模式原生动物浮萍棘尾虫纯培养体系的建立与优化

浮萍棘尾虫(Stylonychia lemnae)是一种营动物性营养的单细胞真核生物, 是研究细胞学、遗传学问题的重要模式原生动物, 而实现浮萍棘尾虫纯培养是开展棘尾虫生物学研究的重要基础。研究以建立高效棘尾虫无菌纯培养体系为目的, 参考嗜热四膜虫无菌纯培养基, 采用响应面分析方法, 对氮源、碳源和磷酸氢二钾的组分配比进行单因素实验和正交实验, 初步建立用于浮萍棘尾虫无菌培养的培养基, 并分别对培养温度、初始pH、培养液添加量和起始接种密度等培养条件进行了优化。结果表明: 起始接种量为100 cells, 培养基10 mL, 初始pH 7.0, 温度25℃, 静置培养168h, 可获得最大细胞数量约为3.0×103 cells。     

家蚕丝蛋白Fhx/P25基因启动子区域的克隆及序列分析

为研究家蚕Fhx/P25基因在时空上的调控机制,通过PCR扩增获得家蚕丝素蛋白Fhx/P25基因的启动子序列并进行克隆和序列分析。进一步构建了由Fhx/P25启动子驱动报告基因DsRed的表达载体pSK-P25-DsRed-PolyA,并通过家蚕BmN细胞进行瞬时表达。结果显示:Fhx/P25基因的启动子序列符合真核生物启动子特点,具有丝腺特异性表达启动子的特征,TATA框的保守序列为TATAA,位于-28—-32处,CAAT基序有3个,其中-110—-117和-90—-87处的2个CAAT基序可能具有活性;二级结构分析显示:Fhx/P25启动子区域具有复杂的茎环结构,这可能与蛋白表达的组织特异性、时间性以及活性有关。基因启动子可以驱动红色荧光基因DsRed在家蚕BmN培养细胞中的瞬时表达。     

四核舍太虫的细胞发生学与Helix E10-1二级结构分析

利用蛋白银染色技术,观察和研究海洋游仆虫-四核舍太虫Certesia quadrinucleata(纤毛门,游仆目)二分裂期间的形态发生学。其主要特征如下:(1)老口围带完全被前仔虫继承;(2)后仔虫口原基独立产生于皮膜深层;(3)老口侧膜参与前仔虫口侧膜原基形成,前后仔虫的口侧膜原基均发生于细胞表面, 向前贡献出第一根额腹棘毛;(4)额-腹-横棘毛以初级5原基模式产生, 且以"3:3:3:3:3"的方式分化出新的棘毛;(5)背触毛与左缘棘毛原基均来自老结构, 无尾棘毛产生。研究首次给出了背面纤毛器的发生图示,为进一步探讨舍太虫的系统地位提供了一份补足性的发生学基础资料。游仆目纤毛虫的核糖体小亚基基因HelixE10-1区域二级结构一共存在9种模式, 该区域序列长度的变异性揭示了游仆目纤毛虫在进化中可能处于比较特殊的地位。       

基于克隆文库技术分析瘤棘砂壳虫的食物组成

瘤棘砂壳虫是东亚特有的原生动物,广泛分布于长江与珠江中下游以及福建地区的湖泊和水库,作为水生态系统的捕食者,在维持水生态系统的结构与功能方面发挥着重要作用。利用18S rRNA基因PCR扩增和克隆文库测序等分子生物学技术方法,从基因水平研究瘤棘砂壳虫的食物组成。结果表明:所获得的46条序列在97%相似度水平含有11类OTUs(Operational taxonomic units,操作分类单元),其中包括轮虫6个,桡足类5个,说明瘤棘砂壳虫的捕食类群以轮虫和桡足类为主,同时也证明单细胞生物可以直接以多细胞的后生动物为食。此外,通过克隆文库测序技术分析原生动物的食物组成比例,不仅是一种方便、高效、快速,重复性高的方法,同时也为分析原生动物的生态功能提供了一种新的视角。     

