同源异形盒基因和肿瘤

最近,美国哈佛药学院的Ｆｏｒｄ发现同源异形盒(ｈｏｍｅｏｂｏｘ)基因在细胞周期、发育以及癌症发展中起着重要的链接作用[1]同源异形盒基因是与细胞正常分化、发育相关的转录因子,最初作为果蝇同源异形突变中的重要座位而得名。此后,陆续有170多个同源异形盒基因在各类物种中被发现。同源异形盒基因的共同点是具有183个核苷酸长度的同源区,编码61个氨基酸。同源异形盒基因同源区表达蛋白通过其ＤＮＡ结合活性及其下游基因转录活性发挥作用。Ｌａｗｒｅｎｃｅ等[2]推测哺乳动物同源异形盒表达蛋白的作用目标为编码细胞外层蛋白质的基因,粘…     

玉米叶形相关性状的Meta-QTL及候选基因分析

叶长、叶宽、叶面积及叶夹角不仅影响玉米(Zea mays)光合效率, 也是株型的重要构成因素。通过对620个叶形QTL进行整合, 构建不同遗传背景下的叶形QTL整合图谱, 利用元分析发掘出22个叶长、22个叶宽、12个叶面积以及17个叶夹角mQTL; 进一步运用生物信息学手段, 确定44个与叶片发育密切相关的候选基因。分析发现, 仅有NAL7-like、YABBY6- like和GRF2等13个基因位于mQTL区间内, 而玉米中已克隆的KNOTTED1、AN3/GIF1、rgd1/lbl1、mwp1及SRL2-like、HYL1-like和CYCB2;4-like等水稻(Oryza sativa)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶形同源基因位于未被整合的QTL内; 对44个候选基因在叶片长、宽、厚发育过程中基部-末端、中央-边缘、远轴-近轴的调控机理进行归纳分析, 发现玉米中仅有少数几个候选基因被报道, 揭示了叶形发育的部分分子机理。因此, 对玉米叶形相关mQTL/QTL及基因进行全面深入的分析, 不仅有助于增加对其遗传结构的了解, 发掘更多候选基因, 阐明叶形发育和形成的分子机制, 还可为耐密理想株型的分子标记辅助选择提供依据。     

胡杨异形叶结构型性状及其相互关系

胡杨在个体生长发育过程中,叶形不断发生变化,植株上会逐年依次出现条形、披针形、卵形和阔卵形叶,且在同时具有这4种叶形的植株上,叶片在树冠中分布的顺序自上而下分别是阔卵形、卵形、披针形和条形。通过实验的方法对胡杨4种叶形叶片厚度、叶面积、比叶面积、叶片干重和干物质含量等5个结构型性状指标进行分析,研究不同叶形叶片的结构型性状与叶形(叶长/宽比值)之间的关系,以及各结构型性状指标间的相互关系。结果表明:叶片厚度、叶片干物质含量、叶面积和叶片干重与叶长/宽比值之间均呈明显负相关(P0.05);比叶面积随着叶长/宽比值的减小而逐渐减小,但二者相关性不明显,表明胡杨在个体发育过程中通过增加叶面积、叶厚度,减小比叶面积等方式来提高适应环境的能力。各结构型性状指标间相关性表现为:比叶面积与叶干物质含量和叶干重之间均呈明显负相关(P0.05),与叶厚度间呈极明显负相关(P0.01);叶片干重与叶厚度间呈明显正相关(P0.05);叶厚度与叶干物质含量之间、叶干重与叶面积之间均呈极明显正相关(P0.01),其它指标间无明显相关性。     

胡杨异形叶的蛋白质组学研究

通过探索不同的裂解液成分配比和优化2-DE条件,建立了适合胡杨叶蛋白质组学研究的技术体系,同时以同一小枝上的异形叶为试验材料寻找异形叶间差异表达的蛋白质。结果表明：使用含7mol/L尿素、2mol/L硫脲、2% CHAPS、60mmol/L DTT、0.2% 载体两性电解质的裂解液复溶蛋白沉淀的效果好。通过对差异蛋白点的串联质谱鉴定,发现异形叶在光合及呼吸作用方面存在差异。本研究为了解异形叶产生的分子调控机制,揭示胡杨的耐逆性积累了有价值的信息。     

