印记基因:发育中的重要调节因子

印记基因是一类单等位表达的基因,数量少但功能强大,构成了基因组印记这一表观遗传领域中的独特现象,来源于不同亲本的印记基因在个体发育过程中承担着不同的重要功能。除了印记基因状态的建立、保持,人们围绕印记基因在发育进程中的功能做了大量研究。印记基因最初在核移植研究中被发现,早期研究聚焦在个别基因簇上。随着组学技术的引入,更多的印记基因被筛选和鉴定出来,这也引起了该领域内的热烈讨论和关注。随着全基因组DNA甲基化及组蛋白修饰等研究方法的发展,人们对印记基因的两个经典调控模型又提出新的看法和思考,尤其是最近的一些研究成果对于解释印记基因在哺乳动物中的高度保守性及其存在的意义具有重要启示。本文立足于最新研究进展,从印记基因的特征和基本规律、发育中的调控作用、机制、研究方法、进化以及环境对其影响等几个方面进行了综述,旨在为人们全面了解印记基因概况及研究趋势提供参考和指导。     

昆虫分子生物学的一些进展：胚胎发育飞丝蛋白与可诱导的抗菌蛋白

胚胎发育中的基因调控 从一个受精卵发育成一个多细胞的个体,涉及许多基因,其表达有时间上的程序和空间上的限制。调控果蝇(Drosophila melanogaster)胚胎发育的基因已研究得很详细,包括三大类调控基因——母体基因、分节基因和同源异形基因。在早期发育中,这三类基因相继起作用,前一类基因的产物依次调节下类基因的表达,组成一个调控等级网(或称     

面向异步多时延基因调控网络建模的高阶动态贝叶斯网络模型及其结构 学习算法

目的：由基因芯片数据精确学习建模具有异步多时延表达调控关系的基因调控网络。方法：提出了一种高阶动态贝叶斯网 络模型,并给出了网络结构学习算法,该模型假定基因的调控过程为多阶马尔科夫过程,从而能够建模基因调控网络中的异步多 时延特性。结果：由酵母基因调控网络一个子网络人工生成了加入10%含噪声的表达数据用于调控网络结构学习。在75%的后验 概率下,本文提出的高阶动态贝叶斯网络模型能够正确建模实际网络中全部的异步多时延调控关系,而经典动态贝叶斯网络仅 能够正确建模实际网络中1/3的调控关系;ROC曲线对比表明在各个后验概率水平上高阶动态贝叶斯网络模型的效果均优于经 典动态贝叶斯网络。结论：本文提出的高阶动态贝叶斯网络模型能够精确学习建模具有异步多时延表达调控关系的基因调控网 络。     

GPR126条件性基因敲除载体的快速构建

基因敲除小鼠模型是在动物体内研究基因功能的重要和可靠的手段之一,而构建用于同源重组的基因敲除载体是构建基因敲除小鼠模型的关键一步.条件性基因敲除技术将针对靶基因的修饰作用限制在小鼠的特定发育时期或特定类型的组织细胞中,通过加入具有位点特异性的重组系统,该修饰作用在时间和空间上均处于可调控的状态;条件性基因敲除技术既可以避免某些具有重要功能基因的敲除所带来的早期胚胎致死问题,还可用于精确分析某些多效基因在不同组织或不同发育阶段的特定功能差异.通过合理利用改良的Red重组系统,将两个LoxP位点快速准确地插入到了目标位置,实现了GPR126条件性基因敲除载体的快速构建,为后续的构建GPR126基因敲除小鼠模型、在动物体内研究基因的功能奠定了基础.     

基于Petri网的基因调控网络建模与分析

如何有效描述与分析复杂的基因调控网络(GRN)是生物学家研究基因表达调控机制的关键步骤.现有大部分方法在建模过程中忽略了生物中广泛存在的协同作用,模型预测结果与实际生物行为之间存在误差.基于混合函数Petri网(HFPN)理论提出了一种对基因调控网络进行定量分析的新方法.首先简要介绍GRN与HFPN的基础理论,然后为HFPN引入两类新元素:逻辑库所与逻辑变迁,描述基因调控网络的逻辑规则以及转录因子间的协同作用,最后构建海胆endo16基因调控网络的Petri网模型,并预测模型在不同位点发生突变时的基因表达水平变化.分析结果与文献实验数据相一致,验证了方法的正确性.     

小鼠模型在铁代谢研究中的应用

铁代谢在维持生命活动中至关重要,机体铁代谢紊乱会导致贫血和人类遗传性血色病等诸多疾病,对人体健康造成危害。在铁代谢研究领域,小鼠模型具有人群及细胞模型所不具备的优势,可以最准确的表现相应基因及通路在铁代谢调控中的生理作用。利用基因敲除及转基因小鼠模型,许多铁代谢相关的基因及调控通路被发现,有助于深入了解铁稳态调控的分子机制。这些小鼠模型为治疗铁代谢紊乱相关疾病潜在药物的开发和评估提供了理想的平台。     

