拟南芥DNA探针的比较基因组原位杂交揭示的拟南芥与远缘植物基因组间的同源性

采用生物素标记的拟南芥基因组DNA探针在75%杂交严谨度下对双子叶植物番茄、蚕豆和单子叶植物水稻、玉米、大麦的染色体进行了比较基因组荧光原位杂交（comparative genomic in situ hybridization,cGISH）分析,以揭示拟南芥与远缘植物基因组间的同源性.cGISH信号代表了拟南芥基因组DNA中的重复DNA与靶物种染色体上同源序列的杂交.探针DNA在所有靶物种的全部染色体上都产生了杂交信号.杂交信号为散在分布,并呈现随基因组增大,杂交信号增多,且分布更加分散的趋势.所有靶物种的核仁组织区（NOR）都显示了明显强于其他区域的杂交信号,表明拟南芥基因组DNA探针可用于植物NOR的物理定位.在所有的靶物种中,信号主要分布在染色体的臂中间区和末端,着丝粒或近着丝粒区有少数信号分布.大麦染色体显示了与C-和N-带不同的独特的cGISH信号带型,表明此探针可用于不同植物染色体的识别.这些结果表明,拟南芥基因组与远缘植物基因组之间,除rDNA和端粒重复序列外,还存在其它同源的重复DNA;一些重复DNA序列在被子植物分歧进化为单子叶和双子叶植物之前就已存在,虽经历了长期的进化过程,至今在远缘物种之间仍保持了较高的同源性.结果还提示,大基因组中古老而保守的重复DNA在进化过程中发生了明显的扩增.     

国外大刊重要论文简介拟南芥DNA全序列测定与分析完成

在2000年12月14日英国出版的NATURE杂志上(Vol.408:796～815),发表了植物分子遗传研究的模式开花植物拟南芥115.4 Mb的全序列图谱,原文的中文译名为“开花植物拟南芥的基因组序列分析”。拟南芥DNA全长125 Mb,只剩下10 Mb的中心着丝区DNA,因为多重复序列所含基因很少,还未全测出。拟南芥全基因组DNA包含25 498个功能基因组及其所对应的11 000个蛋白质家族。这是人类首次全部破译出一种高等植物的全基因序列,是在分子水平上向植物生命奥秘探索的又一里程碑式的工作。     

DNA甲基转移酶RNAi干涉载体的构建及其鉴定

DNA甲基化(DNA Methylation)是真核生物基因组最常见的DNA共价修饰形式,影响蛋白质-DNA的相互作用,在基因表达的调控上起着重要作用,RNAi(RNA interference)干涉是关闭特定基因功能的新技术,在植物功能基因组、植物发育及生理代谢途径调控等方面有着广泛应用.本文根据植物DNA甲基转移酶(DNMTs)的保守序列设计引物,首先从拟南芥总基因组DNA中克隆出DNA甲基转移酶基因保守片段,然后以此保守片段为模板扩增长度约570bp,的靶序列用于构建RNAi载体.根据RNAi作用机制,将570bp靶序列正向、反向连接到pHANNIBAL载体上,然后将带有此反向重复结构的完整OFF框连接到植物表达栽体pGreell上,经过酶切鉴定和测序分析证实DNA甲基转移酶RNAi重组表达载体构建成功.转化红豆衫细胞表明该干涉载体具有生物学功能,为研究受DNA甲基化调控的性状改良打下基础.     

拟南芥与水稻之间简单重复序列的比较分析

利用Peri,C 语言编写了鉴定和分析简单重复序列的一系列程序,在全基因组水平上分析了拟南芥(Arabidopsisthaliana L.)简单重复序列的分布及简单重复序列和基因的关系.共发现5 652个简单重复序列(≥20bp),大约每20.6kb有1个简单重复序列.拟南芥各染色体之间简单重复序列的密度基本一致.拟南芥的27 480条编码序列中,只有677条编码序列含有725个简单重复序列,其中的3碱基简单重复序列多数对应的是小的亲水性的氨基酸.在拟南芥和水稻(Oryza sativa L.)第4号染色体的高度保守的基因中,简单重复序列却并不保守.通过比较拟南芥和水稻之间简单重复序列的差异,推论出:水稻的全基因组和基因中简单重复序列的密度都比拟南芥大,这可能是水稻基因组序列比拟南芥大的原因之一,水稻基因组中0.21%来自简单重复序列,而拟南芥中只有0.13%;不但不同物种的基因组对简单重复序列的偏好性不同,而且不同物种的基因对简单重复序列的偏好性也不同.在水稻和拟南芥中部发现了一些嵌套性的卫星序列.     