谷子弯孢菌海藻糖酶基因(ClTRE)及其启动子的克隆和序列分析

海藻糖代谢调控真菌生长、发育及致病性,为了进一步研究海藻糖代谢在谷子弯孢病菌中的功能,对海藻糖酶基因及其启动子进行了克隆.根据植物病原真菌海藻糖酶基因的保守序列设计简并引物,扩增得到海藻糖酶基因同源序列.通过RACE技术,首次在谷子弯孢病菌中克隆得到了海藻糖酶基因(ClTRE)全长cDNA序列.序列分析表明,该基因最大开放阅读框为2037 bp,编码679个氨基酸;二级结构预测表明,该蛋白含约40.48％的α螺旋,12.99％的延伸串,6.5％的β转角,40.03％的不规则卷曲;蛋白保守结构域分析发现其含有海藻糖酶特有的保守位点,与其他植物病原真菌中海藻糖酶基因有51％-86％同源性;利用SignalP3.0软件预测谷子弯孢海藻糖酶蛋白具有信号肽.通过染色体步移技术克隆得到其上游启动子序列,利用TFSEARCH软件分析含有多个与逆境胁迫相关的顺式作用元件,初步推测该基因与逆境胁迫相关.谷子弯孢病菌ClTRE基因及其启动子的克隆,为进一步研究该基因在病菌致病中作用以及以该基因为靶位点的化学防控奠定基础.     

小腔游仆虫形态学、个体发育与分子系统学研究

游仆类是纤毛虫中进化最为复杂和高等的一大类群,为了进一步探索和完善游仆类的多样性,本研究利用活体观察、蛋白银和银浸法染色技术对采自青岛小西湖的小腔游仆虫(Euplotes aediculatus)的形态学及细胞发生学进行了详尽的研究,并在完整的形态学及发生学研究基础上,测定了小腔游仆虫的核糖体小亚基基因(SSU r DNA)序列,通过序列比较和分子系统树构建等方法,对小腔游仆虫的系统地位进行了分析。结果表明:本种鉴别特征为9根额腹棘毛,5根横棘毛,2根缘棘毛,2根尾棘毛,8列背触毛,double-eurystomus型银线系。发生学特征包括:(1)后仔虫口原基在表皮下独立发生,前仔虫完全继承老口围带;(2)额–腹–横棘毛原基从左向右按照3:3:3:2:2的模式形成额腹棘毛和横棘毛;(3)前后仔虫最左侧额腹棘毛分别由独立产生的原基形成;(4)缘棘毛原基独立发生;(5)初级背触毛原基来自虫体中部老结构的反分化;(6)前后仔虫尾棘毛分别来自最右侧2列背触毛原基和老背触毛列末端;这些特征显示出游仆虫属个体发生模式的高度保守性。分子系统分析与形态学数据一致,即游仆虫属为单元发生,且小腔游仆虫与艾美游仆虫(Euplotes amieti)、阔口游仆虫(E.eurystomus)和伍氏游仆虫(E.woodruffi)聚在一起。     

解淀粉芽胞杆菌WS-8中LanM基因的克隆及生物信息学分析

克隆解淀粉芽胞杆菌WS-8 (Bacillus amyloliquefaciens WS-8)中的第二类羊毛硫肽合成酶LanM基因,并对LanM编码蛋白的理化性质及结构特征进行分析。设计LanM基因(登录号:APQ49580.1)扩增引物,提取解淀粉芽胞杆菌WS-8基因组DNA,以其作为模板进行PCR扩增。综合多种软件预测和分析LanM编码蛋白的理化性质、结构域和二级结构等。采用邻位连接法(Neighbor-Joining, NJ)构建系统发育树来分析LanM所编码蛋白与同源蛋白的亲缘关系,以及各蛋白结构域的亲缘关系。PCR扩增出的目的条带约为2 840 bp,通过测序鉴定,序列信息与基因组数据一致。LanM基因编码961个氨基酸,等电点为6.07,相对分子质量为111.485 1 kD。LanM编码的蛋白属于亲水性蛋白,无信号肽。该蛋白含有LANC_like结构域,其二级结构主要由螺旋结构和环状结构组成。系统发育树的分析结果表明LANC_like结构域和LanM同源蛋白的亲缘关系一致。解淀粉芽胞杆菌WS-8中存在第二类羊毛硫肽合成酶LanM基因。揭示了羊毛硫肽合成酶LanM发挥脱水和环化作用的理化性质和结构基础,以期为进一步阐明羊毛硫肽合成酶的生物学功能提供参考。     

