一种基于代谢网络分析最小化基因组的方法及其在大肠杆菌中的应用

最小生命体的合成是合成生物学研究的重要方向。最小化基因组的同时而又不对细胞生长产生影响是代谢工程研究的一个重要目标。文中提出了一种从基因组尺度代谢网络模型出发,通过零通量反应删除及对非必需基因组合删除计算获得基因组最小化代谢网络模型的方法,利用该方法简化了大肠杆菌经典代谢网络模型iAF1260,由起始的1 260个基因简化得到了312个基因,而最优生物质生成速率保持不变。基因组最小化代谢网络模型预测了在细胞正常生长的前提下包含最少基因的代谢途径,为大肠杆菌获得最小基因组的湿实验设计提供了重要参考。     

枯草芽胞杆菌基因组删减对异源酶表达影响的研究进展

枯草芽胞杆菌作为一种遗传背景清晰、基因编辑成熟的革兰氏阳性菌,是多种重要工业酶的生产宿主。随着转录组、蛋白质组、代谢组等多组学测序和分析技术的发展,通过合理设计简化枯草芽胞杆菌基因组,减少细胞内冗余的调控和代谢网络,使得细胞更精简且便于控制,展现出了枯草芽胞杆菌作为异源酶表达宿主细胞的应用潜力。本文简要综述了枯草芽胞杆菌基因组删减的研究进展,归纳了必需基因的确定方法,重点介绍了枯草芽胞杆菌通过删减基因组提升异源酶表达的研究进展及删减策略,充分展示了枯草芽胞杆菌基因组删减在构建异源酶表达底盘细胞中的重要作用。     

基于CRISPR-Cas9系统的HSV-1基因治疗载体的快速构建北大核心CSCD

基因改造的1型单纯疱疹病毒(HSV-1)载体在肿瘤溶瘤病毒治疗及基因转导中具有广泛的应用前景。本研究报道一种基于CRISPR-Cas9系统的高效快速的重组HSV-1载体构建方法。首先,双顺反表达靶点g DNA和Cas9核酸酶的基因编辑质粒与同源重组模板质粒共转染Vero细胞后,用亲本株感染细胞;然后,Cas9对胞内病毒基因组定点切割,诱导外源基因同源重组,修复至病毒基因组指定位点。通过PCR、Western印迹、免疫荧光等方法证明,相比于传统自发同源重组的构建方法,该方法能显著提升病毒重组率(4.1%vs 1.1%)。同时,本研究建立了一种新的单克隆病毒纯化方案,简化了阳性病毒筛选步骤。本研究结果提供了一种高效快速的重组HSV-1构建方法,这对于HSV-1相关基因治疗及其病理机制研究将具有重要意义。     

原生动物线粒体DNA的研究进展

目前已完成了多种原生动物mtDNA全序列的测定,对线粒体基因组有了较全面和深入的认识。本文总结了原生动物线粒体基因组结构、基因组成及基因表达等方面的研究进展,有助于进一步了解原始线粒体基因组的组成及其mtDNA进化,并为细胞的起源和真核生物进化的研究提供有价值的线索。     

最小基因组研究进展

随着许多生物体全基因组测序的完成,兴起了最小基因组的研究,即一个能营独立生活的生物体最少需要多少个基因。已知最小细胞支原体基因组是研究最小基因组的重要内容,还通过比较多种已测序基因组COG分析最小基因组,目前通过转座子插入基因突主为和同源重组删除基因的分析,进行最小基因组研究。     

杆状病毒凋亡抑制基因的研究进展

杆状病毒(bacu lovirus)感染昆虫细胞能引起细胞凋亡,但在长期进化过程中,杆状病毒可通过自身编码凋亡抑制基因的表达,抑制细胞凋亡以利于自己的增殖。目前在杆状病毒基因组中已发现两种不同类型的细胞凋亡抑制基因p35/p49和iap,这两类凋亡抑制基因分别作用于细胞凋亡途径的不同位点,以抑制细胞的凋亡。近年来人们对这两种基因的蛋白结构及作用机制等方面进行了大量的研究,这些为今后研究昆虫细胞凋亡,扩大杆状病毒宿主范围等方面奠定了基础。     