DNA甲基化在动植物遗传育种中的研究进展

DNA甲基化是真核生物表观遗传学重要的机制之一,对基因转录水平的表达具有重要的调控作用。近年来,DNA甲基化在动植物遗传育种领域的研究引起了人们广泛的关注。我们从DNA甲基化与基因的表达调控、动植物基因组的甲基化状态、甲基敏感扩增片段多态性方法、DNA甲基化与杂种优势,以及DNA甲基化与分子标记等方面,简要综述了国内外有关DNA甲基化在动植物遗传育种研究中的进展,着重于全基因组DNA甲基化模式在动植物遗传育种中的相关研究和应用。     

卵母细胞和早期胚胎特异的皮质下母源效应复合体

从卵母细胞成熟后到胚胎合子基因组激活之前,基因转录处于沉默状态.在此期间,胚胎的生命活动主要受母源效应基因调控.受到研究材料和技术的限制,哺乳动物母源效应基因研究长期进展缓慢.近期研究发现,在小鼠(Mus musculus)卵母细胞和早期胚胎中特异存在皮质下母源效应复合体(SCMC).SCMC是由多种母源效应蛋白组成的巨型蛋白复合体,它是小鼠早期胚胎发育必需的.后续研究证明,SCMC不仅可以用于鉴定小鼠中新的母源效应基因,同时有助于其他母源效应基因作用机制的阐明,还可用于其他哺乳动物早期胚胎发育调控机制研究.此外,SCMC可能存在于人类中,其组分基因的突变与临床上一些未明原因的不孕症或出生后疾病相关.以上研究表明,SCMC可能是哺乳动物母源调控过程中的重要调节枢纽.目前SCMC已经成为哺乳动物母源调控研究的重要内容,相关研究明显推动了哺乳动物母源调控领域的发展.     

酿酒酵母中基于CRISPR/dCas9的基因转录调控工具的开发与应用

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是重要的模式真核微生物,广泛用于基础研究和工业发酵。基于CRISPR/dCas9系统开发的转录调控方法具有可编程、多重性和正交性等优点,在酿酒酵母的基因调控、功能基因组学、代谢工程等研究领域具有巨大潜力。本文关注酿酒酵母中CRISPR/dCas9基因转录调控工具的研究进展,阐述了不同转录调节结构域对dCas9或gRNA活性的调节,设计与优化dCas9和gRNA表达的方法,影响CRISPR/dCas9系统转录调控效率、特异性和通量的靶向性因素,最后总结了该工具在酿酒酵母代谢工程中的应用,并对该技术的未来发展提出了展望。     

拟南芥印迹基因MEA

MEDEA(MEA)是第1个在拟南芥胚乳中发现的印迹基因.MEA基因的印迹受甲基转移酶MET1和DNA糖基酶DME之间的拮抗作用调控.MEA基因编码polycomb group(PcG)蛋白,并与FIE、MSI1等其他PcG蛋白形成复合物,维持与细胞增殖相关基因的表达抑制状态.mea突变会启动未受精状态下中央细胞核的复制,而使种子发生败育.目前已发现Ⅰ型MADSbox基因PHERES1是受MEA直接作用的.研究MEA基因对种子发育的调控,不仅有助于阐明原胚及胚乳启动的机制,在无融合生殖研究中也有意义.PcG蛋白在动植物中的强保守性说明,PcG基因印迹在个体发育过程中有调控作用.     

染色质构象调控真核基因的表达

真核基因的表达受到各种顺式调控元件、反式作用因子、染色质DNA以及组蛋白表观遗传修饰等多因素、多层次的调控。染色质三维空间结构的变化在调控真核基因表达方面也发挥了至关重要的作用。染色质构象的变化一方面可以使增强子等调控元件与靶基因相互靠近,从而促进基因表达;同时也可能通过形成空间位阻结构阻碍调控元件作用于靶基因,抑制基因表达。虽然染色质结构变化调控真核基因表达的机制仍缺乏较为精确的分子模型,但在组蛋白修饰、核小体定位、染色体领域以及染色质间相互作用等表观遗传学研究中,已经发现有诸多证据支持染色质构象在真核基因表达调控中的重要地位。文章主要综述了染色质结构及其构象的变化等对真核基因表达调控的影响。     

植物抗冻蛋白及抗冻性分子改良

概述了植物抗冻蛋白及其相关基因的研究现状,主要包括植物低温诱导蛋白、具有热滞活性的植物抗冻蛋白及其相关基因的分离、鉴定与表达调控,以及植物抗冻性基因工程研究动态.在此基础上,讨论了该领域研究中的主要问题、发展趋势及近期研究热点.     