兰州大尾羊MAPK13基因cDNA克隆及生物信息学分析

克隆兰州大尾羊促分裂素原活化蛋白激酶MAPK13基因,并分析其序列及其编码蛋白的生物学特性,为研究绵羊MAPK13基因的功能和生产应用提供参考。根据绵羊MAPK13基因CDS序列设计特异引物,利用RACE和RT-PCR技术克隆获得兰州大尾羊MAPK13基因全长序列,并结合生物信息学方法分析其生物学特性。克隆获得兰州大尾羊MAPK13基因cDNA序列全长1 397 bp,其CDS区片段长1 102 bp,编码367个氨基酸。预测兰州大尾羊MAPK13蛋白分子量为42.29 kD,理论等电点为8.82,为非跨膜的疏水性蛋白,亚细胞定位主要在细胞质中,无信号肽,不属于分泌蛋白。预测其氨基酸序列有19个磷酸化位点,3个糖基化位点,3个磷酸化功能结构域,4个其他结构域,1个LCR片段,二级结构以α-螺旋为主。同源性分析显示兰州大尾羊MAPK13基因序列与已发布的绵羊MAPK13 mRNA序列(登录号:NM_001139455.1)相比,其第852位发生碱基转换(CA),导致编码蛋白第265位氨基酸发生碱基转换(ST),同时,第951位发生碱基转换(TG),但其所编码氨基酸不变。构建的基因进化树分析结果显示兰州大尾羊与牛亲缘关系最近。兰州大尾羊与其他物种MAPK13基因在结构上相似性较高,说明该基因具有高度的保守性,其序列包含的S_TKc结构域可将ATP的γ磷酰基转移到蛋白质丝氨酸/苏氨酸残基上,导致一系列肥胖相关基因的功能失调和表达变化,为进一步研究MAPK13基因与成脂分化过程的相关性提供了参考。     

水稻小G蛋白OsPra2基因的克隆及功能分析

利用micro array 技术对水稻幼苗在营养胁迫条件下根部基因表达的研究中发现: 一个与豌豆Pra2(小G蛋白)基因有同源性的基因的RNA水平在营养胁迫后再补充营养时, 表达量下降。用RT-PCR和PCR方法分别获得该基因的cDNA克隆—OsPra2和该基因翻译起始位点上游1 kb的启动子序列。OsPra2基因编码的蛋白质具有结合GTP/GDP的4个保守结构域和构成小G蛋白Rab家族的特有的结构域。该基因cDNA与GST蛋白基因融合表达载体在洋葱表皮细胞中的瞬间表达结果显示该蛋白定位在在细胞膜和细胞核上, OsPra2基因启动子与GUS报告基因融合表达转基因水稻显示该基因启动子驱动GUS在胚芽鞘和根中表达, 35S启动子驱动OsPra2基因过表达转基因水稻与野生水稻株型相比明显矮化, 类似BR缺陷型植物株型。本实验还对OsPra2和P450蛋白的相互作用及在BR代谢途径中的可能作用进行了分析。     

八肋游仆虫胞质核糖体蛋白基因序列特征分析

为了探讨八肋游仆虫(Euplotes octocarinatus)核糖体蛋白基因的数目及其结构的特殊性, 研究通过生物信息学方法, 对八肋游仆虫胞质核糖体蛋白进行了系统的分析。共鉴定得到98个基因编码78种不同的胞质核糖体蛋白。其中19种胞质核糖体蛋白基因发生了复制, 尽管都是有功能的, 但其中一个基因的表达受到限制。通过与高等真核生物比较, 我们发现: 八肋游仆虫核糖体蛋白eS30缺失了N端的类泛素结构域, eL6缺失了N端的Ribosomal_L6e_N结构域。另外, 不同于其他高等真核生物, 八肋游仆虫酸性核糖体磷酸化蛋白uL10为碱性蛋白。研究为进一步探讨低等真核生物核糖体的组装及功能奠定了基础。     

Identification of an amplification promoting DNA sequence from the hypotrichous ciliate Stylonychia lemnae.

The macronucleus of the hypotrichous ciliate Stylonychia lemnae contains a 1218 bp long DNA molecule which becomes highly amplified during vegetative growth due to a continuous overreplication over a long time range. The region which is located upstream the open reading frame of the overamplified 1.2kbp Stylonychia DNA molecule enabled plasmids containing an inefficiently transcribed thymidine kinase gene to persist and amplify upon transfection into mouse L fibroblasts under selective conditions. This region contains long AT-rich stretches. The AT-rich sequences interact with a previously characterized HMG-I like protein from mouse Ehrlich ascites tumour cells. A binding activity for AT-rich stretches could also be identified in macronuclear extracts from Stylonychia lemnae. We suggest a common mechanism for overamplification in Stylonychia macronuclei during vegetative growth and amplification of plasmid DNA in heterologous mouse cells under the influence of a common element.     

Evolution of duplicated alpha-tubulin genes in ciliates

Ciliates provide a powerful system to analyze the evolution of duplicated alpha-tubulin genes in the context of single-celled organisms. Genealogical analyses of ciliate alpha-tubulin sequences reveal five apparently recent gene duplications. Comparisons of paralogs in different ciliates implicate differing patterns of substitutions (e.g., ratios of replacement/synonymous nucleotides and radical/conservative amino acids) following duplication. Most substitutions between paralogs in Euplotes crassus, Halteria grandinella and Paramecium tetraurelia are synonymous. In contrast, alpha-tubulin paralogs within Stylonychia lemnae and Chilodonella uncinata are evolving at significantly different rates and have higher ratios of both replacement substitutions to synonymous substitutions and radical amino acid changes to conservative amino acid changes. Moreover, the amino acid substitutions in C. uncinata and S. lemnae paralogs are limited to short stretches that correspond to functionally important regions of the alpha-tubulin protein. The topology of ciliate alpha-tubulin genealogies are inconsistent with taxonomy based on morphology and other molecular markers, which may be due to taxonomic sampling, gene conversion, unequal rates of evolution, or asymmetric patterns of gene duplication and loss.     