细菌必需基因、最小基因组和合成细胞

单细胞原核生物是原始的细胞生命形式,确定细菌必需基因和最小基因组对理解生命的本质、细胞生命的起源和进化有非常重要的意义。文中简要介绍近年来有关细菌的必需基因、最小基因组和合成细胞的研究方法、理论和进展。还特别介绍人工建立最小细菌基因组的策略以及应用前景。     

果蝇基因组与功能基因研究进展

黑腹果蝇Drosophila melanogaster是生物科学研究中重要的模式动物之一。2000年,黑腹果蝇全基因组测序完成,随后基因组序列质量不断完善,对其功能基因进行深入研究,为其他高等动物基因组和功能基因的研究提供了巨大帮助。本文综述了近年来基因组功能元件、比较基因组学等方面的最新研究成果,着重介绍了功能基因在Hh信号通路、细胞凋亡方面的研究进展,并对最新的功能基因研究技术进行了简要概述。     

微生物小基因组细胞工厂研究进展

通过合理设计简化微生物基因组,减少细胞内冗余的调控和代谢网络,使得细胞更精简且便于控制,也能更高效地应用于工业生产。微生物小基因组细胞工厂只含有用于工业生产目的的基因,是研究组学的重要工具,也是生物制品工业生产的理想平台。介绍了构建小基因组细胞工厂的整体设计流程,列举了一些模式生物的相关研究进展,对微生物小基因组细胞工厂的应用前景进行了评述。     

细胞核基因组和线粒体基因组的相互作用

线粒体DNA是细胞内唯一的核外遗传物质,线粒体的主要功能是合成ATP,为细胞生命活动提供直接能量。线粒体基因组与核基因组在基因、蛋白以及细胞水平上相互作用,共同保证细胞能量代谢有关的活动,维持着线粒体的正常功能和细胞的正常状态。     

大肠杆菌最小基因组分析和删减进展

大肠杆菌是基础研究最透彻、应用广泛的微生物,构建含减小甚至是最小基因组的大肠杆菌将为合成生物学的研究和应用提供理想的底盘生物。介绍了大肠杆菌最小基因组的生长与繁殖必需基因的生物信息学分析和实验鉴定,基因组敲除技术,以及删减基因组的大肠杆菌菌株的构建和应用等方面的研究进展。     

A scaffold for the Chinese hamster genome

Chinese hamster ovary (CHO) cells are a prevalent tool in biological research and are among the most widely used host cell lines for production of recombinant therapeutic proteins. While research in other organisms has been revolutionized through the development of DNA sequence-based tools, the lack of comparable genomic resources for the Chinese hamster has impeded similar work in CHO cell lines. A comparative genomics approach, based upon the completely sequenced mouse genome, can facilitate genomic work in this important organism. Using chromosome synteny to define regions of conserved linkage between Chinese hamster and mouse chromosomes, a working scaffold for the Chinese hamster genome has been developed. Mapping CHO and Chinese hamster sequences to the mouse genome creates direct access to relevant information in public databases. Additionally, mapping gene expression data onto a chromosome scaffold affords the ability to interpret information in a genomic context, potentially revealing important structural and regulatory features in the Chinese hamster genome. Further development of this genomic scaffold will provide opportunities to use biomolecular tools for research in CHO cell lines today and will be an asset to future efforts to sequence the Chinese hamster genome.     

How to make a minimal genome for synthetic minimal cell

As a key focus of synthetic biology, building a minimal artificial cell has given rise to many discussions. A synthetic minimal cell will provide an appropriate chassis to integrate functional synthetic parts, devices and systems with functions that cannot generally be found in nature. The design and construction of a functional minimal genome is a key step while building such a cell/chassis since all the cell functions can be traced back to the genome. Kinds of approaches, based on bioinformatics and molecular biology, have been developed and proceeded to derive essential genes and minimal gene sets for the synthetic minimal genome. Experiments about streamlining genomes of model bacteria revealed genome reduction led to unanticipated beneficial properties, such as high electroporation efficiency and accurate propagation of recombinant genes and plasmids that were unstable in other strains. Recent achievements in chemical synthesis technology for large DNA segments together with the rapid development of the whole-genome sequencing, have transferred synthesis of genes to assembly of the whole genomes based on oligonucleotides, and thus created strong preconditions for synthesis of artificial minimal genome. Here in this article, we review briefly the history and current state of research in this field and summarize the main methods for making a minimal genome. We also discuss the impacts of minimized genome on metabolism and regulation of artificial cell.     

