人类全基因组范围的CpG岛的预测与分析

CpG岛的甲基化是表观遗传中基因表达调控的重要机制。虽然目前已存在几个从DNA序列判别CpG岛的标准,但如何在标准中选择合适的参数仍是研究的焦点。文章通过分析比较两种经典CpG岛判定标准与三种预测方法,提出了改进的CpG岛预测方法——CpGISeeker。应用该预测方法,结合判定标准中的三个基本参数组合出的13组组合参数,在人类全基因组范围内进行了CpG岛预测,并统计分析了CpG岛的重复序列组成以及相对于基因转录起始位点的位置分布情况。分析结果表明CpGISeeker具有更精确判定CpG岛的特性;同时还提示,随着判定标准严格性的增加,CpG岛的重复序列含量降低,与基因转录起始位点的相关性提高。将CpG岛最小尺寸为500bp、GC含量为60%、CpG出现率达到0.65的组合参数作为标准,是目前预测CpG岛的最佳方式。     

果蝇启动子区域CpG岛和TATA框预测与分析

CpG岛和TATA框在基因表达调控方面具有重要的作用,本研究从EBI核酸数据库中下载经试验证实的果蝇启动子序列共计1 917条,对其中的CpG岛、GC碱基分布和TATA框进行了分析。预测果蝇启动子序列中CpG岛的最佳参数组合为:GC最低含量为0.44,CpG最低出现率为0.6,CpG岛最小长度为200 bp,在此条件下,发现有84.82%的果蝇启动子中含有1~2个独立的CpG岛。果蝇启动子序列的平均GC含量为39.83%,GC碱基在启动子中的分布表现出规律性变化。果蝇启动子中TATA框的分布比较广泛,有32.86%的启动子中含有1个TATA框;有18.73%的启动子中含有2个TATA框;另有13.88%的启动子中含有2个以上的TATA框;此外,有34.53%的启动子没有TATA框。表明果蝇启动子中有比较丰富的CpG岛和TATA框。     

SV40PolyA片段串联拷贝数目影响GFP报告基因表达

Alu元件（约280bp）是人类基因组中的重要重复序列,串联Alu呈长度依赖性下调GFP报告基因表达,在Alu串联序列上游正向或反向插入SV40PolyA（简称PolyA,240bp）,解除Alu串联序列对GFP基因的抑制作用.PCR法扩增PolyA反序（PolyAas）不同位置的60bp片段,插入pAlu14质粒（14个Alu正向串联插入pEGFP-C1）的GFP基因和Alu14之间,瞬时转染HeLa细胞,通过荧光显微镜观察和Northern检测,1F1R（PolyAas5′端第1个60bp片段）和4F4R（自PolyAas5′端计算第4个60bp片段）不能活化基因;2F2R和3F3R（PolyAas中间的2段）可以解除Alu14对GFP基因的抑制作用.将2F2R和3F3R各自反复首尾串联,分别插入pAlu14质粒GFP基因和Alu串联序列之间,瞬时转染HeLa细胞,用插入4个2F2R的pAlu28,插入4个3F3R的pAlu18,插入4个3F3R的pAlu28作长度对照,以排除由于插入片段长度增加可能对结果造成的干扰,发现2～4个拷贝的2F2R和3F3R活化基因作用高于一个拷贝的同样片段,但是多于8拷贝以后,活化GFP基因作用减弱.本实验证明,SV40 PolyAas至少含有两段活化基因序列,活化基因序列（2F2R,3F3R）的最适活化基因条件需要合适的拷贝数.     

玉米MuDR转座子DNA甲基化的MSP检测

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,广泛存在于高等动植物中,并在维持基因组稳定性、调节基因表达等方面起着重要作用,因此建立快速有效地DNA甲基化检测技术至关重要.本文以两种不同MuDR活性的玉米转座子材料为研究对象, 探讨了甲基化特异性PCR(MSP)在检测DNA甲基化的有效性.结果表明: MSP技术可快速有效地检测MuDR转座子的末端反向重复(TIRs)序列内的CpG岛DNA甲基化的变化,灵敏度高,特异性强,可作为植物已知基因DNA甲基化检测的一种新方法.同时利用MSP研究发现,玉米MuDR转座子的活性随其TIRs序列内的CpG岛DNA甲基化的变化而改变, DNA甲基化是调控玉米MuDR转座活性的重要分子机制之一.     