同源异形盒基因及其在昆虫幼虫腹足发育生物学研究中的应用

同源异形盒基因(homeobox genes)是一类具有180 bp保守序列的基因,在生物发育的调控中起着重要作用。昆虫幼虫的腹足在位置和数目上均表现出丰富的多样性,使其成为进化发育生物学研究的主要对象之一。通过对昆虫幼虫腹足发育过程中相关同源异形盒基因的研究,既可了解腹足的发育机制,又可加深对同源异形盒基因进化和功能的理解。本文简要介绍同源异形盒基因的概况,重点总结了同源异形盒基因在昆虫幼虫腹足发育方面的研究进展,包括通过相关同源异形盒基因时空表达模式来揭示腹足的附肢起源、腹足发育的调控通路中相关同源异形盒基因的功能和进化等,尤其是腹部Hox家族基因对Distal-less基因的抑制作用及其在不同昆虫类群中的进化,以及该领域目前存在的主要争议,期望为相关研究提供参考。     

胡杨异形叶光合系统Ⅱ叶绿素荧光特性

以塔里木盆地胡杨3种典型异形叶(条形叶、卵形叶与锯齿阔卵形叶)为材料,利用光合与叶绿素荧光测定技术测量胡杨异形叶气体交换与叶绿素荧光动力学参数,探讨异形叶光合机构对太阳辐射光能的利用、能量分配与耗散特性及影响其光合能力的主要因素,揭示胡杨异形叶光合生理功能的差异与生理生态适应机制。结果表明:(1)晴天正午胡杨异形叶净光合速率(P_n)、PSⅡ有效光化学量子效率(F_v′/F_m′)、实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))、光化学猝灭系数(qP)显著降低,而PSⅡ激发能压力(1-qP)、光合功能相对限制(L_(PFD))则显著增大,至傍晚F_v′/F_m′、Φ_(PSⅡ)、qP与光化学反应能量(P)恢复,表明荒漠强太阳辐射导致正午胡杨异形叶光合作用发生了光抑制,但并未造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏。(2)3种异形叶采取了不同的适应方式来适应荒漠强光环境。卵形叶通过提高光能捕获与转化效率、光化学反应能量来保持叶片高光合能力以消耗多余能量、降低过剩激发能对光合机构的影响;锯齿叶通过保持高光合电子传递能力来缓解光合膜上的还原态压力并以热耗散清除过剩激发能,二者协同保护光合机构免受强光损伤从而维持较高的P_n;条形叶不耐强光,但可以通过降低光能捕获与转化效率并将吸收的光能更多用于热能和荧光辐射耗散过剩激发能来适应强光环境。(3)逐步回归分析表明,锯齿叶光合能力主要受PSⅡ反应中心光合电子传递速率和非光化学猝灭过程中的非辐射能量耗散的影响;卵形叶、条形叶分别受PSⅡ反应中心光能捕获与转化效率和非光化学猝灭过程中的过剩激发能耗散的影响。综上所述,胡杨异形叶在生长发育过程中采取了不同的生态策略来适应荒漠环境。     

胡杨异形叶光合作用对光强与CO2浓度的响应

胡杨(Populus euphratica)叶形多变, 随个体生长发育, 植株出现条形、卵形和锯齿阔卵形叶。在新疆塔里木河上游人工胡杨林内选择具有此3种叶形的成年标准株, 将枝条拉至同一高度, 通过活体测定, 比较其光合作用-光与CO₂响应及叶绿素荧光响应特征。结果表明: 胡杨异形叶光合速率对光强/CO₂浓度与电子传递速率对光强的响应曲线均可用直角双曲线修正模型来拟合, 得出的主要光合参数与实测值较吻合。胡杨卵形叶、锯齿阔卵形叶光合速率-光响应参数与生化参数及快速光响应参数与条形叶差异显著, 而光合速率-CO₂响应参数则无显著差异。胡杨异形叶CO₂饱和浓度下的最大净光合速率(P_nmax)较饱和光强下的P_nmax高, 表明胡杨强光下光合速率在很大程度上受CO₂供应和1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)再生能力的限制。卵形叶、锯齿阔卵形叶的初始量子效率(α)、初始羧化效率(CE)、P_nmax、光合能力(A_max)与最大羧化速率(V_cmax)均显著高于条形叶; 锯齿叶光饱和点(LSP)、最大电子传递速率(ETR_max)与光呼吸速率(R_p)高于卵形叶, 条形叶光补偿点(LCP)与LSP、α、CE最低。表明荒漠干旱环境下胡杨锯齿叶最耐强光, 高R_p可能是其耗散过剩光能、保护光合机构免于强光破坏的重要途径; 卵形叶高的α、CE、磷酸丙糖利用效率(TPU)、PSII实际光化学效率(Φ_PSII)与低LCP及叶氮分配策略是其保持高光合速率的原因; 条形叶Φ_PSII、ETR、P_n低, 因其制造光合产物不足而难以满足树体生长逐渐减少并处于树冠下部。可见, 胡杨条形叶光合效率低、抗逆性差, 主要以维持生长为主; 随着树体长大, 条形叶难以适应荒漠环境来维系其生长, 出现了卵形叶; 卵形叶光合效率高, 易于快速积累光合产物而加快树体生长, 但其LSP低和耐光抑制能力弱, 逐渐被更耐强光、高温与大气干旱的锯齿叶所取代, 从而使胡杨在极端逆境下得以生存, 这是胡杨从幼苗到成年叶形变化及异形叶着生在树冠不同高度的原因。     

