两种模式生物核小体定位比较研究

在对两种模式生物酵母与果蝇胚胎期核小体定位进行研究时,发现不同物种间以及同一物种中不同表达模式基因上的核小体分布呈现出差显著异性。在总体上,转录起始位点附近的酵母核小体NFR区域比果蝇的NFR短。经基因中心对齐后,酵母与果蝇胚胎期沉默型基因的核小体缺失区域的两个边界中间处共同呈现了一个明确有着均匀间隔的核小体数n,且随着基因长度L的变长其周期性特性逐渐变模糊,但果蝇的图谱表现的更为复杂。结果表明,从单细胞酵母生物到多细胞果蝇生物间基因组的进化过程中,核小体组织的演化既有变异性,也具有保守性。     

基于希尔伯特-黄变换的核小体定位特征提取

核小体是染色体折叠的整体结构,它们的空间分布与基因组活动的调节密切相关,是基因工程和表观遗传的重要研究领域。为进一步研究核小体定位特征的物种间差异性,将希尔伯特-黄变换(HHT)引入到酵母和果蝇两个不同物种的定位信号中,从多个角度客观分析核小体定位信号特征在两个物种间的差异性。在此基础上,对酵母和果蝇核小体分布的周期特征和进化印记进行尺度和频域分析,结果表明酵母和果蝇染色体在组织结构上存在显著差异。本文研究思路为准确提取信号瞬时频率提供了前提条件。     

人类基因组核小体定位研究进展

近些年来,人类健康和疾病一直都是研究者们关注的焦点,因此表观遗传学研究也成为了研究热门。在对表观遗传学进行研究的过程中,研究者们发现核小体定位、组蛋白修饰和染色质重塑等方面的问题已经成为了表观遗传学研究中的重要研究内容。因此,在对酵母、果蝇和线虫等低等生物的核小体定位进行大量研究并取得一定的成果后,研究者们开始将核小体定位的研究对象放到了人类上。本综述介绍了核小体定位的基本概念,总结了近几年来以人类为研究对象的核小体定位的理论研究进展。     

压力条件下真核模式生物核小体移动模式研究

细胞在面对外界压力(热冲击)时会通过重塑核小体以应对环境变化。本文通过对热冲击前后酵母核小体位置实验数据、体外实验数据进行统计、比较、分析后,发现在没有任何生理扰动下,核小体的定位跟其DNA偏好性有关。但在环境压力下,对热冲击敏感的上表达基因上的核小体位置呈现出一种发散模式,而下表达基因上的核小体位置则呈现一种收敛模式,此外,保守基因上的核小体位置几乎不发生移动。总体上,在热冲击下处于基础表达状态的基因则呈现出一种弱收敛模式。     

基于位置权重矩阵的核小体识别及功能分析

为研究高通量的人类CD4+T细胞的核小体定位模式,使用迭代算法对核小体定位模式进行分类,并利用位置权重矩阵方法分别构建稳定核小体定位序列、动态核小体定位序列和连接区序列模型,通过十倍交叉验证评估模型性能,并与Segal方法与弯曲度方法进行比较,发现位置权重矩阵方法在敏感性、精度和准确性方面都具有一定优越性。同时采用滑窗法在全基因组选取候选序列进行核小体识别,挖掘核小体定位相关基因,并进行基因生物学进程功能富集分析,发现稳定与动态核小体、真实与潜在核小体对应的基因所参与调控的生物学过程各有不同,但也有一些生物学过程为不同类别核小体所共有,例如对细胞内大分子的调控功能。     

