野生动物种群DNA甲基化进展分析

DNA甲基化通常是指胞嘧啶第5位碳原子和甲基基团的共价结合,可调节基因表达程度,参与有机体的重要生命过程,是目前研究最为透彻的表观遗传过程之一。环境变化可以诱导DNA甲基化的变异,这可能是有机体适应新环境的有效途径之一。研究表明,在不同环境下生存的野生动物,其种群内和种群间均存在显著的DNA甲基化差异;同时,相对于遗传多态性水平,野生动物具有更高的表观遗传多态性水平,表明至少有一部分的表观遗传变异独立于遗传变异,这是DNA甲基化具备潜在进化作用的一个先决条件。DNA甲基化变异可能促进了野生动物种群表型多样化,且一些变异的DNA甲基化模式和水平可跨代遗传,可使其快速适应新环境,有助于种群的扩散和进化。这些研究有助于深入理解野生动物种群中非遗传分歧诱导的一些可遗传的表型现象,洞察野生动物种群环境适应性的表观遗传机制,以及DNA甲基化在物种进化中具有的潜在作用,同时我们也对野生动物种群DNA甲基化研究工作的不足进行了探讨和展望,为野生动物种群的表观遗传研究提供理论依据。     

组蛋白赖氨酸甲基转移酶2D调控H9c2细胞中HIF-1α/VEGF通路

组蛋白赖氨酸甲基转移酶2D (histone-lysine N-methyltransferase 2D, KMT2D) 作为主要的组蛋白3第4位赖氨酸 (H3K4) 甲基转移酶,在调控胚胎发育、组织分化、代谢和肿瘤抑制方面发挥重要作用。在小鼠体内,敲除Kmt2d会导致严重的心脏发育缺陷最终造成胚胎期死亡。低氧诱导因子-1α (hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α) 作为调节细胞应对低氧的关键转录因子,能够调控多种下游基因转录。有相关研究揭示,表观遗传调控者能够调节HIF-1α的稳定性和活性。同样,作为表观遗传调控者的组蛋白甲基转移酶KMT2D是否参与低氧条件下HIF-1α对下游基因的调控,目前仍未知。在本研究中,观察在Kmt2d正常或缺乏的情况下,心肌细胞H9c2对低氧环境的应答反应。结果显示,与常氧条件相比,低氧状态下HIF-1α、组蛋白乙酰化酶P300、KMT2D及其介导的H3K4一甲基化 (H3K4 mono-methylation, H3K4me1)的蛋白质水平增加 (P<0.05);HIF-1α下游基因血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor, Vegf) 的mRNA表达水平明显上调 (P<0.01)。染色质免疫共沉淀实验 (chromatin immunoprecipitation assay, ChIP-qPCR) 检测结果显示,H3K4me1和组蛋白3第27位赖氨酸乙酰化 (histone 3 lysine 27 acetylation, H3K27ac) 在Vegf基因启动子区域的结合丰度明显增加 (P<0.05)。低氧条件下沉默Kmt2d之后,H3K4me1蛋白水平和Vegf的mRNA表达下降 (P<0.05)。本研究表明,低氧条件下KMT2D参与调控HIF-1α和下游基因Vegf的表达。     

