生物信息学在新基因全长cDNA电子克隆中的应用

新基因全长cDNA序列的获得常常是生物学工作者面临的难题,电子克隆是利用生物信息学手段得到新基因全长cDNA序列的新方法。介绍了电子克隆的方法及其生物信息学在其间的具体应用,并概述了一些生物信息学在序列分析中的应用。     

生物信息学在发现新基因方面的应用

自生物信息学作为一门交叉学科诞生以来,其在计算机、农业和生命科学等各方面发挥了重要的作用,在后基因组时代,更是成为发现新基因的重要手段。对生物信息学的概况做了回顾与展望,并简述了生物信息学近年在发现新基因方面所取得的成果。     

甘蔗细胞色素C基因的电子克隆与分析

以甘蔗类似细胞色素C的EST序列CF576943.1为探针,通过电子克隆技术获得了甘蔗细胞色素C基因（Cytochrome C,Cyt C）的一条cDNA全长序列,命名为ScCyt C.用生物信息学方法对该基因氨基酸序列与组成、亚细胞定位、跨膜区与信号肽、疏水性/亲水性、蛋白质二、三级结构以及功能等进行分析与预测.结果表明：Cyt C基因全长1 073 bp,编码112个氨基酸,该基因位于细胞质,为非分泌型蛋白,无规卷曲为主要二级结构原件,含有1个保守功能域,主要功能为翻译并且在不同植物中具有高度保守性.电子表达分析结果显示,该基因在甘蔗各个组织均有表达,其中在茎和根中的表达量比其他组织类型中表达量高,此外,该基因的表达可能受到低温的调控.为甘蔗细胞色素C基因的结构及其功能的研究奠定了一定的基础.     

基于电子克隆方法获得鸡MIBP全长cDNA

随着生物数据的急剧增长和计算机技术的快速提高,生物信息学这一新兴学科得到了前所未有的迅速发展,应用的领域越来越广。应用电子克隆技术来寻找未知新基因,就是生物信息学在全长新基因发现上的具体应用。电子克隆与其他发现全长基因的方法相比可以充分利用已有的数据库资源,避免大量的重复性劳动,节省时间和开支,加快新基因的发现。在鸡的大规模cDNA克隆测序的背景下,利用EST数据库比对,应用电子克隆技术来寻找鸡的末知新基因。并成功的预测了一个EST的全长cDNA序列物(947bp),同时对其进行了蛋白质水平的预测与分析,被步确定它编码206个氨基酸,其蛋白质序列与人肉整合素结合蛋白β1具有较高相似性(相似性为73%)。经RT-PCR扩增获得预期片断,测序鉴定,命名为ChickenMIBP。     

人溶菌酶基因的克隆和生物信息学分析

目的:克隆人溶菌酶基因并进行生物信息学分析及构建其原核表达载体方法:采用RT-PCR法扩增人溶菌酶基因,运用相关生物信息学软件对其理化性质、疏/亲水性、功能结构域及蛋白质二级结构等进行分析.将该基因克隆入载体pET32a,PCR、双酶切鉴定和核苷酸序列测定.结果:获得约400bp的人溶菌酶基因,其序列与GenBank中公布序列完全一致.生物信息学分析显示人溶菌酶基因编码130个氨基酸,分子量为14.7kDa,理论等电点为9.28,含有一个功能结构域,二级结构主要由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链和β-转角组成.经PCR、双酶切鉴定和核苷酸序列测定,表明重级表达质粒构建成功.结论:该基因的克隆、生物信息学分析及原核表达质粒的构建为进一步研究其功能奠定了基础.     

烟草蛋白酶抑制剂基因的电子克隆及生物信息学分析

蛋白酶抑制剂可以增强植物对病虫害的抵抗能力,为了深入研究蛋白酶抑制剂在烟草中的作用机制,利用生物信息学的方法,成功获得了烟草品种K326中的4种蛋白酶抑制剂cDNA序列(NtPI-1、NtPI-2、NtPI-3和NtPI-4)并对其进行了序列分析.它们编码的氨基酸序列都具有典型的马铃薯蛋白酶抑制剂Ⅰ家族功能结构域,属于马铃薯蛋白酶抑制剂Ⅰ家族成员.序列分析表明,4种蛋白酶抑制剂基因cDNA序列均具有完整的开放读码框,依次编码128、95、94和72个氨基酸残基,它们的氨基酸序列一致性在31％-38％之间.系统树分析表明,烟草品种K326中的4种蛋白酶抑制剂分散在进化树的不同位置,形成不同亚群.     

