小立碗藓扩展蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

扩展蛋白(Expansins,EXP)是一类基因家族,几乎参与了植物发育的全过程,从种子萌发到果实成熟都有扩展蛋白的参与。该研究利用生物信息学的方法对小立碗藓(Physcomitrella patens) Expansin基因家族成员进行鉴定,分析了其基因结构、染色体定位以及系统发生关系。结果表明:小立碗藓基因组中含有Expansin A(EXPA) 32个、Expansin-like A(EXLA) 6个,并未发现Expansin-like B(EXLB)及Expansin B(EXPB)。扩展蛋白氨基酸序列长度在228～290 aa之间,编码蛋白质具有两个保守的结构域Pollen_allerg_1和DPBB_1。蛋白质亚细胞定位预测结果表明:运用CELLO在线工具预测发现小立碗藓中约4/5的EXP家族基因定位于细胞外;而Euk-mPLoc预测结果则显示小立碗藓EXP基因家族成员全定位于细胞外。基因结构分析表明,小立碗藓中约68%Expansin基因有含有1～3个内含子。以上结果可为深入研究小立碗藓扩展蛋白基因的分子进化与生物学功能奠定基础。     

小立碗藓WRKY基因家族生物信息学分析

WRKY作为最先在植物中发现的转录因子,在植物生长发育等过程中发挥重要作用。为了更好地研究小立碗藓WRKY蛋白的结构与功能,该文以Pfam数据库中WRKY基因家族数据(登录号为PF03106)为材料,分析了小立碗藓(Physcomitrella patens)WRKY基因家族成员的理化性质、蛋白质的二级结构预测、染色体定位、内外显子分布及系统进化关系。结果表明:(1)小立碗藓WRKY基因家族成员共有38个基因,根据WRKY保守结构域个数和锌指结构类型分成Ⅰ、Ⅱ两大类,不含第Ⅲ类(锌指结构为C2HC型),其中部分基因WRKY保守结构域发生变异。(2)WRKY蛋白氨基酸长度在216~775 aa之间、相对分子质量在24.5~82.8 kDa之间,亚细胞定位显示WRKY家族成员蛋白质定位于细胞核中。(3)WRKY蛋白的二级结构以α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲四种构成元件构成,除PpWRKY11(α-螺旋为主)外,其余无规卷曲占比高达70%。(4)与拟南芥的系统进化关系表明,植物在进化过程中WRKY家族成员的数目与进化方式发生改变,WRKY基因家族成员外显子的个数为3~7个。(5)小立碗藓WRKY基因家族成员无规则分散于21条染色体上,并未形成基因簇。该研究通过分析WRKY基因家族的基本结构与性质,能为后续深入研究WRKY转录因子的功能奠定基础。     

植物分子生物学研究极具前景的模式系统--小立碗藓

小立碗藓作为植物分子生物学研究极具前景的模式系统已日益受到人们的重视,它的生活史周期短,易于培养,转基因植株易于分析,核基因组容易和外源DNA发生同源重组,这些特点使它成为研究基因功能的良好材料.一些成功的基因敲除和基因破坏已经在小立碗藓中实现,这些基因的功能也通过小立碗藓转化植株的特点得以证实.小立碗藓标签突变文库已经建立,其应用为小立碗藓基因的进一步研究打下了基础.关于小立碗藓的ESTs数据库已经建立,已有67 000条ESTs信息.     

植物分子生物学研究极具前景的模式系统——小立碗藓

小立碗藓作为植物分子生物学研究极具前景的模式系统已日益受到人们的重视,它的生活史周期短,易于培养,转基因植株易于分析,核基因组容易和外源DNA 发生同源重组,这些特点使它成为研究基因功能的良好材料。一些成功的基因敲除和基因破坏已经在小立碗藓中实现,这些基因的功能也通过小立碗藓转化植株的特点得以证实。小立碗藓标签突变文库已经建立,其应用为小立碗藓基因的进一步研究打下了基础。关于小立碗藓的ESTs 数据库已经建立,已有67 000 条ESTs 信息。     

