利用EST及生物信息学方法挖掘马铃薯中miRNA及其靶基因

microRNA (miRNA)是一类调控真核基因转录后表达的非编码小分子RNA. 大量研究表明, miRNA在调节生物功能方面起着重要的作用. 目前发现miRNA的主要方法有直接克隆法和基于生物信息学的基因搜索和同源搜索. 由于真核生物组织中有些miRNA的丰度较低, 而且其表达具有组织和时序特异性, 采用直接克隆法发现新的miRNA有时较为困难. 采用生物信息学方法寻找未知miRNA是当前发现和鉴定miRNA的重要策略之一. 本研究联合了几种生物信息学方法预测了马铃薯(Solanum tuberosum)中miRNA及其靶基因. 通过把拟南芥、水稻等植物已知的miRNAs与马铃薯EST数据库进行比对搜索, 筛选出候选的miRNA. 之后, 设置一系列严格的筛选标准, 分析候选miRNA序列特征, 包括碱基错配、二级结构、(A+U)含量、能量水平等. 最后, 从上述候选库中筛选出了22个miRNA. 进一步利用新鉴定的miRNA序列, 预测到43个靶基因. 分析结果表明, 上述大多数靶基因编码的产物为转录因子及重要代谢酶类, 它们调控着植物的生长发育, 信号转导及各种胁迫反应.     

果蝇3个新的小分子非编码RNA的鉴定

通过比较基因组和分子生物学方法分析了果蝇属中5种果蝇全基因组内含子区域的保守序列, 获得了3个新的非编码RNA基因. 其中一个为具有典型的box C/D家族保守元件及结构特征的核仁小分子RNA基因, 其功能序列可介导28S rRNA的C2673位点的核糖甲基化修饰. 另外两个为miRNA基因, 其转录序列可形成典型的miRNA前体茎环结构; 在果蝇发育的4个时期均可表达产生长度为23个核苷酸的成熟RNA分子. 结果还表明, 在长度为100~500 bp区间的黑腹果蝇基因内含子中存在396个多物种保守序列(MCIS), 这些序列除编码小分子RNA外, 还可能与影响基因转录或转录后加工的顺式元件有关.     

水稻油体钙蛋白家族的进化及对干旱胁迫的响应性分析

油体钙蛋白不仅参与了油体的形成, 而且可能与植物耐受干旱胁迫有关. 目前对水稻中的油体钙蛋白的功能了解很少. 本文通过对水稻基因组数据库的序列搜索, 确定了水稻油体钙蛋白基因家族的6 个成员. 通过对这些基因的序列、结构和染色体位置分析, 表明水稻油体钙蛋白基因家族的扩增可能与片段复制和串联重复有关. 通过对这些基因与其他物种中的油体钙蛋白基因的系统进化分析及功能比较分析, 揭示了拟南芥和水稻中功能可能对应的成员. 为了确定与干旱胁迫响应相关的油体钙蛋白基因, 通过荧光定量PCR 检测了水稻油体钙蛋白家族在根、叶、花中的表达, 以及在这些组织中响应干旱胁迫的表达情况, 发现有3个基因成员在不同组织中受干旱胁迫的诱导, 为进一步对它们展开功能分析奠定了基础.     

中国野生拟南芥居群冷胁迫下的表达谱变异

利用Affymetrix的拟南芥全基因组ATH1芯片, 以拟南芥Col生态型作为参照, 分析了5个中国拟南芥野生居群在冷胁迫处理下转录水平的差异. 在正常生长条件下, 2.26% (513个基因, 江西九江居群JXjjx)至6.52% (1482个基因, 重庆铜梁居群CQtlx)的基因表达量超过对照Col生态型2倍以上. 在冷胁迫下, 12.84% (2920, 陕西城固居群SXcgx)至19.46% (4426, 新疆青河居群XJqhx)的基因表达水平相差两倍以上. 总体来说, 大部分上调基因可能对植物在低温下生存十分重要, 如MAPKs, CBFs, COR基因以及提高冷耐受性小分子合成与积累的基因等. 然而, 每一个野生居群在冷胁迫下都有其特异诱导表达的基因. 数据显示, 一些冷胁迫响应基因在处于不同气候条件下的野生居群间发生了分化. CBF3是一个冷胁迫应答途径的关键转录因子, 其基因在居群间存在显著的表达差异. 序列分析表明, 主要是在调控区的变化导致了表达模式的显著变化. 进一步对不同居群间基因表达差异与冷耐受性的相关性研究, 将为揭示中国野生拟南芥适应本地环境的分子机制提供证据.     