甘蔗KNOX基因(Sckn1)的电子克隆及生物信息学分析

KNOX基因对植物顶端分生组织的形成和维持有至关重要的作用。本文选择功能已知的水稻KNOX基因(OSH1,Oskn1)为参考序列,采用电子克隆技术克隆到甘蔗中与OSH1同源的一个KNOX基因Sckn1,并通过生物信息学分析预测该基因的结构、功能。结果表明:该基因包含一个1 071 bp的开放阅读框,编码356个氨基酸,分子量为39.36 kD,理论等电点为6.47。该基因很可能定位于细胞核,起转录调控作用,序列比对发现该基因编码蛋白与高粱、玉米、小米草等KN1蛋白高度相似。以上分析结果为进一步研究Sckn1基因的功能奠定了坚实的基础。     

基于RNA-Seq的长非编码RNA预测

随着新一代生物技术和生物信息学的发展,研究发现,在真核生物转录组中存在大量长非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA),而这些lncRNA可能在基因表达调控过程中起到关键性的功能作用.当前lncRNA研究主要采用高通量RNA-Seq测序技术,并通过生物信息学方法对测序数据进行处理和分析,以挖掘其中lncRNA的序列、结构、表达及功能等信息.本文将对基于RNA-Seq的lncRNA预测流程进行介绍,对其中涉及的生物信息学方法进行较为全面的综述,就相关问题和挑战展开讨论,并对研究进行展望.     

地黄核苷二磷酸激酶基因的克隆及生物信息学分析

核苷二磷酸激酶(NDPK)是一种高度保守的多功能蛋白,具有催化底物磷酸化的作用,能够参与植物的生长发育、非生物胁迫、感病应激、光合作用和能量代谢等过程。为了解地黄核苷二磷酸激酶基因(RgNDPKⅠ)的结构、功能和性质,该研究利用地黄转录组学数据,通过电子克隆的方法获得了RgNDPKⅠ基因的全长cDNA序列,长度为765 bp。生物信息学分析结果表明,RgNDPKⅠ基因的开放阅读框长度为447 bp,编码148个氨基酸,具有典型的核苷二磷酸激酶活性结构域和其他磷酸化活性位点。RgNDPKⅠ基因编码的蛋白质定位于细胞质,是无跨膜区域的亲水性蛋白,该蛋白质与芝麻、紫花风铃的核苷二磷酸激酶相似性较高,分别为97%和96%。在多种生物中已经克隆得到了核苷二磷酸激酶基因,且不同植物核苷二磷酸激酶氨基酸序列中存在多个相似的保守结构域,推测RgNDPKⅠ基因所编码的蛋白质为核苷二磷酸激酶超家族成员。该研究结果为进一步探明RgNDPKⅠ的性质、结构、功能及表达机制提供了重要的理论依据。     

甘蔗细胞色素P450还原酶基因的电子克隆与分析

旨在为甘蔗细胞色素P450还原酶基因的实验克隆、功能鉴定及其应用提供参考。本研究以甘蔗类似细胞色素P450还原酶基因的EST序列CF576130.1为探针,在甘蔗EST数据库中进行检索,并基于电子克隆技术获得了甘蔗细胞色素P450还原酶基因（Cytochrome P450 reductase）的一条cDNA全长序列,命名为ScCYP450。采用生物信息学方法,对该基因编码蛋白从氨基酸组成、理化性质、亚细胞定位、跨膜结构域、疏水性/亲水性、高级结构及功能域等方面进行预测和分析。结果表明该基因全长1 821 bp,包含一个744 bp的开放阅读框,编码247个氨基酸,该基因编码蛋白定位于细胞内质网（膜）,为可溶性碱性蛋白,不存在信号肽,二级结构原件多为无规卷曲,含有多个保守功能域,主要功能为辅酶因子生物合成和翻译功能。