蝎α-毒素的分子进化:加速突变与功能趋异

蝎α-毒素为一类空间结构高度相似而药理学功能趋异的蛋白质家族.cDNA序列分析表明蝎α-毒素5′非翻译区和信号肽编码区序列的保守性显著高于成熟毒素编码区,3′非翻译区在药理学组内高度保守.而且,成熟毒素编码区密码子第1,2和3位核苷酸突变率相似.非翻译区内每个位点的核苷酸替代数(K)小于成熟毒素编码区内每个同义位点的核苷酸替代数(Ks),而且成熟毒素编码区内每个非同义位点的核苷酸替代数(Ka)接近或大于Ks值.上述数据表明,蝎α-毒素成熟肽编码区内的突变为加速进化方式.这一结论得到进化树结果的支持.此外,研究还表明稳定3D结构的15个保守性残基靠近分子内部,这可能作为蝎α-毒素结构性限制因素在进化过程中维持CSαβ结构的恒定;4个热点突变区分布于分子表面的潜在功能区,表明正性Darwin选择驱动了蝎α-毒素的加速进化.研究结果合理地解释了蝎α-毒素保守性3D结构与趋异的药理学功能之间的关系.     

赤眼鳟β-肌动蛋白基因克隆、组织表达与稳定性分析

为探究赤眼鳟(Squaliobarbuscurriculus)β-肌动蛋白(β-actin)基因的结构和表达特性,本文采用RT-PCR技术和RACE法,从赤眼鳟肝脏中获得了赤眼鳟β-actin cDNA全长序列(GenBank:MT119965),该基因c DNA全长共1 816 bp,由94 bp的5’端非编码区, 594 bp的3’端非编码区和1 128 bp的开放阅读框(95-1222)组成,阅读框共编码375个氨基酸。通过序列比对和系统进化树的构建,赤眼鳟β-actin与鲤科鱼类聚为一支且与鲮鱼、鲫鱼、黄颡鱼等多个物种的β-actin氨基酸同源性都为99%。荧光定量(qPCR)表达分析显示,β-actin在赤眼鳟肌肉、肠、脾脏、皮肤、血液、鳃、体肾、头肾、心脏和肝脏十个组织中都有表达,但不同组织的表达量存在差异。利用Best keeper软件对赤眼鳟体内的延伸因子1(elongation factor 1, EF1)和β-actin基因进行稳定性对比,发现β-actin基因稳定性低于EF1基因。以上结果为赤眼鳟的分子系统进化研究提供证据,也为赤眼鳟功能基因表达研究提供参考依据。     

蝎α—毒素的分子进化：加速突变与功能趋异

蝎α－毒素为一类空间结构高度相似而药理学功能趋异的蛋白质家族。cDNA序列分析表明蝎α－毒素5′非翻译区和信号肽编码区序列的保守性显著高于成熟毒素编码区，3′非翻译区在药理学组内高度保守。而且，成熟毒素编码区密码子第1，2和3位核苷酸突变率相似。非翻译区内每个位点的核苷酸替代数（K）小于成熟毒素编码区内每个同义位点的核苷酸替代数（Ks)，而且成熟毒素编码区内每个非同义位的核苷酸替代数（Ka)接近或大于Ks值。上述数据表明，蝎α－毒素成熟肽编码区内的突变为加速进化方式。这一结论进化树结果的支持。此外，研究还表明稳定3D结构的15个保守性残基靠近分子内部，这可能作为蝎α－毒素结构性限制因素在进化过程中维持CSαβ结构的恒定；4个热点突变区分布于分子表面的潜在功能区，表明正性Darwin选择驱动了蝎α－毒素的加速进化。研究结果合理地解释了蝎α－毒素保守性3D结构与趋异的药理学功能之间的关系。     

