葡萄F-box基因VvF-box5的基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,Vv F-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;Vv F-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;Vv F-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,Vv F-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、Me JA响应元件CGTCAmotif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的元件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和Me JA处理下,Vv F-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,Vv F-box5蛋白主要定位于洋葱表皮细胞的细胞核中;Vv F-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-Vv F-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×HisVv F-box5融合蛋白,为下一步深入研究Vv F-box5的功能奠定基础。     

DREB转录因子与植物非生物胁迫抗性研究进展

干旱、高盐、低温等非生物逆境胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量。转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫的响应方面起着重要作用。DREB类转录因子即干旱应答元件结合蛋白是AP2/EREBP转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异结合,在非生物逆境胁迫条件下调节一系列下游胁迫诱导逆境应答基因的表达,从而提高植物耐逆性。就DREB转录因子的结构特点、表达调控以及提高转基因植株胁迫耐受性的最新研究成果进行了评述。     

紫花苜蓿F-box蛋白基因MsFTL的克隆及功能分析

FTL(F-box Triple LRR protein)是F-box蛋白家族的成员,具有F-box保守结构域,在植物抵御逆境胁迫过程中起重要作用。本研究参考低温胁迫下紫花苜蓿转录组数据设计引物,通过RT-PCR克隆获得紫花苜蓿MsFTL基因,该基因的全长1422 bp,编码473个氨基酸。该蛋白含有1个F-box结构域及3个LRR重复。系统进化分析表明,MsFTL与蒺藜苜蓿XP_003626345.1 F-box/FBD/LRR-repeat protein亲缘关系最近。两者蛋白序列比对发现共有11个差异位点。在低温、盐、干旱以及外源ABA处理下,MsFTL基因受到诱导,表达量上调。构建植物过表达载体pCBM-MsFTL,通过农杆菌介导法转化烟草。对经过抗性筛选、PCR和Real-time PCR验证的转基因植株进行低温抗性鉴定。在-4℃低温胁迫下,野生型烟草叶片出现了明显的萎蔫失水现象,而转基因烟草萎蔫程度相对较轻。生理检测结果表明,4℃处理24 h之后,转基因烟草的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性,CAT活性高于野生型,MDA含量低于野生型。本研究表明,MsFTL基因在提高植物对低温胁迫的抗性方面具有重要的作用。     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

茄子自噬相关基因ATG8家族鉴定及表达分析

自噬相关基因ATG8在调节植物生长发育和胁迫响应中发挥着关键作用。本研究通过生物信息学技术分析ATG8在茄子基因组中的分布、结构及进化等,并研究了其在茄子不同组织、外源激素和冷处理下的表达情况。结果表明,从茄子基因组中共鉴定到7个ATG8基因,分布在6条染色体上。理化性质分析显示茄子ATG8基因编码的蛋白包含118~166个氨基酸残基,等电点在6.29~9.16之间;基因结构和保守基序分析表明,ATG8基因家族成员具有保守的基因结构和蛋白基序;启动子区域含有多种激素响应和逆境响应的顺式作用元件;茄子中有3对ATG8基因存在共线关系;茄子与拟南芥和番茄ATG8基因家族成员间分别存在10和11对共线关系。组织表达分析表明茄子ATG8主要在不同的花器官中表达,表明其可能与茄子花发育有关;此外,表达模式分析结果显示7个茄子ATG8基因对冷胁迫和ABA、MeJA、SA等外源激素均有不同程度的响应,表明ATG8基因家族在茄子生长发育、胁迫和激素响应中具有重要的功能。     

葡萄NIP基因家族的鉴定与表达分析

类根瘤菌26膜内在蛋白(nodulin 26 like intrinsic proteins,NIPs)是水通道蛋白的亚类,在植物营养获取和胁迫应答过程中发挥着重要作用。该研究利用多种生物信息学软件,对葡萄NIP家族基因进行分析,并采用RT PCR方法克隆得到4个NIP家族基因,利用qRT PCR方法分析非生物胁迫下NIP基因的表达特征。结果显示：(1)在葡萄基因组中,共鉴定到8个NIP基因,分布于葡萄4条染色体上,主要定位在质膜中;结构上含有6个跨膜结构域和两个典型的保守结构域NPA;氨基酸序列中存在很多个可能的磷酸化位点。(2)进化分析表明葡萄和拟南芥NIP基因具有较高的同源性,基因结构包含外显子数4~6个,保守基序种类和数量相似;基因启动子上游2 kb包含多种应答逆境和激素的顺式调控元件,其数量差异可能与基因本身功能相关。(3)NIP家族基因在不同组织中表达水平差异较大,多数成员在叶中表达水平较高,在茎中较低;成功克隆得到4个葡萄VvNIP基因,其长度分别为789 bp、606 bp、897 bp、789 bp,分别编码262、201、298、293个氨基酸。(4)qRT PCR结果显示,不同胁迫处理下NIP基因在葡萄叶片中的表达水平不同：低温处理下葡萄NIP基因大多呈显著下调表达;盐胁迫下,除VvNIP2 1、VvNIP4 2外其余家族基因均呈下调表达;干旱胁迫下VvNIP4 2显著上调。研究表明,VvNIP基因对多种胁迫均有响应,为葡萄逆境胁迫机制研究提供了参考。     

