小鼠基因组中犁鼻器受体V2R基因的分布和序列分析

犁鼻器受体1 (V1R)和犁鼻器受体2 (V2R)被认为是哺乳动物犁鼻器中执行信息素感受功能的两个多基因受体超家族, 它们编码7次跨膜的G蛋白偶联受体. 在大鼠和小鼠中已经发现了3个V2R基因家族. 本研究对最近更新的小鼠基因组数据库进行搜索, 获得63个可能的V2R功能基因, 其中新发现了3个V2R基因, 并且这3个基因构成V2R超家族中的一个新家族. 此外, 对这些基因在基因组上的分布以及序列保守性特征进行了分析, 为V2R的功能域研究提供了部分线索, 并将对信息素受体的功能研究和全面揭示信息素感知的分子机制提供一定帮助.     

低等脊椎动物中存在基因组印迹进化的基础

哺乳动物配子发生过程中双亲特异性甲基化印迹导致父母双方的基因组在发育中的不等性和互补性, 使父母双方的基因组对正常发育都是必需的. 因此, 基因组印迹是胚胎发育过程中基因组整体水平上基因表达调控至关重要的第一步, 也是哺乳动物两性生殖的表观遗传基础. 但基因组印迹在脊椎动物中的进化起源、形成并维持稳定的表观遗传修饰分子机制都还完全不清楚. 在动物界, 由于至今未在非哺乳动物中发现内源印迹基因, 基因组印迹被认为可能是胎生哺乳动物单独进化出来的. 为探索基因组印迹的进化起源, 本文研究了哺乳动物印迹基因在低等脊椎动物的同源基因中是否存在双亲特异性差异甲基化区域. 通过用重亚硫酸氢盐测序的方法, 对金鱼Igf2基因的CpG岛在精子、卵子、不同发育阶段胚胎以及成体不同组织中的甲基化情况进行分析, 结果表明, 与哺乳动物Igf2基因一样, 金鱼Igf2基因内部也存在差异甲基化区域, 该区域在卵子中没有甲基化, 在精子中被高度甲基化; 但与哺乳动物印迹基因不同, 金鱼的双亲特异性甲基化差异不能在胚胎发育过程中保持稳定, 可能是脊椎动物进化早期的一种初级的基因组印迹. 这些结果说明, 低等脊椎动物中存在基因组印迹进化的基础, 基因组印迹不是哺乳动物单独进化产生的     

觉传导机理及仿生嗅觉传感器的研究进展

嗅觉对所有动物而言都是一种极其重要的生理感觉. 近年来, 人们对嗅觉传导机理的研究取得了很大进展, 尤其是嗅觉受体基因超家族的突破性发现推动了国际上嗅觉研究的快速发展. 随着嗅觉传导机理研究的不断深入, 加上仿生嗅觉传感器具有潜在的商业价值和工业应用前景, 对仿生嗅觉传感器的研究也取得了很大进展. 同时, 该研究对于嗅觉传导机理的研究也具有重要的促进作用. 本文综合评述了近年来国际上嗅觉传导机理和仿生嗅觉传感器研究的最新进展. 从嗅觉信号传导的神经通路、嗅神经元对气味分子信号的转导机制、嗅球对嗅觉信号的编码和处理、嗅皮层对嗅觉信号的感知以及仿生嗅觉传感器进行了综述. 最后也介绍了我们在仿生嗅觉传感器方面的研究进展.     

哺乳动物视锥蛋白基因进化研究进展

视觉对于生物进化有重要意义, 生物可以调整它们的视觉系统以应付它们所处的特定的光环境. 认识和了解生物视觉系统感知的分子机制尤为重要, 视蛋白基因氨基酸序列(基因型)和色素吸收光谱值λ_max (表型)之间的关联使视蛋白基因成为研究视觉进化的一个很好的模式系统. 研究表明, 视蛋白基因以及视锥色素在哺乳动物进化中表现出显著的多样性, 视觉感知的分子机制远比人们以前所认知的更为复杂和扑朔迷离. 本文将评述近年来哺乳动物重要类群中视觉系统视蛋白基因进化研究进展, 为进一步深入研究哺乳动物视觉感知的分子机制提供基础资料.     

