鱼抗冻蛋白在E.coli和Yeast中高效表达的理论初探

按照Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ甚高表达基因中的同义密码子使用、碱基构成和密码子之间的碱基关联的ＥＥＮＳ模式，对鱼抗冻蛋白基因ＡＦＰＩＩＡ７进行了改造，理论上使得ＡＦＰＩＩＡ７基因在Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ中的表达水平有了非常显著的提高．未改造的ＡＦＰＩＩＡ７基因在Ｅ．ｃｏｌｉ中表达，其表达水平为ＣＡＩ＝０．４１１，ＣＥＩ＝３．２４０是较低表达水平的基因，估计值在１０～１０３ｍｏｌ／ｃｅｌｌ之间．经改造后，其表达水平变成甚高表达基因ＣＡＩ＝０．８６８，ＣＥＩ＝５．９７８，估计值在１０４～１０５ｍｏｌ／ｃｅｌｌ之间．在Ｙｅａｓｔ中表达，未改造的ＡＦＰＩＩＡ７基因的表达水平为ＣＡＩ＝０．３５９，ＣＥＩ＝５．８８０，也是较低表达基因．经改造后，此基因为Ｙｅａｓｔ的高表达基囚，ＣＡＩ＝０．７０３，ＣＥＩ＝１１．６６８．本文的方法为异质基因获得高效表达提供了一种理论途径．     

酵母基因启动子序列结构与转录频率的关联性分析

分别基于Markov链模型、频率分析和加权Markov链模型分析k-mer(主要考虑k=6的情形)在DNA序列中的使用情况,并以此定义模糊相对熵度量2个DNA序列结构的差异程度.将转录频率较低的启动子序列作为对照,分析其它转录频率不同的酵母基因启动子序列与对照序列中k-mer隶属度的模糊相对熵的变化,发现基因转录频率与模糊相对熵存在线性正相关关系.一般地,转录频率相差越大的基因,其启动子序列结构的差异越明显.这提示酵母基因启动子序列结构与基因转录频率有一定关联性.与Markov链模型和频率分析法比较,加权Markov链模型的模糊相对熵能更有效地度量基因启动子序列结构的差异.     

基因表达水平与密码子使用的关系及其预测

研究了两个方面的问题．首先，对Ｅ．ｃｏｌｉ（１２１个基因），Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ（１１１个基因）、Ｙｅａｓｔ（１０７个基因）三种生物的核酸序列，将同义密码子按使用频率统计值分成三种特性的密码子：最适密码子、非最适密码子和稀有密码子．对每一序列的编码区，算出它们各自出现的概率后，用信息聚类法聚类．发现每种生物的高低表达基因明显分开，将三种生物基因聚类结果综合来看，基因表达水平被分为四级：甚高表达基因（ＶＨ）、高表达基因（Ｈ）、较低表达基因（ＬＭ）和低表达基因（ＬＬ）．每类基因的表达水平与实验结果保持了很好的相关性．在此基础上提出一个预测稀有密码子及基因表达水平的自洽信息聚类方法，Ｅ．ｃｏｌｉ、Ｙｅａｓｔ预测的结果与Ｅ．ｃｏｌｉ、Ｙｅａｓｔ的现有资料相比，符合很好．文中还预测了Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ和Ｂａｃｔｅｒｉｏ－ｐｈａｇｅ三种基因的表达水平及稀有密码子．     

两种超嗜热菌基因组中同义密码子使用的分析

对两种超嗜热菌敏捷气热菌(Aeropyrum pernix)和风产液菌(Aqui fex aeolicus)的密码子使用进行分析．相对密码子使用值(RSCU)的计算表明,它们在密码子使用上具有一定的相似性,但也有不同的使用模式,导致这一现象的机制可能存在差异．密码子RSCU值对应分析表明,两种菌中高表达基因均具有相对较高的GC含量,但基因表达水平对密码子使用偏好的影响程度却不一样．在A．pernix中,它是造成整个基因组密码子使用偏好的最主要因素,而在A．aeolicus中却不是．     

癌基因中的密码子使用

对１９９３年Ｅｎｔｒｅｚ８．０基因库中的癌基因的密码子使用进行了统计分析，给出了家族的归１０００的密码子使用频率，同义密码子使用频率，氨基酸相对丰度，并与非癌普通基因ＰＲＩ（灵长类）进行了比较，结果表明，癌基因与非癌基因对密码子的使用不同，在氨基酸丰度上有差异；各个家族的癌基因对密码子的使用及氨基酸的相对丰度都人特殊性。     

改造人干扰素α2b基因在大肠杆菌中获得高效表达的理论方法

按照Ｅ．ｃｏｌｉ甚高表达基因中同义密码子使用,密码子内和密码之间碱基关联的ＥＥＮＳ模式,对人干扰素α２ｂ基因编码区中的同义密码子进行置换,理论上使得人干扰素α２ｂ基因在Ｅ．ｃｏｌｉ中的表达水平有非常显的提高,在理论上,未改造的人干扰素α２ｂ基因在Ｅ．ｃｏｌｉ中的表达水平为ＣＡＩ＝０．３２３,ＣＤＩ＝０．５７４,ＣＥＩ＝０．６２９,是较低表达水平的基因,估计实际表达水平在１０～１０＾３ｍｏｌ／ｃｅ     