多样性增量结合支持向量机方法预测酵母核小体定位

作为目前遗传学热点领域表观遗传学的重要研究课题,核小体定位参与多种生物学过程并起着非常关键的作用,因此用理论方法预测核小体定位具有重要的生物学意义。该工作以酵母基因组为研究对象,根据其核心DNA与连接DNA序列的组分特征差异,分别统计其核苷酸k联体出现的频数,计算其多样性增量,并以此为特征值输入支持向量机构建模型。对酵母核小体核心DNA和连接DNA序列进行分类预测,整体准确率和相关系数分别达到93.10%和0.862。此方法在人类和果蝇的核小体核心DNA和连接DNA序列分类预测中也取得了较为理想的效果。将模型用于预测核小体在基因组上的位置取得初步成功。     

3种条件下基因功能对核小体定位影响的研究

为研究基因功能对核小体定位的影响,本研究对ISW2敲除型、野生型(WT)和富营养培养条件下(YPD)的酵母核小体占位率的实验数据进行聚类、比较、分析后,发现有9种基因功能对核小体的定位产生了显著影响,为今后进一步了解基因功能与核小体定位的关系提供了一定的参考价值。     

果蝇核小体定位研究进展

基因组上核小体位置的确定涉及DNA、RNA聚合酶、转录因子、后转录修饰与组蛋白变异、组蛋白修饰酶和染色质重塑复合体之间的相互作用。真核状态基因组的DNA是被包裹在核小体中,故理解控制核小体沿DNA定位的原理对于进一步理解组蛋白结合所执行的基因功能是非常必要的。而核小体的定位在诸多细胞过程中起着重要重要,比如转录调控、DNA复制和修饰等。因此核小体定位已逐渐成为目前遗传学研究的热点以及表观遗传学的重要研究内容并且也将在未来生物学研究中占据相当重要的位置。本综述以果蝇为例,全面介绍核小体定位的研究现状和未来方向。     

蛋白质控制基因

许多与高等生物DNA结合的蛋白质,排列成称为核小体的小捆或“珠子”形状。细胞中大多数DNA围绕着核小体,而核小体与核小体之间则靠相对游离的DNA小段联结。核小体的发现刺激着人们思索:它们是否占据在DNA的确定位置上,是否与基因活性的控制有关。柏林独立大学的S.Wittig和B.Wittig认为,他们已经证实基因活性直接受到其核小体所在位置的影响。选择了鸡胚中为tRNA分子编码的基因进行研究。他们使核小体在基因的8个不同位置中的一个上形成,然后查看核小体位置对基因活性的影响。发现核小体的位置影响深远。核小体在其中两个位置上形成吋基因处于活性状态,而在其它位置上则基因活性受到强烈抑制。     

基于遗传算法酵母核小体定位性质预测

在DNA序列上,定位模糊的特殊核小体与定位良好的普通核小体同时存在于染色体区域内,但由于二者的化学性质差异不明显,区分较为困难。本文针对实验核小体在真核基因转录起始位点周围的分布规律和保守性建立了一个核小体分布模型,并在前人所做的预测核小体位置的工作基础上,利用遗传算法寻找模型上不同性质核小体的分布中心,构建核小体定位性质判别准则,最终确定了转录起始位点上、下游定位良好和模糊核小体的位置。     

基于核小体位置预测的酵母进化印迹研究

在利用核小体定位实验数据训练支持向量机(SVM)对任意酵母DNA序列的核小体形成能力进行预测的过程中,发现染色质结构对基因组DNA分子进化过程有着显著影响。我们观察到核小体DNA比连接DNA的平均预测准确率低15%,这种普遍存在的局部预测准确率差异性代表了酵母核小体定位的进化印迹(Evolutionary footprint),它揭示了核小体组织在基因组的整个进化过程中所具有的保守性。     

利用GAL4-UAS系统在果蝇中过表达研究人类基因功能

随着人类基因组测序的基本完成 ,大量新基因被发现 ,其中许多只有序列及基因组定位信息。新的焦点是这些新基因的功能研究。模式生物果蝇对此起重要作用。利用转基因果蝇和GAL4 UAS系统初步鉴定功能基因 ,建立了源于 10个不同人类基因的共 5 4个转基因果蝇品系 ,然后用 6种不同的GAL4诱导这些转基因在果蝇中过量表达。其中一个人类基因 ,延伸因子 1alpha 1(EF1α 1)的过表达导致果蝇的背板异常和糙眼表型。该研究表明可在果蝇中利用基因过表达策略初筛人类功能基因 ,这为大规模人类基因的功能研究提供了新的手段     

