泛素启动子在转基因植物中的应用

启动子是基因表达调控的重要元件,在转基因植物中,选择高效率的启动子是高效率表达外源基因的关键.泛素启动子以其启动效率高、甲基化程度相对较低、遗传性状稳定等特点而成为目前研究较多的启动子之一.综述了泛素启动子研究现状,包括泛素基因的结构特点、泛素启动子的高效机制及在转基因植物中的应用和存在的问题.     

AtNCED3及AtAAO3基因启动子功能分析及其驱动CHS基因表达

NCED3及AAO3系ABA信号积累的关键基因,其转录调控研究是细胞ABA信号精细调节及植物抗逆分子机制阐明的关键.通过NCED3及AAO3启动子结构与功能的分析,建立了NCED3及AAO3启动子驱动CHS基因表达受干旱诱导致烟草花色变化的体系.     

酿酒酵母启动子上游序列在基因表达中的作用

近几年的研究发现,不仅在原核生物中启动子上游非编码区存在着对基因表达的调控序列,而且在真核生物中启动子上游非编码区也存在着对基因表达的调控序列。从酿酒酵母十多个基因上游非编码区的研究结果看,这些调控序列在结构与功能上都有一定的特殊性。除TATA box外,这个区段在不同的结构基因之前都有不同的核苷酸序列,     

NAP1基因和ARHP基因启动子区的生物信息学分析

采用进化足迹法,利用生物信息学在线软件,分析了鼻咽癌相关肽基因NAP1和成人视网膜假定蛋白基因ARHP的启动子结构,在人和小鼠NAP1基因的启动子保守区内预测出38个共同的转录因子结合部位,在人和小鼠ARHP基因的启动子保守区内预测出44个共同的转录因子结合部位,分析结果为NAP1基因和ARHP基因调控区的分析与鉴定,基因表达调控机制的研究提供了重要的参考.     

大豆BGLU基因家族全基因组鉴定与表达分析

在植物中,β-葡萄糖苷酶(BGLU)参与调控许多重要的生理过程.利用大豆基因组数据库,共鉴定了42个大豆BGLU家族基因,对该家族成员的基因特征、蛋白结构、系统进化、染色体定位、启动子调控元件和表达模式等进行了全面分析.为今后研究大豆BGLU家族基因的功能提供了基因信息.     

表观遗传因子在不同基因组区域的分布模式研究

应用人类CD4阳性T细胞表观遗传因子高通量定位、DNA甲基化修饰和基因表达谱数据,对基因启动子、外显子和内含子区域间的表观遗传因子分布模式进行了分析;同时,研究了不同基因组区域基因表达状态与表观遗传因子分布模式的内在关系,并应用功能富集分析阐释了表观遗传因子协同调控模式与基因功能的相关性.结果表明:DNA甲基化等表观遗传因子的分布模式在启动子、外显子和内含子区域间存在显著差异,并且表观遗传因子分布模式与基因表达状态密切相关.DNA甲基化与其他表观遗传因子间存在组合调控,拥有特定调控模式的相关基因与人类CD4阳性T细胞所行使的免疫系统过程、免疫应答、白细胞活性和淋巴细胞活性等生物学功能显著相关.     

植物维管组织特异性定位启动子研究进展

组织特异性基因的启动子对该基因的组织特异性表达起重要作用 .本文综述了植物维管组织特异性定位表达启动子的研究进展 .研究表明 ,在植物维管组织特异性定位表达启动子中 ,顺式调控元件与反式作用因子协同作用 ,调控基因的表达 .     

油葵种子特异性基因HaAP10启动子克隆及功能验证

为研究植物脂质转移蛋白基因HaAP10启动子能否在油葵种子中驱动外源基因特异性表达,从油葵(Helianthus annuus L.)基因组DNA中采用PCR技术克隆了HaAP10基因上游的调控序列964bp.序列分析结果表明,964bp核苷酸序列与报道序列同源性99%,包含TATA-box等基因表达的重要特征元件及种子特异表达所必需的核苷酸序列.将其与β-葡糖苷酸酶(β-glucuronidase,GUS)基因融合构建植物表达载体,并利用花粉管通道法转化油葵获得转基因植株,通过PCR鉴定和组织化学染色进行分析.PCR扩增初步证明目的片段已整合到油葵基因组中,组织化学分析表明HaAP10基因启动子能够驱动GUS基因在种子中特异表达,而在根、茎和叶中无GUS活性.结果表明HaAP10基因上游964bp片段可驱动外源基因在油葵种子中特异性表达,具有种子特异性启动子的功能,为油葵植物生物反应器的构建提供了优良的基因资源,同时也为油葵的油脂基因工程改良提供了基因资源.     