基于HMM的齿肋赤藓VOZ转录因子的预测与分析

VOZ(Vascular plant One Zinc finger protein)作为与植物的进化与发育密切相关的基因,在极端耐旱荒漠苔藓植物齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)中对VOZ基因进行挖掘和分析有利于更好的揭示VOZ基因的进化关系,且可作为抗逆基因进行更为深入的分子生物学研究。在VOZ转录因子蛋白中VOZ-domain是一个保守的DNA结合结构功能域,利用VOZ-domain多序列联配构建隐马尔可夫模型序列谱能够很好的进行家族成员的识别和预测。利用拟南芥、小立碗藓和水稻等植物已知的转录因子序列信息构建HMM序列谱模型,对荒漠苔藓齿肋赤藓转录组进行比对搜索。最终得到一条新的齿肋赤藓VOZ转录因子ScVOZ1(NCBI/EBI检索号:HG764415),序列长度为1 495 bp,具有完整的VOZ-domain结构域。生物信息学分析表明其具有转录调控功能和核定位潜能。多序列比对、进化和保守基序分析表明,ScVOZ1蛋白序列与小立碗藓VOZ家族和拟南芥AtVOZ1相似度较高。本研究为进一步研究ScVOZ1基因的功能以及其进化起源奠定了基础。     

小立碗藓MADS-box基因家族的系统进化分析

苔藓植物作为最早出现的陆生植物的代表,生活周期仍以配子体为主,在植物进化史上占据着重要的地位。另外,同源异型基因MADS-box家族广泛参与植物的生长发育和形态构建。因此,对苔藓植物MADS-box家族的分析有助于了解苔藓植物出现过程中发生的重要分子事件和关键器官革新。我们基于最新公布的小立碗藓基因组数据库确定了20个带有典型MADS结构域的MADS-box基因,其中11个MIKC~*型、5个MIKC~C型、4个I型,并对它们进行了染色体定位、外显子-内含子基因结构、蛋白结构域组成、系统进化构建等分析,为进一步阐明小立碗藓MADS-box基因的功能提供了准确的信息资源。     

小立碗藓（Physcomitrella patens）植物microRNA结合靶位预测

利用857条植物miRNA序列对27546条小立碗藓mRNA序列进行搜索,预测出162个植物miRNA家族在小立碗藓中存在结合靶位。miRNA结合靶位数目和miRNA协同作用网络分析结果同时显示,miR482和miR1168在小立碗藓中结合靶位多、协同作用广,提示它们对于小立碗藓可能具有重要生物学功能。52个菜茵衣藻特有的miRNA被预测在小立碗藓中存在结合靶位,显示小立碗藓在从藻类向种子植物进化过程中处在独特演化位置。     

棉花YABBY基因家族的全基因组分析

YABBY基因家族属于锌指蛋白超家族(Zinc finger super-family)的亚家族,在调控植物叶和花器官发育过程中起着重要的作用。从陆地棉标准系TM-1(Gossypium hirsutum L.acc.TM-1)基因组中鉴定到23个YABBY基因家族成员,具有不同的亚细胞定位;这些基因分布在16条染色体和1条Scaffold上,且有9对共线性基因;棉花的YABBY基因家族分为4个亚组,每个亚组都有与拟南芥同源的基因,且每个亚组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析表明,TM-1全基因组中的23个YABBY基因家族成员具有较为广泛的组织表达类型。所有YABBY基因家族成员在花、蕾和茎端分生组织中表达。     

有前景的模式植物小立碗藓的研究新进展

小立碗藓是在分子生物学研究方面有广阔应用前景的模式植物。该文主要综述了有关小立碗藓在功能基因组学、进化和适应性及植物生理等方面最新的研究进展。     

葡萄SAUR基因家族鉴定与生物信息学分析

为了研究葡萄早期应答生长素基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族,本研究利用全基因组信息鉴定了葡萄64个SAUR家族成员,并对SAUR家族成员的基因结构、氨基酸特性、染色体定位、基因进化、基因功能以及组织表达进行分析。结果表明,葡萄全基因组上64个SAUR家族成员在19条染色体中的8条染色体上呈现簇状分布,主要分布在3、4号染色体上,其中3号染色体上数量最多为37个;葡萄SAUR家族基因长度较短,有59个基因是无内含子基因;蛋白理化特征分析显示,多数SAUR蛋白呈碱性,结构稳定性较差,蛋白脂溶指数高,呈亲水性;基因功能预测结果表明,葡萄SAUR基因主要担当生长因子、结构蛋白、转录、转录调控以及响应胁迫应答和免疫应答6种功能,其中更多参与生长调节功能;根据系统进化分析将其分为10个分支,另外不同组织表达谱的分析结果表明SAUR基因家族成员具有不同的组织表达模式,对于非生物胁迫具有一定的调节作用。这些信息为葡萄SAUR基因家族功能分析奠定了一定的工作基础。     