红树植物桐花树 E F1 A 基因的克隆与表达分析

通过 RACE 方法克隆到桐花树(Aegiceras corniculatum)的一个延伸因子基因, 命名为 AcEF1A(GenBank 登录号:KC416649)。该基因的 cDNA 全长 1 778 bp, CDS 为 1 350 bp, 编码 449 个氨基酸。多序列比对结果表明该氨基酸序列与琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)EF1A 的氨基酸序列高度相似(97.7%)。基因表达分析结果显示 AcEF1A 在茎尖中的表达量最高,叶片中的表达量次之, 根中的表达量最低。低温、高盐、干旱和重金属 Cd 胁迫下, 桐花树叶片中 AcEF1A 基因的表达水平有不同程度的上调。这些结果表明 AcEF1A 基因可能参与了植物的生长发育过程及逆境响应过程。     

极小种群濒危植物广西火桐、丹霞梧桐的叶绿体基因组特征

广西火桐(Firmiana kwangsiensis)和丹霞梧桐(F. danxiaensis)是我国南方特有物种, 其分布范围狭窄, 种群数量少。为了解其叶绿体基因组结构及系统发生关系, 本文通过高通量测序方法获得广西火桐和丹霞梧桐的浅层基因组数据, 通过生物信息学方法对叶绿体全基因组进行组装, 并对其结构特征进行分析。结果表明: 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组大小分别为160,836 bp和161,253 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构, 包含长度分别为89,700 bp、90,142 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC), 长度分别为19,970 bp、20,067 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC)及长度分别为25,583 bp、25,522 bp的2个反向重复序列区(inverted repeat sequence, IR)。两个物种的叶绿体基因组共注释得到131个基因, 包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因。广西火桐的叶绿体基因组中共检测出26个正向重复序列、2个反向重复序列、21个回文重复序列、21个串联重复序列和98个简单重复序列; 丹霞梧桐叶绿体基因组中共检测出23个正向重复序列、5个反向重复序列、21个回文重复序列、30个串联重复序列和107个简单重复序列。系统发生分析结果表明5种梧桐属(Firmiana)植物构成两个强烈支持的分支(支持率100%), 一个分支为广西火桐、美丽火桐(F. pulcherrima)和火桐(F. colorata), 其中广西火桐与美丽火桐构成姐妹群; 另一分支是互为姐妹群的丹霞梧桐和云南梧桐(F. major)。综上所述, 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组结构、基因排列及重复序列具有较高的相似性, 系统进化树将5种梧桐属物种分为两个分支, 其中广西火桐和美丽火桐最近; 而丹霞梧桐与云南梧桐关系最近。本研究鉴定的SSR位点可为梧桐属物种系统发生、进化关系的研究提供遗传信息。     

植物转座子与基因表达调控

植物转座子是植物基因组中可移动的DNA重复序列,在植物基因组进化、基因表达调控、系统发育和遗传多样性评价方面具有重要作用。综述了植物转座子分类、起源和转座机制以及转座子与宿主基因组间的表观遗传互作,阐述了不同转座子对基因表达调控方式,并对今后研究前景进行了展望,旨为全面了解植物转座子的功能提供参考。     

