果蝇胚胎不同表达水平基因内含子序列特征的比较分析

对果蝇胚胎低表达和高表达水平基因内含子的序列结构进行分析,发现2种表达水平的基因内含子序列特征有明显差异.高表达基因的内含子一般比低表达基因的长,其中高表达基因第1内含子的平均长度是低表达基因的2.62倍,第2内含子的平均长度是低表达基因的1.79倍.两类基因第1内含子中的CpG岛含量最高,并且高表达基因内含子中CpG岛含量要高于低表达基因.此外,与低表达基因相比,TATA box、CAAT box和GC box在高表达基因内含子中出现的频数明显要高些,尤其是在第1内含子中.作者还提取出果蝇胚胎2种表达水平基因第1内含子中高频出现的6-mer简单重复序列,发现一些重复序列与实验得到的转录因子结合位点相符合.这些结果提示内含子特别是第1内含子有可能调控果蝇胚胎基因的转录从而影响基因的表达水平.     

线粒体上核糖核蛋白基因内含子与相应编码序列的相互作用分析

剪切后的内含子对基因的表达调控过程仍发挥着重要的作用,发现内含子通过与相应mRNA的相互作用来实现这些功能的.用改进后的Smith-Waterman算法进行局域比对,对线虫、果蝇、小鼠和人类的线粒体上核糖核蛋白基因的内含子与相应编码序列做匹配性比对分析,发现内含子的中部序列与编码序列存在较强的相互作用,三类内含子上的匹配频率分布显示了各自的特征.在编码序列上有多个最佳匹配区域和禁配区域,推测这些禁配区域可能是蛋白质复合体的结合区域.最佳匹配片段的GC含量分布范围较广,覆盖了其它三类序列分布范围.高等真核生物最佳匹配片段的平均长度比低等真核生物要长一些.结论表明最佳匹配片段的序列特征符合RNA-RNA相互作用的一般规律,内含子应该是一类调控基因表达的功能片段.     

家猪基因组含有大量保守非编码区

用190万条家猪随机读序分别比对人和小鼠的基因组，除去已知基因的外显子和新预测的人的编码区，得到大量含有保守非编码区的家猪序列。11．05％的家猪读序含有“猪—人”保守的非编码区序列，3．13％的家猪读序含有“猪—鼠”保守的非编码区片段，1．86％的家猪读序包含“猪—人—鼠”三者保守的非编码区区域。三者保守的非编码区序列跟人的相似性明显高于跟小鼠的相似性。另外，很多人、小鼠的非编码RNA基因跟上述含有保守非编码片段的家猪序列至少比对上一次。     

mRNA序列与相应UTR中内含子序列的相互作用

UTR区中的内含子对基因的表达调控过程发挥着重要的作用,它通过与相应mRNA的序列匹配方式发生相互作用并实现对基因的表达调控。采用Smith-Waterman算法进行局域比对,获得UTR区中的内含子与相应mRNA序列之间的最佳匹配片段。分析6个物种mRNA序列上最佳匹配片段的序列特征及匹配频率的分布规律,并分析这种相互作用分布的普适性。结果发现:最佳匹配片段的配对率和平均长度分布与siRNA和miRNA的结合特征一致; UTR区中的内含子与相应mRNA序列上的UTR序列存在较强的相互作用,低GC片段倾向与3′UTR区作用,而高GC片段倾向结合到5′UTR区。结论表明最佳匹配片段的序列特征符合RNA-RNA相互作用的一般规律,内含子序列应该是一类调控基因表达的功能片段。UTR区中的内含子与mRNA序列是协同进化的,通过相互作用完成应有的功能。     

白菜防御素基因的预测及结构功能分析

采用生物信息学的方法,通过已知防御素基因家族基因氨基酸序列在线Blast相似性比对,对白菜(Brassicarapa)基因组中防御素基因进行了预测和鉴定,分析了防御素基因在进化过程中各部分结构,包括上游区域、启动子区域、外显子区域、内含子区域以及UTR区域的结构变异以及功能变异,对该基因上游序列顺式作用元件和表达模式进行了预测。分析结果表明,白菜防御素基因编码60～80个氨基酸短肽,编码氨基酸均具有8个保守的半胱氨酸;白菜防御素基因功能结构域保持相对稳定,但部分基因成员前端信号肽序列出现变异;内含子长度出现增长、缩短、消失等3种变异模式;该基因上游启动子区域核苷酸变异较其他区域显著,上游序列顺式作用元件大多与光应答、逆境胁迫应答和信号分子应答相关。该基因表达模式预测结果表明白菜防御素基因在进化过程中可能出现分化,主要体现在基因沉默和表达部位的差异。     

