisms, including DNA sequence preferences, that can influence nucleosome positions. To identify major determinants of nucleosome organization in the human genome, we used deep sequencing to map nucleosome positions in three primary human cell types and in vitro. A majority of the genome showed substantial flexibility of nucleosome positions, whereas a small fraction showed reproducibly positioned nucleosomes. Certain sites that position in vitro can anchor the formation of nucleosomal arrays that have cell type-specific spacing in vivo. Our results unveil an interplay of sequence-based nucleosome preferences and non-nucleosomal factors in determining nucleosome organization within mammalian cells.