22周孕龄人胎肝表达序列标签数据更新与初步分析

随着国际上转录组数据及本室22周孕龄人胎肝表达序列标签数据的不断增加, 先前该组织表达谱的研究有必要进行更新与完善. 本研究首先将22周孕龄人胎肝每一表达序列标签与自身数据库, UniGene, DoTS, MGC以及Twinscan预测的人类转录组数据库进行比对以归类. 然后, 经过电子拼接和基因鉴定, 对已知基因进行GO (gene ontology)分类, 对未知基因进行Pfam和ScanProsite功能预测. 最后, 对人胎肝、成人肝、骨髓、胸腺及淋巴结这些拥有造血作用或可表明人胎肝特性的5种组织进行了层次聚类分析. 结果表明: (ⅰ) 与5种最新人类转录组数据库比对, 极大地降低了那些属于一个基因但互不交叠的序列被划分到不同簇的可能性, 因此在进行EST归类时, 推荐与互联网上有关最新数据进行比对; (ⅱ) 一些先前未知EST已被鉴定为已知基因, 1379个EST被鉴定为本室独有的全新序列; (ⅲ) 通过GO分类, 对22周孕龄人胎肝有了一个大致了解, 同时获得了6个细胞迁移基因和6个造血相关基因; (ⅳ) 通过基因功能预测获得了277个模体(profile), 其中有5个类型可分布于10个以上基因之中; (ⅴ) 层次聚类表明, 5种组织关系与它们的功能相一致; (ⅵ) 建立了世界上最大的22周孕龄人胎肝表达序列标签数据库. 总之, 22周孕龄人胎肝表达序列标签数据的更新与初步分析将有助于对人胎肝造血机制及细胞迁移机制的了解, 可促进未来对该组织进行全面深入的研究.     

基于抑制消减杂交方法的小麦抗白粉病相关基因表达谱

以抗白粉病品系“百农3217×Mardler”BC_5F_4为材料,构建了一个白粉病菌接种初期的抑制消减杂交cDNA文库,获得760条表达序列标签（expressed sequence tags, EST）.在 GenBank上进行BLASTn与 BLASTx分析,结合文库高密度点阵膜的杂交差示筛选,获功能已知的抗病相关EST 65种,199条.通过分析抗病相关基因表达谱,推测 SA（salicylic acid）信号传递系统、MAP相关信号传递系统等参与了小麦抗白粉病过程.SAR（systemic aquired resistance）系统基因在表达谱中的种类与数量最多.伴随着细胞防卫反应的启动,细胞保卫机制也被激活,抗氧化物质基因大量表达.较多证据证明苯丙烷代谢途径参与了抗白粉病植保素的合成;检测到几种细胞壁结构修饰酶和抑制病原菌生长的蛋白酶抑制因子.以半胱氨酸蛋白酶为主的几种蛋白酶基因在已知功能EST中有一定的表达频率.     

基于多级优化的真核生物基因结构预测

基因结构预测对于发现新基因、了解基因组结构规律具有重要作用, 是各类基因组计划的重要内容. 但对于真核生物, 现有基因预测方法的效果仍不理想. 为探讨多级优化的真核生物基因结构预测方法, 在将复杂的多基因结构预测问题划分为基因级(单外显子基因、多外显子基因)、元件级(外显子、内含子等)和特征级(功能位点信号、密码子使用偏好等)等多个层次上的一系列较简单子问题的基础上, 通过从简单到复杂进行逐级优化的策略, 建立了基因结构预测的多级模型, 设计了基因结构寻优的动态规划算法, 开发了真核生物基因结构预测系统GeneKey(1.0). 用广泛采用的数据集对该系统进行测试的结果表明, GeneKey(1.0)的预测精度在核苷酸、外显子和基因水平上均高于著名系统GENSCAN. GeneKey(1.0)已提供网上服务(http://infosci.hust.edu.cn).     

