根瘤感受样基因的进化: 结构歧异与功能分化

豆科植物百脉根(Lotus japonicus)的根瘤感受基因Nin与根瘤的早期发育有关。Nin的同源基因(Nin-like基因)功能上涉及氮代谢过程。从完成测序的豆科和非豆科植物基因组中获取Nin-like基因并进行系统发育分析。在此基础上, 追踪基因和蛋白质结构的歧异式样, 尝试建立结构歧异和功能分化的联系。通过比较, 新的Nin-like基因被鉴别。系统发育分析不仅重现了以前分辨的直系同源群(分支I、II和III), 且识别了它们之间的姐妹群关系。Nin-like基因的结构呈现多样性, 支持系统发育分析的结果。水稻OsNLP5基因缺乏内含子, 可能起源于基因返座事件。NIN-like蛋白结构域组织和功能位点在不同分支中存在差异, 提示它们的功能发生了分化。根瘤固氮植物NIN-like蛋白的GAF结构域中存在一个显著变异区, 三级建模分析显示这个变异区对应于百脉根非固氮NIN-like蛋白的一段保守构象, 这一变异可能使豆科植物具有根瘤固氮能力。研究结果为阐明Nin-like基因的功能提供了新的研究思路。     

百脉根TALE转录因子家族的鉴定与生物信息学分析

三胺酸环延伸(TALE)蛋白是一类在植物生长发育过程中调控分生组织分化的转录因子。本研究通过生物信息学手段从豆科模式植物百脉根(Lotus japonicus(Regel)K.Larsen)全基因组中筛选出分布于6条染色体上的40条TALE家族基因,并对其保守结构域、基因结构、系统进化、在染色体上的分布、理化性质以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。根据结构域不同可将百脉根TALE家族分为BELL和KNOX两个亚族;百脉根TALE家族在进化上较为保守,分化上与大豆存在较大差异;该家族基因有外显子4～6个,氨基酸序列长度在271～792之间,家族成员蛋白均为弱酸性蛋白。Realtime PCR分析表明该家族基因表达与motif元件数之间存在相关性;BELL亚族主要在顶芽表达,KNOX亚族则主要在根组织中表达。研究结果为进一步克隆百脉根TALE基因和分析其功能奠定基础。     

百脉根TALE转录因子家族的鉴定与生物信息学分析北大核心CSCD

三胺酸环延伸(TALE)蛋白是一类在植物生长发育过程中调控分生组织分化的转录因子。本研究通过生物信息学手段从豆科模式植物百脉根(Lotus japonicus(Regel)K.Larsen)全基因组中筛选出分布于6条染色体上的40条TALE家族基因,并对其保守结构域、基因结构、系统进化、在染色体上的分布、理化性质以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。根据结构域不同可将百脉根TALE家族分为BELL和KNOX两个亚族;百脉根TALE家族在进化上较为保守,分化上与大豆存在较大差异;该家族基因有外显子4～6个,氨基酸序列长度在271～792之间,家族成员蛋白均为弱酸性蛋白。Realtime PCR分析表明该家族基因表达与motif元件数之间存在相关性;BELL亚族主要在顶芽表达,KNOX亚族则主要在根组织中表达。研究结果为进一步克隆百脉根TALE基因和分析其功能奠定基础。     

剪接因子U2AF65相关蛋白的研究进展

U2核糖核蛋白小体辅助因子(U2AF)65是参与前体mRNA剪接的重要辅助因子,前体RNA生成之初,U1核糖核蛋白小体(snRNP)结合到内含子的5'剪接位点,U2AF65和U2AF35分别结合到多聚嘧啶序列和3'剪接位点,剪接因子1(SF1)结合到分支位点是剪接体形成的第一步。U2AF的存在又辅助U2snRNP代替SF1结合到分支位点,使剪接反应顺利进行。最近几年,发现基因组中存在一些U2AF65的旁系同源基因序列。这些旁系同源基因由祖先基因经连续复制而横向形成,复制出的基因副本经历了各自的进化途径,最终它们在结构和功能上有相似之处,又各有独特之处。我们简要讨论了U2AF65、PUF60、CAPERα和CAPERβ这4种同源蛋白的发现过程、结构特征、自身的多样性、基因的进化和生物学功能。     

大豆GmC4H基因的克隆及同源基因的生物信息学分析

本研究分别在大豆品种中豆27和九农20中克隆大豆肉桂酸-4-羟化酶基因(Glyma.20G114200),得到长度为1 797 bp的C4H基因c DNA序列。比对两者c DNA序列发现4个碱基差异位点。通过对二者氨基酸序列进行理化性质及结构与功能分析发现,C4H基因编码蛋白的5~24位氨基酸之间和32~55位氨基酸之间存在跨膜区域;C4H蛋白含有细胞色素P450结构域。大豆C4H基因的四个拷贝分别分布于第2、第10、第14和第20号染色体上,Glyma.20G114200与Glyma.10G275600的蛋白质同源性高,而另外两个同源基因Glyma.02G236500和Glyma.14G205200的蛋白质同源性高。结果表明,可能大豆4个C4H同源基因在进化过程中发生了功能的较大分化。     