三维基因组学与精准生物学

三维基因组学是以研究真核生物核内基因组空间构象,及其对不同基因转录调控的生物学效应为主要研究内容的一个新的学科方向;也是后基因组学时代研究的一个热门领域。它的研究重点是空间构象与基因转录调控间的关系。通过三维基因组学技术,科学家将能对基因组的折叠和空间构象、转录调控机制、复杂生物学性状、信号传导通路和基因组的运行机制等一系列重要问题进行更深入的探讨和研究,为系统解读生命百科全书和精准生物学的实施奠定坚实基础。本文综述了目前三维基因组学研究领域中的主要技术、研究现状、科研进展、存在问题、未来及与精准生物学的关系等内容。以期能较系统地展示三维基因组学取得的一系列成果,解读从三维空间构象信息到不同基因功能研究的路径,精准决定在转录调控网络中不同基因表达的时空特异性的可能模式。     

动物细胞凋亡相关基因在植物中的同源性研究进展

细胞凋亡是由基因调节的主动过程.对动物细胞凋亡相关基因在植物中的同源性的研究发现,dad-1基因的结构和功能在动物和植物中均具有保守性.动物中的其他细胞凋亡相关基因,如ras、myc、Rb、p53、bcl-2 等基因,在植物中均有其同源序列,有的在植物中找到了功能相似的基因.细胞凋亡的调控机制在生物进化过程中,不但具有一定程度的保守性,而且在调控机制上具有多样性.     

CYP72B1基因和AUR3基因响应光、生长素和油菜素内酯的转录调控机制研究

为研究光、生长素和油菜素内酯在基因层次上的互作机制,开发了转录调控元件识别工具OCMMat,其中,在对共表达基因信息和直系同源基因信息进行整合时,利用了转录调控元件在直系同源基因启动子中的富集性.利用该方法发现,CYP7281基因和AUR3基因启动子含有3个相同的调控模序GAGACA、AAGAAAAA、ATCATG,它们分别承担了AuxRE元件、GT元件和GT辅助元件的功能.其中,ATCATG模序是目前尚未报道过的调控元件,与AAGAAAAA模序的距离相对恒定.基于调控元件识别结果,构建了CYP7281基因和AUR3基因响应光、生长素和油菜素内酯的转录调控模型,模型显示:光信号和生长素、油菜素内酯信号在CYP72B1基因和AUR3基因的转录调控元件上相互交叠,而生长素和油菜素内酯信号则在转录因子ARF水平上相交.     

基于微阵列数据的基因网络预测方法研究进展

DNA微阵列技术可同时定量测定成千上万个基因在生物样本中的表达水平,从这一技术获得的全基因组范围表达数据为揭示基因间复杂调控关系提供了可能。研究人员试图通过数学和计算方法来构建遗传互作的模型,这些基因调控网络模型有聚类法、布尔网络、贝叶斯网络、微分方程等。文章对网络重建计算方法的研究现状进行了较为全面的综述,比较了不同模型的优缺点,并对该领域进一步的研究趋势进行了展望。     

红色毛癣菌不同生长阶段的基因表达谱分析

红色毛癣菌是最重要的浅表感染真菌.目前对红色毛癣菌分子和遗传学方面的研究还比较有限.应用cDNA芯片技术对红色毛癣菌不同生长阶段的基因表达谱进行了分析,获得了2044个在不同生长阶段差异表达的基因.聚类分析表明,这些基因可以分为3种不同的表达模式.本研究验证了先前的结论,即在红色毛癣菌中存在预储存的mRNA.对不同生长状态下转录谱和基因功能分析表明,糖酵解过程中的一些重要的酶具有相似的表达模式,说明在红色毛癣菌的生长过程中,这些酶可能具有共同的调控模式.同时,在红色毛癣菌生长过程中,一些参与诸如小GTPase调控、cAMP依赖的调控途径以及MAPK信号传导途径的基因表达也发生了变化.尽管这些基因和相关的调控途径在红色毛癣菌中的具体生物学功能还不清楚,但它们可能在其生长过程中起了调控作用.     

Tet system的调控原理及其在转基因小鼠模型上的应用

基因表达的调控是分子生物学研究的一个重要问题,也是基因治疗和基因功能研究的重要手段。诱导性基因表达系统可以从时间上调控基因的表达,是基因治疗和基因功能研究的重要工具之一。其中,四环素诱导基因表达系统(tetracycline inducible expression system,Tet system)是应用最广泛的一种,它可以在时间和空间上对基因进行严谨和高效地诱导表达。基于该系统获得了不同用途的转基因动物,这些模型动物的建立为研究特定基因的功能及其在疾病发生中的作用打下了实验基础。现就四环素诱导表达系统的原理和在小鼠模型上的研究应用做一综述。     

植物种子中脂肪酸代谢途径的遗传调控与基因工程

本文介绍了植物种子中脂肪酸代谢的基本途径,并从工业用和食用两方面对近年来植物脂肪酸代谢的遗传调控与基因工程研究的进展进行了较为详细的总结。植物种子中的脂肪酸成分可通过人为遗传调控发生改变。阐明利用基因工程技术调控植物种子脂肪酸代谢途径是一个新兴的、具有巨大潜力的研究领域,并将在人们生活的各方面发挥巨大作用。     

植物种子中脂肪酸代谢途径的遗传调控与基因工程

本文介绍了植物种子中脂肪酸代谢的基本途径,并从工业用和食用两方面对近年来植物脂肪酸代谢的遗传调控与基因工程研究的进展进行了较为详细的总结。植物种子中的脂肪酸成分可通过人为遗传调控发生改变。阐明利用基因工程技术调控植物种子脂肪酸代谢途径是一个新兴的、具有巨大潜力的研究领域,并将在人们生活的各方面发挥巨大作用。