药用植物转录因子AP2/ERF研究与展望

药用植物作为中药和世界传统药物的主要来源,面临着资源稀缺和活性成分含量低等问题.通过转录水平调控发育相关基因及活性成分合成途径酶基因表达是实现定向、高效调节药用植物生长及活性成分合成的有效手段之一.因此,近年来转录因子调节药用植物发育及活性成分合成的研究备受关注.转录因子AP2/ERF家族是植物最大转录因子家族之一,家族成员均包含保守AP2结构域,根据结构域数量和识别序列不同,AP2/ERF家族被分为5个亚家族:AP2(APETALA2),ERF(ethylene-responsive factor),DREB(dehydration-responsive element binding proteins),RAV(related to ABI3/VP1)和Soloist.本文重点综述转录因子AP2/ERF调控药用植物活性成分生物合成、发育、胁迫响应的研究进展,阐述了转录因子AP2/ERF调控靶基因和自身受到调控的作用机制,同时总结转录因子AP2/ERF研究方法,提出组学和生物信息学方法成为分离、筛选转录因子,预测转录因子功能的强大工具,为分析、预测、验证药用植物AP2/ERF家族成员的功能和阐明AP2/ERF的调控机制提供理论基础和方法指导.转录因子AP2/ERF的功能研究及其作用机制的揭示将有助于利用代谢调控手段提高药用植物活性成分产量,有利于药用植物优良品种的培育,为满足人们对天然药物的需求奠定基础.     

基于DAP-Seq方法鉴定玉米胚乳特异表达转录因子O2在全基因组水平上的结合位点

Opaque2(O2)是一个调控玉米胚乳发育的重要转录因子.为了揭示O2的转录调控网络,利用DAP-Seq技术挖掘其在全基因组范围上结合位点共检测到11385个位点.通过结合已报道RNA-Seq数据,本研究DAP-Seq共检测到317个O2直接结合并调控的靶基因,其中包括97个已报道ChIP-Seq检测靶基因以及220个DAP-Seq特异检测的靶基因.而基序(motif)富集分析显示, DAP-Seq检测O2结合317靶标基因与220个特异结合靶标基因所富集的基序均与已报道O2结合motif相同.另外, GO富集分析显示,与ChIP-Seq一致的O2靶基因主要参与zein蛋白合成及氨基酸代谢途径,而特异检测的O2靶标基因,除参与上述途径外,还主要参与糖代谢途径以及多个胁迫响应相关途径.本研究利用DAP-Seq技术进一步揭示了O2在胚乳发育过程发挥调控作用,该结果是对前人研究结果的验证和补充.     

拟南芥QRAP2基因的克隆、表达、DNA结合能力及体外转录活性分析

通过对拟南芥ATH1基因芯片数据的分析, 从拟南芥中鉴定到一个受干旱胁迫高水平诱导的cDNA片段, 并用RACE方法获得了其全长cDNA. PCR及定量实时PCR分析表明, 该基因在经干旱、紫外线照射、脱落酸、高盐以及水杨酸等胁迫条件处理后表达量均有显著提高, 特别是干旱处理后短时间内表达量迅速提高, 3 h后即提高到对照样品的430多倍. 通过多序列比对和系统进化分析, 我们将该基因归于DREB亚家族. 由于该基因编码蛋白含有典型的AP2/EREBP DNA结合结构域, 并在N端有一段富含谷氨酰氨残基的区域, 所以将它命名为QRAP2 (Glutamine-rich AP2). 凝胶阻滞实验结果显示, QRAP2蛋白能够特异结合DRE顺式元件序列但不能与mDRE和GCC等非相关元件结合. 酵母单杂交实验表明, QRAP2蛋白全长序列或其N端112个氨基酸与GAL4 DNA结合结构域形成的融合蛋白表现出转录激活功能, 而其C端135个氨基酸与GAL4 DNA结合结构域的融合蛋白则没有表现出转录激活活性. 现有资料的分析表明, QRAP2是AP2/EREBP转录因子家族的新成员, 可能在干旱胁迫条件下参与激活相关下游基因的表达.     