影响大肠杆菌中外源基因表达的因素

大肠杆菌已经被广泛地应用于表达各种外源基因,但是,不同的外源基因在表达效率上却有很大的差异,文章综述了影响大肠杆菌中外源基因表达的因素,这将有助于认识大肠杆菌中外源基因表达的规律,以便采取有效的方法提高外源基因在大肠杆菌中的表达效率．     

非编码的mRNA

非编码的mRNA是近年发现的一类不含典型ORF的mRNA.目前已发现或克隆的这类基因主要有：H19基因,XIST基因,XLSIRT基因,His-1基因,bic基因,rox1和rox2基因等.它们与胚胎发育,肿瘤发生及X染色体失活密切相关.     

线虫基因显微注射和整合技术——设备、操作与指南

秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)是研究动物遗传、个体发育和行为活动的重要模式生物,其主要优点是能够研究从分子细胞水平到整体系统水平的相关生命活动的作用机理．其中基因显微注射和整合是该领域的核心技术,广泛应用于研究线虫的基因表达、功能和基因间的相互作用等．显微注射技术使用尖端开口直径为微米级的玻璃微管,将所研究的目的DNA注射进线虫的性腺．注射的DNA被成熟的卵细胞吸收,以染色体外遗传物质的形式存在．但这种形式并不能稳定遗传,可采用基因整合技术将外源基因整合到染色体上,得到稳定遗传的线虫种系．显微注射是一项精细的实验技术,影响实验成功与否的因素较多,实际操作需要有一定的经验．在实践过程中逐步改进和完善了这项技术,在此主要介绍线虫显微注射技术的操作过程、创新方法以及注意细节．     

hpc2研究进展

生物个体的胚胎发育以及细胞的增殖、分化,都同时受到多种基因的严格调控,PcG基因家族就是一类重要的发育相关基因.而hPc2基因是人PcG基因家族中的一个重要成员,其编码的HPC2蛋白,不仅可以和HPH、BMI-1以及RING1等其他人类PcG蛋白结合形成HPC/HPH PcG复合体,以蛋白复合体的形式参与对homeotic基因的表达抑制,以维持机体的正常发育以及细胞的增殖和定向分化,还发现它能与其他多种蛋白质相结合,提示HPC2可能具有多种功能.因此,对hPc2的深入研究不仅有助于进一步阐明PcG基因家族的作用机理,扩展人们对基因表达调控的认识,还有助于发现PcG基因家族与其他信号转导通路的联系,更好地理解细胞信号网络系统.     

大叶落地生根类糖原合成激酶KdSK基因的克隆与表达分析

类糖原合成酶激酶(SKs)属于丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶,在植物器官发育、激素信号传导过程中十分重要,并参与生物胁迫、非生物胁迫的应答过程。大叶落地生根中的胎生苗发育过程,同时具备胚胎发生和器官发生的特征,是研究无性生殖的理想模型。为了更好地理解大叶落地生根中胎生苗发育的分子机制,该研究利用RACE-PCR技术,从大叶落地生根中克隆了1个新的基因KdSK。该基因具有423个氨基酸残基,分子量为47.79 kD,等电点为8.37,其开放阅读框长为1 272 bp。其蛋白与黄瓜的同源性最高,属于植物类GSK3/shaggy蛋白激酶家族的第Ⅳ类,与苜蓿(MSK4)蛋白在进化关系上最近,且与拟南芥(AtSK4-1、AtKSK4-2)聚为一枝。保守域结构分析表明,KdSK蛋白具有明显的蛋白激酶的结构域,包括蛋白激酶的ATP结构域和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活化结构域。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在大叶落地生根的根中表达量最高,且受渗透胁迫(甘露醇)的诱导上调表达。该研究首次从大叶落地生根中克隆出KdSK基因,该研究结果为进一步研究该基因的功能打下了基础。     