单纯性先天性心脏病中TBX5基因表达异常的机制

为探讨人类单纯性先天性心脏病患者中TBX5基因表达下调的可能原因, 应用变性高效液相色谱(DHPLC)方法检测100例单纯性先天性心脏病患者中TBX5基因上游1 200 bp调控区的突变情况; 应用甲基化敏感性限制性内切酶(MS-RE)法检测50例单纯性先天性心脏病患者和5例非先天性心脏病患者心肌组织TBX5基因启动子区两个CpG岛(转录起始点上游-49~-188 bp和-247~-464 bp处)的甲基化情况; 应用P-match软件预测小鼠Tbx5基因上游转录因子Nkx2-5的结合位点, 构建Nkx2-5表达载体转染小鼠H9C2(2-1)心肌细胞, RT-PCR及Western blotting检测Tbx5基因表达, 凝胶阻滞实验(EMSA)验证Nkx2-5和Tbx5基因的作用。结果在100例单纯性先天性心脏病患者中, 未检测到TBX5基因上游1 200 bp调控区突变; 非先天性心脏病患者和单纯性先天性心脏病患者在两个CpG岛存在相同的甲基化; 小鼠Tbx5基因转录起始点上游-312~-315 bp可能存在Nkx2-5的结合位点, 转染Nkx2-5表达载体后Tbx5基因在mRNA及蛋白质水平均有表达增高趋势, Nkx2-5在体外可以与Tbx5基因上游-312~-315 bp序列相结合。以上结果提示TBX5基因调控区突变和两个CpG岛的甲基化不是单纯性先天性心脏病患者心肌组织中TBX5基因表达下调的原因, TBX5基因表达下调可能由于NKX2-5的表达异常引起。     

奶牛产奶性状与乳房炎相关基因CpG含量及分布特征的比较分析

DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分,基因启动子区及第一外显子区的CpG甲基化通常抑制该基因的表达,而去甲基化则促进基因表达。已有的研究发现荷斯坦牛的乳房炎指标SCC(Somatic cell count)与产奶量呈较强负相关。文章分析并比较了这两类性状的相关基因的启动子区、第一外显子、下游2 000 bp序列中CpG含量及分布特征。结果表明,乳房炎相关基因的启动子、第一外显子中CpG含量显著低于产奶性状相关基因,而两类性状基因下游2 000 bp序列中CpG含量无显著性差异。另外,文中提出了两个量化基因序列中CpG特征的指标,一个是CpG平均距离,用来衡量序列中的CpG分布;另一个是条件概率p(G|C),用以量化序列中二核苷酸CpG随碱基C出现的可能性,并对两类基因的启动子和第一外显子区域的这两个指标做了统计检验。研究结果对产奶性状与乳房炎相关基因的DNA甲基化调控研究奠定了基础。     

水稻幼苗特异应答H2O2的miRNA169b启动子表达载体的构建

目的:研究microRNA169b(miRNA169b)启动子不同长度片段的活性及自身调控。方法:用生物信息学方法分析水稻中miRNA169b前体上游1500 bp序列,并从水稻幼苗基因组DNA中扩增miRNA169b前体上游500、1000和1500 bp启动子片段,分别将3个片段克隆至萤光素酶报告基因载体p5XGal4-LUC上。结果:构建了miRNA169b启动子重组载体,序列分析表明与预期结果一致。结论:miRNA169b启动子调控的萤光素酶报告基因表达载体的构建,为研究水稻中miRNA基因自身的转录奠定了基础。     