水稻的病程相关基因简

在几乎所有的植物中都有病程相关（pathogenesis-related,PR）基因的报道,其广泛存在及序列特征和功能的保守性提示着其重要性. 最初发现PR基因主要是由于它们在植物受到病原物侵染时会大量表达. 但近年来的研究表明,PR基因在衰老、伤害、非生物逆境胁迫、激素处理甚至正常生长发育过程中也发挥着作用. 由于PR基因种类、数目较多,前期的命名系统不统一,给深入了解PR基因的功能造成了不便. 本文系统整理了水稻PR基因的相关报道,集合了PR基因的类别、数目、名称、注释信息、代表性基因的功能,归纳了PR基因在抗病、抗逆和发育过程中的转录或表达特征及转PR基因后的表现,并以Loc号和序列为核心,将文献中有不同名称的同一基因进行了对应. 另外,还展望了水稻PR基因研究的意义和今后的重点研究方向,以供同行参考.     

水稻的病程相关基因

在几乎所有的植物中都有病程相关(pathogenesis-related,PR)基因的报道,其广泛存在及序列特征和功能的保守性提示着其重要性.最初发现PR基因主要是由于它们在植物受到病原物侵染时会大量表达.但近年来的研究表明,PR基因在衰老、伤害、非生物逆境胁迫、激素处理甚至正常生长发育过程中也发挥着作用.由于PR基因种类、数目较多,前期的命名系统不统一,给深入了解PR基因的功能造成了不便.本文系统整理了水稻PR基因的相关报道,集合了PR基因的类别、数目、名称、注释信息、代表性基因的功能,归纳了PR基因在抗病、抗逆和发育过程中的转录或表达特征及转PR基因后的表现,并以Loc号和序列为核心,将文献中有不同名称的同一基因进行了对应.另外,还展望了水稻PR基因研究的意义和今后的重点研究方向,以供同行参考.     

水稻低磷胁迫基因表达谱分析

磷是植物生长发育所需的大量营养元素之一, 当周围环境中磷缺乏时, 植物往往通过扩大根系范围来增加对土壤中磷的吸收, 同时调节一些生化代谢途径, 增加磷酸酶、有机酸等物质的分泌从而活化土壤中固定的难溶性磷. 本研究利用水稻全基因组寡核苷酸芯片对水稻中早18分别在正常营养条件和低磷胁迫处理条件下6, 24, 72 h 3个时间点的根部和地上部材料进行基因表达谱分析. 研究结果共鉴定出低磷胁迫差异表达基因1207个, 其中根部差异表达基因795个, 地上部差异表达基因450个, 根部和地上部共同出现的差异表达基因38个. 功能分析表明, 这些差异表达基因包括了代谢调节离子转运、信号传导、转录调节、和逆境应答等方面的基因. 同时发现水稻在低磷胁迫后大量转座子基因在转录水平上发生了变化. 这些研究结果为进一步揭示植物磷代谢调控机理的研究提供了有用的信息.     

肺鱼干扰素调节因子 1 基因(irf-1)的克隆及其在肉鳍类中的分子进化

肉鳍类是脊椎动物的重要类群, 分为总鳍鱼类和四足类. 其中总鳍鱼类现生的物种包括腔棘鱼和肺鱼. 四足动物则包括两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类. 为了比较肉鳍类irf-1 基因的结构特点和系统发育意义, 本研究克隆了肺鱼irf-1 基因cDNA 全序列, 并与肉鳍类中其他物种的irf-1 基因进行了比对分析. IRF 是与自然免疫相关的蛋白质, 目前已发现了11 个家族成员, 其中irf-1 和irf-2 是最先被发现的2 个成员, 在天然免疫中起着重要的作用. 但有关IRF-1 的报道主要集中在哺乳动物, 其他类群中鲜有报道. 与已报道的irf-1 基因一样, 肺鱼的irf-1 基因可读框的前345 核苷酸非常保守, 在其C 端也含有1 个反式激活区(transactivationdomain)和1 个IRF 结合域2 (IAD2)的模体. 虽然肺鱼与四足动物最近的共同祖先距今有417个百万年之久, 但跨肉鳍类的序列分析显示, IRF-1 氨基酸及其基因序列在肉鳍类中都具有较强的保守性和显著的系统发育意义. 用IRF-1 氨基酸序列所构建的肉鳍类系统发育与已有报道的结果也是一致的.     