水稻小穗异常发育调控关键基因的加权共表达网络分析

水稻(Oryza sativa L.)是世界上需求量最大的粮食来源之一,其产量和品质与分蘖和花序结构的发育有关。以往的花序发育研究已经鉴定出大量与水稻营养生长和生殖生长相关的基因,但对花序发育和抽穗期的遗传机制尚未完全了解。本研究利用前期构建的水稻小穗异常发育表型的重组自交系(recombinant inbred lines, RIL),通过转录表达谱分析,探讨穗部异常发育和穗部缺陷(pds1)表型调控的分子机制。通过差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)的筛选,鉴定了可能与pds1表型相关的基因。在6组差异表达基因中,分别鉴定出1 578、 463、 1 295、 687、 397、 175个差异表达基因。本研究通过加权共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA),发现了与pds1表型高度相关的4个基因模块(Module)。通过对模块中所包含的基因进行功能富集分析,发现与花序发育相关的生物学过程。随后在这些模块中鉴定出多个高度相关的关键基因(Hub genes...     

胡杨无性系幼苗响应盐胁迫的miRNA表达差异研究

植物miRNA在调控基因表达、细胞周期、生物体发育、抗逆等方面起重要作用。为研究胡杨(Populus euphratica Oliv.)的耐盐机制,以1年生胡杨无性系幼苗为材料,构建具有空间代表性的盐胁迫胡杨cDNA文库,利用二代测序技术测定NaCl胁迫下和正常培养条件下胡杨叶和根miRNA表达情况。结果表明,不同的miRNA之间表达量存在明显差异,表达丰度最高的miRNA有miR156、miR157、miR165、miR166和miR167等,合计占总表达量的90%以上。胡杨根部存在特异表达的miRNA,在整个耐盐调控机制中发挥着生理调节、分子调控和信号传导等极为重要的作用。盐处理样品中发现大量响应盐胁迫的miRNA,对这些转录因子进行靶基因预测和注释后,发现很多盐胁迫响应的miRNA与NAC和SPL等重要转录因子家族相关,与前人的结论一致,另外还发现许多miRNA的调控对象是ATP酶和激素响应因子。     

拟南芥和琴叶拟南芥中MADS-box基因的比较进化分析

MADS-box基因编码一类转录因子。在被子植物中,MADS-box基因对于营养生长和生殖发育都有重要的调控作用,是植物体(特别是花序、花和果实)的正常发育所不可或缺的。为了理解近缘物种在遗传基础上的异同,我们对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)基因组中MADS-box基因的拷贝数目和进化式样进行了比较分析。通过搜索公共数据库,我们在拟南芥和琴叶拟南芥中分别鉴定出了106和115个基因。系统发育分析的结果表明,这些基因属于I型和II型MADS-box基因。在两个物种分化之后,II型基因的拷贝数目变化不大,I型基因则经历了多次独立的基因丢失和获得事件。通过比较这些基因在染色体上的排列,我们不但鉴定出了存在微共线性的基因组区段,而且发现新基因产生的主要机制是串联重复和散在重复。分子进化的研究进一步表明,I型和II型基因在进化式样上存在着显著差异:II型基因在进化中一般都受到了较强的选择压力,而I型基因大多受到的选择压力较弱。本研究将为深入理解近缘物种在基因和基因组层面上的异同、探讨物种分化和生物多样性形成的机制等问题提供新思路。     

在胡杨NHX基因内发现细菌转座子IS10-L的存在

采用RT-PCR扩增的方法,从新疆不同地区的野生植物胡杨中分别克隆获得lkb和2．3kb的cDNA片段,测序和序列分析表明这两个基因片段均包含NHX基因的部分读码框架,分别命名为PtNHX和PwNHX。PtNHX序列同源性分析结果显示胡杨NHX基因与滨藜NHX基因同源性高达98％,与碱蓬同源性达到86%,与拟南芥同源性为84％,与水稻同源性为80％,表明它是植物中高度保守的一种基因,同时说明野生植物胡杨中也存在与拟南芥相似的植物耐盐相关基因。PwNHX序列分析表明,该基因内部含有一种转座酶的读码框,大小约1350bp,与已发表的Shigella flexneri．转座子Th10基因序列(AF162223)同源性为99％。NHX基因的蛋白产物在植物的耐盐性方面起着重要的作用。推测PwNHX。由于插入转座酶读码框可能会导致该基因的功能丧失。胡杨生存于盐碱地,其体内可能存在另一些机制使胡杨具有抗盐碱的能力。对于这些机制的研究可能有助于进一步了解植物的抗盐机制。利用PwNHX基因内的转座子作基因标签,可进一步研究胡杨的其它基因,从而有可能揭示胡杨叶子发育的变态过程、耐盐碱等性状．     