中国四个小型猪品种生长激素基因克隆测序及分子进化研究

研究对中国四个小型猪五指山猪、贵州香猪、滇南小耳猪和藏猪的生长激素基因(pGH,porcine growth hormone)进行了克隆测序及构建分子进化树,考察该激素对小型猪体型的影响。通过筛选合适的引物,采用PCR技术,扩增了四个小型猪品种的pGH基因全序列,并对其进行了克隆测序分析。4个小型猪品种pGH基因全长为2006bp,包括5个外显子和4个内含子,CDS全长为648bp。将4个品种小型猪和长白猪、雅南猪、内江猪进行了核苷酸序列比对,共有63处发生了变异,变异率为2.9%,其中外显子有12处变异,全部为转换;内含子有51处发生了变异,包括转换、颠换和缺失。聚类结果基本符合其地方猪种的地理位置分布原则。     

十字花科部分蔬菜HRD基因的克隆与生物信息学分析

根据NCBI上得到的拟南芥HRD基因序列,利用同源序列克隆的方法,设计引物,从12种十字花科蔬菜中克隆出其核酸序列,并进行生物信息学分析,旨在验证克隆出的序列与拟南芥HRD基因是否具有同源性.对这些得到的核酸序列从DNA序列、氨基酸序列的相似性、亲/疏水性、2级结构、功能域、3级结构、同源进化树等进行了预测和较为全面的分析.结果显示经PCR扩增,都得到了大小与拟南芥HRD基因基本一致的序列,长度在555bp左右.其基因序列、氨基酸序列比对同源性分别达到93.14%和89.74%;亲/疏水性分析表明该基因编码的蛋白为亲水性蛋白;推导的氨基酸序列中均存在AP2功能结构域,属于十字花科AP2/ERF类家族转录因子基因;同源进化树分析表明它们具有很高的同源性,说明所克隆的序列与拟南芥HRD基因由同一个基因进化而来,是十字花科植物中的保守基因.     

果蝇成熟mRNA序列与其相应内含子序列的匹配特征分析

研究成熟mRNA序列与其相应内含子序列的相互作用规律对于揭示基因表达调控具有重要意义.本文以黑腹果蝇第一号染色体蛋白质编码基因序列为研究对象,采用SmithWaterman局域比对的方法,在mRNA序列和内含子序列之间进行匹配性比对分析.研究发现剪切后的内含子序列与基因的5′UTR序列和3′UTR序列的相对匹配频数高于编码(CDS)序列.最佳匹配片段集合的G+C含量分布范围很广,其分布中心与3′UTR序列最为接近,5′UTR序列次之,距离CDS序列最远,这是导致两端UTR序列与内含子序列有较高匹配强度的原因.最佳匹配片段的配对率主要分布在68%～75%之间,最可几长度为20bp左右,最佳匹配片段的序列特征与miRNA相似.结果显示内含子与mRNA之间的这种匹配模式是参与基因调控的一种可能方式.     

大黄鱼Rac2基因的克隆及其抗病免疫作用分析

克隆了大黄鱼ras-related C3 botulinum toxin substrate 2(Rac2)基因(命名为lycRac2),并从本实验室大黄鱼基因组数据库中获得了lycRac2基因的全长序列。lycRac2基因全长1670.427 kb,包含7个外显子、6个内含子,其c DNA序列全长1221 bp,ORF为579 bp,编码192个氨基酸。同源性比较结果显示,从鱼类到哺乳动物,RAC2蛋白的氨基酸序列相当保守,其基因均具有7个外显子和6个内含子,但不同物种之间7个外显子和6个内含子的长度都不一致。实时定量PCR检测结果显示,lycRac2基因在肝脏、脾脏、肠、胃、肾、头肾、肌肉、皮肤、脑、鳃、心脏、血液中均有不同程度表达,其中在头肾中表达量最高,肌肉中表达量最低。大黄鱼受到LPS(脂多糖)、poly I:C、副溶血弧菌刺激后,肝脏、脾脏、头肾中lycRac2基因表达量明显上调,显示lycRac2基因参与了大黄鱼的免疫反应,其可能具有对细菌和病毒的抗病免疫作用。通过原核表达还获得lycRAC2蛋白,为进一步研究其性质和功能奠定了基础。     

