鉴定9个新的RHD基因mRNA可变剪接体

为了研究各种RHD基因mRNA可变剪接体的基因结构, 应用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)检测正常人脐血样本RHD mRNA, 对RHD cDNA进行TA克隆和序列分析, 对各可变剪接体的剪接位点进行DNA序列分析, 并将RHD mRNA进行表达序列标签(ESTs)分析。结果在28个阳性克隆中, 除全长RHD cDNA外, 共检测到12种(包括9种新的)RHD可变剪接体, 发现外显子遗漏、5′和3′剪接位点变异3种剪接形式, 涉及外显子2~9, 其中6种新的剪接体同时存在RHD和RHCE基因同源杂交现象。ESTs分析还检索到内含子保留形式的剪接体。研究表明, RHD基因mRNA存在复杂的可变剪接机制, 除已报道的剪接体外, 检测到9种新的RHD可变剪接体, 并发现了可变剪接和同源杂交并存现象。     

水稻全基因组编码抗病基因同源序列分析

利用模糊搜索的方法,在TIGR水稻日本晴基因组数据库(TIGR Rice Genome Annotation-Release5)中识别出565个编码抗病蛋白质的同源序列;利用识别出565个编码抗病蛋白质序列分别与籼稻基因组数据库进行BLASTP联配,共确定320个对应的等位基因。通过在线生物信息学软件,识别了这565个抗病基因的保守结构域、保守模体和DNA序列内转座子元件,其中有14个抗病基因同源序列注释错误。同时绘出了这些基因的基因组分布,并基于这些基因的同源树分析和基因组物理分布,认为基因的原位和远程复制事件产生了抗病基因的现存分布和多样性,其中转座子在复制过程中扮演了重要角色。这些对抗病机制研究和抗病基因进化研究以及抗病基因的转育具有重要意义。     

绵羊钙调蛋白调节基因Calponin h1 的分子克隆

在一项研究中我们发现雌激素体在胚胎发育后期对绵羊子宫平滑肌Calponin (CaP) 基因的活动有明显上调作用,而CaP一直被作为观察其他基因表达水平变化的基准参照基因（Reference Gene）。迄今为止, 绵羊CaP尚未完整克隆,为进一步了解其结构和功能,根据人、小鼠和家猪的同源保守区序列设计锚定寡核苷酸引物,通过5′-RACE及3′-RACE方法克隆了绵羊子宫平滑肌组织全长CaP h1 cDNA (GenBank登录号： AY327118), 在cDNA序列的基础上, 又通过PCR-SSP方法获得了CaP h1基因除内含子1、2之外的其余4个内含子全部序列 （GenBank登录号分别为：AY771807,AY771808, AY771809, AY771810） 。DNA序列测定和分析表明,绵羊子宫平滑肌CaP h1 cDNA全长1499bp, 编码297个氨基酸,5′-UTR及3′-UTR分别为79bp和529bp。CaP h1基因组DNA的克隆和序列分析表明,绵羊CaP全长约8kb,由 7个外显子和6个内含子组成。 同源序列比较发现,该基因外显子在不同物种间相对保守;与人类、野猪、小鼠、大鼠和鸡Calponin mRNA同源性分别为88％、92％、81％、79％和81％,但不同物种间内含子存在较大差异(>50%)。本研究填补了绵羊CaP基因分子克隆的空白,为进一步研究该基因的功能及子宫平滑肌收缩的调节机理奠定了基础。     

运用重叠延伸PCR技术构建在甘丙肽全长cDNA嵌入第二内含子的重构分子

构建嵌入第二内含子的甘丙肽(Galanin,GAL)全长基因组cDNA的重构分子。通过RT-PCR扩增出cDNA编区的序列,分别从基因组中扩增出cDNA的5′和3′端部分非编码序列;使用重叠延伸PCR(overlap extention PCR,OE-PCR)方法将三个片段重叠获得全长cDNA序列;再将全长cDNA从第三外显子第15个碱基处分成两部分,分开的cDNA前半部分和后半部分以及第二内含子进行重叠延伸获得重构分子,含有第二内含子的甘丙肽(GAL)全长基因组cDNA;将重构分子连入pMDI9-Tsimple载体。电泳分析观察到清晰的重构分子片段;测序显示重构分子由所设计的序列组成,第二内含子插入的位置准确,且无移码。使用重叠延伸PCR能够成功在cDNA中插入内含子获得一段重构基因。     