胡杨油菜素内酯信号转导基因PeBZR1的克隆及诱导表达分析

本研究以胡杨叶片为材料,采用RT-PCR法,从胡杨中克隆出了与拟南芥At BZR1基因同源的全长c DNA,命名为Pe BZR1。序列分析发现该基因包含一个长为954 bp的开放阅读框(ORF),编码317个氨基酸残基。系统进化树分析显示,胡杨Pe BZR1与毛果杨Pt BZR1亲缘关系最近。通过对干旱和盐胁迫下胡杨Pe BZR1基因表达模式的分析发现,干旱处理能够抑制Pe BZR1基因的表达,而在盐胁迫下,Pe BZR1基因的表达量保持相对稳定。以上结果为进一步研究Pe BZR1基因的功能,以及Pe BZR1介导的胡杨BR信号转导机制提供了科学依据。     

杜仲叶片不同发育时期数字基因表达谱分析

为在转录水平解析杜仲叶片发育过程中的基因表达模式,该研究通过数字基因表达谱技术对‘华仲6号’杜仲叶片从展叶(4月)到落叶(10月)不同发育时期的基因表达水平进行比较分析,共获得差异基因3 002个,其中1 764个表达量上调,1 238个下调,这些差异表达基因主要行使催化、氧化还原等功能,参与代谢过程和生物过程等;进一步Pathway富集分析发现,苯丙素类生物合成途径相关基因被富集,其中调控绿原酸合成的6个基因差异表达显著;对这些基因表达模式进行分析显示,4月中旬和9月中旬基因的表达量较高,暗示这两个时期对于绿原酸的合成具有重要作用。荧光定量RT-PCR检测6个绿原酸合成相关基因和12个随机选择的差异表达基因,验证结果显示表达谱测序结果可靠。该研究结果为揭示杜仲叶片在不同发育时期的分子调控机制奠定了基础,并为深入解析杜仲绿原酸合成机理,进而通过分子育种手段提高杜仲绿原酸含量提供新的路径。     

拟南芥编码亮氨酸拉链蛋白的AS2基因在叶发育中具有控制极性建立的作用

在拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)叶发育研究中,as2是一个经典突变体.as2典型的表型是叶片开裂或形成一种小叶状结构.遗传学和分子生物学实验证明,AS2基因具有抑制KNOX基因在叶中表达的功能.在本文中,我们着重研究了新得到的在Landsberg erecta (Ler)遗传背景下的as2突变体.除了前人报道过的as2表型外,新as2突变体的部分叶柄长在叶片的下方,形成一种荷叶状结构,更严重的甚至长成花丝状叶结构.这两种结构都反映了不正常的叶腹背轴极性分化.在我们所收集到的as2等位突变体中,只有在Ler背景下这两种结构才以高频率出现.我们通过图位克隆方法分离了AS2基因.该基因编码一个含有亮氨酸拉链结构的蛋白.在拟南芥中,AS2同源基因共43个,除AS2外,其他基因的功能都不清楚.AS2在叶和花中表达,在茎中无表达,这种表达模式和as2突变体的表型是吻合的.     

基于ChIP-Seq进行肿瘤/睾丸抗原XAGE-1b的DNA结合位点鉴定

XAGE-1b(X antigen family member 1B)属于XAGE亚家族,是一种肿瘤-睾丸抗原(cancer/testis antigen,CTA),表达于正常人睾丸组织和多种类型的肿瘤细胞中.本实验室前期研究发现,该基因在涎腺腺样囊性癌高转移细胞系中呈高表达.为了进一步研究XAGE-1b下游调控基因,本实验采用ChIP-Seq技术筛查XAGE-1b蛋白质可能存在的DNA结合片段.结果发现,XAGE-1b下游调控基因富集于细胞分裂(cell division,P-Value=7.95e-04)、细胞周期调控(cell cycle,P-Value=5.532e-03)、及癌症相关基因(GESA/MSigDB module_11,P-Value=2.010e-06)中.同时发现,XAGE-1b下游调控多个基因的表达产物(NCBI/interactions 22827,P-Value=4.678e-06)能与原癌基因c-Myc的启动子抑制蛋白PUF60发生蛋白质相互作用,并通过qPCR进行了验证.这些研究对阐明XAGE-1b在肿瘤细胞的增殖和转移中的作用有重要意义.     