猪肝脏和肌肉肉碱脂酰转移酶Ⅰ基因片段克隆及序列分析

分别从金皮F2代猪的肝脏、第十肋背最长肌中提取总RNA,并根据报道的猪L-CPT ⅠcDNA和M-CPT Ⅰ cDNA序列分别设计引物1和引物2,用反转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)进行cDNA扩增,获得两条长度分别为733 bp和510 bp的片段,克隆于pUCm-T Vector后进行序列分析.结果表明,长度为733 bp的片段为L-CPT Ⅰ基因cDNA的部分序列,编码243个氨基酸,而长度为510 bp的片段则为M-CPT Ⅰ基因cDNA的部分序列,编码169个氨基酸.得到的两条基因片段与报道的猪L-CPT Ⅰ cDNA和M-CPT ⅠcDNA部分序列同源性分别为99.59%和99.61%.     

Correlations between recombination rate and intron distributions along chromosomes of C. elegans

Generally speaking, the intron size positively correlates with recombination rate in Caenorhabditis elegans genome. Here, we analyze the correlations between recombination rate and some measures of different intron lengths so as to know whether the recombination influences the introns of different lengths in the same way. Results show that the correlation between the recombination rate and the percentage of short introns (<100 bp) is negative, but the correlation between the recombination rate and the percentage of introns that are larger than 500 bp is positive. Average intron length correlates positively with the recombination rate for introns whose length is in the range of 100–1000 bp. We speculate that the recombination mainly exerts impact on introns whose length ranges from 100–1000 bp. We also show that the average intron number per gene correlates negatively with the recombination rate.     

三种红豆杉BAPT基因的克隆及序列分析

利用热启动PCR法分别从矮紫杉、欧洲红豆杉以及中国红豆杉基因组DNA中首次克隆到长度为1456bp的BAPT基因全长序列。序列分析结果表明:三种红豆杉BAPT基因序列的同源性达到了97.4%;将三种红豆杉的BAPT序列与NCBI上登录的BAPTcDNA序列相比对,发现其均含有1个核苷酸序列高度保守的110bp左右的内含子。     

海甘蓝硫甙合成关键酶S-GT基因克隆及种子特异性hpRNAi载体构建

根据甘蓝型油菜S-GT(thiohydroximate S-glucosyltransferase)基因cDNA序列设计引物,以海甘蓝总DNA为模板进行PCR扩增.获得S-GT基因全长.克隆的海甘蓝S-GT序列与甘蓝型油菜序列相比,除74 bp的内含子部分外有92个碱基的差别,相似性高达93.4%.分析显示该序列均有完整的开放阅读框,并表明所克隆的海甘蓝S-GT序列编码465个氨基酸,在第10个位点上比甘蓝型油菜序列少一个丙氨酸(A),总共有23个氨基酸不同,相似性为95.06%.根据获得的基因序列设计引物扩增出同一基因序列相同但是带有不同酶切位点的两个片段,将两个片段反向插入到已构建的带有种子特异表达载体内含子的两端,成功构建了海甘蓝S-GT基因的种子特异性hpRNAi载体,为特异性降低海甘蓝的种子硫甙奠定了基础.     

Analysis of intron sequence variability of the conservative HMG-box of Sox9 genes in allotetraploids and their original parents

The Sox genes of allotetraploids and their original maternal red crucian carp (Carassius caassius red var.) and original paternal common carp (Cyprinus carpio L.) were detected by PCR with the designed primers based on the conserved HMG-box sequence in different species. Sequencing of Sox genes indicated that two Sox9 genes (Atsox9a and Atsox9b) existed in allotetraploids, while only one Sox9 gene existed in red crucian carp (Rcsox9a) and common carp (Ccsox9b) . All of the four Sox9 genes contained an intron in the HMG-box. with the sizes of 413 bp, 703 bp, 401 bp and 714 bp, respectively. Moreover, the introns obeyed the rule of "GT-AG" . A high similarity was observed between introns of Atsox9a and Rcsox9a (94.4%), Atsox9b and Ccsox9b (97.8%). Interestingly, the deduced amino acid sequences of their corresponding exons all shared 100% identity. Thus, introns of the HMG-domain of Sox9s in allotetraploids and their original parents have not only the length polymorphism but also intron variability. Our results provide significant molecular evidence for the origin and evolution of allotetraploids.     

