植物基因选择性剪接: 断舍离合, 达权知变

选择性剪接是基因转录后的mRNA通过不同的剪接方式产生多样性成熟转录本的过程, 是真核生物细胞中一种重要的转录后调控方式。植物基因也常通过这种断舍离合的方式产生一专多能的转录本, 达到调节多种生命活动的目的。相较于动物, 植物中该领域的研究起步较晚, 但近年来也取得了长足的进步。该文综述了植物基因选择性剪接的生物学意义、剪接方式和机制、研究方法以及在生长发育与环境胁迫适应性调节中的作用, 并展望了未来的研究方向。     

嗜热四膜虫可变剪接基因鉴定及功能分析

可变剪接是产生蛋白质组多样性和调节基因表达的重要机制,相关研究在高等真核生物中开展较多,而在单细胞真核生物中则较少,尤其是单细胞原生动物纤毛虫中,仅有少量报道。本文基于单细胞模式原生动物嗜热四膜虫种大量转录组数据,对其可变剪接基因进行了鉴定及分析。在嗜热四膜虫中共鉴定到2 894个可变剪接位点,涉及到2 698个可变剪接基因,可分为四类。考虑到转录本拼接的准确性,选择了其中464个与基因组预测模型完全一致的可变剪接基因进行深入分析,其中生长(growth)时期、饥饿(starvation)时期、接合生殖(conjugation)时期特异性的可变剪接基因分别为49个、79个和135个。对可变剪接基因的功能进行分析表明其涉及的功能广泛且显著富集于蛋白激酶过程,提示可变剪接基因在嗜热四膜虫蛋白磷酸化和信号传导中具有重要作用。     

真核生物转录的延伸机理

由于对真核生物基因转录延伸期研究的忽视,现有的真核生物基因转录理论存在种种的偏颇.然而,新近的研究发现却使人们逐渐认识到,真核基因转录延伸阶段其实是真核细胞调节基因转录的一个高度有序、而又极为复杂的调控平台.本文尝试对近年来真核生物基因转录延伸领域的研究进展,包括转录延伸与mRNA加工的偶联、基因转录延伸调控的分子机理以及转录延伸调控对发肯和应激反应产生的影响,作概括性的综述.     

寻找mRNA的选择性剪接

在真核生物的基因中,mRNA选择性剪接现象十分普遍。mRNA选择性剪接导致一个基因多转录本的产生,被认为是高等生物增加蛋白质多样性的主要机制,且已发现与许多人类疾病密切相关。发现这些转录本的选择性剪接位点、新的外显子和外显子组合,乃至获得这些剪接变异体的完整克隆,对于基因功能的深入研究十分必要。简要介绍了几种在mRNA水平探索选择性剪接的方法。     

植物线粒体基因转录和转录后加工

植物线粒体基因组作为植物细胞中三个遗传系统之一 ,在转录和转录后的加工中存在有许多特殊性 :在基因组结构中 ,植物线粒体基因组比较大 ,且不同物种间差异较大 ;其转录过程具有许多特点 ,例如可以起始于编码区的多个位点等 ;在高等植物中 ,所发现的线粒体基因内含子大多是II型内含子 ,这些内含子有时编码蛋白 ;植物线粒体基因转录后的编辑中C -U转换是一个十分明显的特征 ;在线粒体中 ,多腺化使转录本趋于不稳定 ,而在细胞核中 ,RNA的多腺化可以增强转录本的稳定性。综述了植物线粒体基因组结构以及转录后的编辑、剪接、多腺化等方面的特点和研究进展 。     

转录辅调节因子在剪接过程中的作用

细胞通过基因表达调控来应对外界刺激,其中对基因转录起始和pre-mRNA剪接的调控是基因表达调控的重要环节。越来越多的实验显示基因转录和pre-mRNA剪接这两个过程在时空上密切相关。基因转录能调节剪接模式的选择性,反之剪接过程也影响基因转录。近年来研究发现转录辅调节因子在联系转录和剪接过程中扮演着重要角色。转录辅调节因子对基因表达的调控不仅在于影响转录产物的量,还可以调控pre-mRNA的选择性剪接并产生不同的剪接体,从而翻译出具有不同生物学功能的蛋白质。本文主要阐述了基因转录与剪接之间的关系以及它们之间相互作用的机制,有利于更深入理解基因表达调控的过程。     