大豆MYB转录因子基因GmMYB174的克隆及分子特性分析

克隆获得了大豆转录因子MYB基因GmMYB174,该基因序列全长1086 bp,编码361个氨基酸,属于MYB-related家族。生物信息学分析表明大豆GmMYB174与番茄、苜蓿、葡萄等物种同源性较高,序列分析表明包含2个保守的Trp(W)位点和1个保守基序SHAQKFF。亚细胞定位结果显示GmMYB174定位于细胞核中;组织表达量显示GmMYB174在多个组织均有表达,其中在上胚轴中表达量最高。启动子元件分析表明GmMYB174包含ABRE、MYB、MYC、LTRE、GT-1等逆境胁迫应答元件。实时荧光定量PCR分析表明Gm MYB174在干旱、盐、ABA处理下均有响应。因此,GmMYB174可能参与多种胁迫应答途径。     

水稻锌指蛋白基因OsBBX6的克隆、表达及生物信息学分析

锌指蛋白作为植物体内一类重要的转录因子,对植物生长发育、基因调控以及响应外界环境变化方面发挥重要作用。Os BBX6基因属于水稻锌指蛋白B-Box基因家族成员,启动子元件分析发现其含有高温应答元件(HSE)、干旱应答元件(MBS)及非生物胁迫响应元件(TC-rich repeats)等逆境相关元件。组织特异性定量表达分析表明,Os BBX6在叶片中表达最高,根其次,茎和幼穗中表达最低。胁迫处理后的荧光定量PCR发现其受低温诱导上调,受高温、干旱、盐胁迫等抑制表达,表明其正向响应低温胁迫,负向响应高温、干旱、盐胁迫等。另外,本研究还克隆了OsBBX6基因,并对其进行了系统进化、蛋白跨膜、蛋白亚细胞定位及OsBBX6基因共表达等分析,为进一步研究其生物学功能奠定基础。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

玉米苗期SR蛋白基因家族的干旱胁迫应答

基因表达的选择性剪接(Alternative splicing, AS)调控与植物对逆境胁迫应答密切相关, SR蛋白(Serine/ arginine-rich proteins)是其中关键的调节因子。文章对玉米B73参考基因组进行分析显示: 多数SR蛋白家族基因成员启动子区域含有3~8种与发育或胁迫相关的顺式调控元件; 27个基因成员编码碱性蛋白, 其中23个成员的编码蛋白依照其N′端的首个RRM(RNA recognition motif)结构域特征大体上可划分为5个亚组。利用双向分级聚类方法, 对三叶期干旱胁迫下玉米杂交种郑单958及其亲本郑58和昌7-2的SR蛋白基因家族的分析显示, 该基因家族的表达模式具有明显的组织表达特异性和基因型依赖性特征; 其中在干旱胁迫下地下组织以下调表达模式为主, 而地上组织中以上调表达模式为主。在重度干旱胁迫后的3个不同时段复水过程中, 地上和地下组织中SR蛋白基因家族的表达皆以下调表达模式为主。另外, 尽管不同基因成员的表达模式在干旱胁迫及其后的复水过程中存在明显差异, 但普遍存在自身选择性剪接现象。SR蛋白基因家族在玉米干旱胁迫的应答规律, 为从AS-network视角解析玉米的抗逆分子机制提供了新思路。     

类胡萝卜素合成的相关基因及其基因工程

类胡萝卜素具有多种生物功能,尤其在保护人类健康方面起着重要的作用,如它们是合成维生素A的前体,能够增强人体免疫力和具有防癌抗癌的功效。人体自身不能合成类胡萝卜素,必须通过外界摄入;但类胡萝卜素在许多植物中含量较低,并且很难用化学方法合成。随着类胡萝卜素生物合成途径的阐明及其相关基因的克隆,运用基因工程手段调控类胡萝卜素的生物合成已成为可能。本文综述了微生物和高等植物类胡萝卜素生物合成途径中相关基因的克隆,以及运用这些基因通过异源微生物生产类胡萝卜素和提高作物类胡萝卜素含量的基因工程研究进展。     

基因打靶突变小鼠与基因功能研究

ES细胞是建立基因打靶突变小鼠的必要条件 ,也可用于制备转基因动物 .基因敲除、精细突变和条件性基因打靶技术建立的基因打靶突变小鼠在人类遗传病机理研究、基因治疗和基因功能研究方面都有着重要作用 .     

