鸡缺氧诱导因子-1[[alpha]]基因的差异表达与低氧适应性

低氧诱导因子-1(HIF-1)是在低氧的癌细胞中发现的一种转录激活因子, 在生物体氧平衡调节中起关键作用。藏鸡是对高原低氧、低温环境有着极强适应能力的高原土著品种, 相对而言, 白来航鸡和寿光鸡为两个低地鸡种。在常氧环境下对这3个鸡品种进行全期模拟低氧孵化, 结果显示, 藏鸡的孵化率显著高于两个低地鸡品种, 表现出了高度的耐受低氧环境的能力, 而对于低地鸡, 一定程度的低氧环境对其孵化是致命的。利用Taqman探针法FQRT-PCR技术检测了藏鸡、白来航鸡、寿光鸡HIF-1[[alpha]] 的组织特异性表达。结果表明, HIF-1[[alpha]] mRNA在3个鸡品种的大脑和骨骼肌组织均有表达, 并有明显的组织差异性, 脑的表达量最大; 并且发现常氧条件下孵化时, 藏鸡胚胎的大脑组织内HIF-1[[alpha]] 基因的表达量与低氧孵化的低地鸡胚胎相接近.     

藏鸡和两种低地鸡线粒体全基因组序列 的测定和比对

藏鸡生活在青藏高原, 它对高原低氧具有一定的遗传适应能力. 丝羽乌骨鸡和寿光鸡都是低地鸡种, 缺乏对低氧环境的遗传适应能力. 鸡的线粒体基因组总长16785 bp, 共编码37个基因, 这些基因的编码产物均与线粒体的呼吸作用和氧化磷酸化相关, 它们的突变均有可能影响线粒体的功能, 因此均可被选为藏鸡低氧遗传适应的候选基因. 测定比较藏鸡和低地鸡的线粒体基因组, 可以为进一步研究藏鸡的低氧遗传适应机理提供线索. 本研究测定和比较了藏鸡、丝羽乌骨鸡和寿光鸡的线粒体全基因组序列, 发现藏鸡线粒体基因组总长为16784~16786 bp, 丝羽乌骨鸡为16785 bp, 寿光鸡为16784 bp; 比对后共发现突变(包括单核苷酸多态性(SNP)、单碱基缺失和插入)120个, 其中tRNA基因突变4个, rRNA基因突变10个, D-LOOP区突变39个, 基因间隔区突变1个, 编码蛋白质亚基的碱基突变66个(包括同义突变48个, 错义突变18个).     

藏鸡和两种低地鸡线粒体全基因组序列 的测定和比对

藏鸡生活在青藏高原, 它对高原低氧具有一定的遗传适应能力. 丝羽乌骨鸡和寿光鸡都是低地鸡种, 缺乏对低氧环境的遗传适应能力. 鸡的线粒体基因组总长16785 bp, 共编码37个基因, 这些基因的编码产物均与线粒体的呼吸作用和氧化磷酸化相关, 它们的突变均有可能影响线粒体的功能, 因此均可被选为藏鸡低氧遗传适应的候选基因. 测定比较藏鸡和低地鸡的线粒体基因组, 可以为进一步研究藏鸡的低氧遗传适应机理提供线索. 本研究测定和比较了藏鸡、丝羽乌骨鸡和寿光鸡的线粒体全基因组序列, 发现藏鸡线粒体基因组总长为16784~16786 bp, 丝羽乌骨鸡为16785 bp, 寿光鸡为16784 bp; 比对后共发现突变(包括单核苷酸多态性(SNP)、单碱基缺失和插入)120个, 其中tRNA基因突变4个, rRNA基因突变10个, D-LOOP区突变39个, 基因间隔区突变1个, 编码蛋白质亚基的碱基突变66个(包括同义突变48个, 错义突变18个).     