拟穴青蟹β-肌动蛋白基因的克隆与分析

β-肌动蛋白广泛存在于真核生物中,在维持细胞结构、细胞运动和细胞分裂等生理活动中发挥着重要作用.运用RACE技术克隆了拟穴青蟹(Scylla paramamosain)β-肌动蛋白基因,并用RT-PCR方法检测该基因在成体各组织中的表达情况.拟穴青蟹β-肌动蛋白cDNA全长1 337 bp,5′端非编码区为67 bp,3′端非编码区为139 bp,开放阅读框1 131 bp编码376个氨基酸.拟穴青蟹β-肌动蛋白与其他节肢动物β-肌动蛋白氨基酸序列的相似性高达98％～99％.系统进化树显示拟穴青蟹β-肌动蛋白基因的分子进化地位与其生物学分类地位一致.半定量RT-PCR分析结果表明,β-肌动蛋白基因在拟穴青蟹视神经节、脑神经节、胸神经节、性腺、鳃、心、胃、肌肉、肝胰腺共9个组织器官中的表达基本一致,具有良好的稳定性.     

盐生盐藻肌动蛋白基因及其5′上游片段的克隆

在盐生盐藻 c DNA文库和基因组文库中对肌动蛋白基因进行了筛选 ,结果得到了一个c DNA克隆和两个基因克隆 ,并进一步从基因克隆中克隆出该基因的 5′上游片段 .检索结果表明 ,所得到的 c DNA和基因属于盐生盐藻的肌动蛋白基因 .通过将盐生盐藻肌动蛋白基因序列同其c DNA序列及其他生物的肌动蛋白序列相比较 ,给出了一个此基因 5′上游区大概的结构     

山羊KLF17基因克隆与组织表达

克隆山羊Krüppel样因子17基因(KLF17)的c DNA序列,并检测其组织表达水平,为KLF17基因的功能研究奠定基础.随机选取2~3周岁的健康简州大耳羊和藏山羊羯羊各4只,屠宰采集山羊不同组织样品(心、肝、脾、肺、肾、肌肉和皮下脂肪),提取组织总RNA,利用RT-PCR法克隆山羊KLF17基因序列,进行生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR(q PCR)法检测KLF17基因mRNA的表达水平.结果表明,克隆得到山羊KLF17基因c DNA序列1 450 bp,包含CDS区全长858 bp,5'UTR序列12 bp,5'UTR序列580 bp,编码285个氨基酸残基.其CDS区与牛、绵羊相比在5'端少99 bp,而在531位多出361 bp,这导致其编码区在858位提前终止.山羊蛋白序列较牛、绵羊少113个氨基酸残基.组织表达结果显示,KLF17基因在藏山羊肺中具有最高的表达水平,而在简州大耳羊皮下脂肪中具有最高的表达水平.两种山羊均在背最长肌中具有最低的KLF17表达量.这些结果表明KLF17可能在山羊脂质代谢过程中具有重要调控作用.     

产气荚膜梭菌的β2毒素基因克隆及其核苷酸序列分析

利用PCR技术，从C型产气荚膜梭茵中国标准株C59-44基因组DNA中扩增出了约0．7kb的基因，并将其克隆到pGEM-T栽体上，经酶切鉴定及核苷酸序列分析表明，该基因片段的核苷酸序列与国外报道的β2毒素基因序列一致．     

大黄鱼Ghrelin基因的克隆和序列分析

利用RT-PCR、RACE等技术,从大黄鱼胃组织中克隆得出Ghrelin基因的cDNA(649 bp),其中包含5'非翻译区(5'UTR),起始密码子,信号肽、成熟肽、C-端肽序列的编码区,终止密码子,3'非翻译区(3'UTR)和相对较少见的多核苷酸化信号(ATTAAA).获得的cDNA编码108个氨基酸,与已报道的硬骨鱼类Grelin mRNA比对显示,相似性(Similarity)和一致性(Identity)最高(黑鲷 Acanthopagrus schlegelii)可达81%和73%,推测的成熟肽包含硬骨鱼Ghrelin的相同活性中心和修饰位点,证明是鱼类Ghrelin同源基因.     