基于密码子使用特征预测家族性扩张型心肌病的疾病基因

家族性扩张型心肌病(FDC)是一种以常染色体显性遗传为主的单基因病, 迄今已定位了15个常染色体显性遗传FDC的疾病基因区间, 但只确定了其中8个定位区间的致病基因, 另外7个定位区间中的FDC疾病基因仍有待发现. 本文对已知的FDC疾病基因序列进行了深入分析, 发现其密码子使用频率分布具有显著的特异性, 并设计了基于这种特征预测FDC疾病基因的新方法. 交叉验证结果表明, 该方法能够从定位区间内众多的基因中有效预测出FDC疾病基因. 除具有较高的预测精度外, 该方法的另一显著优点是只需要知道基因序列数据, 因而有可能帮助发现那些功能还完全未知的FDC疾病基因. 在此基础上, 用该方法对疾病基因还未知的7个FDC定位区间进行了分析, 给出了FDC疾病基因的预测结果和预测软件(http://infosci.hust.edu.cn), 可为相关实验研究发现新的FDC疾病基因提供帮助.     

基于剪接信号和调节元件序列特征的剪接位点预测方法

结合剪接相关的剪接信号和调节元件的序列特征信息, 发展高效的剪接位点预测方法, 是真核生物基因预测中一个新课题. 运用熵密度分布(EDP)距离方法、权重数组法(WAM)、κ检验等算法建立了剪接位点相关的剪接信号的统计模型, 同时基于无监督自学习的基序检测方法建立了调节元件的统计模型, 在此基础上设计了基于多层次支持向量机(SVM)的剪接位点预测新算法, 实现了真核基因剪接位点的从头(ab initio)预测. 对人类基因组剪接位点数据的大规模测试结果表明, 本研究提出的方法能够有效地预测人类基因组中的剪接位点, 预测水平不仅全面高于传统的基于剪接信号的预测方法GeneSplicer, 而且在总体预测精度上达到并大部分超过基于调节元件信号的预测方法SpliceScan. 对于低GC含量的基因序列, 本文方法的预测精度明显地高于其他两种方法.     

扬子鳄的线粒体全基因组与鳄类系统发生

通过酶切、克隆、测序, 结合Long-PCR和Primer Walking法对扬子鳄线粒体DNA基因组进行全序列测定. 结果表明, 扬子鳄线粒体基因组DNA序列全长为16746 bp, 其基因组碱基组成为29.43%A, 24.59%T, 14.86%G, 31.12%C. 与其他大多数脊椎动物相同, 其基因组由13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因及1个非编码的控制区(D-loop)组成. 基因的排列与已测序的鳄类相似. 在全序列分析的基础上, 对12S rRNA基因序列、16S rRNA基因序列、蛋白质编码基因序列及其合并数据用MP法和ML法构建系统发生树, 结果表明扬子鳄与密河鳄的亲缘关系较近, 支持传统观点. 根据ML树的支长数值估计钝吻鳄属发生的时间为74.9 MaBP, 扬子鳄与密河鳄分歧的时间为50.9 MaBP.     

秩和基因选取方法及其在肿瘤诊断中的应用

根据基因表达谱进行肿瘤诊断是当今生物信息学领域中的一个重要研究方向, 其中最主要的问题是肿瘤相关基因的选取. 根据统计学中的秩和检验方法提出了秩和基因选取方法. 并利用支持向量机(SVM)对相关基因表达谱数据进行训练建立肿瘤诊断模型. 实验表明这种方法与模型可使得在结肠数据和白血病数据上的诊断正确率分别达到96.2%和100%.     

从大豆疫霉菌ESTs中发掘SSR标记

通过对5800条大豆疫霉菌EST进行电子查询, 在369条EST中发现415个SSR. 在筛选的EST序列中SSR平均密度为每 8.9 kb含有1个SSR. 在鉴定的SSR中, 三核苷酸重复基元的SSR类型最多, 占鉴定总数的50.1%, 四核苷酸重复基元的SSR类型最少, 为8.2%. 设计40个SSR引物对对5个大豆疫霉菌菌株基因组DNA进行PCR扩增, 有33个引物对扩增出SSR特征条带, 其中有28个引物对扩增出在预期片段大小范围之内的条带. 在33个功能性引物对中, 有15个引物对在5个大豆疫霉菌菌株间扩增出多态性, 多态性引物对占45.5%. 基于SSR标记进行聚类分析, 可将5个检测大豆疫霉菌菌株划分为不同的3个组. 本研究建立了大豆疫霉菌的SSR标记, 为大豆疫霉菌及相关属种的鉴定、遗传变异、分子作图等研究提供了一种更加有效的分子标记系统.     