琥珀蚕孵化酶基因AaHE的克隆及启动子活性分析

【目的】琥珀蚕Antheraea assama具有典型的野蚕特征,蚕卵孵化不齐,严重影响琥珀蚕的室内规模化饲养。本研究旨在探究对琥珀蚕卵孵化起关键作用的孵化酶(hatching enzyme)基因及其启动子序列特征,为进一步选择合适的抑制剂或促进剂调节琥珀蚕卵的孵化奠定基础。【方法】采用RACE技术克隆琥珀蚕孵化酶基因的cDNA全长序列,对基因序列进行生物信息学分析;采用qRT-PCR检测琥珀蚕孵化酶基因在琥珀蚕不同发育天数卵中及5龄第3和4天幼虫不同组织(丝腺、马氏管、头、中肠、脂肪体、表皮、血液、精巢和卵巢)中的表达情况;采用染色体步移克隆琥珀蚕孵化酶基因的启动子序列,构建昆虫细胞重组表达载体转染家蚕Bombyx mori BmN细胞,检测琥珀蚕孵化酶基因启动子活性。【结果】获得了琥珀蚕孵化酶基因AaHE(GenBank登录号： KT336227.1)全长cDNA序列,长993 bp,编码294个氨基酸,预测蛋白质分子质量为33.7 kD,理论等电点为5.17。AaHE氨基酸序列含有一个信号肽和一个ZnMc结构域,AaHE是一种含有HExxH锌结合位点的锌依赖性蛋白水解酶,该类酶既是肽酶,同时又是一种消化酶。AaHE在琥珀蚕孵化前的卵及5龄幼虫中肠中特异性高表达,分别与AaHE的肽酶和消化酶的属性相吻合。AaHE启动子核心区存在多个转录因子结合位点,这可能与转录因子参与调节AaHE的表达有关。启动子活性分析表明,AaHE启动子在家蚕BmN细胞中能够启动EGFP基因的表达,具有明显的启动子活性。【结论】AaHE是锌依赖性蛋白水解酶,其启动子核心区存在多个转录因子结合位点。本研究为选择合适的抑制剂或促进剂调节琥珀蚕卵的孵化率提供了参考。     

利用CRISPR/Cas9系统检测果蝇细胞中组蛋白甲基化修饰对20E信号传导的调控

【目的】利用CRISPR/Cas9基因敲除系统在黑腹果蝇Drosophila melanogaster细胞中筛选并检测组蛋白甲基化修饰对蜕皮激素20 羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)信号传导的调控。【方法】通过Flybase网站分析并总结黑腹果蝇组蛋白甲基转移酶及其修饰位点;将5个组蛋白甲基转移酶基因［trr, Mes-4, ash1, Su(var)3-9和egg］的sgRNA插入到敲除载体pAc-sgRNA-Cas9骨架中并转染黑腹果蝇Kc细胞,利用TA克隆和测序鉴定突变位点。以Trr正调控20E初级应答基因Br-C的转录表达为阳性对照,利用qRT-PCR和Western blot检测该系统敲除靶基因的有效性;通过检测20E应答元件(20E response element, EcRE)双荧光素酶活性确定trr, Mes-4, ash1, Su(var)3-9和egg是否参与20E信号传导。【结果】果蝇组蛋白甲基化修饰主要发生在组蛋白H3的赖氨酸残基上,H3的精氨酸残基和组蛋白H4的甲基化修饰较少。trr敲除载体pAc-trr-sgRNA-Cas9转染Kc细胞后成功突变trr,降低H3K4三甲基化水平并阻断20E对其初级应答基因Br-C的转录诱导,证明该敲除系统的有效性。除trr之外,Mes-4和egg的敲除降低EcRE的双荧光素酶活性。【结论】插入靶标基因sgRNA序列的pAc-sgRNA-Cas9敲除载体在果蝇Kc细胞中可以有效快捷地突变靶基因。利用该敲除系统发现,除Trr之外,Mes-4和egg影响EcRE的活性而参与20E信号传导。本研究为昆虫细胞CRISPR/Cas9介导的基因敲除和组蛋白甲基化修饰调控20E信号传导的深入研究提供了理论依据与工作基础。     

一种基于lacZ基因和pUC复制子的原核启动子报告系统的构建及评价

为构建一种具有广泛适用性的原核启动子报告系统,以质粒pFLX107为骨架,通过多克隆位点替换和序列改造,构建出基于lacZ基因和pUC复制子的pFGH系列报告载体,然后以lacZ基因缺失株MC4100为宿主菌筛选背景活性最低的质粒作为最终的报告系统,并利用诱导型启动子araBAD和组成型启动子rpsM分别对其进行测试。结果显示,在所构建的pFGH系列质粒中,pFGH06的背景活性显著低于同系列其他质粒,在28 ℃培养条件下甚至显著低于低拷贝参考质粒pRCL的活性 (P<0.01)。进一步的评估测试显示,质粒pFGH06可用于诱导型启动子或组成型启动子的克隆及活性测定,且在模拟应用于启动子筛选时,通过蓝白斑筛选即可实现对目标启动子的完全识别。与已报道的原核启动子报告系统相比,pFGH06具有体积小、克隆位点多、背景活性可调、对启动子筛选识别效率高等优点,具有广泛的应用前景。     

