三种模式微生物基因组中GC含量的比较

GC含量是核酸序列组成的重要特征,其含量可作为反映进化的一种指标。为了探索GC含量作用于基因组的进化压力,本研究研究了大肠杆菌(Escherichia coli)和枯草杆菌(Bacillus subtilis)、真核生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)三种模式微生物基因组编码序列的GC含量,分析了其基因组中蛋白质编码序列的GC含量与编码序列长度的关联,结果发现编码序列的GC含量与序列相对频数有一定的相关性,且编码序列的GC含量随序列相对频数的分布具有一定的规律。根据分布曲线我们推测这种规律应该符合某种分布,并用各种分布函数进行拟合,研究结果发现基因组中编码序列的GC含量随序列频数的分布与高斯分布相符合,且这种分布在真核生物和原核生物间有显著区别。另外,不同长度的编码序列GC含量的分析结果表明,编码序列的GC含量与序列长度有一定的相关性。     

酵母:一种模式生物

1996年 4月 ,在国际互联网的公共数据库中公布了酿酒酵母 (以下简称酵母 )的完整基因组顺序 ,它被称为遗传学上的里程碑。因为首先 ,这是人们第一次获得真核生物基因组的完整核苷酸序列 ;其次 ,这是人们第一次获得一种易于操作的实验生物系统的完整基因组。酵母是一种较好的模式生物 ,通过对其基因组的深入研究将有助于人们了解高等真核生物基因组的结构和功能。酿酒酵母作为一种模式生物在实验系统研究方面具有许多内在的优势。首先 ,酵母是一种单细胞生物 ,能够在基本培养基上生长 ,使得实验者能够通过改变物理或化学环境完全控制其生长。…     

酿酒酵母Cdk1抑制蛋白的研究进展

细胞周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinase 1,Cdk1)是真核生物细胞周期调控的核心,也是维持基因组稳定性的重要激酶,其活性受到严格调控.CDK抑制蛋白(cyclin-dependent kinase inhibitor,CKI)是调节其活性的一类关键负调控因子,CKI功能失活导致细胞不受控制地增殖,促进癌症的发生发展.酿酒酵母作为细胞周期研究的重要模式生物,在揭示CDK活性调控机制中发挥着重要作用.酿酒酵母中已发现的Cdk1抑制蛋白CKI包括Far1、Sic1以及最近鉴定的Cip1蛋白.这三个CKI蛋白在不同细胞时期中,通过抑制Cdk1活性调控细胞周期的进程.此外,CKI还在应对环境胁迫,保持基因组稳定性中发挥重要作用.本文对酿酒酵母Cdk1抑制蛋白CKI的研究进展,尤其是CKI在细胞周期运转及胁迫应答中的作用做出综述,以期为细胞周期及癌症的基础研究提供模式依据.     

酵母菌专栏序言Ⅱ:中国科学院微生物研究所酵母菌资源、遗传、功能改造及应用研究简况

正酵母菌作为单细胞真核微生物,既是研究真核生物基本生命过程及其调控机制的经典模式系统,也是生物技术和生物制造领域非常重要的功能微生物和微生物细胞工厂。20世纪30年代以酿酒酵母Saccharomycescerevisiae为模式系统研究真核生物生物学特征及其变化规律日益受到重视,70年代后分子生物学技术推动了酵母菌分子遗传学研究的快速发展,特别是1996年酿酒酵母基因组计划(Yeast Genome Project)的完成,以酿酒酵母为     

面向生物乙醇生产的酿酒酵母比较基因组序列分析研究进展

酿酒酵母是生物乙醇领域应用和研究的常用菌。综述了酿酒酵母基因组序列比较在提高基因功能注释准确性、发现不同菌株间分子结构变异、提供遗传育种潜在靶标基因等的相关研究,以及揭示酵母种间遗传进化关系,探究基因型与表型之间关联的研究进展。探讨了面向生物乙醇生产的酵母遗传育种,以满足工业生产需求。展望了随着测序菌株数量增多,酿酒酵母基因组的资源挖掘、重要价值和研究前景。     

酿酒酵母细胞融合机制及交配信号通路的合成生物学应用

细胞融合是大多数真核生物发育中的一个基本生物过程。酿酒酵母作为真核生物基因组合成和转移的经典模式生物,其细胞融合机制不清楚,因此限制了它的合成生物学应用。在酿酒酵母的融合过程中,细胞对信息素做出反应,触发促分裂原活化的蛋白激酶（MAPK）级联反应以启动交配,随后细胞发生极化、细胞壁重塑、膜融合和核配。其中,研究可能的“融合酶”——受信息素调控的多跨膜蛋白（Prm1）为推动细胞融合可控性提供方向。酵母交配信号通路的合成生物学应用基于生物元件、生物装置与生物系统以及多细胞互作3个层次,本文分析了信息素诱导型启动子、G蛋白偶联受体、支架蛋白、转录因子、双稳态开关、调谐器、底盘细胞等在生物传感器及代谢工程等领域的应用。开发理性设计的模块化线路和优化交配途径来精确调控酵母交配的生理事件,对于细胞融合的人工可操纵性发展具有重要意义。     

