哺乳动物Gpx 基因家族进化选择和功能分歧研究 (动物科学)

研究哺乳动物谷胱甘肽过氧化物酶基因家族(Gpx)的亲缘关系和进化选择压力性质。从NCBI等网站获取哺乳动物Gpx基因编码区核酸序列和GPX蛋白氨基酸序列,并用MEGA、Clustal构建亲缘关系树,用SignalP和TargetP分析信号肽和亚细胞定位信息;用K estimator和PAML分析其Gpx基因家族进化先后顺序和选择压力;用Diverge分析GPX蛋白家族功能分歧。结果表明,GPX蛋白家族进化中形成两个亚类,其一包括GPX1和GPX2,其二包括GPX3、GPX5和GPX6;各GPX蛋白成员均有高度保守的GPX蛋白家族基序和高度保守的硒代半胱氨酸或半胱氨酸残基,氨基端信号肽分析显示,GPX1蛋白为胞浆线粒体型,其余家族成员均为胞外分泌型;哺乳动物Gpx1基因进化上受到严格的负选择作用,Gpx基因家族成员保守区也受到负选择作用,但用枝位点模型却检出了正选择作用,GPX蛋白家族内存在轻微的功能分歧。哺乳动物GPX蛋白家族的进化上的负选择作用表明其在哺乳动物清除自由基抗氧化方面的关键作用。     

钙网蛋白的结构、功能与进化

钙网蛋白（calreticulin,CRT）是一种滞留于质网的可溶性Ca2＋结合蛋白,有N-、P-、C-三个结构功能域,具有分子伴侣和调节Ca2＋的稳态等多种生物学功能。近来研究发现,CRT对凋亡细胞的识别和清除发挥重作用。同源性分析表明CRT的进化高度保守。本文简概述了CRT的结构、功能及进化的研究进展。     

多肽的表面展示与结构库

表面展示是一种新的基因操作技术,它使表达的多肽以融合蛋白形式展现在噬菌体或细胞表面,保持相对独立的空间结构和生物活性。该技术可用于研究多肽(蛋白质)的性质、相互识别和作用,并据此从巨大展示库中选择特定靶功能的多肽结构。常用丝状噬菌体、T₄噬菌体、λ噬菌体以及细胞构建表面展示系统。表面展示库包括重组噬菌体抗体库、随机短肽库、多肽构象库、cDNA展示库和基因突变体展示库。表面展示技术可用于人工抗体和疫苗的制备、抗原决定簇的定位、蛋白质相互作用位点的确定、特异调节分子的分离、细胞表面工程的研究、多肽药物的研制,以及生物分子实验定向进化等研究。     

真核生物中支架蛋白家族(IQGAP family)的分子进化分析

支架蛋白家族(IQGAP family)广泛存在于真核生物中,在细胞的信号转导、骨架运动、细胞分裂的过程中都有着重要功能.研究分析IQGAP蛋白家族的分子进化,有助于深入全面地了解整个IQGAP蛋白家族在不同物种中功能.通过使用相关数据库,在35个真核生物物种中检索到了70个支架蛋白家族成员的序列信息,并对其进行了系统的分子进化研究.我们发现:支架蛋白家族基因广泛存在于后生动物(Metazoan)、真菌(Fungi)、变形虫界(Amoebozoa)以及其他一些真核生物中,提示支架蛋白存在于最后的真核生物的共同祖先(Last Eukaryotic Common Ancestor,LECA).系统发育分析表明脊椎动物的IQGAP蛋白和非脊椎动物中代表性IQGAP基因共享一个共同的祖先基因,单个的IQGAP祖先基因在早期脊椎动物中(在四足总纲和硬骨鱼纲的分离之前),发生了两次基因复制事件,导致现存的脊椎动物中3组IQGAP基因(IQGAP1,IQGAP2,IQGAP3)产生.     

