最短路径法在水稻ABA 和环境胁迫条件下基因应答网络研究中的应用

目前微阵列数据分析方法都基于具有相似表达模式的基因可能具有相近的生物学功能这一假设, 而实际上参与同一生物学功能的基因, 在表达时间和空间上是有关联的, 而并非表现为相似模式。利用水稻cDNA微阵列, 对水稻在ABA及干旱、寒冷和高盐胁迫条件下的基因表达进行了研究。选取环境胁迫和ABA应答的相关基因, 采用最短路径法(shortest path), 利用自行编制的计算软件, 在表达模式不直接相关的基因之间构建最短路径。研究表明, 通过分析这些基因的表达数据, 可以发现它们在功能上的关联性, 并对未知基因的功能预测进行了探索, 为构建水稻在ABA和环境胁迫条件下的分子应答网络奠定了基础。     

权重基因共表达网络分析在生物医学中的应用

高通量生物监测方法可以同时检测同一样本的上千个参数,其在生物医学中的应用越来越广泛,但如何系统地分析并从高通量数据中挖掘有用信息,仍是一项重要的课题。网络生物学的出现使人们对复杂生物系统有了更深刻的理解,组织/细胞功能执行具有模块化特点。目前,相关网络(Correlation network)被越来越多地应用于生物信息学,权重基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是描述样品基因表达相关模式的一种系统生物学工具。在此,对WGCNA在疾病分型及预后、发病机制和其他相关领域研究进展作一个较为系统的综述。首先,对WGCNA的原理、分析流程和优势缺点进行总结。其次,介绍如何用WGCNA研究疾病、正常组织、药物、进化和基因组注释。最后,结合新高通量技术展望WGCNA应用新空间。以期科研工作者能够对WGCNA的应用有所了解。     

细胞凋亡和代谢基因在转移倾向结肠癌中的研究

目的:应用基因微阵列技术初步筛选与不同转移倾向结肠癌相关的细胞凋亡和代谢相关基因,研究转移相关基因功能.方法:取结肠癌肝转移和无转移结肠癌组织,采用人全基因组表达谱芯片获得两组织的基因表达谱,分析比较两者之间细胞凋亡和代谢基因的差异表达情况;利用基因数据库检索结肠癌相关基因,分析基因功能.结果:应用含有16450个克隆(其中3869个未知)的cDNA微阵列分析发现,细胞凋亡或肿瘤相关基因中,2倍以上(Ratio值小于0.5或大于2.0)差异基因共216个,上调基因85个,下调基因129个.表达差异5倍以上(Ratio值小于0.2或大于5.0)共32个,上调基因10个,下调基因22个.在细胞代谢相关基因中,2倍以上(Ratio值小于0.5或大于2.O)差异基因共205个,上调基因86个,下调基因119个.表达差异5倍以上(Ratio值小于0.2或大于5.0)共15个,上调基因10个,下调基因5个.利用基因数据库检索分析发现5个基因与结肠癌转移关系密切.结论:结肠癌的发生和转移是多基因参与的,本实验应用基因微阵列技术发现细胞凋亡和代谢相关基因中发现5个基因与结肠癌转移关系密切.     

盐胁迫下粪产碱菌在水稻根表的定殖和异源固氮基因的表达

异源nif LacZ融合基因在粪产碱菌A15 6 1中的表达活性随盐浓度增加而升高 ,然后逐渐降低 ,nifH LacZ融合基因可以正常表达的盐浓度在 0 .1%～0 .5 %之间 ,盐浓度为 0 .0 5 %时活性最高。A15 6 1在盐浓度为 0 .0 6 %时趋化能力最强 ,随着盐浓度的提高逐渐下降 ,当盐浓度为 3 .0 %时完全丧失趋化能力。一定的盐浓度 (0 .5 % )对固氮粪产碱菌的根表定殖有促进作用 ,该条件下根表定殖的菌体数远大于对照。 3种nif LacZ融合基因在根内的表达部位有显著差异。nifH的表达部位主要分布于根的皮层薄壁组织细胞间隙 ,在条件适宜 (无铵和微量氧 )的部位或某些特殊位置如侧根伸出部位高水平表达。盐胁迫下水稻 耐盐粪产碱菌A15 6 1的联合固氮效率明显高于A15 6 1纯培养物     

