水稻花优势表达基因RA68的克隆和特性分析

利用减法杂交和RACEs从水稻花中克隆了1个编码含丰富脯氨酸和苏氨酸结构域多肽的cDNA, 其相应的基因命名为RA68. RA68含3个外显子和2个内含子, 编码由219个氨基酸残基组成的蛋白质. 数据分析结果显示, 该蛋白由1个22个氨基酸残基组成的信号肽, 1个亲水性的N-端结构域和1个疏水性的C-端结构域组成. N-端结构域是一段嵌合PTPTSYG motif的富含脯氨酸和苏氨酸的序列. Southern blot和序列分析结果表明, RA68在水稻基因组以单拷贝存在, 定位于第2号染色体. Northern杂交结果表明, RA68在幼芽和花中表达量较高, 在根和叶中不表达. 花和幼芽进行原位杂交分析结果表明, 在花中, RA68在花粉母细胞、二分体细胞、单核花粉粒以及大孢子囊中表达. 基于该基因的表达特性及其编码蛋白质的结构特征, 探讨了其在花发育中的可能功能.     

编码中国明对虾（Fenneropenaeus chinensis）一种组成型热休克蛋白70（HSC70）的cDNA克隆、测序及其表达分析

根据中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis ) EST序列信息设计引物，用RT-PCR方法，从经热休克处理的中国明对虾的肝胰腺RNA中克隆到长2090 bp的hsc70 cDNA序列，包括长1956 bp的完整编码序列（complete CDS）及部分5’端和3’端非翻译区（5’UTR 和3’UTR）。PCR及测序结果分析显示hsc70 cDNA的1～547 bp碱基所对应的基因组序列可能含有内含子，548～2090 bp碱基所对应的基因组序列不含内含子。根据编码序列推导出相应的652个氨基酸，与其他真核生物HSP70家族成员进行同源性比较，发现中国明对虾HSC70与虹鳟（Oncorhynchus mykiss） HSC71、人（Homo sapiens） HSC70、家鼠（Mus musculus ）HSP70、烟草天蛾（Manduca Sexta ）HSC70的相似性分别是85.9%、85.9%、85.8％、85.4%，表现出较高的保守性。表达分析显示，hsc70 mRNA在中国明对虾正常肝胰腺、肌肉、眼柄、血细胞、心脏、卵巢、肠和鳃等组织存在，并呈组成性表达；受到整体热休克后的对虾肌肉组织hsc70 mRNA水平(以β-actin mRNA水平为内标)与对照组没有显著的差异。     

尿胰蛋白酶抑制剂的空间结构预测

尿中的胰蛋白酶抑制剂(urinary trypsin inhibitor,简称UTI)是丝氨酸蛋白酶抑制剂的一种,存在于人类的尿液中,可抑制胰蛋白酶、弹性蛋白酶等多种蛋白酶的活性,是治疗急性胰腺炎的特效药。迄今为止,UTI的三维结构仍属未知。它是一种糖蛋白,含糖量高达50％,同时,它也是一种双结构域蛋白,它的结构信息对于我们研究蛋白质结构域间的相互作用也极有益。鉴于UTI重要的生物学功能以及特殊的结构意义,我们对UTI的空间结构进行了预测,所用的方法是已被众多结构生物学家认可的同源结构预测法,它的基本思想是:蛋白质的空间结构比一级序列更为保守。     

农杆菌介导法获得转pac1基因小麦并表现对大麦黄矮病毒的抗性

自裂殖酵母中克隆得到pac1基因, 与GenBank中相关的核苷酸序列有99.3%的相似性. 编码蛋白质序列分析表明, 其具有RNaseⅢ结构域和双链RNA结合结构域. 体外活性测定表明, 以pET-5a系统在大肠杆菌中表达的pac1产物能够降解dsRNA. 将pac1导入双元载体pBI121, 以培养7~10 d的小麦幼胚为受体材料, 利用农杆菌株LBA4404对小麦品种陇鉴127进行转化, 获得了41株G418抗性植株, 经点杂交(dot blot)、RT-PCR和nptⅡELISA检测证实, 其中25株整合有外源基因并能正常表达. 对这25株转基因小麦进行大麦黄矮病毒的抗性鉴定表明, 有12株表现低度抗性, 表现为低接毒量时无症状, 接毒量提高时发病且严重; 有12株表现中度抗性, 表现为低接毒量时无症状, 接毒量提高时局部有不严重症状; 有1株表现高度抗性, 两种情况下均无症状. 抗性实验结果表明了pac1介导的抗性具有剂量效应的特点.     

