植物叶绿体基因组基因表达调控的研究

叶绿体基因的表达在许多方面与原核基因表达相似,所以最早的理论认为叶绿体基因的表达与原核相似,是在转录起始水平上的调控,进一步的研究认为叶绿体基因表达调控是在不同水平上进行的如：转录水平的调节、转录后调节与修饰、翻译和翻译后修饰等。     

植物细胞核与叶绿体基因的双向调控作用

在长期进化过程中,叶绿体与细胞核已形成高度适应性。在分子水平上,两者的基因表达存在着复杂的双向调控作用。细胞核的众多基因对叶绿体基因的转录、转录后加工以及翻译等过程发挥着普遍的调节作用,而叶绿体通过四吡咯信号以及自身氧化还原状态的改变调控着细胞核基因的表达。双向调节方式的存在从分子水平上说明了细胞核与叶绿体在功能上的相互适应。然而,细胞核与叶绿体基因表达双向调控的详细机制还有待研究。     

基因表达与mRNA结构的关系

基因的转录调控和转录后水平的调控在基因表达过程中起着重要作用。mRNA的结构与基因表达调控的关系非常密切。目前对于mRNA结构对表达的影响因素,主要集中于起始密码子和S-D序列的结构和间隔长度、基因和基因间的间隔区序列和长度,5’末端与3’末端非翻译区、多聚（A）尾、内含子序列对翻译起始效率、发夹结构对mRNA的稳定性的影响和mRNA翻译起始区等对基因表达影响。     

转录组与蛋白质组整合分析在生物学研究中的应用

在一个有机生物体中,基因表达的主要环节包括转录和蛋白质合成,mRNA是基因表达的中间体,蛋白质是基因功能的执行体。要了解具体的基因表达调控过程,需要对mRNA和蛋白进行同步监测,通过比较蛋白质组学和转录组学的数据,在转录水平和蛋白水平上整合分析,将两者联系起来。理论上讲,从生长条件和状态相同的细胞、组织或器官获得的转录组与蛋白质组数据之间应该具有较高的相关性,然而大量文献报道了转录组和蛋白质组的表达趋势不相关甚至负相关的情况。综述了转录组和蛋白组测序技术的原理、特点,转录组和蛋白组整合分析的优势,以及其在动物、植物和微生物研究中的应用,同时分析造成基因转录水平和蛋白水平表达趋势不一致的原因,为分子生物学和多组学研究提供一定的参考。     

内含子对真核基因表达调控的影响

大多数真核基因都含有非编码的间隔序列--内含子,根据剪接机制的不同,可将内含子分为3类:真核mRNA内舍子、自我剪接内含子和真核tRNA内含子.在多数情况下,真核mRNA内含子的存在可以提高基因的表达水平.因为其剪接过程会影响mRNA新陈代谢的多个阶段,包括转录、RNA编辑、pre-mRNA的加工、mRNA的出核运输、翻译和无义衰变等.真核mRNA内含子在真核生物基因表达调控中起着重要的作用,是转基因研究中提高外源基因表达的重要元件之一.就真核mRNA内含子的特性、剪接机制及其对真核基因表达调控的影响作一概述.     

菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及15个叶绿体编码基因的表达

以菲白竹（Pleioblastus fortunei）组培苗绿化突变体及经60Coγ射线辐射获得的白化突变体为实验材料,从生长特性、超微结构及15个叶绿体编码基因的拷贝数及转录水平方面进行了研究。结果显示,白化突变体具有分化不定芽和不定根的能力,其叶肉细胞中叶绿体缺失或结构不完整,基因拷贝数与野生型无明显差异,部分基因转录水平低于野生型,psbA基因的转录水平高于野生型。绿化突变体叶色一致且能稳定遗传,与野生型绿色组织细胞的超微结构相比,其叶绿体基粒片层数量少,结构松散,基因拷贝数低或相当于野生型,多数叶绿体编码基因转录水平较野生型呈下调趋势,atpI基因转录水平高于野生型。psaA基因在两种突变体中均不表达,仅在野生型中有微弱表达。     