水稻包穗突变体esp2 的遗传分析与基因精细定位

水稻的包穗现象主要是由倒一节间缩短造成的. 阐明包穗形成的分子机制, 对解决水稻不育系的包穗问题, 创造水稻新种质具有重要意义. 我们在籼稻品种明恢86 的组织培养后代中获得了1 个包穗突变体, 命名为esp2(enclosed shorter panicle 2), 其穗部被剑叶叶鞘完全包裹, 倒一节间几乎完全退化, 而其余各节间长度则没有明显改变. 遗传分析表明, esp2 受一对隐性基因控制, 能稳定遗传且不受遗传背景的影响. 显然, ESP2 是控制水稻倒一节间发育的一个关键基因. 利用esp2 与粳稻品种秀水13 杂交的F₂ 群体以及SSR 和InDel 标记, 将ESP2 精细定位在1 号染色体短臂末端一个14 kb 的区域内. 根据水稻基因组序列的注释, 该区域内只存在1 个完整的基因, 亦即一个假定的磷脂酰丝氨酸合成酶(putative phosphatidylserine synthase)基因. 对野生型和突变体的测序分析结果表明, 该基因内部插入了一个5287 bp 的反转座子序列. 因此, 我们将该基因作为ESP2 的候选基因. 本研究结果为ESP2 基因的克隆和功能分析奠定了基础.     

胰核糖核酸酶基因(RNASE1)重复与功能分化

适应是生物进化中最根本的问题之一. 胰核糖核酸酶(RNASE1)由胰脏分泌, 是一种非常重要的消化酶. 目前已证实RNASE1基因重复与前肠发酵食草动物中独特消化系统的功能适应紧密相关, 成为研究动物对食性适应性进化遗传机制的重要模式系统之一. 同时有研究发现, 在不具有前肠发酵特征的某些哺乳动物中也存在RNASE1基因重复事件, 提示该基因在这些物种中可能产生了新的组织特异性或功能. 文章综述了RNASE1基因在动物适应性进化, 包括食性方面的研究进展.     

一新的水稻多蘖矮秆突变体tddl (t) 的分离及基因的精细定位

水稻株型是影响稻米产量的重要农艺性状, 而株高和分蘖是水稻株型的两大构成因素, 因此对水稻多蘖矮秆突变体的研究不仅能为植物生长发育分子机制的阐明奠定基础, 而且具有潜在的农业生产价值. 我们从EMS化学诱变的籼稻IR64的后代筛选得到一稳定遗传的多蘖矮秆且叶色加深突变体, 暂命名为tddl(t), 它与已发现的多蘖矮秆突变体非等位. 该突变体属于dn型矮秆, 其矮秆性状与赤霉素、油菜素内酯和萘乙酸无关, 因此推断其控制基因可能参与其他激素途径. 组织细胞学分析表明, 维管束薄壁细胞的减小导致了茎秆变细. 遗传分析显示, 该性状受单隐性核基因控制, 精细定位将TDDL(T)基因锁定在水稻第4号染色体长臂85.51 kb的物理距离内, 在该区域共预测到20个候选基因. 对该基因的进一步克隆将有助于水稻多蘖矮秆分子机制的阐明和应用于分子标记辅助育种.     

金鱼β-catenin以细胞自主性方式抑制神经发育早期调节基因vsx1的表达

β-catenin基因是脊椎动物背部中轴结构形成的必需基因. 近年的研究发现, 在斑马鱼和爪蟾中, β-catenin还具有抑制神经外胚层形成的作用. 为深入了解β-catenin是如何抑制神经外胚层形成以及这种抑制在正常发育过程中的功能, 我们研究了金鱼胚胎发育过程中β-catenin对神经外胚层发育早期调节基因vsx1表达的抑制作用. 实验结果表明, 用反义morpholino oligonuc- leotides (MO)抑制内源β-catenin的功能可导致胚胎发育早期vsx1的广泛表达; β-catenin可抑制vsx1基因启动子所控制的绿色荧光蛋白(GFP)报告基因的表达. 进一步的分析证明, β-catenin所直接启动的下游靶基因boz可以通过vsx1基因启动子中的特定结合位点抑制vsx1基因启动子所控制的GFP报告基因的表达. 这些结果表明, β-catenin在脊索中胚层前体细胞中启动与脊索中胚层发育调节相关基因表达的同时, 还能以细胞自主性方式抑制神经发育早期调节基因vsx1在这些细胞中表达, 提示β-catenin在脊索中胚层前体细胞中抑制vsx1基因的异位表达与启动脊索中胚层调节基因的表达都是保障脊索正常发育所必需的     

