瘤胃细菌GH48家族糖苷水解酶基因多样性

【目的】了解瘤胃细菌第48家族糖苷水解酶基因(GH48)多样性,为木质纤维素高效降解提供新的基因资源。【方法】通过基因序列比对,设计gh48的简并引物;同时提取两个瘤胃样品的总DNA和总RNA,并将总RNA逆转录成cDNA。以总DNA和cDNA为模板,通过PCR扩增分别建立克隆文库并对克隆文库进行测序;对所得序列进行out种类划分和聚类分析。【结果】本研究共得到了455条编码GH48家族蛋白的基因序列,核苷酸序列之间的相似性为58.65%-100%。对序列的进一步分析表明,89%可以作为区分其种类的界定标准。以此为依据确定所得到的基因序列分别编码66种不同的GH48家族蛋白,分别聚为5个相对独立的类群,其中新类群C中OTU65所代表的序列是cDNA克隆文库中的优势序列,分别占两个cDNA克隆文库的36.4%和19.5%。我们的结果揭示瘤胃细菌gh48基因具有丰富的多样性,同时,其中也存在优势表达的GH48家族蛋白。     

促葡萄糖转运蛋白基因家族的分子进化研究

葡萄糖转运蛋白是一个在结构上相似功能上不同的多基因家族（ＧＬＵＴ１－ＧＬＵＴ５）。由于这一组蛋白和体内的葡萄糖利用有关,因此被认为是糖尿病胰岛素抵抗（抗性）的一个候选基因。本文比较了不同种生物这一基因家族的氨基酸和核苷酸顺序;推测了亲水性和疏水性分布;计算了蛋白质和核苷酸的进化距离,并在此基础上构建了分子进化树。研究表明：这一基因家族具有高度的同源性、极为相似的亲水性和疏水性分布以及结构的对称性。提示这一基因家族起源于一个共同的祖先并可能通过基因的重复而形成。这一进化机制可能有利于氨基酸结构的稳定及抵抗突变的作用。由于邻元法构建的进化树其分支长度存在差异,提示在这一基因家族的进化过程中,各分支上的进化速率并不相同。蛋白质进化距离和核苷酸进化距离所构建进化树的差异提示了在基因组中可能存在隐匿替换。两种方法构建的进化树都提示了ＧＬＵＴ１、３、４在结构和功能上要更为保守。     

植物miR159家族成员分子特性及其进化规律研究

为了解植物miR159家族成员的分子特性及其进化规律,该研究对miRBase数据库中登录的miR159家族成员进行分类统计、进化树构建、科间比较、二级结构预测及靶基因分析。结果表明:miR159家族在植物界分布非常广泛,蕨类植物可能是miR159家族的进化祖先;系统发育进化树分析显示,植物miR159家族成员间存在多个进化分支,且进化关系与植物属性有关,即植物亲缘关系越近的成员更易成枝,且具有相同进化方向的成员序列高度同源;Mfold预测显示,pre-miR159均会自发形成典型、稳定的茎环二级结构,并包含19~21个碱基为单位的功能片段,每个单位均有可能形成miR159成熟体;靶基因分析发现,miR159家族成员主要作用于MYB转录因子、转座因子和假定蛋白等,但在不同物种间及相同物种的不同成员间作用的靶标种类与靶基因ID数量均存在差异,尤其是miR159-3p与miR159-5p间的差异最为显著。     

嗜肝病毒家族成员间进化关系的初步研究

比较分析了嗜肝病毒家族四成员间的全基因核苷酸序列,得出了它们之间的相对进化距离,DHBV 分野最早,GSHV,WHV 次之,HBV 最晚;其进化方式属趋 异性进化.进一步比较各 ORF 的保守性,发现各 ORF 间及同一 ORF 内的不同区域核苷酸发生替换的频率有明显差别;讨论了各 ORF 的特点及意义.     

