尖孢镰刀菌FoHeli转座元件的结构特征及功能验证

Helitron是一种广泛存在于真核生物中的可移动遗传元件。与其他转座子不同,自主Helitron元件可编码具有复制引发（Rep）和解旋酶（Hel）结构域的转座酶,并通过滚环复制的方式在基因组中进行扩张。本研究对9种尖孢镰刀菌中的自主Helitron元件进行系统分析,结果表明尖孢镰刀菌中存在两类自主Helitron元件FoHeli1与FoHeli2。其中FoHeli1成员间序列高度相似,并具有明晰的边界特征：3’端为保守的“TATTTT”序列,其上游可形成稳定的发夹结构,且发夹上游可与5’端形成12bp的反向互补结构。基于上述分析结果,从尖孢镰刀菌Fo4287菌株中克隆获得完整的FoHeli1元件,并通过构建双元转座系统及PEG介导的原生质体转化,证明尖孢镰刀菌中的FoHeli元件可在禾谷镰刀菌PH-1菌株的基因组中发生跳转。     

食线虫真菌洛斯里被毛孢线粒体基因组的再分析

【目的】鉴定洛斯里被毛孢OWVT-1菌株的线粒体基因组,验证公布的USA-87-5菌株线粒体基因组中的错误,对洛斯里被毛孢正确的线粒体基因组序列进行注释并开展不同被毛孢物种间的比较线粒体基因组学分析。【方法】借助DNA高通量测序数据并通过必要的Sanger测序组装OWVT-1的线粒体基因组。通过PCR验证OWVT-1与公布的USA-87-5线粒体基因组序列差异的真实性。利用多种生物信息方法分析和注释洛斯里被毛孢的线粒体基因组。【结果】公布的洛斯里被毛孢USA-87-5菌株的线粒体基因组存在几处序列错误,包括3处长片段的插入缺失和多处短片段的插入缺失。实际上,洛斯里被毛孢USA-87-5与OWVT-1菌株的线粒体基因组序列完全相同。该菌的线粒体基因组全长62949 bp,在7个基因中共插入13个内含子,部分内含子和基因间区显现出序列退化的特征。洛斯里被毛孢、明尼苏达被毛孢、线虫被毛孢的线粒体基因组具有较强的共线性关系。除一些独立的ORF外,核心蛋白编码基因、rRNA基因和tRNA基因的排列顺序非常保守。基因间区的长短是影响3种被毛孢线粒体基因组大小最主要的因素。【结论】公布的洛斯里被毛孢USA-87-5菌株线粒体基因组中存在序列错误。本文新报道了OWVT-1菌株的线粒体基因组,并进行注释和比较线粒体基因组学分析。     

植物活性长末端重复序列反转录转座子研究进展

长末端重复序列(Long terminal repeat,LTR)反转录转座子是真核生物基因组中普遍存在的一类可移动的DNA序列,它们以RNA为媒介,通过"复制粘贴"机制在基因组中不断自我复制。在高等植物中,许多活性的LTR反转录转座子已被详尽研究并应用于分子标记技术、基因标签、插入型突变及基因功能等分析。本文对植物活性LTR反转录转座子进行全面的调查,并对其结构、拷贝数和分布以及转座特性进行系统的归纳,分析了植物活性LTR反转录转座子的gag(种属特异抗原)和pol(聚合酶)序列特征,以及LTR序列中顺式调控元件的分布。研究发现自主有活性的LTR反转录转座子必须具备LTR区域以及编码Gag、Pr、Int、Rt和Rh蛋白的基因区。其中两端LTR区域具有高度同源性且富含顺式调控元件;Rt蛋白必备RVT结构域;Rh蛋白必备RNase_H1_RT结构域。这些结果为后续植物活性LTR反转录转座子的鉴定和功能分析奠定了重要基础。     