基于PCWM扫描模型的植物启动子分析及识别

启动子是基因转录调控机制中最重要的调控区域,启动子区域内转录元件的识别是揭示基因表达调控的重要基础.快速,可靠的启动子预测算法对于广范围内启动子元件的识别能够提供很大的帮助,目前的启动子识别算法及预测软件普遍存在假阳率高的缺点.因此改进识别算法的泛化能力显得尤为重要.本文利用从PlanPromDB数据库上下载的启动子数据,在深入分析启动子GC-Skew偏好、特异性位点保守性及TSS-TIS距离分布的基础上,通过改进原有位置权重矩阵(PWM)模型,构建出能够同时考虑位点保守性和关联性的位置关联性权重矩阵(PCWM)扫描模型,在此基础上利用标准化打分函数对植物TATA启动子进行预测,获得了较好的结果.     

植物转基因沉默的原因及对策

转基因植物中转基因沉默已成为植物基因工程的一大障碍,转基因沉默的原因是多方面的,可能是由于转录前外源基因和内源基因的结构特性、伴置效应以及宿主植物的遗传调控;也可能是因为转录时启动子、转录因子和终止子的作用;还可能是由于转录后的修饰作用、外源基因表达特异性和环境等因素。为了克服转基因植物中转基因沉默,可以采取下列对策：选择适宜的外源基因和调控元件、采用适当的转化方法、使用更加简便快捷的筛选策略等。     

转基因表达的精细调控

将细胞特异性表达启动子与可诱导系统相结合 ,建立可用于植物转基因表达时、空、量三维调控的基因开关系统 ,为功能基因组研究及通过基因工程技术对植物代谢实施精确调控提供了全新的思路     

人类K562细胞系中组蛋白修饰的调控分析

利用10种组蛋白修饰和1种组蛋白变体的ChIP-seq数据,统计了K562细胞系和GM12878细胞系中11种组蛋白修饰在癌基因启动子区域的分布.比较了两个细胞系中致癌基因和抑癌基因启动子区域的组蛋白修饰分布密度,并计算了11种组蛋白修饰与基因表达的相关性,分别在致癌基因和抑癌基因中构建了组蛋白修饰和基因表达的多元线性回归方程,从而发现K562细胞系中癌症发生过程中组蛋白修饰的调控特征.最后对K562细胞系中超级增强子调控的致癌基因和抑癌基因进行GO功能分析,研究这些基因的生物学功能,进一步找出K562细胞系中癌症发生的5个关键基因GATA1、GATA2、H3F3B、LYL1和SH_2B3.     

一种简单有效的T7RNA聚合酶调控的植物基因表达系统

T7RNA聚合酶在原核系统的基因表达与调控中起重要作用.将T7RNA聚合酶基因的5'端与来自SV40大T抗原基因的核定位信号编码序列融合在一起,利用rolC启动子控制修饰的T7RNA聚合酶基因,与10启动子控制的β-葡萄糖醛酸酶基因串联在一起,构建了植物表达载体,通过基因枪介导法转化了烟草叶片.结果表明,这一表达系统能够增加β-葡萄糖醛酸酶基因的瞬时表达.这为提高外源基因在转基因植物中的高效表达提供了新的工具.     

一种带有表型标记基因的诱导型抗旱植物表达载体的构建

为了克服组成型表达转录因子基因影响转基因植物性状的缺点,并构建一种具有级联放大作用并带有表型标记的诱导型植物双价表达载体。研究采用PCR方法从拟南芥克隆获得冷诱导转录因子CBF3基因,蜡质合成相关WIN1基因,干旱诱导RD29A基因启动子和冷诱导的LEA14基因启动子,并用CBF3转录因子所调控的下游RD29A基因启动子和LEA14基因启动子分别驱动CBF3基因和W1N1基因表达,构建了双价植物表达载体RD29AP-CBF3／LEA14P—WIN1／pcAMBIA2201。我们预测在转基因植物中,该表达系统可在干旱等逆境信号存在条件下,通过级联放大的方式诱导表达,在增加植物抗逆性的同时,增加叶片表层蜡质的积累,从而易于表型识别。本研究为利用花粉管通道法转化棉花,提高抗逆转基因棉花田间筛选的效率奠定了基础。     