水稻淀粉合成相关基因分子标记的建立

稻米品质改良是水稻育种的重要方面, 传统的常规育种方法由于缺乏对目标基因有效检测的手段, 无法对稻米品质的基因型进行有效操作, 因而品质改良进展缓慢. 利用分子标记辅助选择与传统育种技术相结合, 可以在对稻米外观品质进行鉴定的同时, 对被选个体的基因型进行准确的鉴定. 结合品质的测定, 可以大大提高育种效率. 但是, 目前可用于稻米品质分子辅助育种的分子标记很少. 稻米品质与淀粉组分密切相关, 我们分析了16个典型水稻品种18个在淀粉合成中的重要基因的全基因序列, 明确了各个基因在不同种质中的等位变异, 设计了51个可以区分不同等位基因变异的分子标记, 这可为稻米品质的分子育种提供可靠的依据.     

褐飞虱诱导的水稻RH3基因的克隆及其表达特性

组蛋白H3基因的表达与个体发育、细胞组织特异性以及胁迫反应等相关. 在褐飞虱取食后的水稻cDNA差减文库中筛选到编码水稻组蛋白H3(RH3)的EST(GenBank登录号: BU572343), 以该EST为探针, 从褐飞虱取食后的水稻cDNA文库中分离到RH3基因的全长cDNA. 该基因编码一个含136个氨基酸残基的H3蛋白, 与以前克隆出的一种抗病相关蛋白基因(GenBank登录号: AF467728)只有1个碱基的差异, 蛋白质的氨基酸序列第126位上由赖氨酸取代了天冬氨酸. 应用Northern blot技术, 研究了褐飞虱取食后不同时间段水稻RH3基因的表达水平, 同时分析了植物激素、干旱、盐胁迫及机械损伤等因素对其转录水平的影响. 结果表明, 褐飞虱取食8 h后RH3基因表达开始增强, 96 h后达到峰值. 干旱处理和稻瘟病菌接种能诱导RH3基因的表达增强, 而脱落酸处理则对该基因的表达起负调控作用. 利用RNA原位杂交技术, 对接种褐飞虱48 h后水稻的茎叶切片进行了RH3 mRNA的原位定位. 结果显示, 在褐飞虱取食后, RH3基因的转录本在维管束及短细胞中的积累尤其明显. 水稻组蛋白H3基因的表达与水稻对褐飞虱的应激反应相关.     

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.     

计算机软件在电缆安装工程中的应用分析

通过对传统的电缆安装施工方法与计算机软件管理方法进行比较，以IntEC软件在秦山三期（重水堆）核电站常规岛电缆安装工程中的应用为例，简要介绍了计算机软件在电缆安装工程中的应用方法，指出了IntEC软件在实际应用中存在的问题，建议国内的设计单位和项目管理单位在电缆安装工程中采用计算机软件进行控制与管理。     

褐飞虱诱导的水稻RH3基因的克隆及其表达特性

组蛋白H3基因的表达与个体发育、细胞组织特异性以及胁迫反应等相关. 在褐飞虱取食后的水稻cDNA差减文库中筛选到编码水稻组蛋白H3(RH3)的EST(GenBank登录号: BU572343), 以该EST为探针, 从褐飞虱取食后的水稻cDNA文库中分离到RH3基因的全长cDNA. 该基因编码一个含136个氨基酸残基的H3蛋白, 与以前克隆出的一种抗病相关蛋白基因(GenBank登录号: AF467728)只有1个碱基的差异, 蛋白质的氨基酸序列第126位上由赖氨酸取代了天冬氨酸. 应用Northern blot技术, 研究了褐飞虱取食后不同时间段水稻RH3基因的表达水平, 同时分析了植物激素、干旱、盐胁迫及机械损伤等因素对其转录水平的影响. 结果表明, 褐飞虱取食8 h后RH3基因表达开始增强, 96 h后达到峰值. 干旱处理和稻瘟病菌接种能诱导RH3基因的表达增强, 而脱落酸处理则对该基因的表达起负调控作用. 利用RNA原位杂交技术, 对接种褐飞虱48 h后水稻的茎叶切片进行了RH3 mRNA的原位定位. 结果显示, 在褐飞虱取食后, RH3基因的转录本在维管束及短细胞中的积累尤其明显. 水稻组蛋白H3基因的表达与水稻对褐飞虱的应激反应相关.     