判定直系同源关系的进化分析方法

如何正确判定基因之间的直系同源 (ortholog)和旁系同源 (paralog)关系 ,仍是基因组功能诠释和比较基因组学中有待更好解决的关键问题。在以前的工作中 ,曾用进化分析方法解决多基因家族的直系 /旁系同源关系的判定问题 ,现进而完整地展开判定直系同源关系的进化分析方法。从 44个同源蛋白质家族的案例观察表明 ,与流行的COG方法 (直系同源蛋白质的聚类 )比较 ,本方法能一般的判定直系同源关系以及能准确的诠释基因组的分子功能     

蛋白质序列和结构的保守性与其功能的关系

以蛋白质酪氨酸磷酸酶为模型,通过序列和结构的比较,对蛋白质序列、结构的保守性与其和进化的关系问题进行了研究。结果显示,虽然在酪氨酸磷酸酶超家族分子的序列中,仅有３个与其催化功能密切相关的残基是高度保守的,但它们功能结构域的核心拓扑结构却明显类似,其中存在着βａβ和βａβａ。２个保守的结构单元;此外,它们活性位点的拓扑结构也极其相似,因此,在保持蛋白南功能方面具有重要作用的残基是高度保守的,而具维持     

犬冠状病毒南京株M基因的同源重组分析

对来自腹泻犬粪样的犬冠状病毒(CCV)南京株NJ17株及参考株171的M基因进行了克隆、测序,并与GenBank中所有已知CCV毒株及同亚群的猪冠状病毒(TGEV)和猫冠状病毒(FCoV)代表株的M基因进行了同源性比较和系统进化分析,同时对M蛋白的结构和功能进行了预测分析。结果表明,CCV171与近年在中国分离到的CCV毒株V1、V2及大熊猫源的毒株具有98.9%～99.5%的同源性,说明这些毒株可能是来自同一毒株的准种。NJ17与其他中国分离株及国外分离株的同源性为87.0%～91.9%,显示国内可能存在一个相对独立进化的CCV毒株。序列比较发现,所有CCV毒株在可能的同源重组“热点”区内都有一个CTTTAG序列,与鸡传染性支气管炎病毒同源重组模板交换位点附近的特征序列相似。CCVNJ17株M蛋白在N端50氨基酸序列与FCoV791683同源性高,而在后212氨基酸序列与TGEV同源性高,提示该毒株可能在M基因上曾经发生过不同病毒的同源重组。CCVM蛋白的结构及功能预测表明,所有毒株都具有分泌型信号肽,有4个螺旋跨膜区,N末端和C末端均位于膜内。M蛋白的两末端具有较强的抗原性,M蛋白上存在多种功能性氨基酸修饰位点且相对保守。N末端的氨基酸变异很大,但是功能性修饰位点相对保守,提示N末端的功能可能与构象有关。     

Unc5基因家族多样性进化的研究

Uncoordinated-5(Unc5)基因家族属于经典的轴突导向基因家族。为了探讨Unc5的进化和分化规律,首先通过序列比对和蛋白质结构预测鉴定了Unc5基因家族成员的起源和分布,再利用PAML和DIVERGE软件分析了各基因亚型的进化选择压力和功能歧化。结果表明,Unc5基因家族在脊椎动物中受到了不同程度的选择压力,其中Unc5C基因型受到了纯化选择作用,而Unc5A、Unc5B和Unc5D基因型受到了正选择作用,并且在这3个基因型中分别检测到了8个、1个和6个正选择位点。此外,DIVERGE软件检测出38个I型功能歧化位点和97个Ⅱ型功能歧化位点。这些正选择位点和功能分歧位点为进一步研究Unc5蛋白的结构和功能提供了参考和依据。     

犬冠状病毒南京株M基因的同源重组分析

对来自腹泻犬粪样的犬冠状病毒(CCV)南京株NJ17株及参考株1-71的M基因进行了克隆、测序,并与GenBank中所有已知CCV毒株及同亚群的猪冠状病毒(TGEV)和猫冠状病毒(FCoV)代表株的M基因进行了同源性比较和系统进化分析,同时对M蛋白的结构和功能进行了预测分析.结果表明,CCV1-71与近年在中国分离到的CCV毒株V1、V2及大熊猫源的毒株具有98.9%～99.5%的同源性,说明这些毒株可能是来自同一毒株的准种.NJ17与其他中国分离株及国外分离株的同源性为87.0%～91.9%,显示国内可能存在一个相对独立进化的CCV毒株.序列比较发现,所有CCV毒株在可能的同源重组"热点"区内都有一个CTTTAG序列,与鸡传染性支气管炎病毒同源重组模板交换位点附近的特征序列相似.CCV NJ17株M蛋白在N端50氨基酸序列与FCoV 79-1683同源性高,而在后212氨基酸序列与TGEV同源性高,提示该毒株可能在M基因上曾经发生过不同病毒的同源重组.CCV M蛋白的结构及功能预测表明,所有毒株都具有分泌型信号肽,有4个螺旋跨膜区,N末端和C末端均位于膜内.M蛋白的两末端具有较强的抗原性,M蛋白上存在多种功能性氨基酸修饰位点且相对保守.N末端的氨基酸变异很大,但是功能性修饰位点相对保守,提示N末端的功能可能与构象有关.