健康人外周血中A20基因3'UTR突变与多态性分析

目的:建立检测NF-κB负调控因子A20基因3'非编码区(3'UTR)单核苷酸多态性(SNP)和突变的方法和rs77191406的检测方法.方法:利用PCR扩增99名健康人外周血单个核细胞(PBMCs)DNA的A20基因3'UTR全长片段,并对PCR产物进行核苷酸序列分析.将所测A20 3'UTR序列与Gen Bank中的序列(NM_006290.3)通过BLAST程序对比,检出可能存在的基因突变.利用限制性片段长度多态性聚合酶链反应(PCR-RFLP)检测A20基因SNP rs77191406位点多态性.结果:在A20 3'UTR mRNA 3080位点检测出CT突变,该突变在基因库中已有作为SNP登记(rs77191406),该SNP在7例(7.07%)健康人样本中检测到,但并未发现其他突变和多态性.成功建立PCR-RFLP检测A20基因SNP(rs77191406)的方法.结论:首次报道中国健康人群中A20基因3'UTR存在rs77191406,其意义有待进一步明确.     

阳春砂HMGR基因cDNA克隆及生物信息学分析

目的:克隆阳春砂3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因的编码区c DNA.方法:根据阳春砂叶片转录组得到的HMGR基因序列自主设计引物.用改良的CTAB法提取阳春砂叶片总RNA,反转录得到c DNA,以c DNA为模板通过PCR反应扩增阳春砂HMGR基因并克隆到p MD-18T载体,将获得的阳性克隆进行测序分析.运用生物信息学方法分析得到的c DNA序列.结果:成功扩增出全长1 716 bp的c DNA片段,将其成功克隆进入p MD-18T载体,测序后将序列提交至Gen Bank得到其编号KU572444.生物信息分析结果显示,该基因片段编码1个由571个氨基酸残基组成HMGR蛋白.HMGR二级结构主要由43.95%的α-螺旋和47.29%的β-转角组成,同时还含有8.76%的β-折叠.与其他植物该蛋白质序列同源性及进化树分析结果表明,阳春砂HMGR与小米(Setaria italic)的同源性最高,且阳春砂与单子叶植物聚为一类.结论:从阳春砂叶片中成功克隆HMGR基因并进行了生物信息学分析.     

HCV RNA复制过程中5'UTR与3'UTR 作用的初步探讨

构建具有不同类型和长度的5'非编码区(UTR)及3'UTR的丙型肝炎病毒(HCV)全长cDNA克隆,体外转录制备RNA,转染肝癌细胞HepG2,研究不同RNA转录体在细胞内的复制情况。通过RT-PCR与Westernblot等方法证明:蛋白编码区来源于1a基因型并具有1b型5'UTR及3'UTR(全长或缺失98nt保守区)的2种嵌合型HCVRNA,都可以在病毒易感细胞中复制和表达;而以脑心肌炎病毒(EMCV)内核糖体进入位点(IRES)替代HCV5'UTR的嵌合型RNA转染细胞,检测不到病毒正、负链RNA与蛋白表达。以上结果说明HCV1b型5'UTR与3'UTR可以支持1a型病毒RNA的正常复制,3'UTR保守区的存在与否,对病毒复制影响不大。     

大黄鱼免疫球蛋白M重链基因全长cDNA序列的克隆与表达

从本实验室自建的大黄鱼表达标签数据库中获取了大黄鱼免疫球蛋白M重链(LcIgMH)基因片段,并以此设计SMART-RACE引物,最终得到1917 bp的全长c DNA序列。经分析发现其含6 bp的5'非编码区(5'UTR)、176 bp的3'UTR以及1738 bp的开放阅读框(ORF);预测的ORF共编码584个氨基酸,蛋白质分子量为65. 2 ku,等电点为5. 84;利用Singal P 4. 1 Server发现其5'端含有信号肽(1-19 aa);Blast P Server的结果显示,其与红笛鲷的IgMH序列一致性最高,达到64%;利用IMGT/Domain Gap Align进行重链可变区与恒定区预测,发现含有1个重链可变区与4个重链恒定区,同时,预测还发现可变区含有典型的3个高变区与4个骨架区结构。实时荧光定量PCR结果显示该基因在头肾与脾脏中大量表达,并显著高于其他各组织,同时雌雄鱼LcIgMH在各组织中表达量均无显著性差异,表明LcIgMH表达与性别无关。注射副溶血弧菌进行感染4 d后,脾脏内LcIgMH表达量最高,并且与对照组之间存在显著性差异(P 0. 05),但感染后第8天的表达水平已与对照组无显著性差异(P 0. 05),显示LcIgMH与大黄鱼的免疫应答反应相关。     

