细菌Ⅱ组内含子（GroupⅡintron）的转移机制

摘要: 约14年前在真核生物中发现的Ⅱ组内含子不仅具有催化功能,而且是可移动的逆转录元件。近年来研究发现细菌中也有可移动的Ⅱ组内含子,它们能够逆转录归巢进入同源无内含子的等位基因位点或者逆转录转座进入非等位基因位点。本文试图从细菌Ⅱ组内含子编码蛋白的活性功能域的组成与Ⅱ组内含子转移发生途径之间的联系,综述已知细菌Ⅱ组内含子主要的移动机制。同时,依据作者多年来研究海洋蓝细菌Ⅱ组内含子编码蛋白对Ⅱ组内含子剪接机理的结果,探讨了海洋蓝细菌Ⅱ组内含子是否会发生转移以及可能的转移方式,探讨了Ⅱ组内含子在生物基因组中发生转移的生物学意义。     

异源生物中筛选高剪接活性Intein系统的建立

原始物种体内蛋白质内含子（intein）介导的自催化蛋白剪接反应以100%效率进行.当这些蛋白质内含子被克隆入异源物种时,其剪接效率往往大大降低,绝大多数甚至完全失去剪接能力.本研究根据蛋白质内含子剪接活性与蛋白质外显子（extein）C端第1个保守氨基酸直接相关的特点,设计含有所有这些保守氨基酸的多个短的蛋白质外显子序列,通过PCR引入到卡那霉素抗性蛋白（KanR）的不同位点中,在此外显子中克隆入相应的蛋白质内含子,构建在大肠杆菌中依赖卡那霉素抗性来筛选高剪接活性蛋白质内含子的系统.结果显示,卡那霉素平板上菌落生长的结果与Western印迹检测的结果基本一致.说明建立的筛选高剪接活性蛋白质内含子系统成功.这种含有可选择蛋白质外显子的筛选系统,将蛋白质剪接与卡那霉素抗性相结合,直接从平板上观测剪接结果,成为快速、稳定筛选在异源物种中具有剪接活性蛋白内含子的新手段.     

基于卡那霉素抗性建立的研究I类内含子结构与功能关系的系统

Ⅰ类内含子（group I intron）是研究RNAs结构与功能关系的理想元件, 在 解释RNA折叠理论、催化机制等方面起着重要作用;对其结构与功能关系的研究也 因此成为一个非常重要的课题. 本研究建立了一个基于卡那霉素抗性进行Ⅰ类内含子结构与功能关系研究系统,将源于海洋蓝细菌Nostoc punctiforme（Npu）核糖核酸还原酶基因（ribonucleotide reductase,Rir）中的1个Ⅰ类内含子插入到pDrive质粒的卡那霉素抗性基因（kanamycin resistance gene,KanR）内构建得pKR12质粒并转化大肠杆菌（E.coli）. 只有内含子剪接的阳性克隆才能生成 KanR蛋白并在Kan抗性平板上生长. 结果显示,pKR12转入E.coli后不能在Kan抗性 平板上生长, RT-PCR检测仅可见前体带, 表明插入到KanR中的Npu Rir内含子没有发生剪接. 随后通过易错PCR建立内含子的随机突变库并用Kan抗性筛选进行定向演化, 产生有剪接活性的内含子突变体, RT-PCR检测显示剪接发生. 由于内含子剪接活性的改变可通过Kan抗性变化在LB平板上得以反映, 因此该系统有望成为简单快速地研究Ⅰ类内含子结构与功能关系的有利工具.     

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Intron)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(group Ⅱ intron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两 侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能 够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质（内切核酸酶活性和逆转录酶活性）.本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径     

大腹圆蛛Fosmid文库的构建及MaSp基因筛选方法的探讨

介绍了构建大腹圆蛛Fosmid基因组文库及牵引丝蛋白(MaSp)基因克隆筛选的全过程.采用改良CTAB法提取大片段基因组DNA,通过自主构建的电洗脱核酸回收装置分离回收30～40kbDNA片段,经补平磷酸化、与pCC2FOS载体连接、体外包装和转染EPI300TM-T1R,首次构建了无偏向性的大腹圆蛛Fosmid文库,其滴度为4.5×105cfu/mL,覆盖基因组倍数为10.以α-32P标记寡核苷酸探针对文库进行初步筛选,获得含MaSp基因的12个阳性克隆.该文库符合Fosmid文库的品质要求,为进一步筛选并研究大腹圆蛛MaSp基因序列奠定了基础.     