结核分枝杆菌多价核酸疫苗的构建及免疫原性

将编码结核分枝杆菌MPT-64，Ag85B和ESAT-6分泌蛋白的结构基因或包括信号肽的全基因序列定向克隆到真核表达载体pJW4303中，转化到TOP10大肠杆菌，提取质粒DNA，经限制性核酸内切酶鉴定及序列分析证实含有正确的上述3种分泌蛋白的结构基因（包括信号肽）全序列，用脂质体介导法将重组表达质粒导入COS7细胞内并进行瞬时表达，收集表达细胞或浓缩上清液，12%或15%的SDS-PAGE电泳分离，用结核杆菌特异性抗体进行免疫印迹杂交，证明上述3种重组质粒能在哺乳动物细胞中表达出特异蛋白，3种重组表达质粒同时肌注免疫小鼠21d后，Ag85B抗体的平均滴度即达到1：3200，第2次免疫21d达到1：102400，MPT-64抗体的平均滴度在首免21d后为1：50，第2次免疫21d后为1：200，两次免疫21d后均未检测到ESAT-6的特异性抗体，三免21d后Ag85B的特异性细胞因子γ-干扰素的浓度为110pg/mL；面MPT-64和ESAT-6的γ-干扰素浓度未检测到，实验在国内首次用结核杆菌多价DNA疫苗对小鼠进行了免疫实验，二免后的抗体水平已达到或超过国内外已报道的单价苗最高抗体水平，表明多价核酸疫苗和分泌型蛋白载体有利于增强疫苗的保护性应答。     

棉花细胞初始脱分化的基因差异表达分析

植物激素诱导初期是体细胞胚胎发生的关键时期, 它包含了一个通过细胞脱分化获得细胞全能性的过程. 为了揭示棉花细胞脱分化的分子机制, 利用抑制差减杂交方法建立了一个cDNA文库. 共有286个差异表达的cDNA克隆测序并鉴定, 112个独立的EST在激素诱导初期明显地上调表达, 其中有40.2%的EST是第一次被分离鉴定. GST在植物激素诱导初期的6~24 h高度表达, PRPs在不同的处理中优势表达并表现出不同的表达模式, 表明它们与棉花细胞脱分化关系密切. 棉花SAM代谢途径中假定的GhSAMS, GhSAMDC, GhSAHH和GhACO3被鉴定, qRT-PCR分析表明, 它们的表达水平在激素诱导初期出现两次明显的上升/下降过程, 且GhSAMS和GhSAHH表现出高度正相关, 高表达水平的GhSAMS可能与脱分化细胞重新进入细胞周期密切相关. 组织形态学观察进一步表明, 2,4-D处理条件下的部分细胞在72 h内完成脱分化和分裂过程, SAM-dependent转甲基途径可能通过两次转甲基活性的改变调控棉花细胞脱分化过程. 此外, 差异表达基因在不同处理中的表达模式表明了2,4-D和激动素之间存在着复杂互作关系.     

