碱基编辑器的开发及其在细菌基因组编辑中的应用

碱基编辑器是近两年发展起来的新型基因组编辑工具,它将碱基脱氨酶的催化活性和CRISPR/Cas系统的靶向特异性进行结合,催化DNA或RNA链上特定位点的碱基发生脱氨基反应,进而完成碱基的替换。碱基编辑器分为DNA和RNA碱基编辑器两大类,其中DNA碱基编辑器分为两种:胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器;前者可以实现胞嘧啶到胸腺嘧啶的转换,而后者则可以将腺嘌呤突变为鸟嘌呤。由于DNA碱基编辑器不会造成DNA的双链断裂(DSB),也不依赖于宿主的非同源末端修复和同源重组途径,因此,大大减少了DSB相关的编辑副产物,如小片段插入或缺失等。基于CRISPR/Cas系统的RNA碱基编辑器,可以实现RNA链上腺嘌呤核苷到次黄苷的转换。本文对不同类型碱基编辑器的开发过程、适用范围和编辑特点等进行梳理,并对其在细菌基因组编辑中的应用进行了介绍;最后简要探讨了细菌中碱基编辑器的缺点以及将来可能的研究方向。     

细菌信号传导调控元件的合成生物学研究进展

合成生物学的一个重要目标是设计、改造微生物(主要指细菌),使其能够自主执行复杂任务,如合成重要生物基产品(药物、生物燃料等)、疾病治疗以及环境修复等,造福人类社会.要完成这些任务,细菌必须依赖其信号传导系统,根据环境变化作出正确及时的应答.在长期进化过程中,细菌产生了众多不同的信号传导系统,给我们提供了大量宝贵的信号传导调控元件.通过对这些调控元件的合成生物学设计、改造,我们可以给细菌装备全新的信号传导系统,从而使其能够在工业生物技术及生物医学等应用中执行设定任务.     

猪圆环病毒2型ORF2基因序列分析及真核表达载体的构建

根据GenBank中猪圆环病毒2型(PCV-2)ORF2基因序列,设计一对引物,应用PCR从疑患断奶仔猪多系统消耗综合症(PMWS)的死亡仔猪组织病料中扩增出ORF2全基因(702bp).将此片段克隆入pGEM-T easy载体,筛选获得重组质粒pTORF2,并对此质粒中的插入序列进行了测序分析,结果表明本试验克隆的ORF2与美国PCV-2分离株AF264039的核苷酸及氨基酸序列同源性均达到100%,与其他PCV-2毒株同源性分别为92.3%～98 6%和92.3%～96.6%.重组质粒pTORF2经BamH I、EcoR V双酶切,回收ORF2基因,转移入真核表达载体pSec-Tag2/HygroB的相应酶切位点之间,构建成重组质粒pSecTagORF2.此重组表达载体的构建成功为进一步研究ORF2编码蛋白的生物学活性及建立PCV诊断试剂盒打下基础.     

天蓝色链霉菌中抗生素合成相关双组分调控系统AfsQ1/Q2上游信号传导机制的研究

链霉菌是重要的工业微生物,能够合成众多具有生物活性的次级代谢产物,如抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等.次级代谢产物的合成受到多层次严格调控,深入开展相关机制研究将对工业菌株的高效育种提供重要理论指导.链霉菌中存在的两类关键信号传导系统,包括双组分系统(two-component system,TCS)和胞质外功能σ因子(extracytoplasmic function σ,ECF-σ),它们在次级代谢过程中发挥着重要的调控功能,但至今对于它们如何协同调控次级代谢的分子机制知之甚少.在前期研究工作中,我们在链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中鉴定了一个参与抗生素生物合成调控的基因簇sigQ-afsQ1-4,其中sigQ编码ECF-σ因子(σ~Q),afsQ1/Q2编码一对TCS,afsQ3/Q4分别编码脂蛋白和跨膜蛋白.研究证实,TCS AfsQ1/Q2为抗生素生物合成的激活因子,sigQ的转录受到AfsQ1/Q2的直接调控,但σ~Q的功能正好相反,参与抗生素合成的负调控,即σ~Q对AfsQ1/Q2的功能存在拮抗作用.在前期工作基础上,本研究通过基因缺失突变体构建、转录分析等对sigQ/afsQ1-4基因簇内的基因功能及其相互作用关系进行了系统研究,并对σ~Q参与AfsQ1/Q2功能的拮抗机制进行了深入研究.结果显示,sigQ的缺失可显著下调膜蛋白基因afsQ4的表达,而在sigQ缺失突变体(ΔsigQ)中导入afsQ4可以很好回补突变体表型,由此表明afsQ4是σ~Q的下游调控靶点,σ~Q的调控功能可能一定程度上是通过AfsQ4来实现.进一步体外磷酸化实验分析发现,组氨酸蛋白激酶AfsQ2的磷酸化水平在afsQ4的基因缺失突变体显著降低,表明σ~Q可以借助膜蛋白AfsQ4拮抗AfsQ1/Q2的功能,最终协同调控抗生素的生物合成.     

随机引物PCR扩增鸡胚致死孤儿病毒DNA的研究

在电镜下观察鸭病毒性肝炎病毒鸡胚尿囊液种毒时,另看到一大小为70~80nm,无囊膜,20面体对称的病毒颗粒.为了解该污染病毒,作者挑选了4条随机引物对此未知病毒分别进行反转录PCR和直接PCR扩增,结果共扩增出3条基因片段,经测序(一个反应)后分析与禽腺病毒1型--鸡胚致死孤儿病毒基因组部分序列同源性分别高达99.5%、99.6%和99.5%.从而得知鸭病毒性肝炎病毒鸡胚尿囊液种毒受到了鸡胚致死孤儿病毒的严重污染.