GP37蛋白结构分析与昆虫病毒分子进化的关系

The gp37 gene from LsMNPV has been sequenced and the deduced amino acid sequence was compared with other GP37 amino acid sequences from 8 insect viruses. The maximum homology of amino acid sequences and the conserved structural regions were analyzed with PROSIS software. The relationship of evolution of 9 insect viruses was discussed and the evolutionary tree was drawned.     

甘油磷酸二酯酶家族蛋白的分子进化

甘油磷酸二酯酶(glycerophosphodiesterrase,GDE)是原核和真核生物中高度保守的一类酶,然而不同物种存在不同数量的蛋白成员。本文以8种模式生物的甘油磷酸二酯酶家族蛋白为基础,通过邻接法构建该家族的进化树,以了解GDE家族成员的进化关系。采用多序列比对、RNA剪接位点(外显子/内含子)分析以及跨膜结构域预测对所建树进行信息挖掘。通过上述方法,提出并初步验证了GDE家族分为3个亚族的观点,即第一亚族为GDE5,第二亚族包括GDE4和GDE7,第三亚族含有GDE1、GDE2、GDE3、GDE6四个成员。     

种子贮藏蛋白的同源家族分类法

以种子贮藏蛋白的分子进化为依据,首次提出按同源家族进行蛋白质分类的新方法。本分类系统暂列类、亚类和次亚类３个分类单位,分别以超家族、多家族和亚家族作为各级分类单位的划分标准。对于较大的同源家族,另立群作为补充分类单位。类和群的排序为任选,亚类的排序则根据其核苷酸替换率（Ｋｎｕｃ值）而定。本系统暂未对次亚类进行排序,建议按同源百分率加以确定。     

形态和分子进化研究中的同源概念

在比较生物学中,同源是一个中心概念,是系统学的心脏,同源最基本的意义就是共同祖先。然而,这只是对同源的解释而非告诉我们怎样去发现它。同源又可被看成是特别类群间的联系。形态进化研究中同源比较的对象是生物的结构,而分子进化研究中的同源比较对象是DNA中的核着酸序列,现对这两种层次的同源概念及其相互间的关系进行讨论。       

从超氧化物歧化酶的分布和结构看其分子进化

超氧化物歧化酶(SOD)是一种催化超氧化物阴离子自由基发生歧化反应, 生成氧和过氧化氢的金属酶. 按其结合的金属离子, 区分为Fe-SOD, Mn-SOD和CuZn-SOD三种. Fe-SOD主要存在于原核细胞中;Mn-SOD在原核和真核细胞中都存在;CuZn-SOD主要存在于真核细胞中. Fe, Mn-SOD的一级结构, 空间结构及其性质很相似, 来自一个共同的祖先; CuZn-SOD的结构与前两者相差较大, 是在以后的发展中单独进化的.     

糖苷水解酶7家族蛋白在纤维素降解中作用的研究进展

糖苷水解酶7家族（glycoside hydrolase family, GH7）是一类来源于真菌的水解酶,作用于纤维素结晶区或不定形区的β-1,4 键,可用于高效降解纤维素转化为可发酵的糖。GH7的成员具有高度保守序列以及相似三维结构,其催化结构域是由多个loop区围绕反向平行的β 折叠形成的β 三明治结构。目前已有17个GH7成员的结晶结构得到解析,明确了酶的结构与催化功能之间的关联,对GH7的来源及分类、蛋白序列、结构特征与催化纤维素降解功能关系的研究进展进行阐述。     

Evolutionary Aspects of Protein Structure and Folding

Four basic stages of evolution of protein structure are described, basing on recent work of the authors aimed specifically to reconstruct the earliest events in the protein evolution. According to this reconstruction, the initial stage of short peptides comprising, probably, only a few amino acid residues had been followed by formation of closed loops of 25–30 residues, which corresponds to the polymer-statistically optimal ring closure size for mixed polypeptide chains. The next stage involved fusion of relatively small linear genes and formation of protein structures consisting of several closed loops of a nearly standard size, with 4–6 loops (100–200 amino acid residues) in a typical protein fold. The last, modern stage began with combinatorial fusion of the presumably circular 300–600 bp DNA units and, accordingly, formation of multidomain proteins.     