拟南芥中一个新的snoRNA基因簇的鉴定及结构分析

在拟南芥中发现和鉴定了Z2 snoRNA基因簇, 该基因簇由4个相同的 Z2 snoRNA 基因组成,分别命名为Z2a, Z2b, Z2c和Z2d. 在Z2 snoRNA基因簇的基因间隔区中没有发现已知的植物snoRNA基因保守的启动元件,因此,Z2 snoRNA基因簇是由一个上游启动子控制转录的. 对Z2 snoRNA基因间隔区序列的二级结构分析也表明,在3个基因间隔区中都编码一种与酿酒酵母snoRNA前体切割加工的识别信号类似的发夹结构. Z2 snoRNA基因簇的发现,揭示出植物snoRNA基因具有多拷贝的特点,并为进一步研究植物snoRNA基因簇的转录和转录后的加工机制提供了一个良好的研究体系.     

一种提取蜘蛛基因组DNA的有效方法

介绍了用尿素法提取蜘蛛基因组DNA。通过与其他DNA提取方法相比较,证明尿素法具有可在室温条件下进行、DNA得率高、完整性好、简单快速等优点。以提取的DNA为模板进行PCR扩增,获得预期大小的、高重复、高GC含量的编码蜘蛛牵引丝蛋白基因的DNA片段。     

大腹园蛛次壶腹腺丝的表达

基于大腹园蛛次壶腹腺丝Minor Ampullate Spidroin全长编码基因最新报道,研究了该基因的表达。利用PCR扩增该基因重复区一段长1 348 bp的片段P1,融合his-tag标签,构建酵母表达载体,在毕赤酵母菌GS115进行表达。同时构建大肠杆菌表达载体,在大肠杆菌BL21(DE3)中进行表达。SDS-PAGE和Western blotting检测结果表明,P1在两种表达系统中均可实现表达。研究结果显示:P1在GS115中的表达经优化后产量、产率有较大提高,且远高于BL21(DE3)中的表达,相应的纯化效率GS115也远高于对照BL21(DE3)的表达。研究表明酵母表达系统更适合重复度高、且富含Gly/Ala的天然蛛丝蛋白基因的表达,为表达全长天然MiSp编码序列提供前期实验基础,也为大规模蛛丝蛋白的重组表达建立了平台。     

利用小肽控制的基于蛋白质内含子非层析标签制备重组蛋白(英文)

基于蛋白质内含子的蛋白质纯化自我断裂标签已经被广泛使用超过15年之久.但这一系统体内表达过程的提前断裂一直是限制这一技术广泛应用的瓶颈,特别是在需要高温表达和长表达周期的真核表达系统中.本研究介绍了一种利用小肽控制的基于蛋白质内含子和非层析标签ELP(elastin-like polypeptide)的自我断裂系统.在这一系统中,蛋白质内含子的体内外活性严格受到其结构互补小肽控制.在体内表达不含有互补小肽时,蛋白质内含子不具有活性;而在体外添加结构互补小肽,蛋白质内含子结构恢复并发生C端断裂反应释放目的蛋白.由于非层析标签ELP的引入,因此整个纯化过程可以简单地通过几步机械沉淀完成.此外,这一系统反应pH、小肽与前体蛋白之间的摩尔比及断裂速率也一并进行了系统的研究.     

高剪接活性断裂蛋白质内含子的体内切割

蛋白质内含子介导的断裂(切割)反应被用于蛋白质纯化、连接和环化等,但目前仍存在断裂效率低、断裂反应的不可控、产物复杂等问题。蛋白质内含子的定点突变可导致其N端或C端断裂。其末位氨基酸突变则剪接反应第3步天冬酰胺环化无法进行,发生N端断裂;其首位氨基酸发生突变则剪接反应第一步酰基重排及其后续步骤均无法进行,而天冬酰胺环化仍可进行,发生C端断裂。利用已获得的高剪接活性的S1和S11型断裂蛋白质内含子Ssp GyrB,分别将其参与剪接反应的首位半胱氨酸或末位天冬酰胺突变为丙氨酸,构建能够发生一端断裂的断裂蛋白质内含子。研究结果表明,突变后断裂蛋白质内含子的剪接反应几乎不发生,其断裂活性有不同程度的提高,获得了在大肠杆菌体内具有较高效断裂活性的断裂蛋白质内含子。这将为进一步研究其体外可控性剪接、构建高效的蛋白纯化系统和深入研究蛋白质内含子的剪接机制提供基础。