生物基因组测序发展现状和对策建议

生物信息的序列化,是生命科学进入21世纪的划时代里程碑,也是生命科学走向成熟的一个阶段性标志.生物基因组全序列的测定对于科学家从整个基因组规模深刻认识、研究物种,阐明基因的结构与功能关系,细胞的发育、生长、分化的分子机理,疾病发生的机理,利用有利基因加速定向改良和培育生物新品种等发挥巨大作用.     

基于生物信息学的结核杆菌候选药靶基因的分析筛选

结核分支杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)是结核病的致病菌,MTB基因组和蛋白质组的研究为筛选新的抗MTB药物提供了可能．鉴于前人所做的工作,目前比较一致的意见是：与MTB细胞壁的合成相关的酶类,尤其是与脂肪酸合成和降解相关的酶类,是筛选抗结核杆菌药物的理想靶标．选取与脂肪酸合成、分解、转运相关的187个基因,分析blast结果,剔除与人和其他生物(如大肠杆菌等)蛋白序列相似性大于60％的基因．利用相关生物软件挑选出至少有一个糖基位点且具有溶剂可及性的抗原基因9个．本研究为以后分析药靶基因编码蛋白质的三维结构、利用现有的生物技术和有关的化合物对候选药靶进行功能研究、在细胞水平加以验证打下基础．     

电子克隆新基因

随着基因定位和人类基因组测序及生物信息技术的迅猛发展,特别是人类基因组工作框架图和精细图谱及其初步分析结果的先后公布,表达序列标签(EST)已成为人类寻找未知功能的新基因以及克隆不同时空差异表达基因和疾病相关基因的重要标志物.从理论上讲,人类全套cDNA含有所有人类基因的不间断蛋白编码区,一经测出既有序列克隆又有物理克隆的人类完整cDNA,就将提供全面系统分析蛋白功能并最终认识人类生命活动本质的分子基础.     

疾病相关miRNAs识别方法研究进展

miRNAs是一类内源性短序列非编码RNAs小分子,广泛参与细胞的增殖、分化、凋亡等生物学过程.miRNAs的异常表达与包括肿瘤在内的多种复杂疾病的发生、发展有着密切的关系,筛选与疾病相关的miRNAs,对于药物靶点的发现及新型药物的开发,具有十分重要的作用.笔者拟通过逐步递进的方式,从miRNA靶基因预测、miRNA生物功能作用机制、疾病相关miRNAs计算筛选方法、miRNA小分子药物多个方面,综述疾病相关miRNAs研究进展,为推进miRNA在临床医学中的应用提供参考.     

基因组研究与生命科学工业的崛起

1990年以来,人类基因组序列已完成测序的和正在测序的共计约330Mb,占人基因组的11％左右;已识别出与人类疾病相关的基因200个左右。此外细菌、古细菌、支原体和酵母等共17种生物的全基因组的序列已经测定。1998年5月至9月间,在人类基因组研究领域中连续爆出了三个引人瞩目的新闻,都是向按部就班的研究进度提出了挑战。 1998年5月9日,美国的基因组研究所负责人克雷格·温特(CraigVenter)宣布将同PE(Perkin-Elmar)公     

人类基因组计划及研究

近年来,采用ＤＮＡ序列测定、基因克隆、基因组文库的构建等方法对人类基因组进行了研究,完成了大部分人类基因组的物理图谱、转录图谱及单核苷酸多态性图谱的分析。进而发现、克隆和研究了许多新基因,如青光眼基因、肿瘤抑制基因等,这些结果使人类第一次在分子水平上认识自我,并有助于从人灰基因组中去除有害基因。最后本文探讨了人类基因组研究可能带来的问题。     