酵母模型揭示胁迫因子驱动基因组变异的研究进展

基因组变异是遗传疾病发生和物种演化的分子基础，这个过程受到细胞内外源理化因子的共同作用。模式生物酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）基因组小且易于开展分子遗传操作，在探究基因组变异进化调控机制的相关研究中应用广泛。本文总结了酵母模型中典型的DNA变异检测遗传体系，包括利用报告基因检测DNA突变率和红白扇形菌落筛选染色体重组子等；讨论了高通量测序技术在检测自发性和胁迫因子诱导基因组变异中的应用；综述了运用酵母模型揭示温度波动、氧化压力、抗肿瘤药物、金属离子和辐射等胁迫因子对基因组稳定性的影响及遗传机制的研究进展。酵母在多种胁迫条件下均会发生适应性进化现象，特定的染色体结构变异是适应性背后的重要遗传机制之一。在酵母中结合遗传筛选体系和高通量分析手段阐释细胞胁迫因子与基因组变异的关联机制，可为全面理解生物基因组不稳定机理和物种进化规律提供新的视角。     

酿酒酵母基因组位置效应对外源基因表达的影响

外源基因元件和模块在底盘细胞中发挥特定功能是合成生物学研究的基本过程,而外源元件和模块在基因组中的位置对其功能的实现具有显著影响。为了系统、全面地表征酿酒酵母基因组位置效应对外源基因的表达影响,以绿色荧光蛋白为报告基因,通过双交换同源重组方法,对酿酒酵母单基因敲除库进行高通量转化,构建酿酒酵母基因组单位点荧光标记菌株库。结合流式细胞术和高通量测序技术对单位点荧光标记库菌株进行分析,构建高表达位点库和低表达位点库,共发现促进绿色荧光蛋白表达的位点428个,抑制绿色荧光蛋白表达的位点444个。通过分析高、低表达位点在酵母染色体上的分布,从全基因组尺度上对酿酒酵母基因组整合位置对基因表达的影响进行表征。本研究可为酿酒酵母基因组位置效应的分布规律和产生机理研究提供重要参考,对外源蛋白工业生产和合成生物学中的基因表达精细调控也具有重要的指导意义。     

酿酒酵母乙酸耐性分子机制的功能基因组进展

提高工业酿酒酵母对高浓度代谢产物及原料中的毒性底物等环境胁迫因素的耐受性,对提高工业生产效率具有重要的意义。乙酸是纤维素原料水解产生的主要毒性副产物之一,其对酵母细胞的生长和代谢都具有较强的抑制作用,因此,对酿酒酵母乙酸耐性分子机制的研究可为选育优良菌种提供理论依据。近年来,通过细胞全局基因表达分析和代谢组分析,以及对单基因敲除的所有突变体的表型组研究,对酿酒酵母乙酸耐性的分子机制有了更多新的认识,揭示了很多新的与乙酸毒性适应性反应和乙酸耐性提高相关的基因。综述了近年来酿酒酵母乙酸耐性的基因组规模的研究进展,以及在此基础上构建乙酸耐性提高的工业酵母菌的代谢工程操作。结合本课题组的研究,对金属离子锌在酿酒酵母乙酸耐性中的作用进行了深入分析。未来对酿酒酵母乙酸耐性分子机理的认识及改造将深入到翻译后修饰和合成生物学等新的水平,所获得的认知,将为选育可高效进行纤维素原料生物转化、高效生产生物燃料和生物基化学品的工业酿酒酵母的菌株奠定理论基础。     

酿酒酵母全基因组SNARE蛋白的亚细胞定位研究

在真核细胞中,内质网、高尔基体、质膜等膜结构间的蛋白质运输主要通过囊泡出芽和融合实现。SNARE蛋白家族在介导囊泡与目的膜结构融合过程中发挥关键作用。在模式生物酿酒酵母中,对全基因组SNARE蛋白的系统研究仍有不足。此研究构建了一套用于标记酿酒酵母基因组全部24种SNARE的工具质粒。该系列质粒既能呈现出良好的定位特征,又避免了过度表达造成的定位异常。通过与细胞器标记共定位验证了SNARE蛋白的亚细胞定位。结果发现3种SNARE的定位与之前报道不符:Bos1定位于早高尔基体,Snc1和Bet1定位于晚高尔基体/早内体。另外,Sec9定位于芽尖和芽颈,这是首次观察到Sec9在活酵母细胞中的定位。这项工作首次全面的检验了酵母SNARE家族蛋白的亚细胞定位,为后续SNARE蛋白功能研究提供了新线索,并为相关研究提供了一套工具质粒。     