人神经元钾离子通道 α 亚基基因的分子克隆

为克隆新的钾子通道基因并研究其与疾病的关系,将大鼠的神经元钾离子通道α亚基编码区序列在人的EST数据库进行BLAST分析,得到一个与其有87％的一致性的EST,通过重叠群的构建和5′－RACE反应,克隆了人神经元钾离子通道α亚基（homo sapiens neuronal potassium channel alpha subunit,HNKA)基因,该基因仅在成人脑和胎脑中有表达,经与大规模数据库比较后将该基因定位在8q23.1-q23.2位点,选择定位于此区域的痉挛性截瘫为HNKA基因的侯选疾病,利用PCR产物直接测序的方法,对14个痉挛性截瘫家系进行了突变检测分析,但未检测到突变。     

生物信息学的通天塔

对各种完整基因组的测序是一种重大的成就，但是由此所积累的大量数据才刚刚开始得到阐释。乍看来，任务（理解这些数据）是很直接了当的：对各种基因进行定位并对编码区进行翻译以建立它们的蛋白质产物；进行相似性（similarity）检索以与已知序列建立关系，并且通过进化关系上的推断来确定基因的功能；最后，使用已知的或者模型衍生的结构来根据结构推断功能。鉴于使用的数据量大，此过程应该尽可能自动化。 当然，现实不是这么简单。因为目前用来在未知ＤＮＡ中预测基因的那些方法是不可靠的，诠释隐藏在基因组数据中的线索的努力经常受…     

基因工程转向树木

对树木遗传学家的许多研究目标来说（例如增进果树或纤维的产量），没有什么比来自树木本身的基因更为重要了。当寻找具有潜在价值基因的工作正在进行的时候，植物生物技术工作者走在了前面，他们把来自非树种的基因导人树木中，并进行基因操作来改进树木的质量。在某些情况下．此项研究涉及到把外源基因导入树木中来抵抗害虫和除草剂。俄勒冈州立大学的史蒂文·斯特劳斯（StevenStrauss）及麦迪逊威斯康星大学的布伦特·麦克科恩（13rentMcCown）和戴维·埃利斯（DaVidEllis）已进行了这项工作。为了生产出对使叶子脱落的昆虫有更好抗性…     

STK11 基因在Peutz-Jeghers综合征家系中的突变分析

黑斑息肉综合征（Peutz-Jeghers syndrome，PJS）是一种常染色体显性遗传性疾病。最近，在19p13.3克隆出了PJS致病基因STK11(丝氨酸苏氨酸激酶)。为了进一步研究中国人PJS患者STK11基因的突变情况，应用变性高效液相色谱（DHPLC）和DNA测序方法，对3个多代PJS和3个散发性PJS家系中15例患者和20例正常成员的STK11基因的9个外显子进行了分析，在6个家系中共发现10个由碱基替代导致的点突变。有7个突变可使基因产物发生改变，包括1个无义突变、5个错义突变和1个移码点突变。分别发生在STK11基因的第37（CAG→TAG），123（CAG→CAT），161(ATT→AGT)，194（GAC→GAG）,245(CTC→TTC)和354位密码子（TTC→TTG）及第4内含子3′末端煎接位点部位（AG→AA）。在3个散发PJS家系中，有1个家系的患者，在第5外显子内存在错义突变，其余2个家系的患者，在内含子1（ 36）和内含子3（-51）均存在点突变。研究还发现，有3个多态位点，分别发生在内含子1（ 36），内含子3（-5）和内含子5（ 27）部位。以上结果表明，在PJS患者中存在较高频率STK11基因点突变，突变位点可分散在整个编码区。两代以上发病的家系突变频率较散发病例突变率高，提示STK11基因的改变与PJS的发病密切相关。     

胃癌组织mtDNA突变与癌变关系的探讨

为了进一步明确mtDNA突变与胃癌发生、发展的关系，利用变性高效液相色谱（DHPLC）和DNA测序技术，对30例胃癌组织和对应的正常组织mtDNA基因组全序列进行了筛查，研究结果确定胃癌中mtDNA存在高频率的突变，突变频率为66.7%（20/30），其中56.7%（17/30）的突变仅见于癌组织，突变频率较高的基因为ND4，ND5和D-loop，分别为36.7%，26.7%和30%，与组成电子传递链复合体Ⅲ，Ⅳ，V的基因相比，复合体I基因在被检测的癌组织mtDNA中的突变频率最高（43.3%），突变类型以碱基替代为主（85.4%），研究结果提示，复合体I基因，特别是ND4，ND5和ND3基因突变在胃癌的发生，发展中起重要作用。