人工酶与定向进化的前沿与挑战

 定向进化是在实验室环境中，在分子水平上模拟进化过程，得到具有期望特征的蛋白质的方法，目前已成为蛋白质设计改造的重要方法。定向进化不仅可以用于天然蛋白质的改造，也可以通过改造现有的酶，使其具有新的催化活性，从而构建人工酶。本文重点介绍工业生物催化、纳米酶设计和光催化3个方向的前沿成果，并讨论人工酶与定向进化领域存在的挑战和问题。     

利用EvolvR系统对酶基因实现多窗口定向进化的研究

定向进化包括随机基因文库生成、基因在合适宿主中的表达和筛选目标特性变体. EvolvR作为一种CRISPR介导的新型定向进化技术，可以使目标序列在一天内完成整个进化过程. 目前，EvolvR只报导用于抗性基因的突变，以及串联最多2个sgRNAs以扩大突变窗口长度. 本研究旨在探究EvolvR系统在酶基因序列定向进化中的适用性以及突变效率， 同时在此基础上扩大EvolvR的突变窗口长度. 该研究结果表明，将4个能高效表达的单个sgRNA 串联，成功检测到靶向同一基因的3个不同靶位点，证明了EvolvR具有在目标基因区域大范围制造突变的潜力，具有很高的应用价值. 本研究为利用EvolvR系统对目标酶基因实现定向进化的研究奠定了基础.     

基于改进进化算法的无人机航迹规划

基于进化算法的无人机航迹规划已经得到了广泛的研究;但是由于其进化算子的多样化,还存在许多不足之处。针对现有进化算法的缺点引入一种新的坐标系,提出了一种定向进化策略,使每个航迹点根据具体情况进行定向变异。为了测试改进算法在航迹规划中的避障能力,进行了一系列的仿真实验。仿真结果表明基于改进进化算子的进化算法在无人机航迹规划应用中具有很大的优越性。     

大熊猫核糖体蛋白L34基因cDNA克隆与蛋白特性

为进一步研究RPL34的结构基因,也为更深入开展大熊猫分子生物学研究积累科学资料,本研究采用RT-PCR方法,首次成功克隆了大熊猫的核糖体蛋白L34基因的cDNA序列,对克隆序列进行了测序及初步分析,并利用RPL34蛋白构建系统树.结果表明:大熊猫RPL34基因的表达序列全长为379 bp,ORF为354 bp,编码117个氨基酸的蛋白质,该蛋白分子量为13.292 9 kD,等电点(pI)为11.48,含有5种类型共11个功能位点.进一步分析发现,该基因与已报道的人、牛、褐家鼠、小家鼠、非洲爪蟾和斑马鱼等物种的编码序列及其编码的氨基酸序列同源性很高,蛋白质分子量、pI非常接近,功能位点基本相同,说明核糖体蛋白L34基因及其编码蛋白在进化过程中非常保守;进化树分类结果与传统分类一致,表明L34蛋白能很好的反映物种间的进化关系.     

酶定向进化技术研究进展

酶定向进化是模拟自然进化过程、用于改造酶性质的一种新策略．在以易错PCR为代表的无性进化技术基础之上,有性进化技术的发展使酶定向进化更接近于自然进化过程．与此同时为解决巨大容量的突变文库与有限的筛选技术之间的矛盾,许多新的高通量筛选方法不断涌现,大大加快了酶定向进化技术的发展．文章从构建高质量的突变基因文库和选择有效的高通量筛选方法两方面,详细总结了近几年出现的新技术并对其应用情况进行介绍．     

昆虫致病性斯氏线虫亲环素基因的克隆、特征及表达分析(英文)

亲环蛋白(Cyclophilin)广泛存在于原核和真核生物中,在进化过程中结构保守,多数具有肽基脯氨酰基顺反异构酶活性。本文在斯氏线虫(Steinernema carpocapsae)差减杂交分析的基础上,克隆一个亲环蛋白基因(Sca-CYN)。该胞质蛋白有171个氨基酸组成,分子量约为16.2kD,等电点约为6.89。BLAST分析表明,Sca-CYN蛋白与线虫、昆虫及其它生物亲环蛋白的序列一致性达75%~89%。基因表达分析显示该基因在寄生初期就上调表达。序列比较及进化标记分析发现Sca-CYN为秀丽隐杆线虫亲环蛋白3的直系同源蛋白。同源建模分析显示该蛋白具有亲环蛋白的经典三维结构。系统发育分析结果表明该蛋白在进化早期与其同源基因分离。研究结果为进一步研究该基因功能及探讨线虫亲环蛋白基因家族的分子进化提供基础。     