高频密码子分析法及其在烟草密码子分析中的应用

利用自编的RFCS程序计算同义密码子相对使用频率（RFSC），并根据RFSC值筛选出高频密码子，将高频密码子分析法筛选出的酵母Y.lipolytica高频密码子和传统的高表达优越密码子分析法筛选出的优越密码子进行比较，证实高频密码子分析法的可靠性。应用高频密码子分析法分析烟草的256个cDNA全序列，计算出同义密码子的相对使用频率，初步确定烟草的高频密码子， 为外源基因在烟草中的表达提供参考。     

幽门螺杆菌粘附素基因的原核表达

目的：构建幽门螺杆菌粘附素（hpaA）基因的原核表达载体，并诱导表达。方法：用PCR扩增hpaA目的基因片段，克隆至pQE-30表达载体中，构建含目的基因的表达质粒pQE-hpaA，转化E．coli DH5α，经IPTG诱导表达蛋白HpaA；Western blot分析其免疫反应性。结果：经测序hpaA基因片段由783bp组成，可编码260氨基酸残基的多肽。经SDS—PAGE分析相对分子量（Mr）约为30000。可溶性表达占全菌的42％以上。Western blot分析能与Hp全菌抗血清反应。结论：成功构建了粘附素hpaA基因的原核表达载体并能高效表达，为研制Hp疫苗提供理论依据。     

长期继代小麦培养细胞的染色体结构变异特征

本文对继代培养12．5年的普通小麦济南177愈伤组织染色体的结构变异进行了研究，并与继代时间为1．5－8．6年的进行比较，发现其染色体结构变异的类型发生了改变，除了原有的少数染色体断片和双着丝粒染色体以外，较高频率地出现了近端着丝粒染色体和端着丝粒染色体，分布频率分别为91．11％和84．44％。同工酶和RAPD分析表明，不同继代时期的培养细胞基因的组成和表达存在差异。     

杨树部分基因起始密码子AUG侧翼序列特征分析

对297条杨树基因序列的起始密码子AUG侧翼区序列(-20位点- 6位点)的碱基分布特性进行了统计学分析,并对高表达基因和低表达基因翻译起始位点侧翼序列碱基的保守性和关联性进行了对比分析。结果表明:紧邻起始密码子5′端的-1、-2、-3、-4、-5和-6位点均强烈偏好A, 4位点强烈偏好G,同时高表达和低表达基因的-20位到 4位中某些位点的保守性存在较大差异,其中高表达基因的-6,-3和 4位可能与其高表达的特性有关;通过关联性分析可以看出,在起始密码子侧翼序列的某些特定区域碱基之间的关联性可能也与翻译起始效率有关系;相关性分析表明低表达基因的AUGCAI主要受到"AUG"侧翼区序列的GC含量的影响,低表达基因在"AUG"侧翼区富集GC对翻译有一定影响。     

锥体虫、果蝇基因编码区的密码子使用、碱基间关联与基因表达水平的关系研究

用自洽信息聚类方法预测了锥体虫（Ｔｒｙｐａｎｏｓｏｍａｂｒｕｃｅｉ）（８１个基因）和果蝇（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ）（１２４个基因）的基因表达水平、高表达基因同义密码子的使用规律，求出了描述基因表达水平的参数ＩＥ值和ＣＡＩ值；在此基础之上，用我们提出的基因表达增强网络（ＥＥＮ）理论研究了基因编码区的碱基构成、密码子内和密码子之间的碱基关联与基因表达水平的关系，结果表明，其增强网络位点数目比Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ要多，说明生物越高级，编码区内的碱基关联越强．     

大肠杆菌编码序列碱基片段的统计分析

对大肠杆菌基因１２３１个编码开始区和１３０７个编码终止区域内的６三基片段,４碱基片段和３碱基处段进行了统计,发现６碱基片段模式数的对民其相对频率成线性下降关系,绝大多数４碱基和３碱基片段出现在相对频率于２的范围之内;编码区出现最多的碱基片段是多聚Ａ;     

碱基关联与基因表达水平的关系

研究了Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ基因编码区内碱基关联与基因表达水平的关系，结果表明：１）单碱基构成与基因表达水平有一定的关系；２）紧邻、次紧邻碱基间的关联（ｔ≤２）与基因表达水平有较好的线性关系；３）密码子第１位碱基的构成与基因表达水平有关系；４）密码子内１、３位和２、３位碱基之间的关联熵与基因表达水平有很强的关系；５）密码子内各位碱基与相邻密码子第１位碱基的关联熵与基因表达水平有很好的线性关系．     

Exploring Codon Usage Patterns of Alternatively Spliced Genes in Human Chromosome 1

Introduction A large number of species (prokaryotes and eukaryotes) have been used to study the pattern of codon usage bias, and it has also been demonstrated that inter- and intra-genomic variation of the pattern of codon usage is a widespread phenomenon, which may result from various factors. Alternative synonymous codon usage does not modify the amino acid sequence encoded in DNA among species and often among genes from the same genome. It has been suggested that the pattern of codon usag…     