Analysis of intron sequence variability of the conservative HMG-box of Sox9 genes in allotetraploids and their original parents

The Sox genes of allotetraploids and their original maternal red crucian carp （Carassius caassius red var.） and original paternal common carp (Cyprinus carpio L.) were detected by PCR with the designed primers based on the conserved HMG-box sequence in different species. Sequencing of Sox genes indicated that two Sox9 genes (Atsox9a and Atsox9b) existed in allotetraploids, while only one Sox9 gene existed in red crucian carp (Rcsox9a) and common carp (Ccsox9b). All of the four Sox9 genes contained an intron in the HMG-box, with the sizes of 413 bp, 703 bp, 401 bp and 714 bp, respectively. Moreover, the introns obeyed the rule of “GT-AG”. A high similarity was observed between introns of Atsox9a and Rcsox9a (94.4%), Atsox9b and Ccsox9b (97.8%). Interestingly, the deduced amino acid sequences of their corresponding exons all shared 100% identity. Thus, introns of the HMG-domain of Sox9s in allotetraploids and their original parents have not only the length polymorphism but also intron variability. Our results provide significant molecular evidence for the origin and evolution of allotetraploids.     

海甘蓝硫甙合成关键酶S—GT基因克隆及种子特异性hpRNAi载体构建

根据甘蓝型油菜S-GT（thiohydroximate S-glucosyltransferase）基因cDNA序列设计引物,以海甘蓝总DNA为模板进行PCR扩增,获得S-GT基因全长。克隆的海甘蓝S—GT序列与甘蓝型油菜序列相比,除74bp的内含予部分外有92个碱基的差别,相似性高达93．4％。分析显示该序列均有完整的开放阅读框,并表明所克隆的海甘蓝S-GT序列编码465个氨基酸,在第10个位点上比甘蓝型油菜序列少一个丙氨酸（A）,总共有23个氨基酸不同,相似性为95．06％。根据获得的基因序列设计引物扩增出同一基因序列相同但是带有不同酶切位点的两个片段,将两个片段反向插入到已构建的带有种子特异表达载体内含子的两端,成功构建了海甘蓝S-GT基因的种子特异性hpRNAi载体,为特异性降低海甘蓝的种子硫甙奠定了基础。     

Comparison of cloned rabbit and mouse beta-globin genes showing strong evolutionary divergence of two homologous pairs of introns.

Cloned beta-globin genes of both mouse and rabbit each contain a large and a small intervening sequence (intron) of about equal length at precisely the same positions relative to the coding sequence. The homologous introns show some sequence similarity, particularly at the junctions with the coding sequence. They most probably arose from a common ancestral sequence and diverged substantially during evolution.     

A role for branchpoints in splicing in vivo

The nucleotides immediately surrounding intron/exon junctions of genes transcribed by RNA polymerase B can be derived from 'consensus' sequences for donor and acceptor splice sites by only a few base changes. Studies in vivo have underlined the importance of these junction nucleotides for splicing. In higher eukaryotes, no evidence has been found for specific internal intron sequences involved in splicing. However, the recent discovery that, in vitro, introns are excised in a lariat form where the 5' end of the intron is joined via a 2'-5'-phosphodiester linkage to an A residue (branchpoint acceptor) close to the 3' end of the intron, suggests that internal intron sequences may nonetheless be important for splicing. Indeed, in yeast nuclear genes, the internal sequence 5'-TACTAAC-3' (or close homologue) is essential for splicing in vivo. A proposed consensus sequence for branchpoints in mammalian introns is 5'-CT(A/G)A(C/T)-3'. This sequence resembles the essential yeast internal sequence. Are branchpoints involved in the splicing of introns of higher eukaryotes in vivo? We show here that a branchpoint sequence from a human globin gene (5'-CTGACTCTCTCTG-3') greatly enhances the efficiency of splicing of a 'synthetic' intron in HeLa cells. A mutated branchpoint sequence, 5'-CTCCTCTCTCTG-3', in which the branchpoint acceptor nucleotide A has been deleted and the neighbouring purine G mutated to a C, does not exhibit this enhancing capability. We conclude that branchpoints have an important function in the splicing process in vivo.     

黑腹果蝇种组组蛋白基因间内含子区的分子进化

通过分析黑腹果蝇种组(Drosophila melanogasterspecies group)9个种亚组代表种和D.pseudoobscura的组蛋白基因H2A和H2B的内含子的碱基组成、替换速率、转换/颠换比、二级结构和系统发育关系等发现:整个序列长度变异范围在201 bp(ficusphila)到232 bp(takahashii)之间,替换速率为0.82,转换明显高于颠换,内含子和外显子结合区不遵循“GT-AG”和“AT-AC”模式,而是“TT-AG”模式,二级结构与系统分化关系具有相关性.我们认为组蛋白基因H2A和H2B的内含子是先起源的,在进化过程中由于承受的选择压力不同而发生了变异.