13个水稻WRKY基因的克隆及其表达谱分析

转录调控因子WRKY蛋白拥有高度保守的氨基酸序列WRKYGQK和Cys₂His₂或Cys₂HisCys锌指型结构. 利用WRKY蛋白质的保守结构域, 搜索了整个水稻基因组编码WRKY蛋白质的基因, 鉴定了97个WRKY基因, 并从4℃胁迫的水稻植株cDNA文库中获得13个WRKY基因全长cDNA克隆. Northern blotting分析结果显示, 其中10个WRKY基因的表达受到NaCl, PEG, 低温(4℃)和高温(42℃)等4种非生物逆境因子胁迫的影响, 但其诱导表达模式不论在逆境因子种类还是在诱导时间上均存在着很大的差异, 这种基因诱导表达模式的差异可能体现于它们之间的生物学功能的差异.     

序列比较分析揭示水稻Pms1区段基因组的快速进化

以前的研究将水稻光敏核不育位点Pms1定位在第7染色体上.本研究对来源于定位亲本(明恢63和农垦58)的两个BAC克隆进行比较测序,以鉴定Pms1的候选基因;并通过对两个克隆的注释和比较得到5个候选基因,以进行进一步的功能检验.将这两个亲本的基因组序列与公共数据库里的日本晴和93-11比较分析,结果显示,该区段4个亲本在序列组成上存在巨大差异,这种差异主要归咎于活性反转座成分造成的基因组新近增长和变异;亚种内和亚种间以Indel或者SNP的形式存在高度的多态性.利用反转座成分的两个长末端重复进行分析发现,它们的替换速率比已有的报道要高得多.该结果证明,在自然和人工选择的共同作用下,Pms1区段正处于快速的基因组进化过程中.     

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.     

检测肌营养不良症的探针

Duchenne 肌营养不良症(DMD)可能是男性最常见的X 连锁的遗传性疾病,此病由女性携带者传递.尽管大约70%的携带者血清肌酸激酶水平升高,但现在还没有可靠的方法进行产前诊断以及检出女性携带者.编码DMD 的位点位于X 染色体短臂(Xp21)的中部,近两年来,已报道有两个DNA 探针能识别此位点旁边的序列,十分遗憾的是它们都离其位点较远.新近莫纳科(Monaco)等人成功地克隆了一个DNA 片段,可检出DMD 基因内或近旁的缺失.这对精确检出     

干旱、高盐及低温诱导的植物蛋白激酶基因

干旱、高盐和低温是严重影响作物生长发育及产量的3种不同形式的环境胁迫因子,它们都影响细胞的水分状态,使植物缺水遭受危害. 最近从模式植物拟南芥中克隆了一些同时受干旱、高盐及低温诱导的蛋白激酶编码基因,分别编码受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、核糖体蛋白激酶以及转录调控蛋白激酶. 着重介绍这些环境胁迫诱导基因的表达特性以及它们的编码产物在植物对上述环境胁迫反应和信号传递中的调控作用.     

代谢型谷氨酸受体mGluR7的基因组结构及其家族蛋白胞外区的基因组结构比较

L-谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中的神经递质, 其代谢型谷氨酸受体mGluR7在正常中枢神经功能和多种神经退行性疾病的病理发生中起着重要作用. 为了研究mGluR7基因相关疾病的生物和遗传基础, 通过从BAC文库中筛选种子克隆和对酶切指纹图谱数据库查询等方法, 构建了覆盖mGluR7全长基因的基因组物理图谱, 并采用鸟枪法策略对图中BAC克隆进行测序与拼接组装, 最终得到准确度为万分之一的完整的基因组序列. 序列分析表明: mGluR7基因是长达880 kb的超大基因; 其基因组GC含量为38%, 重复序列含量为37.5%; 由11个外显子和10个内含子组成, 其中5个内含子长度超过100 kb, 内含子1长达285 kb; 存在2个替换剪接转录本mGluR7a和mGluR7b. 通过比较mGluR基因家族3组8个亚型受体蛋白胞外区的基因组结构, 发现它们对应的基因组结构分为3组, 组内各成员的基因组结构较为保守, 而组间各成员的基因组结构保守性较差. 这种基因组水平的组内保守和组间差异是和蛋白质水平上的保守和差异一致的, 提示这些受体的基本功能在进化的过程中有明显的分化. 在含mGluR7的组内, 尽管组内各成员的基因组结构趋于保守, 但大部分内含子长度变化幅度很大, 揭示基因组结构变化的程度高于蛋白质水平的变化, 这种变化预期是在基因表达的调控上体现其生物属性的.