柿果萼ABA生物合成关键酶基因NCED的克隆及ABA对柿离体幼果乙烯的调节

柿子通常被归类为呼吸跃变型果实. 然而, 与典型的跃变型果实不同, 它表现出独特的跃变特性, 即越早期采下的果实, 乙烯产生量越大. 为了弄清柿离体幼果的乙烯生成及诱导机制,从果萼中克隆了1个编码ABA生物合成关键酶基因(DK-NCED1)的cDNA片段, 并分析其在离体幼果中的表达及其产物ABA对乙烯生成的影响. 结果显示, 幼果采后置于室温下, 萼片首先失水, 其DK-NCED1基因于采后第1天开始表达, 并伴随着ABA的快速积累, ABA在采后第2天达到峰值, 然后下降. 果萼中DK-ACS2和DK-ACO1基因从采后第2天开始表达, 乙烯随即诱导产生, 并于第3天达到峰值. 果实中也存在上述变化模式, 但各项指标均比果萼晚1 d, 且果肉硬度从采后第4天急速下降, 并于第6天完全软化. 外源ABA或NDGA (一种NCED酶抑制剂)对离体幼果DK-NCED1基因的表达无影响, 但却促进或抑制了果实中乙烯合成酶基因DK-ACS2及氧化酶基因DK-ACO1的表达及其乙烯的生成, 促进或延迟了幼果的软化. 结果表明, 柿幼果采后, 失水胁迫诱导了果萼中DK-NCED1 基因的表达, 并诱导ABA的快速积累; ABA达到一定值后触发乙烯生物合成酶基因DK-ACS2和氧化酶基因DK-ACO1基因的表达, 乙烯随即生成并扩散至果肉, 作为二级信号刺激果肉中乙烯的合成, 并引发乙烯的跃变, 使果实软化.     

雄性大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)尿液中包含亲缘关系的信息

化学通讯在哺乳动物的亲缘选择和性选择过程中起着非常重要的作用. 以往针对啮齿动物的气味-基因协同变化关系的研究已经有很多报道, 并由此定义了名词“亲缘气味”(kinship odor). 然而有关亲缘气味的生产者——动物的遗传关系与气味中化学物质相似性之间关系的研究却尚未有过报道. 大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)主要依靠化学通讯维持其社会等级和进行相互交往. 为揭示大熊猫尿液和肛周腺分泌物中化学物质组成及其相对含量与个体间亲缘关系的内在联系, 利用大熊猫谱系表及气相色谱和质谱联用(GC-MS)技术, 对圈养大熊猫尿液和肛周腺分泌物中化学物质组成及其相对含量、个体间遗传关系相似性进行了系统分析. 在排除尿液和肛周腺分泌物中与年龄和性别有关的化学成分后, 发现个体间的亲缘系数与尿液中化学成分组成的相似性呈现显著的正相关关系(r_s = 0.851, P < 0.001, n = 15), 而且这种显著性关系表现为对季节、性别和年龄的依赖性, 即气味中的化学物质组成相似性与个体间的亲缘系数存在显著相关关系的结果仅见于交配季节的成年雄性个体尿液中, 而在非交配季节和其他年龄组(成年雌性、亚成年雌雄等)则不存在这种显著的相关关系. 对于肛周腺分泌物, 无论成年还是亚成年雌、雄个体, 均未发现这种相关关系. 本研究结果表明, 大熊猫极有可能存在亲缘气味, 而且该气味与年龄、性别和季节等多种因素有关. 该研究结果对于借助化学通讯和性选择方面的理论进一步推动野生大熊猫保护实践工作具有重要的意义.     