茉莉酸信号途径中转录抑制因子JAZ蛋白家族的分子进化分析

茉莉酸在植物的生长发育、应激反应和次生代谢过程中起着重要的调控作用。转录抑制因子JAZ（Jasmonate ZIM-domain）蛋白则是茉莉酸信号从SCF^coi1受体复合物向下游茉莉酸应答基因转导的纽带。采用比较基因组学的方法。从多谱系的角度对植物JAZ蛋白家族进行分子进化分析并取得以下研究结果。（1）在藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物及单、双子叶植物6个不同谱系的15种代表植物基因组中,鉴定了82个JAZ同源基因,其中在低等藻类植物基因组中没有鉴定到JAZ同源基因,提示JAZ家族基因可能起源于陆生植物。（2）系统发育分析表明,在植物基因组中JAZ蛋白家族可分为10个保守的亚家族,而谱系特异扩增尤其是串联重复和区段重复可能是陆生植物JAZ家族基因扩增与进化的主要机制,并导致多个谱系特异的JAZ亚家族产生。（3）基因结构分析表明,JAZ家族基因含有0一7个数目不等、62—4222bp长度不等的内含子,提示在植物基因组进化过程中,JAZ家族基因可能发生内含-丢失或内含子插入缺失,进而导致基因外显子．内含子结构的多样性。该研究结果将为植物JAZ蛋白家族的深入研究提供参考。     

斜带石斑鱼生长激素/催乳素家族基因cDNAs的分子克隆及其进化意义

从斜带石斑鱼垂体提取总。RNA,再取其50ng合成SMART cDNA。从所构建的垂体SMART cDNA质粒文库中筛选到生长激素／催乳素基因家族的2个成员的全长cDNA片段：生长激素(GH)基因全长为938bp,编码204个氨基酸;催乳素基因(PRI．)全长为1429bp,编码212个氨基酸。采用计算机软件Mega 2和CLUSTAL W1．64b对9种鱼的生长激素／催乳素基因家族的3个成员(GH、PRL和生长催乳素SL)的氨基酸序列进行系统分析,构建NJ分支系统树,对于序列中的插入／缺失位点则采用Pairaise Deletion,1000次自展(Bootstrap)分析计算各节点支持率。根据3个基因的氨基酸序列构建的系统树表明,石斑鱼与金头鲷、金鲈和牙鲆聚成一类,虹鳟与大马哈鱼聚成一类,鲫鱼与鲶鱼聚成一类,鳗鲡成另外一类。根据石斑鱼全长cDNA推断的氨基酸序列比较表明,SL相对GH和PRL有较高的保守性。石斑鱼的GH、PRL和SL的氨基酸同源性在24％～31％,但其C-端的氨基酸同源性较高,尤其是C-端的3个Cys是严格保守的。其中SL与GH的同源性(30．8％)高于与PRL的同源性(25．6％),GH和PRL的同源性最低(24．1％)。     

植物GH3基因家族的功能研究概况

植物GH3基因是一种典型的植物生长素原初反应基因,此类基因与植物的生长发育密切相关。GH3基因在植物生长素信号途径、光信号途径以及植物的防卫反应中起着重要作用。植物GH3蛋白具有植物生长素氨基酸化合成酶活性,这有助于维持植物生长素的动态平衡。该文介绍拟南芥等植物中GH3基因的生物学功能研究概况和最新进展,为植物GH3基因家族的进一步研究提供参考。     

