遗传学

之所以人是人,土豚是土豚,卷心菜是卷心菜,都与一种称为DNA的细长螺旋分子有关。DNA是税氧核糖核酸的简称。DNA存在于所有生命体内。当然,也包括你,你体内的民用工业细胞都含有这类分子。在这些细长的螺旋链里,拥有称为基因的指令组。你身上大约有3-5万个基因。它们成对出现,一个来自父亲,另一个来自母亲。每一个基因都是一个小蓝图,带有父母“写下”的指令,以告诉你的细胞如何创造出独特的你。     

基因治疗

基因治疗是一种主要用于修正疾病相关的缺陷基因的技术。截至2005年1月,全球共有1020个基因治疗临床试验。基因治疗由于尚存在药物生命周期短、给药途径、多基因病和免疫反应等方面的问题,目前还基本处于实验阶段,在临床试验还不是很成功。虽然如此,基因治疗具有经济、直接、高效的优点。在科学家未来的不断努力下,前景十分光明。一、基因治疗的概念人类疾病都是环境因素(如化学物质、辐射、病毒、细菌、营养等)与体内因素(如精神因素、激素、代谢等)共同作用的结果。环境因素与体内因素的相互关系,相当于外因和内因,内因起主要作用,外因通过内因起作用。基因是生物功能的可遗传的单位,是内因的最基本的表现形式。对于非传染性的人体自发性的疾病,主要是人自身的基因及其表达产物出了问题。对于传染性疾病,则是外源的细菌、病毒等病原体通过他们的基因及其表达产物作用于人体而致病。因此,人类疾病的一个主要原因,是人体自身基因出问题,或外源病原体基因及其产物作用的结果。我们刚才提到了基因及其表达产物,现在更具体地说明这些概念的含义。在分子生物学中有一个中心法则,图1表示的是中心法则的示意图。图1 分子生物学的中心法则对人类而言,基因是人体染色体上脱氧核糖核酸(即DNA)的一段序列,是遗传信息的载体。DNA本身可以复制达到新陈代谢和遗传繁殖的目的。基因通过转录过程,产生RNA,即核糖核酸,并进一步通过翻译,生产出蛋白质,即功能作用的具体实现者,也就是我们说的基因表达产物。前面说到的基因出了问题,有以下几种可能：一是自身基因的异常或缺失,二是外源基因的攻击。相应的对策有：对于基因异常或缺失,就是设法加入正常的基因或产物,或补充缺失的基因或其产物,使其发挥应有的正常功能,例如直接加入最终表达物蛋白质。对于外源致病基因或自身病变基因,可以想办法使其不起作用,例如用化学药物阻止这些基因的复制、转录或翻译,或阻断其下游作用通路。可以想像,这些方法可以在中心法则遗传信息传递的任何一个环节使用。基因治疗就是从遗传物质本身,即基因入手,不必产生或纯化基因的最终产物,而是将基因,通常是通过一个载体直接导入人体,再利用人体自身就具有的基因复制、转录与翻译功能来产生这些产物,达到补充正常基因产物或对抗异常基因的目的(参见图2)。图2 基因治疗示意图二、基因治疗的主要特点：从基因治疗的原理可以推断出其主要特点：1.更加经济、方便。因为它利用了人体自身的表达系统和功能,毋需进行产物的分离纯化。2.理论上更加安全。因为它是针对某一特定的异常或缺失基因,不会带来其他的副作用。3.技术上要求更高。因为它必须将基因直接导入人体,并有效调控其表达,因而在操作技术上,特别在有效性与安全性方面提出了苛刻的要求。三、基因治疗涉及到的关键步骤1.基因的识别。识别DNA序列的哪些部分是基因,哪些不是,以及基因的功能为何。对人类自身基因而言,于2003年4月全面完成,中国也参与了的人类基因组计划,识别了3万多个基因。2.疾病的基因基础,就是发现疾病是哪些基因引起的,其作用机制如何。目前国际上的OMIM数据库,即人类孟德尔遗传在线数据库,已经收录了一万多条与疾病相关的条目。3.基因的导入系统。找到了致病基因后,下一个问题是,如何高效、靶向性地导入正常的基因。目前开发了多种导入系统,主要包括逆转录病毒、腺病毒、裸DNA、脂质体等。然而如何针对不同基因不同的目的区,构建高效的导入系统,仍然是科学家们正在不断探索的难题。4.基因表达的可调控性。基因之间存在非常复杂的调控关系,如图3表示的是老年痴呆症相关的基因调控关系,是非常复杂的相互牵制与协同关系。人体本身的基因,是处在整个基因组的大环境下,因而能够进行自身复杂的调控。而导入的基因是装在一个载体上,不具备这些复杂条件,而且我们对这些调控还不十分清楚,因而在什么时候基因该表达,什么时候不应该,以及该表达多少,仍然是巨大的难题。四、基因治疗的现状截至2005年1月,目前全球正在进行1020例基因治疗临床试验,其中约2/3处于临床一期,1.7%处于临床三期。图3 基因调控网络一例(选自KEGG数据库)从所治疗的疾病来看,66%的药物用于肿瘤,其次分别为单基因病(9.4%)、心血管病(8.1%)、传染性疾病(6.6%)等。从所使用的目的基因类型来看,细胞因子最多,占24%,抗原基因14%,肿瘤抑制基因12%,其他还包括自杀基因、缺陷基因、药物抗性基因、受体基因、复制抑制基因等。在地域分布上,美洲占67%,欧洲28%,亚洲、澳洲和非洲分别占1.9%、1.7%和0.1%。从所使用的载体系统来看,27%用的是反转录病毒,26%为腺病毒,裸DNA/质粒为15%。目前世界上只有一个基因治疗药物被批准上市,就是深圳赛百诺基因技术有限公司生产的“重组人p53腺病毒注射液”(商标名：今又生/Gendicine),于2004年1月20日获得国家食品药品监督管理局的准字号生产批文上市。p53是一个肿瘤抑制基因,所以该药主要用于治疗肿瘤。五、基因治疗面临的主要挑战1999年美国一位18岁男孩因为接受基因治疗导致多个器官衰竭,而这据信是因为引起严重的免疫反应而造成的。2002年8月和2003年1月初法国一位小孩和美国一位小孩分别出现了白血病类似的症状,因此美国FDA(食物与药品管理局)在2003年1月暂停了所有在血干细胞上使用反转录病毒载体的基因治疗临床实验。全球对于基因治疗也因此持非常谨慎的态度,这反映在最近几年新批准的基因治疗临床试验方案有所减少：在1999～2004年间,全世界新批准的基因治疗临床方案从117个减少到58个,今年到一月份的数字为1个。总结起来,基因治疗面临的主要挑战在于：1.基因效应时间较短。2.免疫反应：过分反应,特别是重复治疗时。3.病毒载体的问题：病毒虽然经过灭活,但可能会再获得功能而致病。4.多基因病的问题：一个基因不能解决问题,转入基因未必是真正的缺失或异常基因。六、总结基因治疗是从最根本的遗传物质,即基因入手来修正人体功能的缺失或异常,具有经济、直接、高效的巨大优点。虽然在技术上要求很高,以至目前只有一个上市产品,同时还出现了一些失败和挫折,这些挑战将持续很长时间,但从历史发展的规律来看终究是暂时的,在科学家的努力下必将逐步得到解决。因此基因治疗的前景十分光明。     