网络药理学与分子对接研究黄芪治疗阿尔兹海默病的作用机制

为了研究黄芪中活性成分治疗阿尔兹海默病的作用机制,采用网络药理学与分子对接模拟方法,利用相关数据库确定疾病靶点,构建靶点相互作用和药物-成分-靶蛋白-疾病网络,在DAVID数据库进行基因本体富集分析和京都基因与基因组百科全书数据库通路富集分析,并对靶点进行分子对接模拟验证。结果表明：筛选到20种黄芪抗阿尔兹海默病的活性成分,其中槲皮素、山奈酚、异鼠李素、刺芒柄花素、 7-O-甲基-异微凸剑叶莎醇为关键成分;筛选出118个交集靶点,含6个关键靶点,各靶点富集于炎症反应细胞凋亡等生物过程;分析得到180条信号通路,作用机制主要与TNF、 PI3K-Akt、 IL-17等通路相关。     

基于GenePANDA算法的精神分裂症药物靶基因预测

精神分裂症是常见的精神障碍类疾病.目前,治疗精神分裂症的药物存在疗效差、副作用大和耐药性的问题,迫切需要开发新的药物,而发现新的药物靶基因是开发新药的重要环节.为了预测精神分裂症药物的靶基因,我们首先基于DrugBank中药物已知的靶基因,使用网络算法GenePANDA预测出候选靶基因;之后,我们对药物已知靶基因进行功能富集分析,使用富集出的生物学通路筛选候选靶基因,最终得到48个候选靶基因.其中,29个基因被报道和精神分裂症直接相关,13个基因被报道为精神分裂症药物的靶基因.此外,在DrugBank中共有54种药物靶向预测出的基因,其中17种药物被研究报道可用于治疗精神分裂症.     

科学家绘出黑猩猩的基因组草图

美国马里兰州基因组研究所和基因组等促进中心研究人员绘出的序列基因约覆盖狗基因组的80 % ,初步分析显示,人类与狗基因组之间约有6 .5亿个碱基对部分相同,在已识别出的2 .4万多个人类基因中,约有75 %在狗基因组中处在对应物。狗是继人和鼠之后的第三种被绘制基因组草图的哺乳动物。根据估计,狗身上有36 0多种遗传疾病与人类疾病相似。因此,测定狗基因组图谱,并将与人类基因组图谱进行比较分析,对寻找人和动物的致病基因都将有帮助。美国科学家绘出狗基因组序列蓝图@张树庸     

人类基因组计划的基因组图谱与模式生物

人类基因组计划的研究任务是在２００５年之前完成人类基因组核苷酸序列的全分析，弄清每个基因的结构、功能及各种突变与疾病的关系。与之有关的基因组图谱分为遗传学图谱、物理图谱和转录图谱。模式生物包括酵母、线虫、果蝇、家猪和小鼠。     

国外期刊亮点

正破译油菜多倍体基因组中国农业科学院油料作物研究所等多个国内外相关机构通过合作首次完成了甘蓝型油菜的基因组测序工作。相关成果8月22日发表于Science上。研究发现,甘蓝型冬油菜基因组至少包含10多万个蛋白编码基因,为至今测序的植物种中基因数最多的物种。借助与亲本种甘蓝和白菜基因组的比较,科学家发现,该基因组进化的突出特点是2个亚基因组(A和C)存在广泛的、相互的基因或DNA序列置换。     

绵羊（Ovis aries）线粒体DNA的遗传变异类型研究

通过PCR－RFLP和DNA序列测定发现绵羊线粒体基因组内存在的HinfⅠ酶切多态是COⅠ基因第234位的T－C碱基替换的结果。DNA序列分析表明该位点碱基的替换不导酸的改变,为一同义突变。依据这一单核苷酸多态可直接进行绵羊线粒体基因组的分型鉴定,并可作为绵羊核质基因互作研究、核外基因效应分析及转基因、动物克隆研究中胚胎及个体识别的分子标记。     

绵羊(0vis aries)线粒体DNA的遗传变异类型研究

通过PCR-RFLP和DNA序列测定发现绵羊线粒体基因组内存在的HinfⅠ酶切多态是COⅠ基因第234位的T-C碱基替换的结果.DNA序列分析表明该位点碱基的替换不导致氨基酸的改变,为一同义突变.依据这一单核苷酸多态可直接进行绵羊线粒体基因组的分型鉴定,并可作为绵羊核质基因互作研究、核外基因效应分析及转基因、动物克隆研究中胚胎及个体识别的分子标记.     