水稻基因组上一个Ds切离及其双位点插入行为的分子鉴定

玉米转座元件Ac/Ds是hAT转座子家族的成员, 导入水稻基因组后具有转座活性, 尽管转座机制还不完全清楚, 但它们通常经保守的非复制型“剪切-粘贴”过程转座。研究表明, 在Ac编码的转座酶作用下, Ds从原位点切离后常优先重新插入到连锁位点。文章利用TAIL-PCR技术从水稻一个Ds插入突变体及其回复突变体中分离Ds侧翼序列, 结合生物信息学分析方法, 对Ds在突变体上插入位点、回复突变体内切离足迹和重新插入位点进行了分子鉴定。结果显示, 突变体中Ds从3号染色体切离后, 在原插入位点残留了8 bp足迹序列(CATCATGA), 引起Ds标记基因外显子和内含子数目增加, 从而影响基因结构。切离后的Ds重新插入回复突变体第2和第6号染色体上, 分别编码烟草胺氨基转移酶和衰老相关蛋白的2个基因的编码区。因此, 典型的“剪切-粘贴”机制不能完全解释Ds的转座行为, Ds转座存在“剪切-复制-粘贴”的特点。     

细菌插入序列的转座酶和转座机制

插入序列（insertion sequence, IS）是细菌中最简单的移动遗传因子,由两端的反向重复序列（inverted repeats, IR）和中间的转座酶 (transposase)编码序列组成。在细菌中,因为插入序列的转座酶催化活性中心氨基酸序列不同,所以将其转座酶分为DDE转座酶、DEDD转座酶、HUH转座酶和丝氨酸转座酶。在转座过程中,根据插入序列是否有复制,将插入序列的转座分为复制型转座（replicative -ansposition）和非复制型转座（non-replicative transposition）,而将形成夏皮罗中间体（Shapiro intermediate）的非复制型转座称为保守型转座（conservative transposition）。此外,插入序列通过不同的转座机制插入到基因编码区导致基因突变、缺失和倒置;或者插入到基因上游,通过自身启动子或与基因形成杂交启动子来影响插入序列下游基因的表达,从而帮助细菌抵抗复杂的环境变化。本文主要围绕细菌插入序列的特征、转座酶、转座机制和转座影响展开综述,以期为进一步研究插入序列的机制和插入序列在细菌中所起的作用提供参考。     

高等植物helitron转座子的研究进展

作为重复序列的一种主要类型,转座子在高等植物基因组中具有相当丰富的DNA含量,在改变基因结构、调节基因表达、影响基因组进化,以及创造新基因的过程中扮演着重要的角色。Helitron转座子是DNA转座子的一种,在转座过程中经常捕获基因或基因片段,以及插入到基因附近或基因内部,因此在改变基因组构成、影响基因组的进化过程以及改变基因型和表型等方面起着重要作用。该文对国内外近年来有关植物基因组中helitron转座子的结构特征、鉴定和分类方法、基因组中的含量和在染色体上的分布,以及转座扩增和基因片段的捕获等方面的研究进展进行了综述,并对helitron转座子研究过程中存在的问题进行了讨论,对今后helitron相关的研究进行了展望。     

玉米Ac双因子转座标签系统的构建及其转化烟草后代的遗传分析

用使质粒pKU3所携带的玉米Ac因子的5'末端和中间编码转座酶的基因片段分别发生缺失的方法构建成质粒pKU3（△B）和pKU3（△H）。质粒所携带缺失的Ac因子单独存在时都无自主转座能力,但当Ac（△H）和Ac（△B）共存于一个细胞时,由于Ac（△B）产生转座酶的互补作用促使Ac（△H）恢复转座能力,而当Ac（△B）和Ac（△H）因子被分离后即获得Ac（△H）因子的稳定插入突变株,它可克服因突变不稳定而给用转座因子标签法分离基因所造成的困难。将双因子系统导入烟草原生质体并获得再生植株,从而选得卡那霉素抗性植株,显示Ac（△H）因子已经从原质粒上的NPTⅡ前导顺序中切离。Sortharnblot和PCR分析表明：Ac（△H）和Ac（△B）因子已经整合在转化烟草的基因组并能遗传至F1和F2代植株中;有些植株后代中已检测不到Ac（△B）因子的存在,说明它们的Ac（△B）因子已与Ac（△H）因子相分离;各转化植株中Ac（△H）因子在基因组中的插入拷贝数从一个到几个不等;初步显示Ac（△H）因子多数插入或转座在基因组的结构基因中。     