短散在元件的筛选方法及其在鲸类和爬行类系统发育与进化研究中的应用

短散在元件(short interspersed repetitive elements,SINEs)是广泛分布于真核生物基因组中的一种反转录转座子。近年来越来越多的研究表明SINEs对基因组的结构、功能和进化起着重要作用,是研究物种系统发育和种群生物学的一个良好分子标记。本文简单介绍了SINEs的特征、基本结构、分离和鉴定,以及近年来SINEs标记在系统发育与进化研究中的应用。     

SSCP和HMA方法在马MHC-Ⅰ类分子基因多态性研究中的应用

文章使用SSCP和HMA两种基于聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法对马MHC-Ⅰ类分子基因多态性进行了分析.在应用SSCP法进行分析时,尽管经过实验条件优化,仍未得到对MHC-Ⅰ基因理想的分离效果,提示该方法对分离多态性较高的基因有一定局限性.在对HMA法用参考标准DNA对影响DNA分子构象的温度和变性剂浓度等实验条件进行优化后,获得了对马MHC-Ⅰ类分子基因较好的分离效果.6、7、8、9和10号马的样本在相对应泳道上分别出现了6、5、6、5和7个条带.从凝胶中进行DNA条带回收后克隆测序的结果表明,这一方法可以有效地分离高度多态性的MHC-Ⅰ类分子基因.     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在致瘤病毒感染研究中的应用

成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关蛋白9〔clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9),CRISPR/Cas9〕基因编辑技术的发现源于真细菌和古细菌中CRISPR/Cas系统介导的适应性免疫机制研究。该技术利用特异性向导RNA识别靶点基因,引导核酸内切酶Cas9对其切割,并通过同源重组或非同源末端连接完成对目的DNA的编辑。某些病毒感染机体后,可将其基因组整合到宿主细胞基因组中或潜伏于组织中而无法被彻底清除,从而引起持续性感染。本文参考2013年以来CRISPR/Cas9基因组编辑技术的最新相关研究报道,重点综述其在人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1,HIV-1)、人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV )、乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV)、 Epstein-Barr病毒(Epstein-Barr virus,EBV)等致瘤病毒感染相关疾病研究中的应用,并概括其作用于这些病毒的有效靶点。     

现代生物技术在环境微生物学中的应用:Ⅰ.基因探针和探针探测

现代生物技术在环境微生物学中的应用将发表系列综述文章.第一篇讨论基因探针和探针探测.这篇文章包含菌落转移或菌落杂交,Southern杂交和Northern杂交以及生物芯片.     

镉胁迫下水稻OsPT1的表达及功能分析

OsPT1编码的水稻磷酸盐（Pi）转运蛋白在水稻生长发育、非生物胁迫应答等方面发挥重要的调控作用。前期研究表明OsPT1为镉（Cd）响应基因,但其在Cd胁迫下的功能及作用机制仍然未知。阐明OsPT1在Cd胁迫下的作用,并为低Cd水稻品种的选育奠定基础。通过生物信息学方法对该基因的序列特征、结构和功能进行分析和预测,利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）方法检测Cd胁迫下水稻不同组织、不同时间点OsPT1的相对表达量。此外,利用PCR的方法克隆OsPT1的编码序列,构建pGADT7-OsPT1重组质粒载体,并将其转入Δycf1 BY4741酵母菌株（Cd敏感酵母菌株）用以验证OsPT1对酵母Cd耐受性的影响。结果表明,OsPT1编码序列全长为1 584 bp,编码分子量为57.46 kD,由527个氨基酸构成的蛋白。在水稻基因组中该基因上游启动子区含有与光、厌氧、茉莉酸甲酯等环境和激素响应相关的调控元件。系统进化分析表明,水稻OsPT1与高粱SbPT1亲缘关系最近。基因的镉响应表达分析结果表明,与对照相比,经100 μmol/L Cd处理的水稻在1、6和12 h后,地上部分OsPT1的转录水平分别上调1.31、1.34和2.46倍;水稻根部OsPT1在处理1和6 h后分别上调1.28和1.14倍,但在Cd处理12 h后,其表达水平下调至处理前的0.62倍。转基因酵母Cd耐受性结果表明,与对照（0 μmol/L Cd）相比,经25 μmol/L Cd处理后,转OsPT1的酵母对Cd的耐受性有一定的下降。OsPT1可能在水稻应对Cd胁迫过程中发挥一定的作用。     