秀丽线虫细胞核内小干扰RNA调控基因表达的机制研究

生物体内存在大量的不编码蛋白质序列的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA),这些非编码RNA广泛参与生命活动的各个过程,包括基因表达调控、基因组稳定性维持、抵抗外源核酸侵染、发育的时序调节以及肿瘤发生等.越来越多的证据表明一系列重大疾病的发生、发展与这些非编码RNA的产生和调控失衡相关.小调节性RNA正在成为潜在的疾病标志物、药物靶点和生物分子药物.我们的研究主要集中在高等多细胞生物中细胞核里小干扰RNA调控基因表达的分子机制和生物学功能.我们在模式生物秀丽线虫中通过遗传筛选的方法发现了一条小干扰RNA在细胞核内调控基因表达的通路,以及参与这条通路的几个关键的细胞核RNA干扰缺陷型基因(nuclear RNAi defective,Nrde).这一发现不仅解决了高等多细胞生物中细胞核内是否存在小RNA干扰现象的争论,而且发现小RNA可能通过主动转运的方式进入细胞核并调控RNA聚合酶Ⅱ(RNAPⅡ)介导的转录延伸.这一通路还可能参与了生物体的获得性遗传过程.本文重点阐述这一小干扰RNA调控基因表达的分子机制,并提出未来亟待解决的科学问题和发展方向.     

阿尔茨海默症靶基因及其药物的预测研究

阿尔茨海默症(AD)是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病.目前用于治疗AD的药物主要改善患者的认知功能,延缓疾病的进展.目前,这类药物的研制和开发方兴未艾,新药层出不穷.遗憾的是,几乎所有的药物都未能使患者广泛受益.本文一方面从现有用于治疗AD的药物出发,利用DrugBank数据库挖掘AD的靶基因,通过使用DAVID、GenePANDA等数据资源和生物工具,预测得到30个用于治疗AD的靶基因或与AD直接相关的基因,如目前未被充分研究的AD靶基因GPER1、SSTR4、GALR2等.另一方面,基于预测靶基因方法,通过DrugBank数据库预测的可潜在用于AD治疗的药物,如神经类治疗药物中的阿米替林、奥氮平、氯氮平、阿莫沙平、α-氨基异丁酸和组胺6种药物,在非神经类治疗药物中有地塞米松、吲哚美辛、舒林酸和酮洛芬4种药物.     

大豆分子标记遗传图谱研究进展

具有高油、高蛋白特点的大豆(Glycine max(L.)Merr)是世界上主要农作物之一,广泛用作人类的食物、动物的饲料和生物能源。在测序技术尚未被广泛应用之前,研究人员基于分子标记技术,通过与某些遗传性状相连锁的分子标记来绘制大豆基因组的遗传图谱,探索式的了解大豆基因组的组成和某些数量性状的遗传位点(QTL)。2010年1月,大豆基因组测序完成并公布,使得大豆基因组研究有了突飞猛进的发展。Soybase数据库将高密度的遗传图谱与大豆基因组序列相结合,促进了DNA序列与遗传图谱的联系,为控制大豆遗传性状基因的研究提供了重要基础。     