染色质调节元件与不同启动子的相互作用对基因表达调控的影响

为探究DNA序列元件对不同启动子调节转基因稳定表达的影响,利用遍在染色质开放元件 (Ubiquitous chromatin opening elements,UCOE) 和基质黏附序列 (Scaffold/matrix-attachment regions,MAR) 分别与含增强子的oct4基因启动子、含CpG岛的sox2基因启动子和不含调控元件的nanog基因启动子以及同时包含增强子和CpG岛的CMV启动子组合构建pOCT4-MAR、pOCT4-UCOE、pSOX2-MAR、pSOX2-UCOE、pNANOG-MAR、pNANOG-UCOE、pCMV-UCOE、pCMV-MAR等质粒,分析这些质粒稳定转染后的表达量和嵌合表达差异。结果发现,UCOE与含增强子元件的oct4启动子组合能较稳定高效表达,而MAR与含CpG岛的sox2启动子组合能较稳定高效表达。利用排除位置效应原因的嵌合表达对染色质高级结构调控基因表达的稳定性分析表明：(1) 通常情况下UCOE比MAR调节的表达载体的表达更高效和更稳定;UCOE连接含CpG岛的启动子形成开放染色质调节的高表达更稳定;(2) MAR与启动子上TATA盒或增强子可能通过染色质环产生高表达,但相对不稳定。结论：染色质调节元件UCOE和MAR与启动子调控元件之间能通过染色质开放状态或染色质环调控基因稳定表达。     

胰腺癌的生物学临床诊断研究进展

胰腺癌(pancreatic cancer,PC)是一种发病率接近死亡率、死亡率极高的恶性肿瘤。由于胰腺癌早期无明显病症,许多病人确诊时已是癌症末期,错过了最佳的治疗时期,预后极差,因此,迫切需要高效的胰腺癌早期诊断生物标志物。随着高通量测序技术(next-generation sequencing,NGS)、高分辨质谱技术以及生物信息技术等的发展与应用,很多关于胰腺癌诊断的生物标志物不断被发现,如糖蛋白、突变基因、甲基化DNA、非编码RNAs(如miRNA、lncRNA、circRNA)等。本文旨在对胰腺癌生物标志物的临床诊断价值进行总结,以期为胰腺癌的早期诊断和治疗提供一定的参考。     

茶菊品种‘14-C-1’的CmF3H基因及启动子克隆与表达分析

该研究以自育茶菊品种‘14-C-1’为材料,克隆了一个黄烷酮3-羟化酶(F3H)基因,命名为CmF3H。生物信息学分析表明,‘14-C-1’CmF3H的cDNA序列(GenBank登录号MW454869)全长为1284 bp,开放阅读框为1095 bp,编码364个氨基酸,编码蛋白的理论分子量为41.19kD,等电点为5.57,不稳定系数为39.51,平均亲水性-0.465,脂肪系数为83.02。氨基酸序列分析表明,‘14-C-1’CmF3H蛋白属于2-酮戊二酸依赖双加氧酶(2-ODD)蛋白家族,具有2-酮戊二酸双加氧酶结构域。系统发育分析结果显示,‘14-C-1’与菊花栽培种‘SU07’处于同一进化节点上,二者亲缘关系最近。采用染色体步移方法克隆了‘14-C-1’CmF3H启动子序列(GenBank登录号MW463894),全长1217 bp,启动序列分析发现其含有光响应元件、干旱和ABA响应元件、MYB识别和结合位点和组织器官发育元件等。实时荧光定量PCR分析表明,CmF3H在‘14-C-1’的根、茎、叶、花蕾、舌状花和筒状花等不同组织部位均有表达,在筒状花中表达量最高,其次为茎、叶、花蕾、舌状花,根中表达量最低。该研究结果为进一步揭示菊花黄酮类化合物的生物合成机制奠定了基础。     

蛹虫草组学研究进展

作为虫草属的模式种,蛹虫草是目前虫草类真菌中研究和应用最为广泛的物种之一。随着基因组序列的公布,蛹虫草组学水平的研究近年来取得了明显的进展。本文从基因组、线粒体基因组、甲基化组、转录组、蛋白质组、代谢网络等角度对蛹虫草组学水平的研究现状进行综述,期望对进一步推动蛹虫草的深入研究提供帮助。