基因诱捕技术及基因诱捕数据库

基因诱捕（gene trap）是基于小鼠胚胎干细胞、报道载体（诱捕载体）建立的一种基因突变方法。诱捕载体在整合位点利用内源基因调控元件模仿内源基因表达,使其表达终止,从而可以阐明内源基因的功能。由于诱捕载体及其报道基因的特点,基因诱捕技术可用于高通量生产,便于小鼠基因功能的大规模研究．为各类疾病动物模型的建立奠定良好基础。     

益生菌的功能基因导入和基因编辑

益生菌已经在临床和食品领域应用多年,其安全性和有效性已经获得人们的认可。随着分子生物学技术的发展,采用益生菌作为载体进行基因导入或基因编辑,这些遗传改造的益生菌一部分已经作为新的药品或疫苗进入到临床应用阶段。携带功能基因的益生菌定殖于肠道进行表达和缓慢释放,这类益生菌作为活体药物获得益生菌和功能基因的双重功效,可用于治疗某些疑难病症。携带蛋白质抗原基因的益生菌定殖于肠道进行表达,可诱导肠道黏膜免疫、细胞免疫和体液免疫,这是一条更安全的口服疫苗途径。成簇的规则间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)及其相关蛋白(CRISPR-associated protein,Cas)以其高效与便捷性推动了益生菌基因编辑的发展。这篇综述介绍了CRISPR-Cas9操作系统在益生菌方面的应用。对传统遗传操作较难的益生菌采用CRISPR-Cas9技术进行基因编辑,使其基因敲除和基因突变,基因敲入和基因调控等更为简单、高效和易操作。这些CRISPR/Cas9、CRISPRa和CRISPRi技术在益生菌的基因表达调控和代谢工程等领域具有巨大的应用潜力,例如医药、食品以及工业等相关重要产品的获得。本文总结了益生菌基因导入和基因编辑在生物制品生产中的相关应用,最后对其未来的研究方向进行展望。     

Gene Conversions May Obscure Actin Gene Family Relationships

Phylogenetic hypotheses of muscle actin evolution are significantly different when a sea urchin is used as a representative echinoderm than when a sea star is used. While sea urchin muscle actins support an echinoderm–chordate sister relationship, sea star sequences suggest that echinoderm muscle actins are convergent with chordate muscle actins. Our results suggest that gene conversion in the sea star muscle actin may be responsible for these discordant results. Received: 19 July 1999 / Accepted: 1 October 1999     

Gene digging

A method termed “gene digging” has been developed based on our observation of stretches of highly conserved nucleotide sequence in the coding region of many genes across related species. Rabbit-specific nucleotide sequences corresponding to desired coding segments of 14 different genes were obtained with primers that were designed based on conserved nucleotide stretches. Our success in gene digging could be attributable to the method’s inherent ability to reduce the degeneracy of primers by more than two orders of magnitude (sometimes by more than three orders of magnitude) compared to primers designed from conserved amino acids. Our results not only demonstrate the value of the method, but also hint at a thus far unknown functional significance of conserved nucleotide stretches in the coding region of various genes. In our hands the method worked 14 out of 14 times indicating generality of the concept.     

Gene therapy

Summary A number of techniques are available for insertion of new genetic information into mammalian cells. Some of these have been used successfully for genetic modification of germ line cells and somatic cells of living animals. Some of these techniques may be applicable to treatment of some of the genetic diseases of man, once problems related to the control of expression of introduced genes are solved.     

Dicer基因

Dicer编码RNaseⅢ家族,是一进化保守基因。它包含四个ORF框架：DExH/DEAH盒解旋酶,PAZ,两个RNaseⅢ催化区与双链RNA结合区DS－RBD。目前发现Dicer在RNA干扰以及异时发育中起重要作用,它可以切割长的双链RNA成长度为22nt左右的小干扰RNA－siRNA,异时基因stRNA的成熟也与需要Dicer的参与。Dicer行使切割功能需要RDE－1或其同源基因ALG1／ALG2的协同。随着研究的深入,Dicer的其它生物功能将进一步被发现。     

杆状病毒p74基因具有种属特异性

选用苜蓿丫纹夜蛾核多角体病毒杆粒 (AcMNPVbacmid)为材料 ,通过在大肠杆菌中利用RecA基因介导的同源重组 ,将其p74基因剔除 ,并精确地用斜纹夜蛾核多角体病毒 (SpltMNPV)的p74基因进行了替换。所构建的重组AcMNPV杆粒在修饰后的p74基因位点中未留下任何有可能影响该基因表达及功能的选择标记 ,SpltMNPV的p74基因直接位于AcMNPVp74基因的启动子控制下。RT PCR显示替换后的p74基因得到了表达。生物测定结果显示 ,重组病毒AcMNPV杆粒 polhSL74无法通过口服方式感染银纹夜蛾幼虫 ,表明杆状病毒p74基因具有种属特异性。     

壳聚糖作为基因治疗载体的研究

本文从壳聚糖－DNA复合物／微球的形成方法和机理,稳定性,转染细胞效率等方面综述了壳聚糖在基因治疗领域目前的研究现状。