利用基因捕获技术建立稳定表达HBV的细胞模型

pGEM-HBV1.3质粒经HindIII限制性内切酶消化,将HBV1.3全长DNA切下,与同样经HindIII限制性内切酶降解过的PU21连接,得到PU21-HBV重组质粒。将该重组质粒采用电击转染方法导入HepG2细胞中,G418筛选阳性克隆并以X-gal染色,RT-PCR、Southern blot等方法验证HBV DNA的插入和表达。 PU21-HBV重组质粒经测序证明HBV1.3全长DNA正确与PU21载体连接,该重组质粒转染HepG2细胞后经G418筛选,得到一系列阳性克隆, Southern blot证实HepG2细胞基因组中含HBV DNA,RT-PCR结果表明HBV DNA在HepG2细胞中有功能基因的转录。HBV1.3已被整合在HepG2细胞染色体中并能稳定表达其RNA。稳定的HBV表达细胞模型构建成功。HBV表达细胞模型的建立,为进一步研究相关基因对HBV的转录、复制、转录后调节以及HBV各种蛋白的表达机理研究提供实验材料。     

Komagataeibacter rhaeticus 3-15全基因组及葡萄糖脱氢酶基因缺失体的构建

细菌纤维素(BC)是一种新型的可再生、可降解的生物高分子材料。为了最大程度的发挥BC生产菌株K.rhaeticus 315的生产能力,本文首先对K.rhaeticus 315进行全基因组测序,通过功能基因的注释、分析碳源代谢流向。结果显示,该菌株碳代谢特征之一是缺乏磷酸果糖激酶的编码基因,不能通过EMP途径代谢糖类碳源,而是主要通过PPP途径和TCA途径代谢碳源,维持菌体生长和BC合成。由于葡萄糖脱氢酶的存在,该菌株在合成BC的同时生成大量副产物—葡萄糖酸。为此,本文通过敲除葡萄糖酸合成酶相关基因,即葡萄糖脱氢酶基因gcd,构建葡萄糖脱氢酶基因缺失重组株(gcd^-),将葡萄糖酸的生成量降低了77%。     

拟南芥植物硫肽激素-α前体基因AtPSK2的克隆及序列分析

根据拟南芥基因组数据库提供的信息,首次通过聚合酶链反应技术克隆到一个拟南芥硫肽激素-α前体基因——AtPSK2,并对其进行了序列分析。结果表明,所获得的AtPSK2基因是一个长412bp,含有一个内含子和两个没有3’或5’-非转译区的外显子的全编码序列,与数据库提供的序列比较,具有100％的同源性。这一工作将为转基因植物及其细胞培养和育种打下基础．     

分析基因表达图式的新方法

随着基因组研究的深入进行,基因的分子生物学除了要寻找在生物学上重要的个别基因并研究其结构与功能外,更重要的应是了解整个基因组的功能活动,即细胞全部基因的表达图式.要解决如此复杂的问题就必须在研究方法上有所创新,基因表达系列分析法、cDNA微阵列分析法、DNA微芯片分析法等正是近几年发展起来的分析基因表达图式的新方法.     

人核糖体DNA打靶载体介导mda-7基因对肝癌的体外基因治疗研究

人核糖体DNA打靶载体pHr是一种由中南大学医学遗传学国家重点实验室开发构建的针对人类基因组的同源重组质粒载体．利用pHr构建了一种mda-7/GFP融合基因的人源基因表达载体pHr-CMG,并研究了其在肝癌细胞系Bel-7402中的作用．利用荧光显微镜、RT-PCR和Western blotting检测了mda-7/GFP融合基因的表达;利用细胞周期分析、MTT和Hoechst33258染色研究了其在细胞中的作用．结果显示,pHr-CMG载体能在Bel-7402细胞中有效表达MDA-7/GFP融合蛋白,进而抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡,推测其可能是由载体表达了mda-7基因引起细胞在G2/M期累积所导致的．同时,实验结果证实了人核糖体DNA打靶载体系统以及pHr-CMG表达载体的有效性,为其在进一步基因治疗研究中的应用提供了理论和实验基础．