耐辐射球菌DNA修复开关基因pprI缺陷性突变和功能补偿性突变株的建立

PprI是近来在耐辐射球菌Deinococcus radiodurans中发现的一个极其重要的DNA修复开关基 因. 以已测序的野生型菌株R1为材料, 运用PCR突变法将克隆具有自身GroEL启动子和卡那霉素抗性基因的DNA片段反向重组到pprI基因中去, 首次获得了卡那霉素抗性的、pprI功能完全破坏的突变株YR1. 辐射细胞生存率结果表明, YR1对辐射异常敏感. 另外, 将含有GroEL启动子和卡那霉素抗性基因的DNA片段重组到质粒pRADZ3中, 获得了具有卡那霉素抗性的表达质粒pRADK; 再将体外克隆的具有pprI完整基因和C-末端结构域截短的PprI蛋白基因片段分别重组到pRADK中. 研究结果表明, 含有pprI完整基因的表达质粒在YR1中能够正常表达, 并完全恢复到野生型的极端抗性; 而C-末端结构域截短的PprI蛋白基因片段虽能在YR1中正常表达, 但对辐射异常敏感, 不能恢复其极端抗性. 上述pprI基因功能缺陷性和功能补偿性突变株的建立, 为深入研究细胞体内PprI蛋白质的定位、结构域与功能的关系, 以及原位研究PprI蛋白质的理化特性提供了十分有效的方法     

拟南芥磷酸肌醇特异性磷脂酶AtPLC6基因的克隆与表达

利用文库筛选和RT-PCR方法, 从拟南芥中克隆到长度为1954 bp, 包括全长1734 bp编码区的AtPLC6 cDNA, 推测其编码一含有578个氨基酸的多肽, 其等电点为7.24, 分子量为66251.84 Da. 在GenBank中进行序列比对发现, AtPLC6为一新发现的拟南芥PI-PLC基因. 对推测的氨基酸序列结构的分析表明, AtPLC6具有EF手性结构、X结构域、Y结构域和C2结构域, 与植物中已知的其他磷酸肌醇特异性磷脂酶C(PI-PLC)在结构上相似, 类似于动物中典型的δ-型磷酸肌醇特异性磷脂酶. 将AtPLC6的编码区序列插入原核表达载体后进行了原核表达, 纯化的AtPLC6重组蛋白可水解PIP2产生IP3和DAG, 且水解活性呈明显的钙依赖特性, 反应的最适Ca²⁺浓度为10 μmol/L. Northern分析结果表明, 在检测的根、茎、叶、花、果和幼苗中均有AtPLC6 mRNA的转录, 但转录水平较低. 用ABA, NaCl, 冷和热等胁迫处理的实验表明, AtPLC6 mRNA的转录受到冷胁迫的诱导, 而受ABA, NaCl和热等胁迫影响较小, 推测AtPLC6可能参与了植株对冷胁迫的响应.     

PAS结构域介导Org35蛋白与NifA之间相互作用

在巴西固氮螺菌中, 氧和铵是调节固氮基因表达的主要环境因子, 即高浓度的氧和铵抑制固氮作用. NifA蛋白(nifA基因的产物)是所有固氮基因(nif基因)的转录激活蛋白. 目前, 在该菌中, 氧和铵对NifA蛋白的表达和活性的调节机制仍然不清楚. 本研究从巴西固氮螺菌中克隆到编码含有PAS结构域蛋白的org35全基因, 将根据org35的核苷酸序列推测的Org35蛋白氨基酸序列在NCBI网上进行同源性比较, 结果表明, Org35蛋白属于杂合双组分调节系统, 包括3个结构域, 即N-端PAS结构、中间组氨酸激酶结构域(HPK)和C-端响应调节蛋白结构域(RR). 并通过酵母双杂交系统证明了Org35蛋白与NifA蛋白之间的相互作用是由PAS结构域介导的.     

锌指结构域序列的进化生成模拟——遗传算法在蛋白质结构研究中的应用

<正> 遗传算法(Genetic algorithms, GA)是具有高频率的搜索机制的算法.遗传算法不仅为蛋白质结构研究提供了一种全局自适应搜索算法,使能量最低状态(按热力学假说,蛋白质的天然状态的能量最低)的搜索更加方便,而且为我们提供了一种新的想法和研究思路.通过应用遗传算法对锌指结构域序列进行进化模拟,成功地从随机产生的氨基酸序列中,进化生成了一些潜在的锌指结构域序列,不仅在一定意义上证明了氨基酸序列起源的随机性,而且对遗传算法在大规模解空间的搜索能力进行了测试.     