油棕等热带植物DXS基因的生物信息学分析

油棕等热带植物含有丰富的胡萝卜素和维生素E等类异戊二烯物质,类胡萝卜素和甾醇等类异戊二烯物质在植物生命活动中扮演重要角色,并且对保护人类健康具有重要意义,MEP途径是合成类异戊二烯的重要途径之一。DXS是MEP途径中的第一个限速酶,其功能在油棕等热带植物中极其保守。为了弄清油棕等热带植物DXS的结构和功能特点,该研究利用生物信息学工具和软件对以油棕等热带植物类异戊二烯合成关键基因DXS为对象,进行核酸和氨基酸序列的理化性质、蛋白质结构以及功能结构域等分析,探讨了不同物种间的亲缘关系。结果表明:DXS基因起始密码子均为ATG,终止密码子则分为TAG、TAA和TGA,DXS蛋白质属于不具有信号肽的亲水性蛋白,可能作为转运蛋白在叶绿体基质中发挥作用,未发现明显的跨膜结构域,磷酸化位点有36个,其中丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸位点分别为17、11和8个,无规则卷曲和α-螺旋是蛋白质二级结构主要的结构元件,三级结构预测具有DXS酶特征,硫胺素焦磷酸盐结合位点和PLN02582保守结构域,不同植物DXS功能结构域非常保守,可以作为判断不同物种间亲缘关系的重要依据。该研究结果为油棕等热带植物DXS的结构、功能分析和利用提供了进一步的信息,为其品质性状分子机制研究及遗传改良奠定了基础。     

油菜AP2/ERF-B4类转录因子克隆及表达载体的构建

利用油菜UniGene数据库,以拟南芥转录因子保守序列为探针,通过电子克隆方法分离得到一个UniGene库Bna.17538,进一步序列拼接得到一个油菜AP2/ERF-B4亚族的转录因子BnaERFB4-1,长度为672 bp,并进行了相关的生物信息学分析.结果显示BnaERFB4-1是亲水性蛋白,蛋白质三级结构与拟南芥RAP2.6L非常相似,蛋白质无序化程度大于拟南芥RAP2.6L.设计引物通过PCR和RT-PCR方法分别从甘蓝型油菜沪油15幼苗的DNA和cDNA中分离了BnaERFB4-1基因,命名为BnaERFB4-1-Hy15.序列测定和分析显示,来源于沪油15的BnaERFB4-1-Hy15基因与电子克隆的基因序列差异很小,有3个氨基酸位点不同,存在一个内含子.将BnaERFB4-1-Hy15基因通过BamHⅠ和SacⅠ酶切后分别插入酵母表达载体YK3302和植物双元表达载体pYF1404的相应位置,构建了BnaERFB4-1-Hy15基因的酵母体内结合和植物转化载体,为深入研究该基因在油菜抗逆调控中的作用奠定了基础.     

番茄ARF2蛋白的生物信息学分析与亚细胞定位

克隆番茄(Solanum lycopersicum) ARF2基因,并分析其分子特性和亚细胞定位,为研究其功能提供基础．通过生物信息学方法分析SlARF2基因编码蛋白的理化性质和分子特性．采用RT-PCR技术从番茄果实cDNA中扩增SlARF2基因全长,并构建与黄色荧光蛋白(YFP)融合的pBA-ARF2-YFP表达载体,进而再通过农杆菌介导的遗传转化方法,将重组质粒转化到野生型番茄中,将得到的T1代转基因种子萌发,然后取根尖通过荧光显微镜观察了融合蛋白在活细胞内分布的特点．生物信息学分析结果表明,SlARF2是富含Ser、Leu、Gly和Pro以及具有ARF家族典型结构域的可溶性蛋白,其氨基酸序列与葡萄、木薯和拟南芥的同源性分别为70.08 %、66.94 %和60.87 %．经酶切和测序分析证实pBA-ARF2-YFP融合表达载体构建成功,此外,PCR分析表明融合蛋白在转基因植株中得到表达．经荧光显微镜观察,ARF2定位在细胞核中．表明转录因子SlARF2定位在细胞核中,对番茄果实发育和成熟起重要作用．