快速、有效筛选新的功能基因——差异显示技术

真核生物mRNA差异显示技术 (DifferentialDisplay)的创立及其对该技术的一系列改进 ,为研究与生殖、发育、细胞分化、癌变、病变、衰老、程序化死亡及抗逆性与抗病性等生命过程有关的基因的差异表达 ,以及有关基因的分子克隆提供了有效工具。本文将简要叙述差异显示技术的优越性、主要缺陷、技术改进等方面的研究进展 ,和具体操作的注意事项。     

真核生物mRNA差显技术(Differential Display)的研究进展

真核生物ｍＲＮＡ差显技术（ＤｉｆｅｒｅｎｔｉａｌＤｉｓｐｌａｙ）的创立及其对该技术的一系列改进,为研究与生殖、发育、细胞分化、癌变、病变、衰老、程序化死亡及抗逆性与抗病性等生命过程有关的基因的差异表达,以及有关基因的分子克隆提供了有效工具。本文简要概述差显技术的原理、优越性、主要缺陷、技术改进等方面的研究进展。     

内生菌次生代谢产物提高玉米渗透胁迫抗性的表达谱分析

利用基因芯片技术对10%PEG渗透胁迫下植物内生菌次生代谢产物处理的玉米进行差异基因表达谱分析。结果显示,检测到的差异表达基因共计441个,其中上调表达基因147个,下调表达基因294个,参与21条代谢通路。采用晶芯生物分子功能注释系统V 3.0(MAS)将差异表达基因进行GO功能分类,其中45%基因参与各种生物学过程;18%基因与生成各种细胞组分有关;36%基因编码产物则与执行各种分子功能有关;1%与Gen Bank中功能未知序列相对应。KEGG代谢分析表明差异表达基因广泛涉及基础物质代谢、能量代谢、次生代谢及信号转导途径。表达谱分析结果表明,在渗透胁迫下次生代谢产物对玉米的影响是一个多基因参与、多个生物途径协同调控的过程。     

用差异显示PCR法筛选与血管外膜细胞表型转化相关的基因

为筛选血管外膜成纤维细胞（adventitial fibroblast,AF）与肌成纤维细胞（myofibroblast,MF）间表型转化有关的基因,实验建立了大鼠胸主动脉AF和MF两种细胞模型,用差异显示聚合酶链反应（DD－PCR）技术获得表达差异片段,对差异片段进行克隆和测序分析,并用定量PCR和Northern blot对差别显示结果进行验证。用反义核酸转染技术观察骨桥蛋白（osteopontin,OPN）对AF迁移的影响。结果表明,两种表型细胞存在明显的基因表达差异,其中一个在MF下调的差异片段与GenBank中NADH脱氢酶亚单位5（NADH dehydrogenase subunit 5,Nd5）基因高度同源。另一个在MF上调的差异片段与OPN基因同源。上述差异表达结果被定量PCR及Northern blot证实。此外还有4个表达序列标志（expressed sequence-tag,EST）在GenBank中未查到同源序列。反义OPN寡脱氧核甘酸可抑制AF的迁移活动。结果提示,AF转化为MF可能与ND5基因下调、OPN上调及其它未知基因的表达改变有关。应用反义技术适度抑制OPN表达在防治血管重塑中具有重要作用。     

用DDRT-PCR技术对太谷核不育小麦基因差别表达的研究

采用DDRT—PCR技术对太谷核不育小麦的一对近等基因系进行了差别表达分析,以找出与太谷核不育基因Tα1表达有关的基因并研究其引起雄性不育的机制。共用30对随机引物进行差异显示,从展示的近1000条cDNA片段中找出30条特异表达的cDNA片段,其中包括可育特异和不育特异,这些片段可能与Tα1基因的表达有关。     

差减杂交技术在细菌学研究中的应用

差减杂交技术是一种用于寻找基因组之间差异的有效的方法。其通过去除被比较的两组基因组之间的共有序列,富集差异序列的方法来达到寻找差异基因的目的。其操作简便,价格低廉,且避免了已知细菌基因组信息匮乏对其应用的限制,从而在细菌学方面得到了广泛的应用,包括鉴定可能与毒力有关的致病基因岛/遗传岛、查找细菌的致弱机理、鉴定可移动的遗传成分、寻找毒力基因、寻找与导致宿主差异有关的基因、检测基因表达上的变化等多个方面。从而为病原的鉴定,疾病的诊断,预防,细菌的致病机理等方面的研究奠定了坚实的基础。     