藏鸡心脏高海拔低氧适应相关酶的研究

目的：研究藏鸡心脏对高海拔低氧适应性的生理特征。方法：本研究将藏鸡、矮小隐性白和寿光鸡分别饲养在低海拔和高海拔环境,测定10周龄时心脏重量、心肌乳酸（LA）和乳酸脱氢酶（LDH）、琥珀酸脱氢酶（SDH）活性。结果：结果显示藏鸡在高海拔环境中,心脏相对重量未明显增加,心肌LA低于对照鸡,LDH与对照鸡差异不显著,而SDH活性明显高于对照鸡。结论：结果说明了藏鸡对高海拔低氧环境的适应,不是通过增加心脏器官的重量,也不是通过提高无氧代谢的水平,较高的SDH活力对藏鸡心肌低氧适应有一定的意义。SDH是藏鸡适应低氧的一种标志酶。     

鸡磷酸甘油酸激酶(PGK)基因的差异表达与低氧适应性

通过测序检测了藏鸡、白莱航鸡和寿光鸡调节细胞葡萄糖代谢的糖酵解酶磷酸甘油酸激酶(PGK)编码基因的基因组序列, 发现了4个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)为藏鸡与其他两个品种之间的差异. 实验表明其中1个SNP即外显子10上第59位A→G突变(第379位氨基酸由M变为T)后具有低氧诱导因子(HIF-1)结合位点, 即含有低氧应答元件(HRE). 机体受低氧刺激时HRE与HIF-1的结合活性会相应增加. 低氧孵化可导致胚胎死亡率升高, 且发育正常胚胎A→G的突变率非常高, 具有低氧适应性. 研究指出, PGK基因的M→T突变是低氧适应有利突变, 在低氧刺激下, 低氧诱导因子-1将上调骨骼肌组织糖酵解酶PGK基因的表达, 利用糖酵解途径为机体提供能量, 满足机体活动需要, 进而适应外界环境.     

藏鸡诱导型一氧化氮合酶基因低氧适应功能分析

低氧刺激诱导型一氧化氮合酶(Inducible nitric-oxide synthase, iNOS)催化产生NO, 增加血流, 改善组织供氧。文章采用测序和PCR-RFLP技术检测藏鸡及低地鸡iNOS基因编码区、5′侧翼区(2.0 kb片段)序列和3′侧翼序列SNP, 并测定低氧和常氧孵化时鸡胚尿囊绒毛膜组织iNOS基因表达量和酶活力。结果在iNOS基因 5′侧翼区发现一个与低氧适应相关的藏鸡高频率突变SNP位点(-870C→T), 藏鸡该突变的等位基因T频率高于低地鸡种。藏鸡iNOS基因表达量和酶活力在低氧孵化环境中多高于矮小鸡。结果表明藏鸡群体iNOS基因的突变及其低氧表达量的增加是其适应低氧环境的重要基础。     

藏鸡线粒体全基因组序列的测定和分析

通过PCR扩增,测序,拼接,获得藏鸡（Tibetan Chicken）线粒体全基因组序列并进行数据分析处理。藏鸡线粒体全基因组序列全长16783bp,共有13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个D-loop区。模拟电子酶切结果显示,藏鸡DraI酶的酶切结果和先前报道的原鸡,茶花鸡,尼西鸡和大理漾濞黄鸡的酶切结果都不相同,为藏鸡特有。基于D-loop区全序列和13个蛋白质编码基因序列,采用N-J算法与原鸡属4个种,3个亚种和3个家鸡品系构建系统进化树：初步确定藏鸡起源于红原鸡,与家鸡中的来航鸡、白洛克鸡亲缘关系最近,但是藏鸡的进化与来航鸡、白洛克鸡这两个家鸡品系又显得相对独立。推测可能原因是藏鸡的祖先在进入高原以后处于相对封闭的环境,从而形成了独特群体遗传特性。     