中温纤维分解真菌尖镰孢Fusarium oxysporum的一种新的耐热内切葡聚糖酶

Fusarium oxysporum L19是一株典型的中温真菌, 从其培养液中分离到一种新的耐热内切葡聚糖酶(EGt). 用传统的酶动力学方法, 以CMC-Na为底物, 30分钟的反应时间确定其最适反应温度为75℃; 热稳定性指数衰减拟合曲线显示70℃半衰期为15.1分钟; 该酶不作用于对硝基苯纤维二糖苷(pNPC）. EGt对大多数金属离子及化学试剂不敏感, N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）的蛋白质侧链修饰表明, Trp处于其活性中心. N-末端氨基酸序列为SYRVPAANGFPNPDASQEKQ, 基因测序以及广范的序列比对分析显示, EGt与已知的内切葡聚糖酶没有同源性. 这是首次从中温真菌Fusarium oxysporum中分离到耐热纤维素酶, 多种同工酶的表达可能有助于其适应复杂的生存环境.     

水稻花药发育相关基因OsPRP1的克隆和特性分析

利用减法杂交和RACEs从水稻颖花中克隆了一个编码富含脯氨酸残基多肽的cDNA, 并将其相应的基因命名为OsPRP1. OsPRP1由2个外显子和1内含子组成, 编码的蛋白由224个氨基酸残基组成, 其中脯氨酸含量最高, 占14.29%. 该蛋白由一个21个氨基酸残基组成的信号肽, 一个N-端结构域和一个C-端结构域组成. C-端含有2个18个氨基酸长的、嵌合PEPK基元(motif)的富含脯氨酸的重复序列. Southern blot及序列分析结果表明, 水稻基因组中存在4个拷贝的OsPRP1, 它们定位在第10染色体的20 kb的DNA片段上. RT-PCR表明, OsPRP1在幼芽和颖花中表达量较高, 在根和叶中有少量表达. 用花和幼芽进行原位杂交分析证明在花中, OsPRP1在花粉母细胞、绒毡层细胞和花器官的维管束细胞中表达; 该基因的表达有明显的时间特异性, 在花粉母细胞中表达量最高, 在单核期的小孢子中几乎不表达; 在芽中, 该基因在胚芽鞘和叶原基的表皮细胞中表达. 从该基因编码蛋白的特点可以看出它极可能是一种细胞壁蛋白.     

玉米C4 型pepc基因的分子克隆及其在小麦的转基因研究

通过LA-PCR方法，从当地玉米材料中获得了完整的玉米C₄ 型pepc基因。测序结果与GenBank中登录的玉米C₄ 型pepc基因序列进行比对分析表明，DNA序列的同源性达98.96%，mRNA同源性达99.38%，蛋白质的氨基酸序列同源性达99.38%，在DNA水平，两者之间有49处碱基差异， 18处发生在内含子区，18处发生在外显子处。在mRNA水平，两者之间有15处差异，但是这些差异在蛋白质水平上仅导致了4个非连续排列的氨基酸差异。构建了该基因的农杆菌二元表达载体pBAC214。通过PDS/1000He基因枪转化法，获得了该基因的转基因小麦。对转基因小麦进行的Southern杂交，结果表明来自玉米的鉴定pepc基因完全整合到了小麦基因组中。通过对转基因小麦叶片的可溶性蛋白质SDS-PAGE电泳分析，表明该基因在小麦中获得了正确的转录、剪接和翻译。通过对转基因小麦叶片中PEPC酶活性的初步测定，发现部分转基因植株叶片中PEPC酶活性提高了3-5倍，与玉米叶片中的PEPC活性相当。对转基因小麦旗叶光和生理指标的测定，发现部分转基因植株光合速率有所提高，并且气孔的开放程度与叶片中的PEPC活性紧密相关。说明完整的玉米C₄ 型pepc基因在小麦中可以正确表达和起到一定的生理作用。     

用酵母双杂交系统筛选与NifA相互作用的蛋白质

利用酵母双杂合系统从巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Sp中筛选与NifA有直接相互作用的蛋白质因子. 首先将nifA基因克隆到pGBD-C2载体上, 构建成诱饵质粒pGBD-nifA, 接着将巴西固氮螺菌的染色体DNA构建在pGAD-C1, pGAD-C2和pGAD-C3质粒载体上, 形成3个质粒文库YSPC1, YSPC2和YSPC3. 然后以pGBD-nifA为诱饵, 对YSPC1, YSPC2和YSPC3这3个文库进行了筛选, 得到11个阳性克隆. DNA序列分析表明, 这11个阳性克隆分为4类, 包含4个1~1.3 kb不同的基因片段. 对这4个基因片段进行同源性比较发现, 其中2个编码的蛋白质含有与信号传递有关的PAS结构域, 另外1个基因片段含有与吸收铁有关的fhuE基因, 另一个是未知蛋白. 将这4个基因片段从原来的pGAD载体转移到pGBD载体, 即互换换载体后, 它们仍然与NifA有相互作用; 对这4个基因片段进行移码突变则不再与NifA有相互作用, 说明了它们与NifA相互作用的特异性.     