睡美人转座子在草鱼CIK细胞中介导的高效基因整合

为研究睡美人(Sleeping Beauty, SB)转座子系统在草鱼(Ctenopharyngodon idellus)肾脏细胞(CIK)中介导的整合特性, 构建了SB转座子和转座酶在两个质粒的二元反式(trans)转座子系统, 以及转座子和转座酶元件在同一个质粒的一元顺式(cis)转座子系统; 通过转染CIK细胞, 用荧光显微镜、流式细胞仪和荧光定量PCR分析了转染2d后及嘌呤霉素筛选4周后的细胞, 测定DsRed转染效率和整合效率, 并结合高效热不对称交互式PCR扩增获得SB转座子整合位点的序列。结果表明, SB二元转座子系统的整合效率远高于一元系统; SB转座子与转座酶比例为1﹕2时, 外源基因DsRed的整合效率最高; SB转座子偏向于插入草鱼基因组TA序列处。研究表明优化SB转座子和转座酶的比例能提高外源基因在草鱼细胞中的整合效率并快速获得突变细胞, 同时为在鱼类细胞中采用SB转座子建立突变体文库提供理论基础。     

Y1转座酶关联转座子在大肠杆菌和沙门氏菌基因组中的分布和结构特征

Y1转座酶关联转座子(Y1ATs)的活性催化位点为一个酪氨酸,能够切割和连接单链DNA,在原核生物分布广泛。为探究Y1转座酶关联转座子在大肠杆菌(Escherichia coli, E. coli)与沙门氏菌(Salmonella enterica, S. ente)基因组中系统进化特性,通过Hmmsearch程序对Y1转座酶关联转座子进行了挖掘分析。结果表明,Y1转座酶关联转座子广泛分布于96.84%大肠杆菌基因组和80.4%沙门氏菌基因组。根据序列比对和蛋白结构域预测将Y1转座酶关联转座子分为10类,均隶属于IS200/IS605超家族,其中11 645个属于IS200家族,4 811个属于IS605家族。IS200家族广泛分布于S. ente基因组中(72.24%),而IS605家族广泛分布于E. coli基因组中(89.38%)。IS200拷贝数以及完整拷贝数显著高于IS605。IS200家族仅含有一个Y1转座酶编码区,而IS605家族含两个开放阅读框,分别编码Y1转座酶和TnpB蛋白。IS200家族的Y1氨基酸序列高度保守(95.3%),而IS605家族的Y1和TnpB具有较高遗传多样性,为研究转座子在原核生物的遗传进化模式提供重要参考。IS200家族具有高度保守的Y1转座酶,且完整拷贝数比例较高,提示该类转座子可能具有转座活性,对其活性的挖掘有利于研制转座子介导的新型高效基因编辑工具。     

不同启动子控制下Ac转座酶基因的表达对玉米Ds因子在水稻中切离频率的影响

用水稻愈伤组织比较了Ac启动子、35S启动子与Ubi启动子控制下Ac转座酶基因（Ts）的表达对Ds因子切离频率的影响。结果表明Ubi启动子与Ac转座酶编码区嵌合基因（Ubipro-Ts）反式激活Ds因子的切离频率最高,达到了72.9%。通过杂交将Ubipro-Ts基因导入Ds因子转化植株,得到9株Ubipro-Ts基因与Ds因子共存的F1代杂交水稻植株,其中有8株Ds因子发生了切离。用Inverse-PCR的方法从其中一株杂交植株中克隆到Ds因子的旁邻序列,其DNA顺序与亲本中Ds因子原插入位点的序列不同,表明Ds因子转座到了新的基因组位点。