氯霉素处理对拟南芥STN7和STN8基因表达的影响

本实验运用多肽抗体、磷酸化抗体和半定量RT-PCR技术,研究了叶绿体蛋白合成抑制剂--氯霉素(CAP)处理对拟南芥叶片在生长光强下LHCⅡ蛋白与PSⅡ核心蛋白的磷酸化、STN7和STN8基因在mRNA水平和蛋白水平的变化.结果显示:与对照相比,CAP处理叶片在生长光强下STN7基因表达的mRNA水平减少,类囊体膜上酶蛋白含量较低,LHCⅡ蛋白磷酸化水平也较低;而STN8基因表达的mRNA水平增加,类囊体膜上酶蛋白含量增加了1倍,与PSⅡ核心蛋白中D1、D2和CP43的磷酸化水平较高相吻合.研究表明,氯霉素抑制叶绿体蛋白合成后并影响核基因STN7和STN8的表达.     

菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及15个叶绿体编码基因的表达

以菲白竹(Pleioblastus fortunei)组培苗绿化突变体及经⁶⁰Co γ射线辐射获得的白化突变体为实验材料, 从生长特性、超微结构及15个叶绿体编码基因的拷贝数及转录水平方面进行了研究。结果显示, 白化突变体具有分化不定芽和不定根的能力, 其叶肉细胞中叶绿体缺失或结构不完整, 基因拷贝数与野生型无明显差异, 部分基因转录水平低于野生型, psbA基因的转录水平高于野生型。绿化突变体叶色一致且能稳定遗传, 与野生型绿色组织细胞的超微结构相比, 其叶绿体基粒片层数量少, 结构松散, 基因拷贝数低或相当于野生型, 多数叶绿体编码基因转录水平较野生型呈下调趋势, atpI基因转录水平高于野生型。psaA基因在两种突变体中均不表达, 仅在野生型中有微弱表达。     

阿片受体基因表达调控的最新进展

20世纪90年代早期,科研人员成功克隆了μ、δ和κ3种经典的阿片受体基因,近两三年来又克隆出了孤儿(orphan)受体。目前的研究证实,这些阿片受体基因的调控主要分为转录调节和转录后调节。在转录水平上,最近的研究揭示了众多的转录因子、维生素A酸以及胞质分裂在阿片受体基因表达调控上的作用。转录后调控包括了对基因转录副本的选择性拼接,mRNA稳定性的改变以及翻译效率的影响。     

光对拟南芥微管蛋白基因表达的负调节作用

白光处理后拟南芥白化苗中的微管蛋白基因mRNA都有不同程度降低。白化苗中TUBI的mRNA量很高,连续用白光处理由化苗2－6h,TUB1mRNA降低。分析拟南芥幼苗根、下胚轴中的RNA发现根中TUBI基因转录水平不受白光影响。具子叶的下胚轴中TUB1基因转录水平受白光抑制。白先对TUB1基因表达的负调节具有组织特异性。     

c-myc基因表达调控及其功能研究进展

本文简要地叙述了近年来,原癌基因c-myc基因表达调控机理及c-myc基因产物功能研究概况。c-myc基因转录有多个转录起始点,产生多种不同大小的mRNA。其反义链也能在体内转录。转录的调控受多种正、负调控因子控制。c-myc基因表达还可以在转录后加工、翻译水平上得到调控。其基因产物则可以通过蛋白质的稳定性及磷酸化等得以调节。c-myc基因产物不仅与DNA复制及细胞增殖有关,在某些细胞株中,如HL-60和MEL细胞,它的表达与细胞分化密切相关。     

高等植物叶绿体基因的表达与调控

高等植物叶绿体基因的表达不仅在转录、转录后及转译等不同水平上受到多层次的调控,而且还因发育阶段、环境因素（尤其是光）等的不同而有所差别。除此之外,核基因组与质体基因组之间还存在着广泛的信息交流,它们相互作用、彼此影响,从而实现协同表达。本文仅就这些方面的研究进展作一简要的评述。     