4种模式植物LRR VIII-2亚家族基因的鉴定和进化历史分析

全基因组重复与串联重复是发生基因重复的重要机制, 也是基因组和遗传系统多样化的重要动力。LRR-RLK编码富含亮氨酸重复的类受体蛋白激酶, 是被子植物进化史上发生大规模扩张而形成的多基因家族。拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtLRR-RLK包含15个亚家族, AtLRR VIII-2是其中发生串联重复比例最高的亚家族。通过分析拟南芥、杨树(Populus trichocarpa)、葡萄(Vitis vinifera)和番木瓜(Carica papaya) 4种模式植物中LRR VIII-2亚家族基因的扩张及差异保留情况, 结果显示, LRR VIII-2在杨树中的扩张程度最高, 在拟南芥和葡萄中的扩张程度居中, 但在番木瓜中发生丢失。拟南芥、杨树和葡萄LRR VIII-2亚家族具有旁系同源基因对, 但在番木瓜中未发现旁系同源基因。除杨树中的1对旁系同源基因外, 4种模式植物中LRR VIII-2亚家族的旁系和直系同源基因都受到较强的纯化选择作用。对LRR VIII-2亚家族进化历史的深入分析有助于理解基因重复在植物进化中的作用和意义, 可为预测同源基因功能及解析其它基因家族进化历史提供参考。     

家蚕全基因组微卫星分布规律及其生物信息学分析

本研究利用MSDB v2.4软件以及生物信息学方法获取了家蚕全基因组的完整型SSRs序列,并对其分布规律进行比较分析。家蚕全基因组中SSRs总数量为141 311个,相对丰度为209.01 No/Mb,总长度为2.41 Mb,全基因组SSRs六种碱基重复类型的数量和密度分布模式为:单碱基四碱基三碱基二碱基五碱基六碱基,说明全基因以单碱基为主要碱基类型,六种碱基类型中五碱基SSRs G-C含量最高。对全基因组3'非翻译区(3'UTR)、5'非翻译区(5'UTR)、编码区(CDs)、内含子区(Introns)和基因间隔区(Intergenics)等不同区域SSRs分析表明,Introns区SSRs数量最高,为125 178个,最小的是5'UTR,为278个,其数量大小顺序为IntronsIntergenics3'UTRCDs5'UTR。5个不同区域的SSRs的碱基的总计数差异较大,编码区总计数最大的是三碱基,而其他4个区域最多的是单碱基。分别对5个区域SSRs中六种重复拷贝类别进行统计分析,碱基总计数(或频率)最多的分别是A;AC、AG、AT;AAT、CCG;AAAT、AAAC;AAATC、AAACT和TAAGTT、GAATTT、AATTAA,Introns和Intergenics区的重复类型总计数显著高于3'UTR、CDs和5'UTR。各重复类型拷贝数分布范围为4～100,主要集中在4～30之间。这为进一步系统分析家蚕SSRs分子标记筛选和遗传分析打下基础。     

鸮形目4种鸟类线粒体调控区全序列的测定与比较研究

利用Long-PCR和Primer Walking的方法对鸮形目的短耳鸮、长耳鸮、纵纹腹小鸮、灰林鸮4种鸟类的线粒体调控区进行了全序列测定。结果表明：短耳鸮的调控区跃度为3290bp;长耳鸮为2848bp;纵纹腹小鸮为2444bp;灰林鸮为1771bp。短耳鸮的调控区长度是4种鸮中最大的,并且是目前已知最大的鸟类线粒体调控区。这4种鸮类调控区的基本结构和其他鸟类相似,按照碱基变化速率的不同可以分为3个区：碱基变化速率较快的外围区域Ⅰ、Ⅲ和保守的中间区域Ⅱ。这4种鸟类调控区的3’端均存在大量的串联重复序列,短耳鸮为126bp单元重复7次和78bp单元重复14次;长耳鸮为127bp单元重复8次和78bp单几重复6次;纵纹腹小鸮有3个重复单元,分别为89bp单元重复3次、77bp单元重复4次和71bp单元重复6次;灰林鸮仅有1个单元的串联重复为78bp重复5次。调控区中串联重复序列可能是由链的滑动错配产生,另外这些重复序列都能形成热力学稳定的多重茎环二级结构,而且在重复序列中还发现一些保守基序,这说明重复序列可能具有一定的生理功能,影响调控区的调重控功能从而影响线粒体基因组的复制和转录。