昆虫致病性斯氏线虫亲环素基因的克隆、特征及表达分析

亲环蛋白(Cyclophilin)广泛存在于原核和真核生物中,在进化过程中结构保守,多数具有肽基脯氨酰基顺反异构酶活性。本文在斯氏线虫(Steinernema car poca psae)差减杂交分析的基础上,克隆一个亲环蛋白基因(Sca-CYN)。该胞质蛋白有171个氨基酸组成,分子量约为16.2kD,等电点约为6.89。BLAST分析表明,Sca-CYN蛋白与线虫、昆虫及其它生物亲环蛋白的序列一致性达75%~89%。基因表达分析显示该基因在寄生初期就上调表达。序列比较及进化标记分析发现Sca-CYN为秀丽隐杆线虫亲环蛋白3的直系同源蛋白。同源建模分析显示该蛋白具有亲环蛋白的经典三维结构。系统发育分析结果表明该蛋白在进化早期与其同源基因分离。研究结果为进一步研究该基因功能及探讨线虫亲环蛋白基因家族的分子进化提供基础。
     

抗增殖蛋白在线粒体中生物学功能的研究进展

抗增殖蛋白(又称Prohibitin,PHB)是一种在进化上高度保守的蛋白,广泛分布于细菌、酵母、果蝇、原虫及哺乳类动物的多种生物细胞中,主要定位于细胞膜、线粒体内膜、细胞核中。由于其在线粒体上的特殊定位、结构和功能,近年来在线粒体中与功能相关的研究中逐渐成为热点,包括调控线粒体形态学变化、细胞能量代谢等。基于抗增殖蛋白在线粒体中的生物学意义,通过对基因结构、定位和功能的分析,系统阐述了其在线粒体中的重要作用,并对应用前景做出了展望。     

硫酯蛋白家族保守区域分析

硫酯蛋白家族(thioester-containing proteins,TEPs)广泛分布于动物界,在动物非特异性免疫反应中发挥了重要的作用,然而其家族成员多,分子进化关系复杂.本研究从基因数据库中挑取已收录TEPs家族各成员的氨基酸全序列,包括α2-巨球蛋白、补体3、补体4、murinoglobulins、卵巨球蛋白、妊娠区带蛋白,α-1-抑制因子等.多重序列比对分析TEPs家族各成员间功能位点和保守区域的变化,构建系统进化树分析TEPs家族分子进化.TEPs家族除保守的GC*EQ**硫酯键区域及两侧的脯氨酸残基,还有7个完全保守的氨基酸残基及G*****Q*T,FPETW,QTD,KPTVK等保守区域.上述分析结果可为深入研究TEPs家族分子进化及动物非特异性免疫进化提供参考.     

拟南芥、水稻和杨树ACTIN家族全基因组分析

鉴定了覆盖拟南芥、水稻和杨树3种模式植物全基因组的20个拟南芥、18个水稻、22个杨树ACTIN蛋白基因,对其染色体定位、基因结构、基因复制等进行了综合分析.并在系统进化分析基础上,将ACTIN基因家族分为12个亚家族,有助于揭示植物ACTIN基因家族的进化历史,为后续ACTIN基因家族的功能提供线索,对研究植物ACTIN基因家族功能和进化上的多样性提供理论基础.     

基于改进多种群遗传算法的柔性作业车间调度研究

传统的遗传算法在解决柔性作业车间调度问题的过程中容易出现收敛速度慢,陷入局部最优等问题.针对最大完工时间最小优化问题,对多种族遗传算法进行改进.采用横向与纵向相结合的进化机制,在遗传的过程中加入定向进化的过程,设计了定向进化概率公式,可以加快获得最优解的速度.在选择过程中,采用复活制,将被淘汰的个体与优秀基因库中的个体再次进行进化操作,可以避免优秀基因的流失.实验结果表明了改进遗传算法的有效性和可行性.     