一个水稻短生育期突变体sgp(t)的遗传分析及基因定位

在优良迟熟恢复系明恢86的转基因后代中, 发现了一个非T-DNA插入引起的短生育期突变体(暂命名short growth period, 简称sgp(t)). 该突变体对光周期反应不敏感, 在不同生态区域与不同播种期, 平均抽穗期(40.9±2.1)~(62.4±5.2) d, 比野生型明恢86早35~50 d. 通过对sgp(t)突变体与29个不同遗传背景的亲本(包括感光和非感光的籼稻、粳稻及爪哇稻品种)杂交后代抽穗期分析, 结果发现, 在福州市夏季种植(4月30日播种), F1抽穗均表现较迟熟亲本 早, 而较sgp(t)略迟, 平均抽穗期(52.0±1.3)~(63.4±2.3) d, 表明sgp(t)是一个不完全显性突变体, 能够显著地缩短水稻的生育期. 进一步分析sgp(t)突变体与野生型明恢86, 93-11, 闽恢3301和博白B等4个品种的杂种F2群体抽穗分布发现, 分离群体后代中出现极早熟、较早熟和迟熟3种类型, 其极早熟和较早熟植株数之和与迟熟植株数之比符合3:1, 进一步表明sgp(t)由一对不完全显性基因控制. 以F2代(sgp(t)×93-11)中的极早熟株和迟熟株为定位群体, 应用微卫星标记将sgp(t)基因定位在第6染色体的RM3628和RM439之间, 随后利用已经公布的水稻基因组序列, 在sgp(t)基因附近区域新开发了6个标记, 将sgp(t)基因进一步定位在NSSR0617~NSSR0683之间, 遗传距离分别为0.5和0.6 cM, 物理距离约436 kb. 定位结果显示sgp(t)不同于目前报道的所有早熟和迟熟基因, 是一个控制水稻生育期的新基因.     

水稻三角颖突变体tri1的遗传分析与基因克隆

籽粒形状与大小是影响水稻产量和品质的重要因素. 本研究在经⁶⁰Co-γ射线辐射粳稻品种台北309的后代中分离获得一个三角颖突变体tri1(triangular hull 1). 与野生型相比, tri1籽粒颖壳呈三角形, 粒厚增加, 蛋白质含量升高, 株高和千粒重降低. 遗传分析表明, 该突变性状能稳定遗传, 受一对隐性核基因控制. 采用图位克隆法将目的基因精细定位于水稻第1染色体长臂上分子标记CHR0122与CH0127之间, 物理距离约47 kb, 并与分子标记CHR0119共分离. 在该区域内共有6个候选基因, 测序分析表明tri1突变体中一个释义基因OsMADS32的第3外显子内缺失了一个碱基A, 导致移码突变和翻译提前终止; RT-PCR分析表明, OsMADS32主要在水稻幼穗中表达, 在根、茎、叶和发育的种子等组织中的表达量极低, 说明OsMADS32基因与花的发育与关. 据此, 推测OsMADS32基因可能为TRI1的候选基因.     

体细胞核移植牛肺脏中H19和Xist基因的DNA甲基化状态

在体细胞核移植中, 体细胞的供体核要经过表观遗传修饰的重编程才能获得发育的全能性, 目前认为不完全的表观重编程是导致克隆效率低的主要原因. DNA甲基化是基因组主要的表观遗传修饰方式, 是调节基因组功能的重要手段. 为了探求核移植过程中DNA甲基化的表观重编程是否充分, 利用亚硫酸氢盐测序法分析了印记基因H19和Xist在出生48 h内死亡的体细胞核移植牛和正常对照牛肺脏中的DNA甲基化状态. 结果发现, 体细胞核移植牛中H19基因甲基化程度较低, 与正常对照组相比差异显著(P < 0.05), 并且 9C3个体有3个CpG (第1, 2, 3位)表现出完全非甲基化; Xist基因甲基化程度在体细胞核移植牛和正常对照牛中都较高, 且没有显著差异.     

苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)中两个gcvA基因的鉴定及其特性

GcvA蛋白是LysR转录因子家族成员, 在大肠杆菌(Escherichia coli)中, 它激活编码裂解甘氨酸酶系(GCV)操纵子(gcvTHP)的表达, 这一过程受甘氨酸诱导. 在以前的工作中, 我们分别突变了苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)中90个LysR家族转录因子, 并鉴定了突变株的表型. 本研究证明了苜蓿中华根瘤菌基因组中存在2个gcvA基因gcvA1和gcvA2; 苜蓿中华根瘤菌gcvTHP操纵子的充分激活需要它们的同时存在. gcvA1对gcvTHP操纵子的激活需要甘氨酸诱导, 而gcvA2对gcvTHP操纵子的激活则不需要甘氨酸诱导, 推测苜蓿中华根瘤菌中gcvTHP表达的调控机制与大肠杆菌中的不同. 进化分析显示, 很多原细菌中都存在GcvA蛋白, 而苜蓿中华根瘤菌的GcvA1和GcvA2与大肠杆菌的GcvA的亲缘关系很远, 这也许可以解释它们gcvTHP表达调控模式的不同. 研究结果为LysR基因家族的功能提供了新的线索.     

一种四倍体鲤科鱼Sox基因的克隆和序列分析

为了研究重要功能基因在多倍体基因组中的演化情况, 通过分子克隆的方法从四倍体大鳞结鱼(Tor douronensis)中获得13条Sox基因序列, 分别为SoxB, SoxC和SoxE组成员. 对大鳞结鱼Sox基因系统进化分析的结果支持鱼类特异的基因组重复的假说, 同时表明, 基因Sox19可能为真骨鱼特有的Sox基因家族成员. 序列分析显示, 与其他物种相比大鳞结鱼中Sox基因的碱基替代, 绝大多数为同义替代. 结果表明, 所得到的Sox基因序列均受到净化选择, 同时由多倍化所造成的重复基因对Sox4a, Sox9a和Sox9b受到相同的净化选择压力. 根据基因Sox9a和Sox9b重复基因对间内含子序列长度和相似性的差异推测大鳞结鱼可能为异源四倍体.     

利用ubi1内含子增强Bt cry1Ah基因在转基因玉米中的表达

Bt cry1Ah基因是从国内苏云金芽胞杆菌分离株BT8中鉴定克隆的新型杀虫蛋白基因. 本研究构建了两个含有Bt cry1Ah基因的植物表达载体, 在其中一个植物表达载体(pUUOAH)的玉米Ubiquitin启动子与cry1Ah基因之间插入了玉米泛素蛋白基因ubiqutin1的第一个内含子(ubi1). 利用基因枪法将其导入玉米(Zea mays L.)胚性愈伤组织中, 得到了可育的再生植株. PCR及Southern blot检测结果表明, cry1Ah基因已整合入玉米基因组中, 并稳定遗传至下一代. 对T₁及T₂代转基因植株进行ELISA检测, 发现pUUOAH载体转基因植株Cry1Ah蛋白的平均表达量提高了20%. 对T₂代转基因植株进行了田间抗虫性鉴定, 发现转cry1Ah基因玉米对玉米螟有很高的抗性, 并且pUUOAH载体转基因植株的抗虫性好于pUOAH(无内含子)载体的转基因植株. 以上结果表明, 玉米ubi1内含子可以有效增强cry1Ah在转基因玉米中的表达.     

陆地棉红株基因(R1)的精细定位

利用陆地棉遗传背景的海岛棉染色体16置换系材料Sub16和陆地棉多基因标记系T586创建了含1259个单株的F₂作图群体, 结合本实验室最新的栽培四倍体棉种种间分子遗传图谱上染色体16的标记信息, 利用分子标记技术, 对红株基因R₁进行精细定位. 在F₂分离群体中, 红株性状分离比符合孟德尔1:2:1的分离, 进一步证明该性状是由一不完全显性单基因控制. 利用JoinMap 3.0连锁分析软件, 使用含237个单株的F₂小群体完成红株基因R₁的初级定位, 进一步利用含1259个单株的F₂大群体将该基因精细定位在NAU4956和NAU6752之间, 与最近标记的遗传距离为0.49 cM. 研究结果为进一步克隆该基因及培育红色彩棉转基因品种提供了研究基础.     