第二遗传密码

遗传信息的传递应该是从核酸序列到有完整结构的功能蛋白质的全过程。现有的遗传密码仅有从核酸序列到无结构的多肽链的信息传递，因此是不完整的。后一部分，即遗传信息传递密码的第二部分（简称第二遗传密码），是遗传信息从蛋白质中氨基酸序列到其空间结构之间的传递。本文总结了当前已知的蛋白质中氨基酸序列和蛋白质总体空间结构的关系，对第二遗传密三应该具有的特征进行了讨论。认为第二遗传密码除和三联密码同样具有简并性（     

水稻Ac/Ds系统的Ds转座行为

将玉米的转座子系统Ac/Ds导入水稻基因组中诱导产生突变体的方法已成为构建水稻插入突变体库的主要策略之一. 本研究通过水稻Ds-T-DNA转化纯合体和Ac-T-DNA转化纯合体的杂交, 构建水稻的Ac/Ds双因子转座系统, 对F₁~F₅代的Ds转座行为进行了研究. 通过转座检测, 发现1例Ds转座引起约170 bp T-DNA载体序列的缺失, 另1例Ds转座插入基因组时带有一段272 bp的T-DNA载体序列. 对F₁~F₅代Ds转座的连续检测结果表明, 配子体转座频率随世代的增加而提高, F3代的配子体转座频率达54.2%. 采用TAIL-PCR的方法扩增Ds元件旁侧的基因组序列, 对17个TAIL-PCR产物的序列进行了分析, 发现有5例Ds插入到基因序列中, Ds既可发生邻近位置的转座, 也可发生不连锁的转座, Ds在染色体间的转座频率为33.3%.     

与对称性相关的蛋白质序列-结构关系

蛋白质的氨基酸序列如何编码它的三级结构是一个极具挑战性的问题[1~3].虽然蛋白质的氨基酸序列看起来非常不规则,但它编码的三级结构表现出明显的规则性.例如,许多蛋白质具有对称的三级结构,但它们的氨基酸序列看起来象随机序列.因此人们对蛋白质序列关联性进行了大量的研究[4~8],希望确定蛋白质序列是否是随机的.然而,这些研究给出了相反的结果,一些研究表明蛋白质序列与随机序列不可分,而另外一些研究认为蛋白质序列不是随机的.本文将研究3种小的α类蛋白质结构域.这些是具有对称三级结构的最简单的蛋白质结构域.我们将说明这些结构域的…     

锌指结构域序列的进化生成模拟——遗传算法在蛋白质结构研究中的应用

遗传算法(Genetic algorithms, GA)是具有高频率的搜索机制的算法.遗传算法不仅为蛋白质结构研究提供了一种全局自适应搜索算法,使能量最低状态(按热力学假说,蛋白质的天然状态的能量最低)的搜索更加方便,而且为我们提供了一种新的想法和研究思路.通过应用遗传算法对锌指结构域序列进行进化模拟,成功地从随机产生的氨基酸序列中,进化生成了一些潜在的锌指结构域序列,不仅在一定意义上证明了氨基酸序列起源的随机性,而且对遗传算法在大规模解空间的搜索能力进行了测试.     

Mutator转座子介导的玉米插入突变体库的构建及遗传评价

以Q105, WW51, 115F, V26-2, 919J为Mutator转座子供体材料, 与本地优良玉米自交系受体材料Hz85, W328以及S-Mo17^Rf3Rf3杂交, 获得26718单株的插入诱变F₁群体(M1). 田间鉴定M1单株的生物学特征及农艺学性状的表型突变, 室内考察突变单株自交果穗M2籽粒性状的突变类型, 并以斑点籽粒出现的频率评价Mu因子的转座频率. 结果表明, 在所构建的Mu介导的玉米插入突变体库中, 以W328为母本(BzBz)的M1群体平均田间表型突变频率为0.07; 以W328 × Mu的M2果穗斑点籽粒的出现频率评价的Mu转座频率为0.121802; 在22500个S-Mo17^Rf3Rf3 × Mu单株中, 发现了5个S型玉米细胞质雄性不育突变单株, 突变频率为2.2×10^-4. 利用优化的MuTAIL-PCR技术分析了99条转座子插入位点的侧翼序列, 归并整理后获得59条(每条约400核苷酸序列)非重复靶位点序列. 对59条序列非重复的Mu因子插入产生的9 bp靶位点正向重复序列进行同源性比较分析, 结果表明, Mu的插入有序列热点. 经生物信息学分析后注释了27条与玉米、水稻等植物核苷酸数据库中匹配值较高的功能序列. 利用比较基因组学方法将36条单一基因序列定位在玉米遗传图谱上, 有多条Mu插入靶位点序列定位在单个标记位点上. 分析发现, 8条Mu插入靶位点序列的预测功能与其相应的定位标记的功能具有一致性. Mu插入突变体库的构建与遗传评价为利用Mu转座子进一步发掘玉米基因、深入开展玉米功能基因组学研究搭建起重要的技术与材料平台.     