多重PCR技术分析日本对虾Marsupenaeus japonicus精巢和卵巢差异表达基因

通过多重PCR方法,对采用SSH(抑制消减杂交)技术制备日本对虾卵巢特异探针并筛选卵巢cDNA全长文库所获得的8个阳性克隆进行分析,研究这些新克隆的基因在精巢和卵巢的差异表达情况。这8个基因可分为二类,一类为卵巢特异表达的基因,一类为卵巢的表达量高于精巢的差异表达基因。     

基于基因表达谱芯片杂交分析Lamprey-PHB2转染前后Chang liver细胞的基因表达差异

选取了10个物种与本课题组前期克隆得到的东北七鳃鳗抗增殖蛋白2(Lm-PHB2)进行氨基酸序列相似性对比,检测PHB2基因进化水平,结果表明各物种的PHB2氨基酸序列在PHB结构域处高度保守,但在N-端和C-端氨基酸序列保守性较低.将重组质粒pEGFP-N1-Lm-PHB2瞬时转染入张氏肝(CHL)细胞后,利用基因表达谱芯片技术分析基因的表达差异.结果显示CHL细胞中共有270条显著差异表达基因,其中显著上调基因共141条,显著下调基因共129条,涉及细胞信号转导、细胞周期调节、细胞增殖、细胞代谢和细胞凋亡等多个方面.通过实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)对基因表达谱芯片分析结果进行验证,结果显示转染pEGFP-N1-Lm-PHB2质粒后,细胞周期基因CDC25C、氧化应激相关基因(CAT,SOD,GST)和抗细胞凋亡基因HAX1均有显著性差异.     

簸箕柳SPL基因家族分析

【目的】确定SPL基因家族在不同物种之间的选择性保留和丢失情况,为后续研究被子植物花发育提供参考。【方法】通过在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、毛果杨(Populus trichocarpa)、簸箕柳(Salix suchowensis)、葡萄(Vitis vinifera)、番木瓜(Carica papaya)、水稻(Oryza sativa)6种被子植物基因组中查找SPL结构域,寻找6个物种的SPL同源序列。对所找到的SPL序列进行BLASTN比对鉴定同源基因类型。使用自编Perl脚本结合KaKs_Calculator计算SPL同源基因的非同义突变(K_a)以及同义突变(K_s)值,采用共线性分析确定该基因家族的复制和扩张方式。【结果】在6种被子植物基因组中,共发现120个SPL基因。根据种内和种间旁系同源、直系同源基因以及这些同源基因选择压的计算显示:杨柳科SPL同源基因最多,共有旁系同源基因24对,直系同源基因50对; 番木瓜没有旁系同源基因。6个物种中,木本植物比草本植物直系同源基因更多,双子叶植物比单子叶植物直系同源基因更多; 所有旁系同源和直系同源基因的K_a/K_s值均小于1。系统发育树的分析结果与基因同源性分析基本吻合,证明了这两种分析方法具有较高的可靠性。此次研究选取了簸箕柳同一植株上开花和不开花的枝条进行了转录组测序分析,差异表达分析发现了1个SPL基因(willow_GLEAN_10025160)在两种枝条的转录组中表达差异显著(P≤0.01),其在开花枝条中的表达量显著高于未开花枝条,该基因被选为SPL基因家族中参与簸箕柳开花调控的候选基因。【结论】通过对6个物种SPL基因家族的分析,发现6个物种中所有直系同源和旁系同源基因都经历了纯化选择(K_a/K_s<1),基因功能保守。这6个物种除了经历过全基因组复制事件,还发生过大规模的基因丢失或者通过其他方式产生的基因扩张,阐明了它们在进化历史上的复制事件及SPL基因在不同物种中的选择性保留与丢失情况,为进一步研究其在调控簸箕柳开花中的作用提供了有力证据。     

基于近邻传播的时间序列基因表达谱聚类算法

聚类是识别基因表达数据蕴含的关键基因调控模块的一种有效方法,基因表达谱的相似性度量是聚类的关键问题.然而,一般的相似性度量方法不能刻画时间序列基因表达谱数据所蕴含的时间延迟、反向相关和局部相关等复杂的基因调控关系.针对时间序列基因表达谱数据,提出一种基于近邻传播和动态规划的相似性度量方法和聚类算法.在大鼠再生肝细胞基因表达谱数据集上的聚类结果与基因功能富集分析结果高度一致,证明算法在时间序列基因表达谱数据聚类上的有效性.     

SD序列矩阵表示与保守性

提出用矩阵形式表示一组核酸序列的方法．以大肠杆菌ＳＤ序列（在起始密码子ＡＴＧ前－１～－２５位点的２５个碱基范围内）为例给出了表示各位点单碱基、相邻双碱基、相邻三碱基出现的矩阵形式，并计算了体现序列的保守性、关联性的Ｍ（ｌ）值，发现大肠杆菌ＳＤ序列保守性，相邻双碱基、三碱基关联性与基因表达水平成正相关关系