感染球孢白僵菌的家蚕免疫应答差异表达基因分析

【目的】筛选家蚕Bombyx mori应对白僵菌Beauveria bassiana侵染的应答基因, 以进一步研究家蚕抵御真菌侵染的分子机制。【方法】采用新一代Solexa高通量测序技术对感染白僵菌及未感染白僵菌的对照组家蚕进行了测序分析, 筛选差异表达基因; 结合生物信息学工具分析差异表达基因的功能注释、 分类及涉及的信号通路等; 应用荧光定量PCR技术验证10个基因的差异表达。【结果】通过测序和生物信息学分析共获得377个差异表达基因, 其中表达上调基因236个, 下调基因141个; KEGG通路分析表明, 各通路中既有表达上调的基因, 也有下调基因; 12个上调基因、 26个下调基因参与3个显著性富集的KEGG通路, 即核糖体、 氨酰tRNA生物合成和剪接体通路。定量PCR与测序结果显示, 溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S-转移酶、 肽聚糖识别蛋白等与免疫应激相关的蛋白基因均呈现表达上调。【结论】本研究筛选获得的差异表达基因, 特别是上调表达的基因可能与家蚕应对白僵菌侵染的应答机制有关, 其中与免疫应激相关的蛋白基因如溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S 转移酶、 肽聚糖识别蛋白基因等可能直接参与了家蚕对白僵菌的免疫识别和防御, 研究结果为从分子水平阐明家蚕抵御真菌侵染的防御机制和白僵菌对家蚕的致病机理提供新的依据。     

眼优角蚱两性成体转录组差异分析

为了解蚱类昆虫两性间基因转录水平上的整体差异,本研究以眼优角蚱Eucriotettix oculatus为研究对象,通过高通量转录组（RNA-Seq）测序和分析技术对其雌、雄成体的转录组进行了测定和分析。结果显示,在雌、雄转录组中共获得13 432条转录本,两性间差异表达基因共3 597个,其中雌性相对于雄性显著上调基因1 295个,显著下调基因2 302个。对其中9个差异基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与RNA-Seq分析一致。差异基因显著富集的GO条目大多是与细胞的形成有关,结合、细胞组分和细胞过程等条目相关基因显著高表达。KEGG富集显示差异基因主要是与性腺发育、遗传信息加工、能量代谢和消化等通路有关。研究结果对从分子水平进一步研究眼优角蚱两性差异提供一定的理论基础。     

应用基因表达谱芯片从不同转移能力的 乳腺癌细胞中筛选转移相关基因

人乳腺癌细胞系 MCF-7 及其转移亚克隆 LM-MCF-7 为肿瘤转移分子机制的研究提供了细胞模型 . 应用基因芯片技术比较两种具有不同转移能力细胞系基因表达谱的差异,寻找乳腺癌转移相关基因 . 提取两种细胞总 RNA ,分别用 Cy5-dCTP 、 Cy3-dCTP 标记 LM-MCF-7 和 MCF-7 的 cDNA ,并与含有 21 329 个基因的芯片进行杂交并扫描,利用 GenePix Pro 4.0 图像分析软件处理数据判断基因是否在两个细胞中存在表达差异 . 经互换荧光标记物重复两次实验,共筛选出差异表达基因 67 个,其中 41 个在 LM-MCF-7 细胞中表达上调, 26 个在 LM-MCF-7 细胞中表达下调 . 应用实时定量 RT-PCR 对 7 个表达差异明显的基因进行了验证 . 生物信息学分析结果提示,上述发现的差异基因编码产物与细胞内信号转导、转录调节、应激反应、新陈代谢、发育、细胞运动、细胞凋亡和细胞粘连等功能有关 . 据文献报道,这些差异表达的基因中有 35 个与肿瘤有关,其中 9 个与乳腺癌转移有关, 6 个可能参与肿瘤浸润和转移过程 . 根据基因芯片检测的结果,从功能上对 LM-MCF-7 细胞和 MCF-7 细胞与细胞凋亡的关系进行了研究,发现具有高转移倾向的 LM-MCF-7 细胞与 MCF-7 细胞相比,抗凋亡能力较强 . 上述与肿瘤转移相关基因在肿瘤转移中的作用及其分子机理有待深入研究 .     