林木分子育种研究的基因组学信息资源述评

分子育种是指利用与性状相关的DNA标记进行选育,也称标记辅助选择或标记辅助育种,广义上还包括基因工程育种和基因组学辅助育种。林木分子育种为早期选择和加速育种提供了极具潜力的高效手段。笔者对林木分子育种研究的基因组学信息资源进行了进展综述和前景展望。近30年来,林木分子标记技术从早期的低通量方法发展到目前基于微阵列芯片和新一代测序的高通量技术,如测序分型、转录组测序、重测序、扩增子测序和外显子组测序等,并广泛用于连锁作图、关联分析和基因组选择等林木性状相关的DNA变异检测研究。随着2006年毛果杨基因组序列的发表,已有50余个树种完成了基因组测序。基于连锁作图和关联研究检测了林木10余个属生长、材性和抗逆及非木质产品品质等性状相关的大量基因组位点,主要趋势表现为：① 表型广泛,涵盖经济性状、生理指标和代谢成分等;②标记数量成千上万甚至上百万,覆盖全基因组;③转录组和降解组等多组学的分子变异开始应用;④ 利用大群体以提高位点检测的精度;⑤ 重视环境的影响,大田试验设置多个地点,解析QTL与环境、年份的互作效应;⑥ 结合参考基因组序列和/或转录组差异表达基因进一步挖掘性状相关的候选基因,建立了桉属、松属和云杉属等主要造林树种的基因组选择模型。此外,积累了泛基因组、相关软件和算法、功能基因、基因组编辑技术及网站和数据库等其他信息资源。林木分子育种面临的挑战主要包括：① 如何获得稳定性好的性状相关基因组位点和基因组选择（GS）模型;② 缺乏自动化、无损和高通量的表型测定技术;③对大基因组的针叶树和一些多倍体树种,仍难获得高质量的基因组序列;④ 标记辅助选择增加了常规育种之外的费用,且存在不确定性;⑤多数树种的加速育种仍较困难。后基因组时代的林木分子育种将有效结合到常规育种程序中,显著促进遗传增益的提高。     

Lotus japonicus共生固氮基因的比较基因组学

以模式植物Lotus japonicus基因组为研究对象,首先应用了现有生物信息学软件BLAST程序对Lotus japonicus的全基因组序列进行了比较分析,鉴定两个序列之间的相似性并将其基因筛选出来;其次结合Blastp的数据结果提供的基因同源信息,和基因在染色体上的位置信息,对其全基因组进行共线性分析确定基因组中由WGD产生的重复基因有2197对,以获得Lotus japonicus多倍化发生的规模高达28.05％;再次在NCBI上初步搜索并获得与共生固氮相关的基因序列有12个同时根据获得的共生固氮相关的基因在四个禾本科物种中进行比较分析,并且对其进行了简单的系统进化分析,发现全基因组倍增可能有利于共生固氮相关的基因家族的扩增.     

疣尾蜥虎线粒体基因组全序列及其基因组成

测定了疣尾蜥虎(Hemidactylus frenatus) 的线粒体基因组全序列.序列全长为16 891 bp, 包括13 个蛋白质编码基因、2 个rRNA 基因和22 个tRNA 基因.除大部分基因由重链编码外,仅1个蛋白编码基因和8个tRNA基因由轻链编码.碱基组成的偏好与其他脊椎动物线粒体DNA接近.没有发现长的基因间隔区,说明该基因组的结构十分紧凑.基因组的组成与典型脊椎动物的相近,即没有发现重排、基因或控制区的重复等在其它有鳞类动物中出现过的异常特征.除单性生殖的壁虎外,现有的壁虎类线粒体基因组在基因含量和顺序上是一致的.作为蜥虎属线粒体基因组全序列的惟一代表,该序列有望在有鳞类系统发生的推断上发挥一定的作用.     

海洋极端微生物和极端酶分子生物学研究

分离自海洋极端微生物的极端酶具有超常的生物学稳定性，能够在极端温度、pH值、压力和离子强度下表现出生物学活性，因此海洋极端酶为生物催化和生物转化提供了良机。新的极端物种的发现、基因组序列的确定及基因工程技术的应用，加快了发现和制各新酶的进程。蛋白质工程和定向进化技术进一步改善酶的活性和特异性，促进了海洋极端酶的工业应用。对极端酶的分子生物学研究加深了人们对酶稳定性机制的理解，丰富了分子进化理论。