细胞生长速率对青霉素酰化酶基因表达的影响

本文报道在细胞生长的不同时期,加苯乙酸诱导pac基因表达,发现在细胞生长早期(0—24h),苯乙酸诱导pac基因表达的效应非常明显,诱导效率很高;随着时间的推延,苯乙酸诱导pac基因表达的作用逐渐减弱,在细胞生长中期(24～48h),诱导效率明显减弱;在细胞生长后期即静止期(48－72h),苯乙酸几乎诱导不出pac基因的表达。RNA—DNA点杂交检测各期细胞内青霉素酰化酶mRNA的量,也发现在生长早期诱导的细胞转录产生的Fac—mRNA量很高,在生长中、后期诱导的细胞转录产生的pac—mRNA量明显减少,mRNA水平和蛋白质水平变化趋势一致。上述结果表明,苯乙酸诱导青霉素酰化酶基因表达依赖于细胞生长速率,处于生长周期不同时期的细胞,诱导产生青霉索酰化酶的能力不同,细胞生长速率对Pac基因表达的影响发生在转录水平,pac基因表达与细胞生长相偶联,提示存在一个或多个与细胞生长相偶联的因子调节着pac基因的表达。     

体内转录的多聚腺苷酸加速外源基因mRNA的出核转运

目的:探索体内转录的短多聚腺苷酸[poly(A)]对外源基因mRNA的表达及出核转运的影响。方法:构建依赖于H1启动子体内转录的poly(A)载体,用脂质体转染方法将其与外源绿色荧光蛋白(GFP)基因表达质粒导入MCF-7细胞,采用qPCR和Western印迹分别检测GFP在mRNA和蛋白水平的表达情况,并通过体外实验检测体内转录的poly(A)对GFP mRNA的加尾影响;采用qPCR法考察16种内源基因的mRNA水平;将其与p53表达质粒共转染MCF-7细胞后,采用MTT法检测细胞增殖情况。结果:在MCF-7细胞中,依赖于H1启动子转录的poly(A)能够加速外源GFP mRNA的poly(A)加尾,促进其从细胞核向细胞质输出,从而提高12 h内GFP的表达量,对内源基因mRNA水平没有影响;它还能加速外源p53基因的表达。结论:建立了通过体内转录poly(A)从而加速外源基因表达的策略,可能对基因治疗或快速研究某个特异基因的功能具有重要的应用价值。     

烟草质体分裂相关基因NtFtsZ1和NtFtsZ2对叶绿体分裂和形态的影响

质体作为植物细胞中一类重要的细胞器,控制其分裂的分子机制一直都不清楚.最近的研究表明,植物细胞中与原核细胞分裂基因ftsZ类似的同源基因控制着质体的分裂过程.通过正反义转化分析了两个烟草的ftsZ基因(NtFtsZ1和NtFtsZ2)在转基因烟草中的功能.二者的反义表达并未对转化烟草细胞中叶绿体的分裂和形态产生明显影响,但二者过表达转化植株中叶绿体的数目和形态都发生了明显的变化,在某些转化植株的叶肉细胞中甚至只有1～2个巨大的叶绿体存在.对不同转化植株的电镜观察和叶绿素含量分析认为,NtFtsZs基因可能对叶绿体的正常发育和功能没有影响,叶绿体形态的变化是对其数目减少的一种补偿.正反义转化植株中叶绿体的不同表型暗示高等植物中同一家族的ftsZ基因可能在控制质体分裂方面具有相同的功能.同时,过表达植株中叶绿体形态的变化被认为是高等植物FtsZ质体骨架功能的体现.     