胡杨叶片碳水化合物及可溶性蛋白特征与叶形变化和个体发育阶段的关系

通过野外调查和室内分析,研究胡杨叶形变化及其碳水化合物及可溶性蛋白含量随个体生长发育阶段的变化规律。结果显示：（1）叶形指数随着胡杨胸径（树龄）的增加以及树冠由基向顶方向而逐渐减小,与树高和胸径均呈现极显著负相关。(2)叶片可溶性糖含量变化与个体发育阶段没有关系,在不同的发育阶段以及树冠的不同垂直空间保持在一个较高的稳定水平;叶片淀粉含量与胸径呈显著负相关,与叶形指数呈显著正相关,与叶片宽度呈极显著负相关;叶片可溶性蛋白含量与叶形指数呈显著正相关,与叶片长度呈极显著正相关。综合分析认为,胡杨叶形变化不仅存在于个体发育的不同阶段,同时存在于树冠的不同垂直空间,胡杨的叶形变化（异形叶性）是因个体发育阶段的不同而出现的生物学特征。在胡杨叶形指数随个体发育阶段、树冠由基向顶方向表现出逐渐减小的过程中,叶片淀粉含量随胸径增加、叶形指数减小和叶片宽度增加而减少;叶片可溶性蛋白含量随叶形指数和叶片长度的减小而减少。胡杨叶片淀粉、可溶性蛋白代谢可能在其叶片长度和宽度变化中具有调节作用。     

普通烟草TPS家族全基因组序列鉴定与表达分析

烟草(Nicotiana tobacum)中广泛存在萜类物质,他们散发特殊气味,在代谢产物分泌合成、信号传递和防御反应等方面发挥作用,具有重要的生理、生态作用和经济价值。我们通过生物信息学分析对普通烟草TN90基因组序列中的萜类合酶基因TPS进行广泛预测,并分析了其理化性质、基因结构、进化关系、亚细胞定位、表达谱等信息。本研究在栽培烟草TN90中发现了68个TPS基因的候选序列,通过系统发生分析,可将栽培烟草TPS基因家族成员分为TPS-a、TPS-b、TPS-c、TPS-e/f和TPS-g5个亚家族。所有基因至少在叶、茎、花、根中的一种器官中表达。这些研究为烟草TPS基因功能的深入分析提供了理论依据。     

花器官形成的基因调控

主要论述了花发育过程中花器官同源异形基因及其相关基因的调控机理。基因调控是一个复杂的 系统,花同源异形基因既受到上游基因的调控,同时又决定了下游基因的表达。对花发育基因调控的研究,不 仅可以从微观水平了解植物花发育的分子机制,同时对花卉等作物的遗传育种也具有重要的指导意义。     

小鼠DEAF1调控基因的生物信息学分析

Deeaf1在小鼠体内可调控约600个基因的表达。用Clover程序对受Deaf1调控的基因的启动子区进行分析,结果发现受DEAF1调控的基因中约半数(263/590)含有能被DEAF1结合的保守序列TTTC(C/G)G。联合组织特异性基因表达数据库(TiGER)和小鼠基因组信息学(MGI)数据库对这些基因的组织特异表达谱进行分析,发现这些基因大部分为多个组织表达,也有在单个组织或少数几个组织中表达。有228个基因在胰腺特异表达,其中131个基因既在胰腺表达,又在淋巴结中表达,在胰腺及淋巴结中特异表达的这些基因大部分启动子区含DEAF1特异结合的保守序列。这些结果为下一步外周组织抗原在淋巴结中表达调控机制的研究及外周免疫耐受建立和维持机制的研究奠定了基础。     

同源异形盒基因是造血细胞分化的一种潜在性调节因子

同源异形盒(homeobox)基因是最先在果蝇中发现的一段长约180碱基对的DNA片段,这些基因影响果蝇的早期发育,并能编码出高度保守的DNA结合区域。近来,在一些脊椎动物中亦分离到同源异形盒基因,这些基因在脊椎动物中的胚胎期表达形式类似于果蝇。因此,一些脊椎动物同源异形盒基因可能控制早期发育,并且可能在成年分化过程中起重要作用。T、B淋巴细胞等血液细胞是从造血干细胞分化来的。实验结果表明,同源异形盒基因可能参与造血细胞分化的控制。