东亚钳蝎毒素BmKT四个同源基因的克隆及基因组织分析

BmKT是从本室构建的cDNA文库中筛选到的1个α钠通道毒素,根据其全长cDNA序列设计引物,采用PCR法以蝎总基因组DNA为模板,获得4个BmKT的同源基因,分别命名为BmKT′和BmKTa、BmKTb、BmKTb′.序列分析表明：BmKT′和BmKTa基因含有大小分别为509 bp和506 bp的内含子,位于信号肽编码区内,插入信号肽-4位残基Gly密码子的第一个碱基G之后;而BmKTb和BmKTb′ 的内含子大小均为418 bp．这4个BmKT的同源基因内含子符合GT/AG拼接规律,其中BmKT′和BmKTa的内含子A+T含量分别为61.7%和61.9%,低于目前已报导的大多数蝎毒素基因A+T含量,大大低于它们第一外显子A+T含量（71.7%）,略高于第二外显子A+T含量（55.5%）;而BmKTb,BmKTb′的内含子A+T含量分别为75.8%和76.1%,与目前已报导的大多数蝎毒素基因A+T含量相似．BmKT′基因的外显子与BmKT基因cDNA所对应氨基酸序列仅在信号肽中-7位有一个氨基残基的差异（BmKT: Leu→BmKTa: Val）;而BmKTa基因外显子所推断的氨基酸序列与BmKT前体比较,则在成熟肽的+54位发生了突变（BmKT: Lys→BmKTa: Asn）,是与BmKT同源的一个新基因．BmKTb基因和BmKTb′基因所编码的前体肽与BmKT基因对应的前体肽同源性约为65%,显然BmKTb和BmKTb′是不同于BmKT的2个新基因（GenBank登录号: BmKT′, AY786186; BmKTa, AY676142; BmKTb, AY676140; BmKTb′, AY676141）     

内含子Ⅱ的作用机制和演化

内含子是广泛存在于原核生物的叶绿体、线粒体以及真核生物基因组中的非编码DNA序列,但其含有的调控元件却常常影响基因的表达效率。内含子的自我剪接在mRNA的成熟过程中起着重要作用,内含子也可利用逆转录剪接作用插入到同源或异源DNA中,同时也常常通过“外显子改组”来促进基因进化。文章重点介绍了近年来在内含子Ⅱ作用机制及演化方面研究的最新进展。     

小鼠Mater基因选择性剪接变异体的鉴定和分析

位于小鼠第7号常染色体的Mater(Maternal antigen that embryos require)编码一个卵母细胞特异的自身抗原,与小鼠自免疫性卵巢退化疾病密切相关。在发现Mater基因存在选择性前切现象的基础上,通过RT．PCR技术,在3个近交品系小鼠(CBA／J、SWR／J、B6)中发现并初步验证了Mater基因mRNA的4种选择性剪接变异体,分别命名为B、E、F、G型。其中B型与以前报道的一致,具有Mater mRNA的全部外显子,E、F、G为新发现的剪接变异体,其选择性剪接位点都位于阅读框内。E变异体缺失了外显子6,F变异体保留了部分内含子8并且缺失了外显子10,G变异体缺失了部分外显子14,它们所有的内含子与外显子结合处的DNA序列都遵循“GT-AG”剪接规则。B、E、F在B6、CBA／J和SWR／J小鼠品系中均存在,G仅存在于SWR／J。根据新发现的3种剪接变异体的cDNA序列推导出对应的预期蛋白异形体的氨基酸序列,并对这些蛋白产物的可能功能进行预测。     

亚麻中雄性不育基因同源序列MS2-F的克隆和表达分析

用同源序列克隆法从亚麻中克隆了雄性不育基因同源序列MS2-F cDNA(登陆号:EU363493).该cDNA全长1 91lbp,包含一个1 608 bp的ORF,编码535个氨基酸.推导的蛋白质序列中包含2个雄性不育保守区:NAD结合区域和雄性不育C-末端区域.该基因与油菜和拟南芥雄性不育基因的一致性分别为59.65%和59.16%,为花蕾特异表达基因,推测在亚麻花粉发育过程中与脂酰辅酶A还原酶有相似功能.MS2-F cDNA对应的gDNA大小为2 696 bp(登陆号:EU365361),含有8个内含子和9个外显子.     

家蚕吡哆醛激酶cDNA的克隆、表达和基因结构分析

吡哆醛激酶（pyridoxal kinase,PLK, EC2.7.1.35）是维生素B₆关键代谢酶,其cDNA的克隆在昆虫类还未见报道。利用生物信息学原理和使用PCR方法,克隆出编码家蚕Bombyx mori吡哆醛激酶的cDNA (GenBank登录号DQ452397),体外原核表达成功,并对表达粗提产物进行了酶活检测。克隆到的cDNA含有一894 bp的完整可读框,编码一条分子量为33.1 kD,含298个氨基酸残基的蛋白质。序列比对显示此蛋白质与人类吡哆醛激酶具有52.84%的同一性,包含吡哆醛激酶家族共有的特征保守序列,但比哺乳动物和植物克隆到的吡哆醛激酶均少10多个氨基酸残基,几个有关键功能且在哺乳动物和植物中均保守的氨基酸残基在此蛋白中被替换。依据家蚕基因组数据库信息和PLK的cDNA,家蚕PLK基因包含5个外显子和4个内含子,跨越10 kb DNA序列,所有外显子/内含子交接点都遵从gt/ag剪接规则,基因的5′端启动子调控区发现有TATA-box和CAAT-box保守基序。     