结直肠癌中DNA甲基化研究进展

CpG岛是人类基因组中富含CpG二核苷酸的DNA序列,主要位于基因启动子区,大小约为100-1000bp,与约60％编码基因相关。DNA中CpG岛甲基化可导致抑癌基因的表观遗传学转录失活,直接参与肿瘤的发生机制。近年来,甲基化已成为表观遗传学研究的焦点。我们简要综述了DNA甲基化在结直肠癌中的研究进展。     

牛ASCL2基因生物信息学分析

在人与小鼠中,A SCL2基因是一个母源表达的印记基因,在早期胚胎和胎盘发育中起重要作用。牛A SCL2基因的印记状态和印记的分子机理还没有被研究。本研究采用生物信息学方法对牛A SCL2基因分子进化、启动子和CpG岛区域以及蛋白的高级结构进行分析和预测,为进一步揭示该基因生物学功能和其分子调控机理奠定基础。对21种哺乳动物A SCL2基因的mRNA序列进化分析表明：这21种哺乳动物间的遗传距离小于0.536,且牛与猪遗传距离最小,为0.106,与基因进化树分析结果一致。CpG岛在线软件预测显示,在牛中,该基因上游5 k序列中有三个CpG岛。启动子在线软件预测和转录因子分析相结合显示,启动子最可能位于该基因5'端上游4725~4775 bp处CpG岛区域内,此区域包括大量潜在转录因子结合位点,并在4734 bp处存在一个TATA框。蛋白质在线软件分析表明,A SCL2基因编码一种螺旋-环-螺旋形转录因子,有α-螺旋、β-转角和无规则卷曲3种二级结构。     

7SRNA在癌细胞中含量改变及其对染色质转录活性的调节

7s RNA与哺乳动物基因组中有300,000重复拷贝的Alu DNA顺序高度互补。Alu DNA的功能是与结构基因的转座和表达调控密切有关。因此7s RNA对基因表达可能有调节作用。本文提供实验:1.肝癌细胞核内7s RNA含量比正常核少,意味着减弱了对癌细胞基因表达的控制。2.7s RNA比其他的核小分子量RNA更紧密与染色质结合。3.7sRNA对离体染色质的转录活性有促进和抑制的两相作用,这些结果直接和间接表明7s RNA对基因表达起一定的调节作用。由于Alu DNA在基因组中分布是广泛性的,因此认为7s RNA的调控作用也应是一般控制性质的。     

L1-ORF2不同片段对报告基因表达产生不同影响

长散布重复序列-1(Line-1, L1)是重要的人类基因组成分, 完整的L1有6 kb, 在基因组中存在的L1多数是不完整序列, 有必要研究L1片段对基因表达的调控作用。PCR扩增L1第二读码框(L1-ORF2)不同位置的 280 bp片段, 共7段, 同向8串联按正、反方向分别插入pEGFP质粒GFP基因下游, 观察插入序列对GFP报告基因表达的影响。构建的质粒瞬时转染HeLa细胞, 经荧光显微镜和Northern检测, 不同片段对转录量和终止影响不同。7个片段正序对GFP报告基因的抑制均高于其反序, 在正序串联表达载体p280-1*8和p280-9*8的GFP基因转录量超过其他280正序插入片段, 在反序串联表达载体p280-1*8as和p280-9*8as的GFP基因转录量超过其他280反序片段。280-1*8、280-9*8、280-1*8as和280-9*8as属于转录终止性序列。Alu在基因组的多数区段与L1分布呈反比, Alu正、反序均对GFP表达有抑制作用, 但反序抑制作用高于正序, Alu正序属于转录延伸性序列。280 bp片段反序插入的所有质粒荧光阳性细胞均高于正序插入质粒。经碱基分析, L1-ORF2各段均存在A碱基含量多, T碱基含量少的现象, 这可能是其正、反序对基因表达影响不同的原因。     