皱纹盘鲍亮氨酸氨肽酶基因cDNA克隆及表达分析

利用PCR和RACE技术从皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)肌肉中克隆亮氨酸氨肽酶基因cDNA序列,并对其结构进行分析。皱纹盘鲍亮氨酸氨肽酶(Haliotis discus hannai leucine aminopeptidase,Hdh-LAP)cDNA全长共3251 bp,包含5'非编码区(5'UTR)56 bp,3'非编码区(3'UTR)651 bp,开放阅读框(open reading frame,ORF)2544 bp,共编码847个氨基酸残基。多序列比对结果显示,该氨基酸序列与太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)、霸王莲花青螺(Lottia gigantea)、囊舌虫(Saccoglossus kowalevskii)的亮氨酸氨肽酶序列相似性分别为85%、68%和61%。预测Hdh-LAP基因编码蛋白质的相对分子质量为95.09 ku,理论等电点为5.16。Hdh-LAP蛋白质的二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,其中α-螺旋占38.02%,无规则卷曲占30.11%,β-折叠占22.43%,β-转角占9.45%。Hdh-LAP主要分布在细胞质(59.2%)、线粒体(10.0%)和溶酶体(10%)中,推测其可能在能量代谢和辅因子的生物合成过程中发挥信号转导和转录因子调控的作用。系统发育关系分析结果显示,Hdh-LAP与牡蛎亮氨酸氨肽酶关系最近。荧光定量PCR结果表明,Hdh-LAP基因在鲍肌肉、肝胰腺、性腺、血淋巴细胞、腮、外套膜等6个组织中均有表达,在血淋巴细胞中表达量最高,肌肉次之,性腺最少。     

Paenibacillus sp. K1 β-半乳糖苷酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

从鲜牛奶中分离到1株产β-galactosidase的细菌,经16S rDNA序列比对鉴定为类芽孢菌Paenibacillus sp. K1。提取该菌株的染色体DNA,以pUC18（lac-）为载体,构建其DNA文库;在含有X-gal的LB平板上筛选该文库,得到6个蓝色菌落;对阳性克隆中插入的DNA片段序列测定,鉴定出1个编码全长为2028bp并携带有组成型启动子的β-半乳糖苷酶基因。将该基因导入大肠杆菌BL21（DE3）中,实现了β-半乳糖苷酶高效表达,其酶活为25.06U/mL,高于原始菌株的4.55U/mL,并进一步用亲和层析将该酶进行了纯化。     

黑曲霉β-葡萄糖苷酶基因的分离

以黑曲霉基因组DNA、mRNA为模板,利用种属相似性设计了一对引物,采用PCR与RT-PCR技术得到β-葡萄糖苷酶基因的DNA和cDNA全序列.测序表明:克隆得到的DNA序列全长2 924 bp,cDNA序列全长2 583 bp,编码860个氨基酸.编码序列推导的蛋白质序列相似性分析显示:完整蛋白质序列同源性高达97%～99%.该研究为β-葡萄糖苷酶基因的遗传转化及应用 奠定了基础.     

乌鳢β-肌动蛋白cDNA克隆与表达分析

利用RT-PCR技术首次克隆获得了乌鳢(Channa argus)的β-肌动蛋白基因cDNA序列.结果显示,乌鳢β-肌动蛋白的cDNA序列全长1 813bp,包含一个1 125bp的开放阅读框(ORF),共编码375个氨基酸.蛋白序列分析显示,乌鳢β-肌动蛋白的相对分子质量为41.731kDa,等电点PI为5.16,由20种氨基酸组成(甘氨酸数目占比最高为7.73%,色氨酸数目占比最低为1.07%),含有3个actin信号位点.蛋白同源性分析显示,乌鳢β-肌动蛋白与大西洋鲑、虹鳟、莫桑比克罗非鱼的同源性达99%以上,与非洲爪蟾、鸡和人等脊椎动物的同源性达98%以上,表明β-肌动蛋白基因在不同物种之间具有很高的保守性.基于NJ法的β-actin基因系统发育分析显示,乌鳢处于鲈形目和鲑形目鱼类的基部,并没有与鲈形目鱼类聚类为一支,表明乌鳢β-actin基因的进化速率较其他鲈形目鱼类更慢.组织表达分析显示,乌鳢β-actin在检测的11个组织中均有表达,且表达量比较稳定,表明该基因可作为内参选择时的候选基因,可为乌鳢功能基因研究时的内参选择提供参考.     