酵母全基因组芯片的应用

酵母作为最常用的模式生物,其全基因组测序最先完成。利用已知的酵母基因组信息,结合基因芯片技术,可进一步系统研究酵母的功能基因组表达。基因芯片技术是上世纪末发展起来的一项集分子生物学、生物信息学和电子学等科目的生物高新技术。酵母全基因组芯片,可以用以从基因表达水平,研究环境、物理、化学因子、毒理和药物作用的机制,在最终阐明酵母基因组功能的同时,为生物学研究提供更优化的模式生物模型。     

酿酒酵母基因组学研究进展

酿酒酵母是第一个完成基因组测序的真核生物,在基因组序列信息研究上取得了重大的进展,并且成为后基因组研究的主要模式材料,在基因功能、转录组、蛋白质组等方面获得了许多重要的成果,为高等生物,以及人基因组的研究提供了很好的借鉴,并为深入认识酵母以及生命的进化提供了基本的信息。     

密码对的使用与基因组进化

以5种真核、20种细菌、10种古菌生物的基因组为样本,分析了编码序列中密码对和基因间序列中三联体对的相对模式数随频数的分布,验证了这种分布符合Γ(α,β)分布。发现分布形状参数!值与生物基因组进化存在明显的相关性;编码序列与基因间序列的进化方式截然不同。随着进化,编码序列的分布形状逐渐向随机分布靠近(α值逐渐增大)。而对基因间序列,古菌与真核生物的分布形状接近,与细菌的分布相差明显。     

CRISPR基因编辑技术在酿酒酵母细胞工厂中的应用

高效、特异和简单易用等优势使CRISPR基因编辑技术迅速成为遗传操作的热点工具,该技术及其衍生技术在各类细胞的基因组编辑与调控中逐渐被广泛应用。现介绍酿酒酵母细胞工厂的研究现状和CRISPR基因编辑技术的发展,着重从基因水平和转录水平综述CRISPR在酿酒酵母细胞工厂构建与调控中的应用。     

酿酒酵母转录调控位点生物信息学研究进展

随着转录调控网络成为后基因组时代研究的最重要的问题之一,研究转录因子结合位点对此有着重要意义,生物信息学在转录因子结合位点的研究中也发挥着越来越关键的作用。方法:本文对目前研究最早最成熟的真核模式生物酿酒酵母基因组转录调控位点生物信息学研究现状进行分析。结果:本文总结了常用的转录因子相关的数据库、转录因子结合位点的表示方法、预测算法,并简要阐述了调控网络的类型和研究现状。结论:本研究结果为深入研究真核生物的转录水平调控模式奠定理论基础。     

果蝇转座因子对基因组进化的影响

真核生物基因组织有很多可移动ＤＮＡ片段为称转座因子,果蝇是大量系统研究的最好实验材料之一,其基因组的１０％－１２％是由转座因子组成,在宿主中,ＴＥs也许改变基因表达模型,也许改变ＯＲＦs编码序列,也许对细胞功能产生影响,这此因子遗传的可动性也可能使它们适于建造载体产生转基因生物。因此,对ＴＥs进化的动态研究以及对宿主基因组进化影响的探索将有助于TEs作为载体的细胞工程研究。     

微生物基因组简化的研究进展

微生物基因组简化是合成生物学研究热点之一。基因组的适度精简可使细胞代谢途径得以优化,改善细胞对底物、能量的利用效率,大大提高细胞生理性能的预测性和可控性。基因组简化细胞将为生物技术的应用提供理想的底盘细胞。同顾了构建基因组简化细胞的研究策略、研究方法及一些模式生物相关研究进展,总结了基因组简化研究所面临的问题及解决办法,对基因组减小化研究发展趋势前景进行了展望。     

酿酒酵母组蛋白变体Htz1调控基因转录的作用机制

在真核生物染色质中,作为核心组蛋白的H2A是构成核小体重要组分,其变体之一H2A.Z高度保守,对真核细胞生物的生命活动有重要意义. 模式生物酿酒酵母中的H2A.Z被称作Htz1. 在对多种生物H2A.Z的研究中,以对酿酒酵母组蛋白变体Htz1的探讨最为深入全面. 本文将从多个方面详细介绍酿酒酵母Htz1对基因表达调控的作用机制,涵盖其蛋白结构、染色质上的定位、翻译后修饰、结合机制、生物功能及其分子伴侣的作用等,并对未来该领域需要解决的重要科学问题进行了展望.     

合成型酵母基因组重排技术

基因组的结构变异是生物体表型进化的重要驱动力之一。设计与合成酵母基因组为人工基因组结构变异提供了新途径。人工合成酿酒酵母基因组(Sc2.0)通过系统性地引入重排元件,赋予了基因组柔性可变的功能,可诱导产生 DNA 片段的删除、反转、复制、移位等基因组结构变异。合成型酵母基因组重排技术可实现菌株性状的快速进化,并且为研究基因组结构变异与表型变化间的关系提供了一种快速、全新的方法。综述了合成型酵母基因组重排技术的研究热点和技术进展,并展示了其在创新菌种中的应用价值。