苜蓿盲蝽气味结合蛋白AlinOBP3的克隆、表达及结合特性分析

有证据表明,气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)在昆虫的嗅觉识别中是必需的,起着运输外界脂溶性气味分子通过嗅觉感器淋巴液到达嗅觉受体(olfactory receptors,ORs)的关键作用.克隆和表达了一个新的苜蓿盲蝽气味结合蛋白(AlinOBP3),采用qPCR方法解析了AlinOBP3的表达谱,结果表明,AlinOBP3绝大部分在触角中表达.使用1-NPN作为荧光探针,用荧光竞争结合实验研究了AlinOBP3蛋白和9种棉花挥发物及5种性信息素类似物的结合能力.结果表明,在9种棉花挥发物中,月桂烯、β-罗勒烯、α-水芹烯能够与AlinOBP3相结合,其中α-水芹烯和AlinOBP3的结合能力较强,结合常数为56.68μmol/L.在5种性信息素类似物中,丁酸己酯和AlinOBP3的结合能力最强,结合常数为59.53μmol/L.丁酸丁酯、丁酸反-2-己烯酯、丁酸乙酯和AlinOBP3的结合能力中等,结合常数分别为227.39,108.77及143.47μmol/L.据此推测,AlinOBP3可能是性信息素结合蛋白(pheromone binding protein,PBP)并在感受性信息素和植物挥发物的过程中起着双重作用.     

一个水稻窄叶突变体的鉴定和基因定位

从粳稻品种“中花11”转基因后代中发现了一个窄叶突变体. 突变体表现为植株矮化、生育期延迟、叶片变窄及内卷和结实率降低等一系列突变表型. 窄叶突变体的剑叶在饱和光下净光合速率显著低于野生型, 在灌浆期剑叶的气孔导度和蒸腾速率也明显低于野生型. 遗传学分析表明, 该窄叶突变体表型受一对隐性核基因控制. 通过对突变体T₁代和T₂后代的分子检测发现, 该突变体表型非T-DNA插入引起. 利用籼粳杂交F₂群体对突变体位点进行了基因定位, 将其定位在第12染色体长臂上SSR标记RM7018和RM3331之间. 与经典的形态标记nal3(cul3)位于相同染色体区段, 故将该突变体暂定名为nal3(t). 随后, 利用已公布的水稻序列和SSR标记, 开发了6对新的STS标记, 进一步将窄叶基因nal3(t)定位在NS10和RH12-8之间, 遗传距离分别为0.58和0.26 cM, 物理距离约136 kb, 为进一步克隆nal3(t)打下了基础.     

荧光定量PCR技术研究壳寡糖对A549细胞 cyclin D1, bcl-xl和bcl-2 mRNA表达的影响

壳寡糖(Chitooligosaccharide, COS)是壳聚糖的水解产物, 除具有抗菌、抗氧化、促细胞分化、促进骨折愈合等多种生物功能外, 还具有抗肿瘤的作用, 但其中作用机制还不清楚. 以5种壳寡糖低聚物(壳二糖、壳三糖、壳四糖、壳五糖、壳六糖)为研究对象, 通过荧光定量PCR技术, 研究它们对A549细胞cyclin D1 和bcl-2, bcl-xl mRNA表达的影响. 结果显示在这5种低聚物中, 壳六糖抑制A549细胞增殖的作用最为明显, 同时壳六糖还下调cyclin D1 和bcl-xl mRNA的表达, 说明壳六糖可能通过两种不同的机制发挥其抗肿瘤特性: (1) 壳六糖可以抑制Cyclin D1水平, 从而抑制肿瘤细胞的增殖; (2) 壳六糖通过下调抗凋亡蛋白Bcl-xl的表达以促进肿瘤细胞的凋亡.