异源四倍体鲫鲤Sox4基因部分序列及其5′端调控区启动子片段的克隆与分析

通过PCR技术从异源四倍体鲫鲤基因组DNA中分离到Sox4基因部分基序.序列分析表明,其5′端调控区具有多种启动子所特有的序列元件,如TATA框,CAAT框等,据此推测,它具有启动子活性.采用高保真PCR方法克隆了异源四倍体鱼Sox4基因5′端调控区600bp启动子片段,将其插入启动子缺失的增强绿色荧光蛋白(EGFP)表达载体pEGFP-1中,构建重组载体pAtsox4EGFP-1.通过瞬时转染HeLa细胞,在倒置荧光显微镜下可检测到绿色荧光.结果表明,克隆的Atsox4基因5′端调控区具有启动子活性,并成功构建了含四倍体鱼Sox4基因启动子片段的报告基因载体,为以后研究Sox4基因表达调控的分子机制奠定了基础.     

密码子优化的纳豆激酶基因在番茄果实中的瞬时表达

根据植物偏爱密码子设计并人工合成了纳豆激酶基因sNK,在其中插入番茄内含子构成sNKi基因.将这两种基因通过农杆菌渗透法在不同成熟时期的番茄果实中实现了瞬时表达.通过实时荧光定量PCR法(RT-qPCR)比较两种基因在番茄果实中转录水平的表达量,通过纤维蛋白平板法检测两种基因表达产物的纤溶酶活性.结果表明,两种基因在番茄果实的转色期、成熟期和完熟期均有表达,其中成熟期表达量最高,破色期基本无表达.果实特异性E8启动子调控下的纳豆激酶基因的表达量较组成型35S启动子调控下的该基因表达量明显提高.插入内含子的sNKi基因的表达量高于没有内含子的sNK基因,表明内含子在提高纳豆激酶的表达量方面具有显著的作用.     

调控机制依赖的能量消耗

基因表达是一个动态非平衡过程,必然要消耗能量.故从能量消耗的观点研究了转录水平上的一个代表性的基因表达模型,此模型不仅考虑了复杂的启动子结构(有2个调控位点),还考虑了相互作用转录因子的功能(区分为招募、稳定和混合3种机制).通过数学建模、理论分析和数值模拟,研究发现:招募机制最大化能量消耗(定义为熵的产生率),稳定机制最小化能量消耗,混合机制的作用介于2者之间.此外显示出:当启动子活性态的转录率变化时,启动子活性与能量消耗之间呈现出反比关系,即启动子活性越高(低),能量消耗越少(多); 而当非活性态的转录率(或泄露率)变化时,启动子活性与能量消耗之间呈现出正比关系,即启动子活性越高(低),能量消耗越多(少).这些结果表明基因表达过程中的能量消耗是调控机制依赖的.     

植物转化酶及其基因表达与调控

蔗糖利用依赖于蔗糖的降解.植物转化酶通过降解蔗糖为己糖,不仅为呼吸作用提供底物,而且作为信号分子调节多种基因的表达,同时转化酶基因的表达也受到多种因素的调控.综述了近年来植物转化酶的种类、特性、功能及其基因表达在转录水平和翻译水平调控机制的研究进展.     

水稻DUF642家族基因的鉴定及在非生物逆境中的表达分析

DUF(domain of unknown function)家族,是指含有未知功能域的蛋白质家族,在植物生命活动中发挥着重要的调控作用. DUF642是其中一个高度保守的植物特异性的未知细胞壁相关蛋白家族,参与调控植物的生长发育以及逆境响应.在水稻全基因组内对DUF642家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化关系、基因结构、蛋白结构和启动子顺式作用元件等进行了系统的分析.结果显示,水稻DUF642基因家族有6个成员,分布在1号、3号、4号、7号染色体上.系统发育进化树分析可将6个水稻DUF642蛋白分为3个亚组,基因结构和蛋白结构保守基序分析都表明水稻DUF642家族成员在进化上具有较高的保守性.启动子顺式作用元件预测以及非生物逆境诱导表达模式分析表明,OsDUF642家族基因在水稻响应非生物逆境胁迫中具有重要作用.以上结果加深了对植物DUF642基因家族的认识,并为进一步阐明OsDUF642基因家族成员在水稻抵御非生物逆境中的生物学功能提供了参考依据.