基于模糊理论预测CpG岛新方法

启动子区域的CpG岛的异常甲基化是识别癌症的重要标志之一。目前已经建立的一些CpG岛的预测思想和方法都有自身的缺点,基于模糊理论的预测思想从贴进度的角度来判定CpG岛,能更容易地找到被以往方法所忽略的具有更多生物学意义的CpG岛。本研究通过构建属于CpG岛集合的隶属函数,计算候选序列的隶属度,找出所有的可接受隶属程度的CpG岛。将该方法应用于UCSC数据库中的一段序列（hg18．chr1．31618510.31623510.-1000）进行预测,发现提高了预测的精确度。可见应用模糊理论预测CpG岛具有一定的可行性,利用选取不同的截集,可以得到更为精确的CpG岛。     

褐飞虱胰岛素酶基因的结构特点研究

胰岛素酶通过影响胰岛素的含量在稻飞虱翅型分化中起到重要的调控作用。本研究借助已获得的白背飞虱胰岛素酶的部分氨基酸序列,成功从褐飞虱转录组数据库中比对到带有褐飞虱胰岛素酶基因的c DNA序列,该序列含有一个带有起始密码子ATG和终止密码子TGA的开放阅读框,全长为1425 bp,编码的蛋白质具有胰岛素酶的典型结构:Peptidase_M16超家族和Peptidase_M16_C超家族。再将开放阅读框序列与褐飞虱基因组序列进行比对,得到胰岛素酶基因全长为1 674 bp,含有5个外显子和4个内含子。这是首次有关褐飞虱胰岛素酶基因结构的详细报道,为该基因的体外表达和功能研究打下了良好基础,将有利于探索该酶在稻飞虱翅型分化中的具体调控机制。同时本研究还发现胰岛素酶基因上游320 bp至858 bp处存有一个CpG岛区域,由于甲基化通常发生在基因上游的CpG岛区域,从而调控基因的表达,因此推测这个CpG岛区域可能存在甲基化现象,且在不同翅型的飞虱中甲基化水平存在差异,从而影响翅型分化。这一推测一旦获得实验验证,将有助于深入了解稻飞虱翅型分化的机制。     

DNA甲基转移酶RNAi干涉载体的构建及其鉴定

DNA甲基化(DNA Methylation)是真核生物基因组最常见的DNA共价修饰形式,影响蛋白质-DNA的相互作用,在基因表达的调控上起着重要作用,RNAi(RNA interference)干涉是关闭特定基因功能的新技术,在植物功能基因组、植物发育及生理代谢途径调控等方面有着广泛应用.本文根据植物DNA甲基转移酶(DNMTs)的保守序列设计引物,首先从拟南芥总基因组DNA中克隆出DNA甲基转移酶基因保守片段,然后以此保守片段为模板扩增长度约570bp,的靶序列用于构建RNAi载体.根据RNAi作用机制,将570bp靶序列正向、反向连接到pHANNIBAL载体上,然后将带有此反向重复结构的完整OFF框连接到植物表达栽体pGreell上,经过酶切鉴定和测序分析证实DNA甲基转移酶RNAi重组表达载体构建成功.转化红豆衫细胞表明该干涉载体具有生物学功能,为研究受DNA甲基化调控的性状改良打下基础.     

构建重组系统分析回文结构对基因表达的影响

回文结构序列是最常见的一种DNA序列,它是许多基因表达调控因子的顺式作用元件。本文设计了不同长度的回文结构序列,构建了Cre\|loxP重组系统,通过共转化含有cre基因的质粒和含有loxp位点的质粒,观察共转化菌株质粒图谱的变化,研究了重组系统在细菌中对基因表达的作用,同时研究不同长度回文结构对基因表达的影响,结果发现长度在20bp以下回文序列对下游基因的表达没有影响,而长于34bp的回文结构序列则会抑制下游基因的表达。     