布鲁菌DK63426基因缺失株的构建及生物学特性研究

目的本研究构建了羊布鲁菌16M DK63_426基因缺失株,分析其在细胞内的生存繁殖和致炎能力。方法以羊布鲁菌16M株基因组为模板,利用融合PCR技术将DK63_426基因的上下游同源臂和卡那抗性基因融合,连接到克隆载体上,通过基因重组构建布鲁菌16M DK63_426基因缺失株16MΔDK63_426,观察布鲁菌亲本株16M和16MΔDK63_426的生长变化趋势,建立侵染小鼠巨噬细胞RAW264. 7模型,检测亲本株和缺失株16MΔDK63_426在胞内的生存能力,检测IL-6、TNF-α细胞因子释放量。结果成功构建了16MΔDK63_426;在体外相同培养条件下该缺失株与亲本株生长趋势相似,培养12 h即进入对数生长期,30 h进入平台期; 16MΔDK63_426在浸染RAW264. 7细胞12 h胞内存活率极显著低于亲本株(P0. 01),在浸染8 h时IL-6的分泌量缺失株组均显著低于亲本株(P0. 05),TNF-α的分泌量缺失株组均显著高于亲本株(P0. 05),在侵染12 h时IL-6的分泌量缺失株组均极显著低于亲本株(P0. 01),TNF-α的分泌量缺失株组均极显著高于亲本株(P0. 01)。结论 DK63_426基因的缺失可影响布鲁菌的胞内存活,影响相关炎症因子的表达,为布鲁菌感染机制的研究奠定理论基础。     

基于Louvain重叠社区发现算法

重叠社区发现技术对于分析网络社区间关系具有重要意义,本文提出了基于Louvain重叠社区发现算法,该算法在Louvain算法的基础上使用模块度Q的增益度函数dq判断节点是否具有重叠性,并且发现重叠社区;设计实验验证该算法,使用经典数据集American College Football对该算法与常用重叠社区发现算法CPM、LFM和COPRA进行实验对比,结果表明:增益度函数dq能判断重叠节点,且通过找到社会网络中的重叠节点发现重叠社区;该算法在重叠模块度EQ上比CPM、LFM和COPRA算法分别提高17.05%、12.81%和9.45%,在运算时间上比CPM算法、COPRA算法分别增加了12.62%、7.15%,比LFM算法减少了23.06%,表明在综合重叠模块度EQ与算法时间上,本文基于Louvain重叠社区发现算法都优于其他的算法。     

玉米大斑病菌StNPS6基因缺失突变体的转录组与蛋白质组差异表达分析

用T-DNA插入法构建一个玉米大斑病菌突变体库, 并筛选到一株致病力明显下降的突变体. 该突变体T DNA插入位点为非核糖体肽合成酶基因6（StNPS6基因）的上游启动子区. 先敲除StNPS6基因, 再对StNPS6基因敲除突变体和野生型进行转录组差异表达分析及蛋白质组差异表达分析. 结果表明: 在1 767个差异表达基因中的上调表达基因903个, 下调表达基因864个; 在突变体中鉴定30个差异表达蛋白质中的上调表达蛋白质8个, 下调表达蛋白质22个.     