核小体定位的转录调控功能研究进展

核小体是真核生物染色质的基本组成单位,组蛋白八聚体在DNA 双螺旋上精确位置称为核小体定位．核小体定位已被证实在基因转录调控、DNA复制与修复、调控进化等过程中扮演着重要的角色．随着染色质免疫共沉淀-芯片(ChIP-chip)与染色质免疫共沉淀-测序(ChIP-seq)等高通量技术的出现,已测定了多种模式生物全基因组核小体定位图谱,掀起了一股核小体定位及其功能的研究热潮,并取得了一定的成果．本文介绍了核小体定位的概念,总结了核小体在启动子与编码区域内定位的基本模式．在此基础上,综述了核小体定位在转录起始、转录延伸、基因表达模式多样化以及可变剪接等方面的功能研究进展．     

酿酒酵母YPH499 Ⅲ号染色体上ARS形成核小体能力的比较

核小体定位是复制起始调控的重要因素,但是核小体定位是如何调控真核生物的复制起始,目前还不是很清楚。研究酵母Ⅲ号染色体上的不同活性复制起始序列形成核小体能力对探究真核生物DNA复制起始机制有着重要的生物学意义。酿酒酵母Ⅲ号染色体上的10个复制起始序列分为高活性和低活性两组复制起始序列,利用核小体体外组装技术,将回收纯化的高活性和低活性复制起始序列分别与组蛋白八聚体在体外进行梯度盐透析组装形成核小体,并进行Biotin标记检测,然后用Image J软件分析不同复制起始序列组装形成核小体能力的强弱。结果表明,用Image J软件对核小体组装能力强弱进行分析:ARS304ARS303ARS313ARS302ARS306ARS314,ARS305,ARS307,ARS309,ARS315。低活性复制起始序列较高活性复制起始序列更易形成核小体;复制起始位点偏好出现于核小体缺乏区。     

酿酒酵母核小体定位理论模型的体外实验验证

核小体定位对真核生物基因表达调控发挥着重要作用。前期基于核小体核心及连接区域的k-mer频次分布偏好性,构建了位置权重矩阵算法,并在酿酒酵母基因组内较好地预测了核小体占据率。利用该理论模型,以1 bp碱基为步长、147 bp碱基为窗口,用该算法计算了酵母1号、3号、14号染色体上核小体形成能力强、中、弱各3条长度为147 bp的DNA序列,将这些片段克隆到重组质粒中,大量扩增回收9条标记biotin分子的目的序列。同时分别表达纯化了组蛋白H2A、H2B、H3和H4,复性后装配形成组蛋白八聚体结构。利用盐透析方法将9条DNA序列在体外组装形成核小体结构,经biotin标记检测后计算了反应过程的吉布斯自由能,对比了9条目的序列形成核小体的亲和力大小。研究发现,9条序列中有5条序列与理论预测完全符合,4条序列与理论预测不完全一致。实验结果与该算法预测的核小体定位结果基本一致,表明该理论模型能够有效预测酿酒酵母基因组核小体占据水平。     

核小体定位模式及其与DNA甲基化位点分布的关系

核小体定位是指DNA双螺旋相对于组蛋白八联体的位置.核小体定位通过限制蛋白结合位点参与基因转录调控.本文利用实验检测的人类CD4+ T细胞核小体定位数据,研究了核小体定位在转录因子结合位点(TFBS)和转录起始位点(TSS)附近的分布模式,并分析了在TFBS和TSS周围,核小体定位与DNA甲基化之间的关系.结果表明,在休眠和激活的人类CD4+ T细胞中,部分TFBS和TSS周围的核小体定位在动态改变,即在定位和缺失两种状态之间切换.在TFBS周围,核小体定位和DNA甲基化存在一种互补模式,核小体定位与DNA低甲基化相联系;而在TSS周围,两者呈现同步模式,DNA高甲基化伴随高核小体水平.而且,在TFBS和TSS周围,DNA甲基化位点的分布呈周期模式.CD4+ T细胞被激活时,较少的转录因子启动了较多的基因.     