五指山猪和长白猪背最长肌差异基因的筛选与注释

为了筛选五指山猪和长白猪背最长肌组织差异表达基因,本研究采用RNA-seq技术和生物信息学方法对6月龄、8月龄五指山猪和长白猪的背最长肌进行转录组测序分析,并对差异表达基因进行GO和KEGG Pathway显著性富集分析。通过与猪基因组比对分析后发现,在6月龄和8月龄五指山猪和长白猪均有约44 000 000条Clean reads能够比对到猪基因组上相关基因,每个文库均获得约18 200个表达基因,而转录本的数据为25 000个。在6月龄五指山猪与长白猪中共有30个基因差异表达,在8月龄五指山猪与长白猪中获得29个差异表达的基因。这些差异表达的基因主要富集在与糖酵解代谢、MAPK信号代谢通路和胰岛素信号通路等肌肉发育信号通路,通过筛选获得了与肌肉生长发育有关的候选基因,为探索五指山猪肌肉发育的分子机制提供了理论依据。     

通过cDNARDA法分离和识别盐藻(Dunaliella salina)盐胁迫相关基因

采用cDNA代表性差异分析 (RDA)技术 ,对盐藻在盐胁迫时差异表达的基因进行了分离鉴定 .在分离到的 10个基因中 ,有 5个与已知基因同源 (包括叶绿素a b结合蛋白基因、蛋白磷酸酶I催化亚基基因和 3个核糖体蛋白基因 ) ,还有 5个未知功能基因则是首次在盐藻中被分离 .值得注意的是 ,所有这 5个已知基因的功能都与细胞分裂或盐胁迫有关 .结果表明 :取样时盐藻细胞仍处于恢复阶段 ,所分离到的基因对于盐藻耐盐可能具有重要意义 ;蛋白磷酸酶I的下调表达可能是盐藻调节离子平衡的一个重要过程和细胞分裂受阻的原因所在 ;盐藻减缓细胞分裂速度可能是为了减少能量消耗 ,以留出足够的能量来应对盐胁迫 ;其它 5个未知基因可能也与盐藻适应盐胁迫机制有关 .     

施芝麻饼肥对烟草叶片基因差异表达的影响

施用芝麻饼可提高烟叶油份和质量,但对其机理了解很少.为了解施用芝麻饼肥条件下烟草基因表达的影响,采用拟南芥基因芯片检测了施用芝麻饼肥后的烟草叶片的基因谱.在22810个基因微矩阵点中,有效差异表达的基因有54个,上调32个,下调22个.其中包括一些与烟叶质量形成关系密切的基因,如与促进脂类分解的类黄酮合成有关的4-二氢黄酮醇还原酶基因表达上调,与糖类物质合成有关的糖基转移酶基因表达下调,与根毛形成代谢有关的CslD3基因表达上调,推动各种离子和小分子代谢产物进行跨膜运输的ATPase subunit 6基因表达上调,促进氨基酸合成的γ - 谷氨酰转肽酶基因上调,还检测到与光合系统有关的基因如psaK、PsbI以及多个参与复制、转录和翻译过程基因的差异表达,如SWIM锌指家族蛋白、H4组蛋白、mTERF-related等 .此外检测到19个未知基因,它们的差异表达可能和施用饼肥有关.通过分析这些特异表达基因,了解芝麻饼肥促进烟草生长及品质形成的有关机理,揭示出一些潜在的生物学规律,为研究烟草栽培生理提供有价值的信息.     

用DDRT-PCR方法克隆小鼠精子发生早期相关基因的EST

为了避免差异显示技术中的放射性污染 ,并用之于筛选、克隆精子发生早期的相关基因 ,分离纯化了小鼠的原始精原细胞及B型精原细胞 ,提取其总RNA ,逆转录获得cDNA ,以荧光差异显示方法筛选差异表达基因。利用斑点杂交技术对差异片段进行快速鉴定以排除假阳性。选取 16条差异显著的片段做克隆测序 ,通过Gen Bank/Blast比较 ,有 7个片段属于新的EST ,且均表现为在B型精原细胞中表达强度高于原始精原细胞。提交Gen Bank获得注册号。从中选取较有意义的 3条基因片段通过半定量RT PCR方法进一步验证其表达特征。和传统的差异显示方法比较 ,文中所采用的mRNA差异显示技术可快速排除假阳性结果 ,避免同位素标记带来的放射性污染。结果表明所获得的 7个新EST均表现为B型精原细胞中高表达 ,这些表达升高的基因可能与其后精子发生过程中的一系列特殊现象 (如减数分裂、变态成形 )有关 ,为生精细胞的分化做物质上的准备。     

抑制性扣除杂交技术(SSH)及其在基因克隆上的研究进展

抑制性扣除杂交技术是一种基因克隆的新方法,它对研究细胞生殖、发育、分化、癌变、衰老及程序化死亡等生命过程有关基因的差异表达以及相关基因的分子克隆提供了有力的工具,本文简要介绍抑制性扣除杂交技术的主要原理,基本过程、优越性、主要缺陷及目前最新的研究进展     