中华按蚊AsBe3基因的克隆、生物信息学分析与分子对接

【目的】克隆中华按蚊(Anopheles sinensis)羧酸酯酶基因AsBe3,并对该基因进行生物信息学和分子对接分析。【方法】克隆AsBe3基因编码序列,并在AsBe3蛋白的理化性质、系统发生关系、二级结构、多重序列比对、系统发育关系等方面对进行了预测和分析;通过同源建模和分子对接,分析AsBe3蛋白与氟氯氰菊酯形成稳定复合物的关键氨基酸残基。【结果】通过克隆得到了编码AsBe3基因的序列,大小为1 302bp。在系统发育关系方面,AsBe3蛋白在8种不同物种中具有很高的保守性。AsBe3蛋白是疏水性蛋白,相对分子质量为48.45kDa,无信号肽和跨膜区。氟氯氰菊酯与AsBe3蛋白的结合自由能约为-42.3kJ·mol~(-1),理论上AsBe3蛋白能够代谢氟氯氰菊酯。【结论】研究结果为后续对AsBe3基因进行生物学功能研究奠定了基础,为下一步开展AsBe3蛋白代谢研究提供了基础数据,也为阐释羧酸酯酶代谢抗性的分子机制提供了理论依据。     

四川小麦品种抗条锈基因的SSR分析

从46对小麦基因组SSR引物中,筛选出带型清晰、稳定、多态性丰富的引物11对.利用该11对引物对52份抗病材料进行了遗传多样分析.结果表明,11对SSR引物共扩增出66个多态性位点,其中,每对SSR有1~10个,平均为6个.位点多态性指数(PIC)为0.75~0.90,平均为0.84.UPGMA聚类分析表明,SSR标记可将52份抗病品种分为3大类7个亚类.本研究对抗条锈基因功能分析及小麦抗条锈病分子辅助育种有参考价值.     

新疆柯尔克孜族人群PPARG基因31个SNP位点的遗传多样性及其与2型糖尿病的关联

 应用基质辅助激光解吸附电离飞行时间(MALDI-TOF-MS)质谱技术对SNP 位点进行基因分型的方法,检测并分析100例(对照正常个体50 例,糖尿病患者50 例)无血缘关系的柯尔克孜族隔离人群过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARG)基因31个单核苷酸多态性(SNP)位点的遗传多样性,探讨PPARG 基因31 个SNP 位点的遗传多样性及其与柯尔克孜族2 型糖尿病(T2DM)的关联,筛查预测2 型糖尿病的分子标记。结果发现,PPARG 基因所选的31 个SNP 位点中有23 个具有多态性(MAF≥0.05)。两组间分别在血压(SBP、DBP)、腰臀比值、血糖、总胆固醇、低密度脂蛋白水平有显著差异(P<0.01)。rs1801282、rs1899951、rs2881654、rs2972162 位点基因分型在对照组和病例组中的分布均有显著性差异(P<0.01,P<0.05)。非条件Lo-gistics 回归分析显示,PPARG 基因中rs1801282、rs1899951、rs2881654、rs2972162 等位点变异等位基因频率组间比较差异均有统计学意义(OR 值分别为2.639、2.639、1.774、2.639,均为P<0.05)。在男女对照组中rs1899951、rs2292101、rs2881654、rs1801282 和rs6782475 位点等位基因频率均有显著性差异(P<0.05),在男女病例组中rs4684846、rs7615916、rs9817428、rs4684846、rs709151、rs7615916 位点等位基因频率均有显著性差异(P<0.05)。结果显示,PPARG 基因的4 个SNP(rs1801282、rs1899951、rs2881654、rs2972162)位点变异与柯尔克孜族人T2DM 可能存在关联。     

水稻土中微生物的砷转化基因多样性研究取得新进展

<正>最近,中国科学院生态环境研究中心、城市与区域生态国家重点实验室朱永官课题组采用实时定量PCR(qPCR)、末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)、以及构建克隆文库分析的方法,研究了采自于中国南方13个水稻田土壤样品中微生物的砷转化基因的丰度和多样性,证实砷氧化基因(aioA)、砷呼吸还原基因(arrA)、砷解毒还原基因(arsC)和砷甲基化基因(arsM)广泛地存在于水稻土中.