人胚胎干细胞和拟胚体基因表达谱的初步分析

利用人类全基因组Affymetrix芯片检测人胚胎干细胞与其自发分化7d的拟胚体之间的差异表达基因.结果显示:与未分化的人胚胎干细胞相比.在分化7d的拟胚体中表达下调2倍及以上的已知和未知基因共有1100个,表达上调2倍及以上的已知或未知基因共有2283个.利用Gostat对这些差异表达基因进行功能分析,发现它们分别与细胞的生物代谢过程、信号传导通路、系统发育、细胞分化、分子功能及亚细胞组分相关.胚胎干细胞具有自我更新能力,是研究早期胚胎发育理想的细胞模型,因此对差异表达基因的功能研究有助于了解维持人胚胎干细胞自我更新的分子机制以及胚胎发育早期的分子事件.     

短时低氧处理后表皮细胞差异表达基因及相关通路分析

目的探讨短时低氧处理后表皮细胞HaCaT转录组差异并找出低氧微环境下表皮细胞关键调控基因。方法本研究分低氧组和常氧对照组,低氧组在1%浓度低氧孵箱中培养30 min,常氧组在常规孵箱中培养30 min,其后采用Trizol法提取总RNA,采用基因芯片技术筛选差异基因,进一步对差异基因采用GO及KEGG Pathway分析关键调控基因。同时采用qRT-PCR对结果进行验证。结果与对照组相比,低氧微环境处理后表皮细胞上调基因5 416个,下调基因5 060个;GO及KEGG Pathway分析显示差异基因涉及氧化应激、免疫应答、转录因子调控、细胞迁移、信号转导通路及趋化性等。进一步的分析发现,显著调控的基因DDIT3、CCL20以及IL6基因在低氧调控中起着重要作用。同时qRT-PCR验证结果与芯片结果一致。结论低氧微环境下表皮细胞除氧化应激外,细胞迁移相关基因扮演着重要作用,同时发现表皮细胞能上调基因CCL20以及IL6、下调基因DDIT3在大部分调控中均发挥着重要作用,这些分子对揭示表皮细胞迁移调控及创面愈合机理具有重要的研究价值。     

藏鸡胚胎的低氧适应特征及其血红蛋白突变效应

藏鸡能在4200 m以上海拔正常繁衍生息, 但低地鸡在模拟4200 m海拔(12.0%O₂)条件下孵化却只有3.0%的孵化率. 在两品种全期低氧和阶段低氧模拟孵化实验中, 4200 m全期低氧揭示4~11天是隐性白与藏鸡阶段存活率相差最悬殊的阶段, 12~21天相差极显著, 1~3天相差不显著. 但4200 m阶段低氧只能造成两品种孵化率显著差异, 而并不足以造成低氧阶段间阶段死亡率显著差异, 结果显示藏鸡具有优越的克服低氧损害后期不良影响的能力. 对藏鸡和隐性白鸡血红蛋白7条链全部编码序列进行多态分析, 筛选到α^D链编码基因的一个低氧功能突变位点(Met- 2D(B13)-Leu). 该突变基因为藏鸡独有, 其频率随着海拔升高而升高, 而且该突变基因频率越高的群体, 孵化率越高. 以鸡的HbD晶体为模板, 对突变血红蛋白结构和功能进行了同源预测, 结果表明Leu替代Met提供了一个更疏水环境, 有利于血红素的稳定, 从而提高了血红蛋白的血氧亲和力. 突变(Met-32D(B13)-Leu)发生的时间和地点与藏鸡家养化时间和地点密切相关.     