水稻病程相关蛋白质在逆境胁迫下的表达研究

植物病程相关(PR)基因一般在病原物侵染过程中受诱导发生转录上调．目前有证据提示植物PR基因在非生物逆境胁迫下也发生转录变化,但其蛋白质的表达变化情况还鲜有报道．为了解水稻PR蛋白质在逆境胁迫下的表达特征,本文采用免疫印迹技术(Western blotting,WB)调查了8个PR蛋白质在冷、热、旱、淹和盐等5种胁迫下的表达谱．结果表明：在冷胁迫下PR8表达上调,在热胁迫下PR1a、PR3、PR5和PR16表达下调;在旱胁迫下PR1a、PR2和PR8表达上调,而PR5 和PR16表达下调,在淹胁迫下PR1、PR2和PR15表达上调,PR1a、PR3、PR5和PR8表达下调;在盐胁迫下PR2和PR3表达上调,而PR1a、PR5、PR8和PR16表达下调．另外,对这些PR 基因的上游启动子区进行分析,发现存在与胁迫响应相关的调控元件,其中脱落酸反应元件(ABRE)、TC-rich repeats和HSE的出现频率较高．这些蛋白质表达数据进一步佐证了PR蛋白在逆境胁迫反应中发挥着重要且不尽相同的作用．     

Bayesian Joint Analysis of Gene Expression Data and Gene Functional Annotations

Identifying which genes and which gene sets are differentially expressed (DE) under two experimental conditions are both key questions in microarray analysis. Although closely related and seemingly similar, they cannot replace each other, due to their own importance and merits in scientific discoveries. Existing approaches have been developed to address only one of the two questions. Further, most of the methods for detecting DE genes purely rely on gene expression analysis, without using the information about gene functional grouping. Methods for detecting altered gene sets often use a two-step procedure, of which the first step conducts differential expression analysis using expression data only, and the second step takes results from the first step and tries to examine whether each predefined gene set is overrepresented by DE genes through some testing procedure. Such a sequential manner in analysis might cause information loss by just focusing on summary results without using the entire expression data in the second step. Here, we propose a Bayesian joint modeling approach to address the two key questions in parallel, which incorporates the information of functional annotations into expression data analysis and meanwhile infer the enrichment of functional groups. Simulation results and analysis of experimental data obtained for E.?coli show improved statistical power of our integrated approach in both identifying DE genes and altered gene sets, when compared to conventional methods.     

闽楠转录组分析及基因功能注释

采用第二代Illumina HiSeq测序技术对闽楠的木质部、韧皮部、叶片进行转录组测序，分别获得Clean Reads片段41 383 707条、43 343 922条、44 191 586条，经转录本拼接后得到序列总长度达120 535 288 bp的383 331条Conting片段，进一步组装得到平均长度为542 bp的151 729条Unigenes。将闽楠转录组Unigenes进行基因功能注释，与NR数据库比对发现，其与葡萄的相似序列最多（34%），与黄瓜、野草莓、大豆的同源性较低（各占3%）；进行GO功能注释，可将其划分为生物过程、细胞成分、分子功能3大类共计52个分支，与eggNOG数据库比对可分为25类，通过KEGG功能注释可知转录组中涉及的基因共参与了176条代谢通路，其中核糖体和碳代谢获得的注释较多。另外通过MISA软件分析，共获得35 972个SSR位点。其中，单核苷酸、二核苷酸和三核苷酸为优势重复类型，SSR位点数分别为21 762（60.50%），8 931（24.83%），4 924（13.69%）。闽楠转录组分析及基因功能注释为深入开展闽楠遗传育种及分子生物学相关研究奠定基础。     

Inducible Expression of Translation Elongation Factor 1A Gene in Rice Seedlings in Response to Environmental Stresses