基于转录组测序的滇山茶花叶呈色机理分析

该研究采用Illumina Hi-Seq2500高通量测序技术,对滇山茶的花叶(绿叶区和金叶区)的cDNA进行了转录组测序,分析滇山茶的花叶呈色机理。测序结果得到了228 862条单基因序列,筛选得到了4 851条差异表达基因。2 291条差异表达基因在GO数据库中有功能注释,1 826条差异表达基因被注释到COG数据库,这些差异表达基因被分为23个主要功能类别,其中大部分基因与滇山茶的生长和代谢有关。1 363条差异表达基因注释到了KEGG数据库,进一步筛选出了差异表达基因注释序列最多的15条代谢通路,其中卟啉和叶绿素代谢途径中的GluRS、δ-ALAD、ALAS基因和类黄酮合成途径中ANS、LAR、CHS基因与滇山茶的花叶形成密切相关。研究表明,滇山茶的花叶呈色是由于叶色相关代谢通路中大量的基因表达量发生变化引起的,并不是由单基因突变所致,病毒诱导的多个代谢途径基因沉默可能是滇山茶花叶呈色的主要原因。该研究丰富了滇山茶的转录组信息,并为滇山茶的彩叶品种培育提供了一定的参考。     

在青岛汉族人群中INSIG1rs9769826单核苷酸多态性与血糖水平有关,与血脂水平无关（英文）

目的：探讨青岛汉族人群中INSIG1rs9769826单核苷酸多态性与血糖和血脂的关系。方法：随机选取217名年龄在35-86岁健康的青岛汉族居民作为受试者。应用聚合酶链式反应-限制片段长度多态性检测技术（PCR-RFLP）对INSIG1基因rs9769826多态性进行基因分型,用协方差分析的方法分析rs9769826多态性与血糖和血脂的关系。结果：INSIG1基因rs9769826位点AAAG GG基因型的频率分别为70.04%,36.73%和3.23%,INSIG1基因rs9769826多态性与空腹血糖水平之间差异有显著意义（P〈0.001）,与血脂水平差异无显著意义。结论：INSIGIrs9769826突变基因G与空腹血糖升高有关。     

抑制性消减杂交技术在寄生虫学研究中的应用

抑制性消减杂交技术(SSH)是一种适用于分离两个遗传背景相关的DNA样品之间差异从而表达基因的方法。目前,该技术在寄生虫学研究中的应用不是很多,主要应用在寻找与寄生虫不同发育阶段相关的差异表达基因和与寄生虫抗药性相关的差异表达基因以及其他相关基因的研究,如与不同虫株、不同宿主、或性别差异相关的基因。本文从这几个方面综述了SSH技术在寄生虫学研究中的进展情况。了解这些信息,有助于将来更好地利用该技术研究寄生虫学,为寄生虫病的防治提供一定的理论依据。     

低氧对人骨髓间充质干细胞基因表达谱的影响

低氧可以促进人骨髓间充质干细胞（human bone marrow-derived mesenchymal stem cells,hMSCs）增殖。为探讨其可能机制,本实验采用cDNA芯片技术动态检测低氧促进hMSCs增殖过程中基因表达的变化,用RT-PCR验证芯片结果。结果显示,在含21 329条基因探针的芯片上,检测到282个基因差异表达,其中代谢类基因最多;差异表达基因的数目随低氧时间不同而变化,其中24 h时差异表达基因的数目最多。差异表达基因中4个为已知的低氧诱导因子-1（hypoxia- inducible factor 1,HIF-1）靶基因,在低氧处理36 h时都基本上调。此外,差异表达基因中有10个连续变化的基因,这些基因中既有上调基因也有下调基因。4个HIF-1靶基因和连续变化的基因的RT1-PCR结果大部分与cDNA芯片结果一致。结果提示,低氧促进hMSCs增殖是多基因参与的过程,可能与HIF-1及其下游信号通路有关。     

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。     

第十号探究报告:“关于在生命科学中研究和发展开拓技术与基础技术的基本计划”

像重组DNA技术和细胞融合技术这样的基因和细胞技术,正获得快速的进展。这种进展为先进的基础研究创造着一个强有力的手段,而这种基础研究关系到与致癌有关的基因的结构分析,与高血压有关的一些基因的结构分析和乙酰胆碱受体基因碱基顺序的测定。这种进展也为发展如胰岛素,生长激素和干扰素这样有价值的药物的先进研究