不同海拔饲育的麦洼牦牛肺脏组织转录组学分析

为了探讨牦牛适应高海拔低氧环境的基因表达特征与规律,对在高海拔（3 560 m）和低海拔地区（478 m）饲育4个月的2.5~3岁健康雄性麦洼牦牛肺组织进行转录组测序。转录组测序采用Illumina高通量测序平台(HiSeqTM2500/4000)进行,并以qRT-PCR验证差异表达基因的表达量。结果显示,高海拔组牦牛肺脏转录组平均每个测序样本得到约5.76亿条Clean Reads,低海拔组牦牛中得到约6.10亿条Clean Reads,比对到参考基因组上的Reads数分别占91.74%和91.28%以上,共发现了2 047个新转录本。低海拔组与高海拔组牦牛肺脏组织之间共有199个差异表达基因,其中含89个差异上调表达基因和110个差异下调表达基因。所得差异表达基因富集在297个GO条目和146个KEGG通路中,包含62个低氧适应相关的GO条目和35个低氧适应相关代谢通路。其中低氧适应相关GO条目在生物过程、细胞组成和分子功能三种类别中占比最多的分别为细胞粘附、蛋白复合物和钙离子结合。低氧适应相关KEGG通路中占比最多的为肿瘤坏死因子(TNF)信号通路,其次为低氧诱导因子1(HIF-1)信号通路。qRT-PCR验证结果显示,Ⅱ类人类白细胞抗原α链(HLA-DOA、HLA-DRA)、补体因子 (C2)和甘露糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶1（MASP1）基因的表达量变化与转录组测序结果相符。本研究为全局和深入理解牦牛肺组织转录本表达对高海拔低氧的响应提供了有价值的切入点。     

低压低氧对小鼠精子发生及其小RNA表达的影响

作为青藏高原最为关键的环境因子,低压低氧对高原非习服动物繁殖和生殖系统功能有不利影响。已有的研究表明,低氧环境会导致雄性生殖细胞凋亡、精子畸形率升高、精子质量下降,进而影响受精和早期胚胎发育,但目前缺乏低氧损伤精子功能的机理研究。小RNA (small RNA) 是在转录后及翻译水平上调控基因表达的重要功能分子,不同类型的small RNA通过诱导基因沉默或调控翻译等方式参与调节精子发生。本研究通过低压氧舱模拟海拔5 000 m处理4周建立缺氧小鼠模型,发现低氧处理导致小鼠曲精细管中生精细胞排列紊乱,精子数量未发生显著变化但畸形率增加17.5倍 (P < 0.001)。通过small RNA测序发现,低氧组小鼠精子中的small RNA碱基偏好性与对照组一致,第一碱基对尿嘧啶 (U) 有很强的偏好性。低氧组小鼠精子中21 nt长度的small RNA比例显著减少4.4% (P < 0.05)。低氧组小鼠精子中piRNA、tsRNA表达无差异,但miRNA表达上调21个,下调58个。对差异miRNAs靶基因与相同低氧处理小鼠睾丸组织差异基因比对,共比对到831个差异表达基因,其中上调miRNAs的靶基因中有429个差异表达基因;下调miRNAs的靶基因中有813个差异表达基因。此外,上调miRNAs的靶基因富集在FoxO信号通路、甲状腺激素信号通路、类固醇生物合成和HIF?1信号等通路,而下调miRNAs的靶基因富集在脂肪酸代谢等通路。本研究获得了缺氧小鼠精子small RNA变化图谱,对人类和其他动物在缺氧环境下精子表观遗传修饰变化的研究具有参考价值。     

用基因芯片筛选前列腺癌LNCaP和C4-2细胞系中差异表达的基因

目的：筛选与前列腺癌进展相关的功能基因。方法：利用Affymetrix公司的人类金基因组U133A芯片,筛选在前列腺癌细胞系LNCaP和C4-2中差异表达的基因,并用RT-PCR方法验证部分差异基因的表达。结果：芯片筛选结果表明,与LNCaP细胞系相比,C4-2细胞系中217个基因转录本表达上调,101个基因转录本表达下调;对其中45个基因进行了RT-PCR验证,证明35个基因转录本的表达结果与芯片筛选一致。结论：筛选出了在LNCaP和C4-2细胞系中显著差异表达的基因35个,为进一步研究前列腺癌进展的机制奠定了基础。     