人TCF7L2基因启动子生物信息学分析

[目的]探讨人TCF7L2基因启动子特征。[方法]从UCSC数据库获得人TCF7L2基因5’调控区2 000 bp序列,利用多种在线软件对启动子、转录因子结合位点、Cp G岛、SNP等进行分析。[结果]5’调控区2 000 bp序列正义链上至少存在5个潜在的启动子,其中-242～-192 bp、-853～-803 bp之间可能包含核心启动子。查找到1个TATA盒,存在1个长度为499 bp的Cp G岛。Ali Baba2. 1、PROMO和JASPAR软件分别预测到241、944、1 035(正义链)个转录因子结合位点。利用conreal程序在人和小鼠TCF7L2基因启动子保守区域内预测到207个共同的转录因子结合位点,涉及到66种转录因子。启动子区发现2个SNP位点。[结论]对人TCF7L2基因启动子进行了生物信息学分析,获得了启动子特征。     

人Daintain 基因5'调控区序列的生物信息学分析

目的：探讨人Daintain 基因5''调控区的序列特征。方法：利用在线软件BLAST、Neural Network Promoter Prediction、Promoter 2.0、Promoter SCAN、EMBOSS、CpG Island Searcher 和TF SEARCH预测人Daintain 基因启动子区域、CpG 岛分布和转录因子结 合位点。结果：人Daintain 基因5''调控区存在1 个CAAT盒。Daintain 基因可能存在6 个启动子位点,CpG岛可能位于216 bp 区 间( 23 ~ 238 bp)。评分85 分以上时,该序列存在251 个可能的转录因子结合位点;评分90 分以上时,该序列存在70 个可能的转 录因子结合位点;评分95 分以上时,该序列存在16个可能的转录因子结合位点;评分100 分以上时,该序列存在7 个可能的转 录因子结合位点;这些结合的转录因子基本是与免疫细胞增殖或性别发生有关。结论：人Daintain 基因5''调控区的生物信息学研 究表明其转录受甲基化和多种转录因子的调控,为研究Daintain 基因启动子的功能提供理论基础。     

胞质雄性不育白菜叶绿体ndhJ-trnF区域序列发生变异

以来自Polima胞质甘蓝型油菜雄性不育源转育获得的不育白菜'Bpol97-05A'和其回交亲本即保持系'Bajh97-01B'为材料,利用cDNA扩增片段长度多态性(cDNA-AFLP)技术获得一条长约330bp的特异片段P1708,RT-PCR验证确认该序列为不育白菜材料所特有,经测序和BLAST比对,发现该片段除54bp的插入序列外,其余部分与大白菜和甘蓝叶绿体ndhJ-trnF基因之间的一段序列完全一致.根据基因区域两端的保守部位设计引物,以Polima不育白菜DNA和可育甘蓝型油菜的DNA为模板,分别获得了长约1900bp的序列,比较序列发现:不育白菜与可育白菜、甘蓝型油菜的DNA序列存在一定差异,'Bpol97-05A'中除多个位点发生变异外,另有108bp的插入序列,该插入由2个长度为54bp的重复序列组成,重复序列中除5′端3个碱基CTT外,其余部分均与trnF基因3′端51bp完全相同.     

恒河猴基因组SINEs和Alu元件的数量和分布

哺乳动物的基因组中富含各种类型的重复序列,其中的微卫星作为分子标记在相关研究中得到了广泛的应用。而重复序列中的SINEs元件,在各类群物种的分子系统发育、遗传多样性等方面的研究也得到了使用。其中,灵长类物种特有的SINEs元件、Alu元件,也在灵长类物种的进化研究中得到了成功的使用。本研究对于重要的医学模式动物恒河猴的基因组中SINEs和Alu元件进行了搜索,并进一步统计分析其分布规律、长度等信息。在恒河猴基因组的20条常染色体上共发现了Alu元件1 093 185个,在性染色体X上发现了45 215个。长度为200 bp至300 bp区间的Alu元件分布最多;Alu元件中75%的分化值至少都为10,而只有6.2%左右的元件分化值能达到至少20,这一结果表明绝大部分的Alu元件都比较年轻。本研究的统计结果为后续应用SINEs和Alu元件作为分子标记的研究提供了重要的信息。