RabGTPase激活蛋白结构与功能

RabGTPase激活蛋白(RabGAPs)是一类含有TBC (Tre2/Bub2/Cdc16)结构域的蛋白家族,在Rab活性调节中起着失活Rab的作用。 近年的研究表明,RabGAPs蛋白通过与特定Rab相互作用参与细胞内膜泡运输的调节。 人类RabGAPs突变涉及细胞的极性运输、糖尿病和肿瘤发生等过程,植物RabGAPs蛋白介导病毒的细胞内迁移及气孔免疫等行为。 重要的是,RabGAPs作为一个关键的调节节点,整合Rab与其他小G蛋白之间的信号进而确保囊泡正确的分选、运输及锚定到不同的胞内膜泡系统。 本文综述了RabGAPs蛋白的结构特征、生理功能、底物识别及作用机制,并对RabGAPs蛋白未来的研究方向进行了展望。     

Insights into Exo- and Endoglucanase Activities of Family 6 Glycoside Hydrolases from Podospora anserina

The ascomycete Podospora anserina is a coprophilous fungus that grows at late stages on droppings of herbivores. Its genome encodes a large diversity of carbohydrate-active enzymes. Among them, four genes encode glycoside hydrolases from family 6 (GH6), the members of which comprise putative endoglucanases and exoglucanases, some of them exerting important functions for biomass degradation in fungi. Therefore, this family was selected for functional analysis. Three of the enzymes, P. anserina Cel6A (PaCel6A), PaCel6B, and PaCel6C, were functionally expressed in the yeast Pichia pastoris. All three GH6 enzymes hydrolyzed crystalline and amorphous cellulose but were inactive on hydroxyethyl cellulose, mannan, galactomannan, xyloglucan, arabinoxylan, arabinan, xylan, and pectin. PaCel6A had a catalytic efficiency on cellotetraose comparable to that of Trichoderma reesei Cel6A (TrCel6A), but PaCel6B and PaCel6C were clearly less efficient. PaCel6A was the enzyme with the highest stability at 45°C, while PaCel6C was the least stable enzyme, losing more than 50% of its activity after incubation at temperatures above 30°C for 24 h. In contrast to TrCel6A, all three studied P. anserina GH6 cellulases were stable over a wide range of pHs and conserved high activity at pH values of up to 9. Each enzyme displayed a distinct substrate and product profile, highlighting different modes of action, with PaCel6A being the enzyme most similar to TrCel6A. PaCel6B was the only enzyme with higher specific activity on carboxymethylcellulose (CMC) than on Avicel and showed lower processivity than the others. Structural modeling predicts an open catalytic cleft, suggesting that PaCel6B is an endoglucanase.     

山茶属CHS基因家族的组成和分子进化初探

用PCR方法从4种山茶属(Camellia)(山茶科)(Theaceae)植物的总DNA中分别扩增到CHS基因外显子2的部分序列,经克隆、测序得到16个该基因的序列,这些序列与来自GenBank的该属另一种植物的3个序列及作为外类群的大豆(Glycine max (L.) Merr.)的2个序列一起进行分析.研究表明,山茶属CHS基因家族在进化过程中已分化为A、B、C三个亚家族,包括A1、A2、A3、B1、B2、C 等6类不同的基因成员;其中只有A2类成员为全部被研究的5种植物所共有,而其他5类成员只在部分被研究的植物中发现;所有这些CHS成员具有很高的同源性:在核苷酸水平上同一亚家族内基本上高于90%,不同亚家族间也在78%以上.从推测的氨基酸组成看,山茶属内CHS基因的功能已发生了分化,各类成员的碱基替代率有较大差异; 从分子系统发育树和可能的氨基酸组成分析,山茶属具有新功能的基因成员是在经过基因重复后,或是由少数几个位点的突变而成,或是由逐渐积累的突变而形成的.进一步分析认为,该属CHS基因的分化直到近期还在活跃地进行,并且不同种的进化式样有一定的差别,这种不同的进化式样可能是物种形成后受不同环境因素影响而形成的.     