鸡胰岛素降解酶基因环状转录本克隆及其表达规律

本课题组前期通过高通量测序发现,鸡胰岛素降解酶(insulin degrading enzyme, IDE)基因可能存在一个环状转录本。为确定IDE基因环状转录本(circIDE)的真实存在,探究其表达规律,本研究以吉林芦花鸡为研究对象,通过PCR扩增和测序验证了circIDE的真实存在,通过RNase R处理和反转录证实了circIDE的环形结构,通过qRT-PCR分析circIDE和IDE mRNA的时空表达规律,并对比分析了circIDE和线性IDE mRNA在正常体型芦花鸡和GHR突变的矮小体型芦花鸡中的表达差异。结果表明:鸡circIDE全长为1332 nt,由IDE基因外显子2～11环化形成。RNase R耐受性分析表明,鸡circIDE具备环形分子的一般特征,不易被RNase R降解。与oligo-d(T)18引物相比,随机引物对circIDE具有较高的反转录效率,进一步说明circIDE是一个不含poly(A)的环状结构分子。组织表达谱结果表明,circIDE在1周龄和12周龄正常体型芦花鸡肝脏和心脏高表达,在胸肌和腿肌中低表达;circIDE在肝脏组织的时序表达谱结果表明,circIDE在鸡6周龄之前为低表达,在8周龄以后表现为高表达;正常与矮小体型芦花鸡品系间circIDE表达量对比分析表明,正常体型芦花鸡circIDE表达水平高于矮小体型芦花鸡,其中在肝脏组织中差异显著(P0.05)。本研究证实了鸡IDE基因存在一个环状转录本circIDE,并初步揭示了circIDE的表达规律,circIDE在正常体型和矮小体型芦花鸡肝脏组织中表达量存在差异,本研究结果为深入开展鸡circIDE的生物学功能及其在鸡生长发育过程中的作用机制奠定了基础。     

水稻长穗颈eui突变体长选3S最上节间基因差异表达研究

利用水稻全基因组芯片和半定量PCR对水稻长穗颈eui突变体长选3S与对照培矮64S最上节间快速伸长期的基因差异表达分析,在检测到的56 983芯片杂交点只发现527个差异表达转录本,其中上调表达的362个,下调表达的165个.生物信息分析发现,差异表达的转录本包括信号传导相关基因、膜及运输基因、细胞生长与凋亡相关基因、复制与修复相关基因、碳代谢相关基因,次生代谢物合成相关基因和其它功能未知基因.研究结果为了解水稻最上节间伸长机制提供了非常有用的信息.     

动物抗低氧胁迫相关基因的表达调控机制

体内氧浓度的稳定是机体维持自身功能的一个必要条件。在低氧条件下,机体内部在低氧信号的刺激下形成一个强大的防御体系以保护自己的组织。在采取防御的过程中,低氧诱导因子-1 (hypoxia inducible factor-1,HIF-1)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)、核因子-κB (nuclear factor-κB, NF-κB)等基因表达上调。HIF-1是一个与低氧胁迫相关的转录因子,它的激活与体内氧浓度相关。VEGF是HIF-1下游的一个靶基因,它是至今发现的一个在促血管新生方面起着最关键作用的因子。NF-κB能够抑制由低氧引起的细胞凋亡。以上这些基因在动物抗低氧胁迫方面起着重要作用,综述了低氧条件下HIF-1、VEGF、EPO、NF-κB的功能、表达特性以及调控机制。     