小鼠锌指蛋白基因ZF-12的克隆与基因结构以及5′端启动子活性的分析

人类锌指蛋白ZNF191为类krueppel转录因子,其可能与神经精神病、心血管疾病和肝癌等疾病的发生或发展有关,为了采用基因敲除模型来探讨它的生理功能,克隆和定位其在模式生物（小鼠）中的同源基因,并阐明其结构特征是必需的。通过筛选小鼠λ噬菌体基因组文库,获得了它在小鼠中的同源基因ZF－12基因组全长片段。序列分析表明：该基因含有4个外显子和3个内含子,内含子都遵循GT／AG的剪接模式;第91密码子处存在单核苷酸多态性;可能存在2种大小不同的3′端的非翻译区（3′－UTR）;与锌指蛋白基因Zfp-35相连锁,可将其定位于18号染色体的B3－C带上或附近;5′端上游存在1个约250bp高度富含GC的启动子序列。ZF－12基因的5′端系列缺失荧光素酶基因报告载体的瞬时转染实验表明:其上游序列（-762～ 70bp）具有启动子转录活性,在更上游的序列（－824～-762bp)上可能存在负调控元件。这项研究结果为进一步的基因敲除研究奠定了基础。     

Unusual intron conservation near tissue-regulated exons found by splicing microarrays

Alternative splicing contributes to both gene regulation and protein diversity. To discover broad relationships between regulation of alternative splicing and sequence conservation, we applied a systems approach, using oligonucleotide microarrays designed to capture splicing information across the mouse genome. In a set of 22 adult tissues, we observe differential expression of RNA containing at least two alternative splice junctions for about 40% of the 6,216 alternative events we could detect. Statistical comparisons identify 171 cassette exons whose inclusion or skipping is different in brain relative to other tissues and another 28 exons whose splicing is different in muscle. A subset of these exons is associated with unusual blocks of intron sequence whose conservation in vertebrates rivals that of protein-coding exons. By focusing on sets of exons with similar regulatory patterns, we have identified new sequence motifs implicated in brain and muscle splicing regulation. Of note is a motif that is strikingly similar to the branchpoint consensus but is located downstream of the 5′ splice site of exons included in muscle. Analysis of three paralogous membrane-associated guanylate kinase genes reveals that each contains a paralogous tissue-regulated exon with a similar tissue inclusion pattern. While the intron sequences flanking these exons remain highly conserved among mammalian orthologs, the paralogous flanking intron sequences have diverged considerably, suggesting unusually complex evolution of the regulation of alternative splicing in multigene families.     

Alternative splicing of mutually exclusive exons—A review

Alternative splicing (AS) of pre-mRNAs in higher eukaryotes and several viruses is one major source of protein diversity. Usually, the following major subtypes of AS are distinguished: exon skipping, intron retention, and alternative 3′ and 5′ splice sites. Moreover, mutually exclusive exons (MXEs) represent a rare subtype. In the splicing of MXEs, two (or more) splicing events are not independent anymore, but are executed or disabled in a coordinated manner. In this review, several bioinformatics approaches for analyzing MXEs are presented and discussed. In particular, we revisit suitable definitions and nomenclatures, and bioinformatics tools for finding MXEs, adjacent and non-adjacent MXEs, clustered and grouped MXEs. Moreover, the molecular mechanisms for splicing MXEs proposed in the literature are reviewed and discussed.     

In vivo effects on intron retention and exon skipping by the U2AF large subunit and SF1/BBP in the nematode Caenorhabditis elegans

The in vivo analysis of the roles of splicing factors in regulating alternative splicing in animals remains a challenge. Using a microarray-based screen, we identified a Caenorhabditis elegans gene, tos-1, that exhibited three of the four major types of alternative splicing: intron retention, exon skipping, and, in the presence of U2AF large subunit mutations, the use of alternative 3' splice sites. Mutations in the splicing factors U2AF large subunit and SF1/BBP altered the splicing of tos-1. 3' splice sites of the retained intron or before the skipped exon regulate the splicing pattern of tos-1. Our study provides in vivo evidence that intron retention and exon skipping can be regulated largely by the identities of 3' splice sites.     

基于RNA-Seq数据识别果蝇剪接位点和可变剪接事件

完整基因结构的预测是当前生命科学研究的一个重要基础课题,其中一个关键环节是剪接位点和各种可变剪接事件的精确识别.基于转录组测序（RNA-seq）数据,识别剪接位点和可变剪接事件是近几年随着新一代测序技术发展起来的新技术策略和方法.本工作基于黑腹果蝇睾丸RNA-seq数据,使用TopHat软件成功识别出39718个果蝇剪接位点,其中有10584个新剪接位点.同时,基于剪接位点的不同组合,针对各类型可变剪接特征开发出计算识别算法,成功识别了8477个可变剪接事件（其中新识别的可变剪接事件3922个）,包括可变供体位点、可变受体位点、内含子保留和外显子缺失4种类型.RT-PCR实验验证了2个果蝇基因上新识别的可变剪接事件,发现了全新的剪接异构体.进一步表明,RNA-seq数据可有效应用于识别剪接位点和可变剪接事件,为深入揭示剪接机制及可变剪接生物学功能提供新思路和新手段.