P-糖蛋白结构及作用机制

ABC (ATP-binding cassette) 转运蛋白广泛存在于各种生物体细胞中,例如细菌的内层细胞浆膜和真核生物的细胞膜和细胞器膜.其利用与ATP的结合和水解供能进行底物的跨膜转运,其中一部分ABC转运蛋白能转运多种疏水性分子.P-糖蛋白隶属于ABC转运蛋白超家族,是研究最为透彻的一员,主要功能是防止机体对外来有害物质的摄入.P-糖蛋白(P-glycoprotein)由4 个基本结构域组成,2 个跨膜区和2 个位于细胞浆内的核苷酸结合区.核苷酸结合区参与ATP的结合和水解,而各由6 个α 跨膜螺旋组成的2个跨膜区联合构成了底物跨膜转运的通道.P 糖蛋白能转运多种不同结构的底物,包括脂类、胆汁酸、多肽和外源性化学物质,这对机体的生存至关重要,但同时也存在不利的一面,包括干扰了药物的运输,从而导致了多药耐药现象的产生.本文就P-糖蛋白的分子结构和作用机制的最新研究进展进行综述.     

山茶属CHS基因家族的组成和分子进化初探

用PCR方法从4种山茶属(Camellia)(山茶科)(Tlaeaceae)植物的总DNA中分别扩增到CHS基因外显子2的部分序列,经克隆、测序得到16个该基因的序列,这些序列与来自GenBank的该属另一种植物的3个序列及作为外类群的大豆(Glycine max (L)Merr)的2个序列一起进行分析。研究表明,山茶属CHS基因家族在进化过程中已分化为A、B、c三个亚家族,包括A1、A2、A3、B1、B2、C等6类不同的基因成员;其中只有A2类成员为全部被研究的5种植物所共有,而其他5类成员只在部分被研究的植物中发现;所有这些CHS成员具有很高的同源性：在核苷酸水平上同一亚家族内基本上高于90％,不同亚家族间也在78％以上。从推测的氨基酸组成看,山茶属内CHS基因的功能已发生了分化,各类成员的碱基替代率有较大差异;从分子系统发育树和可能的氨基酸组成分析,山茶属具有新功能的基因成员是在经过基因重复后,或是由少数几个位点的突变而成,或是由逐渐积累的突变而形成的。进一步分析认为,该属CHS基因的分化直到近期还在活跃地进行,并且不同种的进化式样有一定的差别,这种不同的进化式样可能是物种形成后受不同环境因素影响而形成的。     

Sequence- and structure-guided improvement of the catalytic performance of a GH11 family xylanase from Bacillus subtilis

Xylanases produce xylooligosaccharides from xylan and have thus attracted increasing attention for their usefulness in industrial applications. Previously, we demonstrated that the GH11 xylanase XynLC9 from Bacillus subtilis formed xylobiose and xylotriose as the major products with negligible production of xylose when digesting corncob-extracted xylan. Here, we aimed to improve the catalytic performance of XynLC9 via protein engineering. Based on the sequence and structural comparisons of XynLC9 with the xylanases Xyn2 from Trichoderma reesei and Xyn11A from Thermobifida fusca, we identified the N-terminal residues 5-YWQN-8 in XynLC9 as engineering hotspots and subjected this sequence to site saturation and iterative mutagenesis. The mutants W6F/Q7H and N8Y possessed a 2.6- and 1.8-fold higher catalytic activity than XynLC9, respectively, and both mutants were also more thermostable. Kinetic measurements suggested that W6F/Q7H and N8Y had lower substrate affinity, but a higher turnover rate (k_cat), which resulted in increased catalytic efficiency than WT XynLC9. Furthermore, the W6F/Q7H mutant displayed a 160% increase in the yield of xylooligosaccharides from corncob-extracted xylan. Molecular dynamics simulations revealed that the W6F/Q7H and N8Y mutations led to an enlarged volume and surface area of the active site cleft, which provided more space for substrate entry and product release and thus accelerated the catalytic activity of the enzyme. The molecular evolution approach adopted in this study provides the design of a library of sequences that captures functional diversity in a limited number of protein variants.