受逆境诱导的水稻Rim2/Hipa假基因转录本选择性加尾和剪接

我们以往的研究证明水稻受病原菌诱导的Rim2/Hipa因子是水稻基因组所特有的DNA转座子超级家族.本实验通过对病原菌诱导的cDNA文库的筛选和对EST数据库的搜索,发现在众多的Rim2拷贝中,只有Rim2-42因子被表达,其为一个TNP2类转座酶的假基因,其编码区为终止子所打断.序列分析结果表明Rim2转录本被选择性剪接和加尾,而且在两个水稻亚种中的剪接方式有差异,共形成7种不同转录本结构,包括一个未知功能的Rim2-XET嵌合转录本,该嵌合转录本为转录通读(read-through)所形成,而XET基因是可以被逆境所诱导的.这些结果说明Rim2因子家族可能已失去转座的活性.结果也初步表明Rim2-42因子插入到了一个XET基因启动子的下游,该启动子带动了Rim2因子的诱导表达.     

mRNA前体的选择性剪接

人类基因组草图已基本完成 ,预测人类约有 350 0 0个编码蛋白质的基因 ,只是线虫或果蝇的 2倍[1] 。人类是怎样完成其复杂的生物功能 ?越来越多的证据表明选择性剪接在扩大蛋白质的多样性中发挥重要作用 ,并且有助于解释基因数目与生物复杂程度两者的不一致性。选择性剪接能够从一个基因产生多个转录本 ,从而产生远多于基因数目的蛋白质 ,完成机体的复杂功能及精细调节。1 .ｍＲＮＡ选择性剪接的普遍性目前根据ＥＳＴｓ分析 ,在人类 350 0 0个基因中大约有 40 %的基因具有选择性剪接的形式[1] 。尽管这个数目让人惊讶 ,但这个数目可能比实际…     

鸡Z染色体上DMRT1基因的多重跨染色体剪接

性别决定与分化发育是同时涉及生命现象中两种细胞分裂(有丝分裂和减数分裂)形式的惟一的分化发育过程。对该过程中关键基因DMRT1的转录分析,发现位于鸡Z染色体上的DMRT1基因分别同时与4号染色体上的CENPC1基因、5号染色体上CD5R基因和2号染色体上37LRP/p40基因发生跨染色体剪接,由此构成了新的跨染色体剪接本DMRT1-CENPC1、DMRT1-CD5R和DMRT1-37LRP/p40。对其剪接位点的分析,发现两段染色体序列存在的重叠区可能在这种剪接中起着重要作用。DMRT1基因在转录过程中同时与多个染色体上基因发生多次跨染色体剪接的发现,无疑有助于对在转录水平上的多样性基因调控以及性别决定与分化发育等的认识开辟另一新途径。     

选择性剪接的理论预测

可变剪接作为真核生物转录后加工机制普遍存在于不同组织、不同发育时期或不同病理状态下的基因表达调控过程中。对同一基因不同剪接变体的研究可使我们更深入的了解发育、进化、疾病发生机理等基本的生物学问题。讨论了一些基于序列比对而建立的可变剪接的理论预测方法,尚存不足之处,有待于进一步完善。     

Mutational analysis of 3' splice site selection during trans-splicing

trans-Splicing is essential for mRNA maturation in trypanosomatids. A conserved AG dinucleotide serves as the 3' splice acceptor site, and analysis of native processing sites suggests that selection of this site is determined according to a 5'-3' scanning model. A series of stable gene replacement lines were generated that carried point mutations at or near the 3' splice site within the intergenic region separating CUB2.65, the calmodulin-ubiquitin associated gene, and FUS1, the ubiquitin fusion gene of Trypanosoma cruzi. In one stable line, the elimination of the native 3' splice acceptor site led to the accumulation of Y-branched splicing intermediates, which served as templates for mapping the first trans-splicing branch points in T. cruzi. In other lines, point mutations shifted the position of the first consensus AG dinucleotide either upstream or downstream of the wild-type 3' splice acceptor site in this intergenic region. Consistent with the scanning model, the first AG dinucleotide downstream of the branch points was used as the predominant 3' splice acceptor site. In all of the stable lines, the point mutations affected splicing efficiency in this region.