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.     

鸡传染性支气管炎冠状病毒北京分离株全基因组序列的测定及其特征分析

鸟类传染性支气管炎病毒(AIBV)属于冠病毒科, 冠状病毒属, 是单股线状、正链RNA病毒, 基因组全长近28 kb, 具有3′多聚A尾和5′帽子结构的特征. 采用PCR产物克隆测序和引物步移(primer walking)直接测序结合的方法, 完成了IBV北京分离株的全基因组序列的测定. 该毒株基因组序列全长为27733 bp, 生物信息学分析表明, 它具有10个明显的可读框(ORF); 通过基因定位后其基因排序为: 5′-orf1a-orf1ab-s-3a-3b-e-m-6a-6b-n-3′. 对IBV北京分离株的全基因组序列, 与报道的IBV及造成人类严重急性呼吸综合征(SARS)的病毒(SARS-CoV)进行了比较分析. 结果表明, AIBV是一种变异较大的病毒, 其全基因组序列与国外公布的AIBV全基因组序列相似性仅有85.2%, 与国内报道的不完整AIBV序列比较, 相似性也只有91.2%; 而与SARS病毒基因组全序列比较, 相似性仅为50.8%, 说明它与SARS-CoV关系不大. 同时, 还使用clustalw 1.81 和 Treeview软件构建了冠状病毒的全序列、S蛋白、M蛋白和N蛋白的系统发生树, 结果表明, 鸡IBV北京分离株是第3组病毒的惟一成员, 它与SARS-CoV存在很大的遗传距离. 这项研究将对我国鸡传染性支气管炎病原的鉴定和疾病的控制起到重要的作用.     

鲤科鱼类的c-myc CDS及其系统发育关系

鲤科鱼类在东亚的物种多样, 分布广泛, 物种特征尺寸差异明显, 弄清其功能基因的系统演变, 对于理解物种分化和功能进化具有重要意义. 以具有重要生长调控作用的c-myc基因为标记, 通过PCR扩增、克隆和测序, 共获得41种鲤科鱼类和外类群c-myc基因全序列, 发现并分析了c-myc编码区的两个高变异区. 基于c-myc CDS序列, 分别采用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和Bayesian法重建了鲤科鱼类的系统发育关系. 3种方法所得系统发育关系较为相似. 当以亚口鱼科的胭脂鱼(Myxocyprinus asiaticus)、鳅科的泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)和平鳍鳅科的中华间吸鳅(Hemimyzon sinensis)作为外类群, 3种方法重建的系统分支图均以较高的节点支持率支持鲤科鱼类中雅罗鱼系和鲃系的划分, 雅罗鱼系包括雅罗鱼亚科(Leuciscinae)的东亚种类、鲴亚科(Xenocyprinae)、鲌亚科(Cultrinae)、 亚科(Danioninae)东亚土著种类, 亚科(Gobioninae)和鳑鲏亚科(Acheilognathinae). 鲃系包括裂腹鱼亚科(Schizothoracinae)、鲃亚科(Barbinae)、鲤亚科(Cyprininae)和野鲮亚科(Labeoninae). 斑马鱼(Danio rerio)、麦氏 (D. myersi)和三线波鱼(Rasbora trilineata)应从雅罗鱼系或鲃系中分出, 形成另外的一个系群. 亚科是一个多起源的复合类群, 其中一些种类归属存在较多问题, 对 亚科一些种类有必要重新划分. c-myc CDS翻译成蛋白质后, 逐个分析具有简约信息氨基酸变异发现氨基酸位点变异与鱼类特征尺寸之间无相关性. 同时分析并发现c-myc编码区内两个高变异区序列变异既不能体现物种分化关系, 也与物种特征尺寸无相关性. 本研究还发现每一类群位于分支图基部较为原始的种类一般鱼类物种尺寸较小, 可能是对原始生态和生存压力适应的结果.