烟草质体分裂相关基因NtFtsZ1和NtFtsZ2对叶绿体分裂和形态的影响

质体作为植物细胞中一类重要的细胞器,控制其分裂的分子机制一直都不清楚。最近的研究表明,植物细胞中与原核细胞分裂基因fisZ类似的同源基因控制着质体的分裂过程。通过正反义转化分析了两个烟草的ftsZ基因（NtFtsZ1和NtFtsZ2)在转基因烟草中的功能。二的反义表达并未对转化烟草细胞中叶绿体的分裂和形态产生明显影响,但二过表达转化植株中叶绿体的数目和形态都发生了明显的变化,在某些转化植株的叶肉细胞中甚至只有1－2个巨大的叶绿体存在。对不同转化植株的电镜观察和叶绿素含量分析认为,NtFtsZs基因可能对叶绿体的正常发育和功能没有影响,叶绿体形态的变化是对其数目减少的一种补偿。正反义转化植株中叶绿体的不同表型暗示高等植物中同一家族的ftsZ基因可能在控制质体分裂方面具有相同的功能。同时,过表达植株中叶绿体形态的变化被认为是高等植物的FtsZ质体骨架功能的体现。     

miRNA，siRNA，saRNA与基因表达调控

近年来的研究发现,生物体内存在着大量的非编码RNA（non．codingRNAs,ncRNA）,它们在染色质修饰、基因转录、RNA剪接和mRNA翻译等多种水平上参与了基因表达的调控。ncRNA中的小分子RNA如miRNA能够识别特定的目标mRNA,通过与mRNAs3’非翻译区结合,影响mRNA转录及蛋白质翻译;siRNA是RNA干扰的引发物,能够导致与dsRNA同源的mRNA降解,进而抑制相应基因表达;saRNA是目前最新发现的一种靶向目的基因启动子区的在转录水平激活目的基因表达的dsRNA。miRNA、siRNA和saRNA在生成机制、作用途径等方面关系密切,既区别又相互联系,小分子RNA的研究将是今后分子生物学的研究热点之一。     

MnSOD基因表达调控的研究进展

MnSOD是生物体内重要的氧自由基清除剂, 具有抗氧化和抗肿瘤作用。MnSOD基因的表达调控是一个复杂的过程, 多种转录因子、细胞信号分子和细胞信号通路参与其中。MnSOD基因的表达调控包括转录调控、转录后调控和翻译调控3个方面。转录调控是MnSOD基因表达调控的第一个层次, 在MnSOD基因表达的过程中起重要作用。它主要是通过调节与MnSOD基因转录相关的转录因子活性来实现的, 例如特异蛋白-1 (SP-1)、激活蛋白-2(AP-2)、激活蛋白-1(AP-1)、核因子-卡巴B(NF-κB)等。药物和金属离子就是通过改变这些转录因子的活性来调控MnSOD基因表达的, 另外某些基因的突变和缺失也能改变这些转录因子的活性。转录后调控主要体现在改变mRNA的稳定性或mRNA的翻译上。翻译调控则是对MnSOD多肽的编辑、修饰并与相应的金属离子结合及定位的调控。近年来发现了一种线粒体MnSOD的锰转运因子, 它对MnSOD活性的调控起重要作用。文章综述了这一研究领域的一些进展, 着重讨论了MnSOD基因的转录调控和翻译调控, 并展望了MnSOD基因表达调控的研究方向。     

叶绿素缺乏油菜突变体的LHCⅡ多肽组成、蛋白含量与cab基因转录研究

与野生型油菜相比．叶绿素缺乏油菜突变体Cr3529 LHC Ⅱ多肽组成并未发生改变,但其含量却都明显降低。RNA印迹及点杂交结果都显示出Cr3529cab基因的转录增加。这些结果表明：该叶绿素缺乏突变体仅影响LHCI多肽的蛋白含量;并未影响其组成;突变体LHC Ⅱ蛋白量的减少并非cab基因转录降低所致。可见转录水平的调节仅对LHC Ⅱ在类囊体膜上的积累起有限作用;cab核编码基因转录活性的维持和质体信号的产生并不要求有结构完整的叶绿体的存在。