基于DNA弯曲度的H2A.Z核小体定位与修饰研究

在真核生物染色质中,H2A.Z是高度保守的组蛋白变异体,与转录调控、基因组的稳定性密切相关。为了探讨组蛋白修饰、DNA弯曲度与H2A.Z核小体定位三者之间的关联,在得到实验所测的相关数据后,利用MINE算法并结合皮尔逊相关系数在酵母全基因组的转录起始位点周围探讨了三者间的线性与非线性关系。其中MIC算法可以定量的得出数据之间关联度大小的值,用于衡量数据之间是否存在着关联,而皮尔逊相关系数则用于检查是否为线性关联。结果除了发现大部分组蛋白修饰种类和核小体定位之间存在着线性关联外,还探测到有两种组蛋白修饰数据(H4ac修饰与GCN4修饰)和核小体定位数据之间存在着以往未发现的非线性关系(大致呈正余弦函数),并从数据的生物背景(组蛋白修饰与核小体位置)上探讨了出现非线性现象的原因。     

基于DNA变形能的核小体定位预测方法研究进展

真核细胞中,作为染色质基本结构单元的核小体参与调控基因的转录、DNA复制、重组以及RNA剪接等诸多生物学过程。阐明核小体定位机制并准确预测核小体在染色体上的位置对解读染色质结构与功能有重要生物学意义。在过去30多年时间里,研究人员发展了多种预测核小体位置的方法。最理想的方法应考虑DNA序列、组蛋白修饰和染色质重塑等影响核小体定位的诸多因素,然而现实中,捕捉主要因素的模型也往往具有很高的鲁棒性和实用价值。DNA序列偏好性是在全基因组尺度上影响核小体定位的最重要因素之一,因此基于DNA序列的核小体定位预测方法也最常见。这种方法可大致分为两类,即基于DNA序列信息的生物信息学模型和基于DNA变形能的生物物理学模型。本文重点介绍生物物理学模型近些年取得的主要进展。     

核小体定位研究进展

核小体定位在诸如转录调控、DNA复制和修复等多种细胞过程中起着重要作用。基因组上核小体位置的确定涉及DNA、转录因子、组蛋白修饰酶和染色质重塑复合体之间的相互作用。核小体定位、组蛋白修饰、染色质重塑等问题已成为目前遗传学研究的热点——表观遗传学——的重要研究内容。文章从核小体定位基本概念、核小体定位与基因表达调控的关系、核小体定位实验研究和理论预测工作等几个方面总结了核小体定位的最新研究进展。     

圆红冬孢酵母的密码子用法分析

运用CodonW等软件,分析了圆红冬孢酵母Rhodosporidium toruloides基因组中191个蛋白质编码基因的密码子使用模式,包括密码子3个位置上的GC含量、有效密码子数和密码子使用频率。圆红冬孢酵母有效密码子数ENc值为38.9,密码子GC含量为63%,密码子第三位GC含量为78.3%,且偏好使用G或C结尾的密码子,确定了圆红冬孢酵母R. toruloides的21个高表达优越密码子。研究发现,圆红冬孢酵母与毕赤酵母、酿酒酵母、大肠杆菌和拟南芥在密码子使用频率上有较大差异,而与解脂耶氏酵母和果蝇差异相对较小。研究结果对提高外源基因在圆红冬孢酵母中表达效率及相关代谢工程和合成生物学研究有一定意义。