体外定向分子进化的新策略及新应用

体外定向分子进化是发现和改造生物活性分子的重要方法,提供了一种高效的获得多样性的方法。DNA改组(DNA shuffling)是重要的体外分子进化技术,结合高通量筛选能够改造许多重要的医药、工业、环境保护等方面的商业酶。近年来,许多体外分子进化的新策略和新方法层出不穷,得到了良好的发展和应用,其中有代表性的11种是DNA家族改组(DNA family shuffling),部分基因片段改组、单链DNA家族改组(SSDNAs)、简并引物基因改组(DOGS)、基因组改组(Genome Shuffling)、瞬时模板的随机嵌合(RACHITT)、单向引物的随机重组(MURA)、自我复制(CSR)改组、易错环行扩增(error-prone RCA)、基于遗传密码随机切除(COBARDE)、核酸内切酶V(endonuclease V)替代核酸内切酶DNaseI等。     

绵羊肺炎支原体新疆分离株黏附素与溶血素A基因的克隆及序列分析

根据Gen Bank报道的绵羊肺炎支原体(MO)基因组序列,设计特异性引物,对MO新疆分离株黏附素基因和溶血素A基因进行PCR扩增、克隆及测序;应用分子生物学软件对该基因及其编码蛋白进行分子特征分析,并与其他支原体相应序列进行同源性分析,构建该基因系统进化树。结果显示:黏附素基因长为3426 bp,溶血素A基因长为777 bp;黏附素在第1-23位氨基酸残基为信号肽、1个跨膜区,可能为分泌型蛋白;溶血素A无信号肽和跨膜区、有RNA结合位点和甲基转移酶结合位点。系统发生分析表明,黏附素基因与猪肺炎支原体P146株进化关系较近,与其他的支原体进化关系远;溶血素A基因与猪肺炎支原体232株、结膜支原体HRC581株位于同一分枝上,进化关系近。本研究克隆了MO黏附素基因和溶血素A基因,为了解MO毒力相关基因生物学功能及其致病中的作用奠定了前期基础。     

鸟类起源“新说”

《美国国家科学院院刊》的一篇报道称，传统理论推测鸟类的起源受到飞行功能进化的驱动，而纽约医学院一位进化生物学家纽曼博士（Dr．Newman）提出了另一种假说，认为骨骼肌的扩大是鸟类双腿直立的基础，并为其他适应性的变化，比如飞行或者游泳的形成提供了可能。从分子的层面上看，基因的缺失是这个问题的关键——这种基因最重要的功能是使恒温动物产生热量。     

水稻OsAQP基因的生物信息学分析

水通道蛋白是普遍存在于动、植物及微生物中的水专一性通道.研究表明水通道蛋白在种子萌发、细胞伸长、气孔运动及逆境应答等多种生物学过程的水分运输中起着关键作用.为了进一步研究水通道蛋白的功能,本文利用生物信息学方法对水稻新基因OsAQP及其编码蛋白的二级结构、理化性质和功能进行了预测,以同源建模的方法构建了三维结构分子模型,为基因功能的研究提供了线索和参考依据.     

同源异性盒基因和胚胎发育

介绍了发育生物学领域的最新成果－同源异性盒基因的研究进展。在脊椎动物中也发现与果蝇ＨＯＭ基因具有线性对应关系的Ｈｏｘ同源异性盒基因，这种相关性引起了人们对其功能意义及分子基础的探讨，已经很清楚的是同源异型盒基因编码的ＤＮＡ结合蛋白在胚胎发育过程中起着非常重要的作用。脊椎动物发育过程的分子分析已取得了长足进展，常借助随机或定标导入基因的方法，引起生物体“获得”或“失去”功能的突变，来研究同源异性盒基