Differences of gene expression between salinity-stressed and control rice ( Oryza sativa L. ssp. indica) cultivar "Zhaiyeqing 8" were compared using differential display PCR (DD-PCR) technique. Sequence analysis of one salt-inducible cDNA clone revealed that this clone represented a new member of rice translation elongation factor lA (eEF1A) gene family and was tentatively named REF1A. Northern blot hybridization using REF1A fragment as a probe was performed to investigate the expression of rice translation elongation factor lA gene in response to various environmental factors. It was observed that expression of the eEF1A gene in rice shoots was dramatically induced by salinity stress or exogenous application of abscisic acid (ABA). The induction of this gene by ABA stress occurred more quickly than that by salinity stress. In addition, expression of rice translation elongation factor lA gene was also induced by drought (15% PEG6000), cold (4 ℃ ) or heat-shock (37 ℃ ) stresses. The results suggested that the induction of translation elongation factor lA gene expression by environmental stresses might reflect the general adaptive response of rice plants to the adverse circumstances.     

Gene Expression and Functional Annotation of the Human Ciliary Body Epithelia

Purpose

The ciliary body (CB) of the human eye consists of the non-pigmented (NPE) and pigmented (PE) neuro-epithelia. We investigated the gene expression of NPE and PE, to shed light on the molecular mechanisms underlying the most important functions of the CB. We also developed molecular signatures for the NPE and PE and studied possible new clues for glaucoma.

Methods

We isolated NPE and PE cells from seven healthy human donor eyes using laser dissection microscopy. Next, we performed RNA isolation, amplification, labeling and hybridization against 44×k Agilent microarrays. For microarray conformations, we used a literature study, RT-PCRs, and immunohistochemical stainings. We analyzed the gene expression data with R and with the knowledge database Ingenuity.

Results

The gene expression profiles and functional annotations of the NPE and PE were highly similar. We found that the most important functionalities of the NPE and PE were related to developmental processes, neural nature of the tissue, endocrine and metabolic signaling, and immunological functions. In total 1576 genes differed statistically significantly between NPE and PE. From these genes, at least 3 were cell-specific for the NPE and 143 for the PE. Finally, we observed high expression in the (N)PE of 35 genes previously implicated in molecular mechanisms related to glaucoma.

Conclusion

Our gene expression analysis suggested that the NPE and PE of the CB were quite similar. Nonetheless, cell-type specific differences were found. The molecular machineries of the human NPE and PE are involved in a range of neuro-endocrinological, developmental and immunological functions, and perhaps glaucoma.     

非生物胁迫下水稻OsLRR基因的表达分析

植物中含有多种富含亮氨酸重复（leucine-rich repeats,LRRs）的蛋白质,这类蛋白质在植物生长、发育和抗病反应等方面发挥着重要作用。本研究在水稻中克隆到一个编码LRRs结构的基因OsLRR,以半定量RT-PCR检测了OsLRR在水稻不同组织和不同非生物胁迫的表达情况,并进一步分析了铝毒胁迫下OsLRR在抗铝和铝敏感水稻品种之间的表达差异。结果表明OsLRR在水稻根、叶鞘和叶中都有较高表达。铝、砷、PEG6000和ABA可诱导水稻根中OsLRR的表达,而镉、硝普钠和铁则抑制其表达。只有盐胁迫能诱导叶片中OsLRR的表达。铝毒可以诱导抗铝和铝敏感水稻品种根中OsLRR的表达,但随着处理时间的延长,抗铝品种中OsLRR的表达逐渐加强,而铝敏感品种中OsLRR的表达则逐渐减弱。     

应用基因芯片分析植物内生菌醇提取物处理条件下水稻的基因表达图谱

为探索植物内生菌R(人参)与D(越橘)醇提取混合物RD对水稻的促进生长、增强抗病性的作用机制,采用基因芯片技术对RD处理的水稻基因组进行分析,检测RD处理水稻后差异表达基因。结果显示,检测到差异表达基因1 171个,其中上调表达基因671个,下调表达基因500个。根据基因芯片的试验结果,采用Go注释系统对差异表达基因进行功能注释表明,主要为刺激应答、转录调控、生理功能、结合功能、细胞过程、代谢功能等。代谢途径的变化存在明显差异,表达量上调代谢通路39条,表达量下调代谢途径24条。说明植物内生菌R与D醇提取混合物处理影响水稻性状的表达不是某个基因孤立、单一的作用,而是多方面、多层次共同作用的结果。