人体肝癌细胞急性低氧及低氧习服差异表达基因分析

本文分析了人体肝癌细胞(HepG2)急性低氧处理以及低氧习服处理后基因表达谱的改变。急性低氧处理为细胞在1％氧气中培养48h,低氧习服处理为细胞在1％氧气中培养24h,常氧培养24h,以此作为一个周期,重复6个周期。联合应用抑制消减杂交技术和cDNA芯片技术,筛选HepG2细胞经急性低氧处理与正常培养细胞相比差异表达的基因,以及经低氧习服处理细胞与正常培养细胞相比差异表达的基因。结果显示,HepG2细胞经急性低氧处理与在常氧条件下培养相比,差异表达的基因有37个,表达水平全部表现为下调,其中包括参与细胞周期、细胞应激、细胞信号转导、细胞骨架形成、转录相关蛋白及细胞代谢相关蛋白的基因,1个未知基因序列、4个EST序列、5个线粒体蛋白基因,另外有功能不明的蛋白质基因12个。低氧习服处理的细胞与常氧条件下培养的细胞相比,差异表达的基因有6个,其中包括两个线粒体蛋白基因、金属蛋白酶1基因、转铁蛋白基因、Thymosin ．beta-4和TPT1基因。其中线粒体蛋白ND4、转铁蛋白、Thymosin.beta-4和TPT1基因的表达呈上调,线粒体NDl及金属蛋白酶1基因的表达水平呈下调。经低氧习服处理后,细胞低氧耐受力提高,低氧习服处理细胞基因的表达与急性低氧处理细胞和正常培养细胞的基因表达不同,这种变化可能与低氧习服细胞低氧耐受力的增强有关。     

表达绿色荧光蛋白的重组鸡传染性支气管炎病毒的构建

为探讨鸡传染性支气管炎病毒(IBV)作为载体表达外源基因的可行性,本研究根据IBV H120疫苗株的全基因组序列设计引物,采用RT-PCR方法分10个片段对其基因组进行扩增,并克隆至pMD19-T载体中;同时构建IBV基因组5a基因编码区被增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因替换的重组质粒。采用体外拼接策略,将BsaI酶切处理的10个基因片段顺序连接,构建5a基因编码区被EGFP基因替换的基因组全长cDNA,其5’端具有完整的T7 RNA聚合酶启动子核心序列,3’端具有polyA尾巴结构。然后通过T7 RNA聚合酶体外转录系统合成病毒基因组RNA,脂质体转染BHK-21细胞进行病毒拯救。结果表明成功的从基因组全长cDNA拯救出重组病毒H120-5a/EGFP株,其在鸡胚中能有效的复制和传代,并表达绿色荧光蛋白;5a基因的缺失并不影响病毒对鸡胚的致病性。本研究为进一步开展IBV的分子致病机理、载体疫苗等研究奠定了基础。     

猪瘟病毒感染猪白细胞凋亡基因表达谱变化的研究

为了了解CSFV感染引起猪细胞凋亡的分子机制,利用基因芯片分析了猪感染CSFV前后基因组转录水平的变化。分离攻毒前和攻毒后猪外周血白细胞(Peripheral blood leucocyte,PBL),提取总RNA,经反转录和体外转录得到cRNA,与Affymetrix猪全基因组cDNA芯片进行杂交分析,筛选差异表达的凋亡基因。结果显示,感染猪的PBLs中共筛选到24个涉及细胞凋亡有关基因发生2倍以上变化,并对差异表达的12个宿主细胞凋亡相关基因,用荧光定量RT-PCR进行了验证。功能分析显示,这些凋亡基因的表达变化与CSFV诱导宿主细胞凋亡的机制有关。本文首次用猪全基因组芯片研究了CSFV感染诱导宿主基因的表达变化,建立了CSFV感染猪细胞凋亡相关基因的表达谱,初步阐释了CSFV感染诱导宿主细胞凋亡的分子机制。     

microRNA与心脏疾病

microRNA是植物和动物基因组编码的小分子非编码RNA.这种高度保守、长21～25个碱基RNA分子通过与mRNA的3'非编码区结合来调控基因组表达.microRNA通过其转录后调控机制在胚胎发育、细胞增殖,细胞分化、细胞死亡及细胞凋亡中发挥调控作用.近期研究发现,microRNA的异常表达可导致心脏疾病的发生、发展.现对microRNA在心脏发育、心肌肥厚和心肌重构、心力衰竭和心律失常等过程中的作用进行综述.