新疆绵羊β-乳球蛋白(BLG)5′端调控区的克隆与序列测定

用聚合酶链式反应(PCR)技术,从新疆绵羊全血中扩增了β-乳球蛋白5′端调控区890bp的片段.通过T4 DNA连接酶将其连接于质粒载体pGEM-T上,转化至受体菌DH5α中.提取质粒经PCR扩增、酶切鉴定,证明重组质粒pT-BLG中含有β-乳球蛋白5′端调控区基因片段.经核苷酸序列测定,克隆的片段与发表的基因序列高度一致.     

杂色鲍肌动蛋白启动子的克隆与序列分析

杂色鲍(H.diversicolor diuersicolor)是我国华南地区重要的海水养殖对象,作为利用转基因技术改良杂色鲍品质研究工作的首要部分,作者利用PCR和染色体步移(Genome Walking)方法克隆了杂色鲍肌动蛋白基因编码区部分序列和启动子序列(GenBank登陆号:EU622901).所分离的肌动蛋白基因DNA序列片段全长为1 990 bp,与GenBank中彩虹鲍(Haliotis iris)肌动蛋白A1基因序列和肌动蛋白A1a基因序列有非常高的相似性(99%和96%).在基因编码区中间发现了一个内含子区,在编码区之前发现一个类启动子区,经过Promoter Prediction在线软件分析,发现了该启动子序列和转录起始位点,同时也发现了该启动子特有的启动元件两个标准的CAAT BOX和一个TATA BOX.这些实验结果表明所克隆的杂色鲍肌动蛋白和启动子序列符合实验的目的.并且这一实验的成功也为下一步利用所分离的启动子做杂色鲍转基因工作打下基础.     

基于加权拟熵的DNA序列相似性分析

一条DNA原始序列可以看作是字符集Ω={a,g,c,t}上的一个字符串。基于多重集{∞？a,∞？g,∞？c,∞？t}的所有2-组合,我们将DNA原始序列转化为一个10字母序列,进而构造10-元向量来刻画DNA序列,这个向量的分量是一种加权拟熵,它能更好的反映出序列中的元素,尤其元素之间的序关系所包含的信息。这样构造的DNA序列的数值刻画对字符替换是非常敏感的。作为应用,我们对15个物种的β-球蛋白基因进行了相似性分析,得到的结果与文献中是一致的。     

南方红豆杉紫杉烷7β-羟基化酶基因全长序列的克隆和进化分析

 从南方红豆杉Taxus wallichiana var.mairei的新鲜嫩叶中提取基因组DNA作为模板,利用三组特异引物进行PCR扩增,然后克隆测序得到紫杉烷7β-羟基化酶的基因全长。该基因编码区起始密码子为ATG,终止密码子为TGA,全长1 692 bp;碱基组成为490 A (29.0%),351 C (20.7%),362 G (21.4%)和489 T (28.9%)。将紫杉烷7β-羟基化酶基因全长序列与细胞色素P450基因家族的其它三个成员进行比对,发现它与紫杉烷2α-羟基化酶基因、紫杉烷10β-羟基化酶基因及紫杉烷13α-羟基化酶基因的一致性分别为74%、68%及76%。它们的外显子和内含子的连接区均具保守的GT-AG结构,内含子区的变异性明显高于外显子区。进一步以红豆杉属的13个紫杉烷羟基化酶基因家族成员为对象,利用位点间可变ω(非同义替换率dN和同义替换率dS的比值) 模型对该基因家族的适应性进化进行分析。分支模型、位点模型以及分支－位点模型的分析表明：紫杉烷羟基化酶基因家族的少数分支处于正选择压力下(ω>1),但未检测到正选择位点;而绝大部分位点受强烈的负选择作用(ω<1)。