一种利用Cre/loxP系统进行标记基因删除与靶基因置换的细胞模型研究

Cre/lox系统可以介导DNA的定点插入和定点删除,可利用其实现转基因动物中"友好位点"的重复利用及标记基因的有效删除.为直观地评估该系统介导的以上两种重组反应的效果,通过标记基因并利用大鼠乳腺癌细胞系SHZ-88进行了模型研究.首先构建了两个载体:a.整合载体pTE-lox2272-DsRed-loxP-GFP-loxP,含有红色荧光标记基因DsRed和绿色荧光标记基因GFP;b.置换载体pT-lox2272-neo-loxP,含有筛选标记基因neo,用以置换DsRed基因.然后,用整合载体转染SHZ-88细胞,并随机挑取了3个同时表达DsRed和GFP的稳定整合细胞克隆.随后用置换载体和Cre表达载体PBS185对以上每个克隆分别进行了3次共转染,通过G418筛选并扩增培养后,总共获得1 070个克隆.通过分析标记基因DsRed和GFP在这些克隆中的表达情况:Cre介导的删除效率为91.1%,定点置换效率为29.3%.最后对部分克隆进行了PCR和DNA印迹鉴定,分子鉴定结果与发光的表型状况一致.这一方法为Cre/lox系统在转基因家畜生产中的进一步应用提供了实验依据.     

西南地区野生刺梨的遗传多样性和遗传结构研究

为了探究西南地区野生刺梨(Rosa roxburghii)的遗传多样性和起源演化,该研究基于2段单拷贝核基因(GAPDH和ncpGS)和3段叶绿体基因(atpF-trnH、trnL-trnF和trnG-trnS)的拼接序列,对刺梨27个野生居群共320个个体进行PCR扩增和测序,并用相关软件对测序结果进行分析。结果表明:(1)在单拷贝核基因和叶绿体基因水平上刺梨均表现出较低的遗传多样性(scnDNA: Hd=0.469 2, π=0.000 49; cpDNA: Hd=0.653 4, π=0.000 65),并且不同居群间存在较大差异。(2)分子方差分析(AMOVA)结果均显示,遗传变异主要发生在居群内,表明居群内的变异是野生刺梨遗传变异的主要来源,居群间存在明显的遗传分化( cpDNA:F_ST=0.336 47,G_ST=0.273,N_ST= 0.308; scnDNA:F_ST=0.094 87,N_ST=0.076,G_ST=0.056),刺梨的分布不具有明显的谱系地理结构(P>0.05)。(3)中性检验 Tajima''s D值均为不显著负值,符合中性进化模型。Fu''s Fs值均为显著负值,结合失配分析曲线,推测刺梨种群在小范围内经历过扩张,但总体上维持稳定状态。(4)根据单倍型多样性得出,毕节地区的居群遗传多样性水平较高并且拥有丰富的单倍型,推测可能为冰期避难所,因此应对其实施就地保护。对于拥有特殊性状和特有单倍型的居群也应采取优先保护措施。该文为野生刺梨资源保护和遗传育种提供了一定的参考价值。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

铁皮石斛SPL膜结合(STM)转录因子的全基因组鉴定及表达分析

SPL转录因子广泛参与植物生长发育、胁迫响应等过程。目前,没有关于铁皮石斛SPL膜结合(SPL with transmembrane motif)转录因子即STM转录因子的研究。为了探究STM转录因子在铁皮石斛生长发育及胁迫响应等方面的作用,该文在铁皮石斛全基因组水平鉴定出4个STM转录因子,并对DoSTM基因家族成员进行生物信息学分析,又利用逆转录PCR研究了DoSTM在不同组织部位及不同逆境处理下的表达情况。结果表明:(1)DoSTM1-4为亲水蛋白,均具有SBP保守结构域和一些激素响应位点。(2)4个DoSTM在根茎叶中均有表达,DoSTM2在叶中的相对表达量最低; DoSTM1/3/4的相对表达水平均无明显差异。(3)DoSTM1-4在低温、高温、干旱胁迫下的相对表达水平都有显著变化,DoSTM1/3/4的表达量降低最为明显,故推测DoSTM与植物体内激素响应、温度变化响应及抗旱性有关。这些结论为后续进一步开展铁皮石斛STM转录因子的研究提供了参考。     

Cre-LoxP系统在炭疽芽胞杆菌基因敲除中的应用及eag基因的敲除

将Cre-LoxP系统应用于Bacillus anthracis中并成功敲除eag基因．以B.anthracis基因组为模板扩增得到上下游同源臂,联合两端带有LoxP位点的壮观霉素抗性基因片段构建好同源重组载体,转化B．anthracis AP422,通过一系列筛选得到带有抗性标记的重组菌．然后,通过转入Cre重组酶表达质粒,去除抗性标记,得到eag基因缺失的重组菌,并在DNA水平、RNA水平和蛋白质水平进行了系统的鉴定．最终建立了Cre-LoxP系统在B．anthracis中的应用方法,并成功敲除eag基因.