昆虫的转座子及其功能

转座子是一类散布在基因组中序列重复的DNA片段,它们可以通过特定转座酶在基因组中移动.目前测序的真核生物基因组的结果都显示转座子占基因组中相当大的一部分.目前对于转座子功能的研究主要集中在产生新功能、修饰染色质、保护生殖细胞,以及参与基因组的协同进化上.随着对其功能研究的深入,利用转座子转座能力开发的转基因系统可以改造物种的遗传性状.此外转座子还可以作为一个标尺用以分析物种进化关系.     

ATAC-seq在复杂疾病研究中的应用进展

染色质转座酶可及性测序(assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing,ATAC-seq)是利用Tn5转座酶研究染色质可及性的高通量测序技术。ATAC-seq可以在全基因组范围内绘制染色质可及性图谱,揭示转录因子结合位点以及核小体的位置。在医学领域,ATAC-seq技术是研究重大疾病发病机制、药物作用机制、新药研发和生物标志物功能等的新一代有力工具。本文对ATAC-seq技术的优势及其在复杂疾病研究中的应用和前景进行了综述,以期为人类复杂疾病基因表达调控机制等相关研究的开展提供借鉴与参考。     

转座酶的人工改造与修饰

转座子是基因组中能发生移动和自主复制的DNA片段,随着人们在分子水平上对转座子结构和功能认识的不断深化,许多转座子已被改造为遗传分析的工具应用于基因功能分析、基因转化和基因治疗。然而,天然转座子的转座能力不高是转座子的开发和利用的主要障碍,近几年来,科学家们运用生物信息学和蛋白质工程相结合的方法来构建活性的转座酶,通过氨基酸优化的方法获得自然界不存在的超活性的转座酶,显著地提高了转座子的转座效率,应用于植物转基因和基因标签技术;另一方面,通过蛋白质融合技术构建转座酶嵌合体,改造转座子插入特性,实现其插入位点的人工调控,应用于基因治疗。     

阴沟肠杆菌B8拮抗活性基因‘admA’及上游调控序列的克隆与功能鉴定

为了阐明水稻白叶枯病拮抗菌阴沟肠杆菌B8的作用机理,文章采用转座子标签法和染色体步移技术克隆到突变株B8B中Tn5插入位点周边拮抗活性相关片段,并通过基因敲除验证了获得的拮抗相关片段admA’上游调控序列的功能。以转座子中Kan抗性基因为标签,克隆了B8B菌株中Tn5插入位点左侧2 608 bp序列,经两次染色体步移得到Tn5插入位点右侧的2 354 bp序列。序列拼接后获得B8菌株拮抗相关序列4 611 bp的Bcontig。生物信息学分析显示该序列含有7个ORF,分别对应于3-磷酸甘油醛脱氢酶(GADPH)基因的部分编码区、2个LysR家族转录调控因子、弧菌假设蛋白VSWAT3-20465及成团泛菌(Pantoea agglomerans)andrimid生物合成基因簇的admA、admB和部分admC基因序列。B8B菌株Tn5插入分别位于同源于弧菌假设蛋白的anrPORF及‘admA’基因上游200 bp和894 bp处。通过同源重组技术,借助敲除质粒pMB-BG,获得拮抗活性消失的突变株B-1和B-3。结果表明B8B突变株中Tn5的插入可能影响了anrP蛋白的转录和表达,进而调控拮抗物质编码基因簇的生物合成。B8菌株中拮抗物质相关基因是类似于andrimid生物合成基因簇的基因家族,其上游调控区对该抗生素的生物合成具有重要的作用。     

转座子挽救法对苜蓿中华根瘤菌与耐盐有关基因的定位

用含Tn5转座子的质粒pRL1063a诱变苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)042BM,得到盐敏感突变株042BML-2。采用转座子挽救法对Tn5插入位点两边的序列进行克隆与测序,获得了1179bp的转座子插入位点侧翼DNA序列。在GenBank中进行序列同源性和基因定位分析,结果表明：转座子插入在一个功能未知的基因内部,此基因长6270bp。研究证明：该基因与042BM的耐盐性有关,并定名为rtsC。氨基酸疏水性分析表明,在RtsC蛋白的N端有两个跨膜区,该蛋白与细菌趋化性相关蛋白的功能域有同源性。并对RtsC蛋白在苜蓿中华根瘤菌042BM耐盐性中的作用进行了讨论。     

Tol2转座子系统在转基因动物中的应用

Tol2是在青鳉鱼基因组中发现的一种具有自主性的转座子元件.它编码转座酶,催化Tol2转座子结构中5’端200 bp和3’端150 bp序列发生转座反应.Tol2的多种特性,如可携带大片段外源DNA、单拷贝整合效率高、转座子活性强等,使得以Tol2特座子系统为载体的转基因技术在多种生物中得到应用.综述了Tol2转座子系统的结构、特性以及近年来在多种动物转基因中的应用.     

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。     

PiggyBac转座酶转基因小鼠模型的建立

目的 建立表达PiggyBac转座酶转基因小鼠模型,为研究PiggyBac转座子介导基因修饰在小鼠中的应用提供工具.方法 利用Cytomegalovirus( CMV)启动子驱动PiggyBac转座酶基因的表达,经显微注射法建立C57BL/6J表达PiggyBac转座酶的转基因小鼠.PCR鉴定转基因小鼠的基因型,RT-PCR检测PiggyBac转座酶在小鼠生殖系睾丸中的表达情况.PiggyBac转座酶转基因小鼠活性的检测,是通过与转座子供体转基因小鼠杂交检测供体位置变化来确定的.结果 显微注射产生7只转基因小鼠并能传代,经RT-PCR筛选出一株在睾丸中相对高表达PiggyBac转座酶的转基因小鼠.随后与转座子供体转基因小鼠杂交,子代双阳小鼠与野生型小鼠杂交基因型分离,产生的子代转座子供体单阳性小鼠中具有转座子供体片段的转座反应.结论 成功建立了表达PiggyBac转座酶转基因小鼠动物模型,该模型为PiggyBac转座子技术在小鼠中的应用提供了有价值的工具动物.     

在胡杨NHX基因内发现细菌转座子IS10 L的存在

采用RTPCR扩增的方法,从新疆不同地区的野生植物胡杨中分别克隆获得1kb和2.3kb的cDNA片段,测序和序列分析表明这两个基因片段均包含NHX基因的部分读码框架,分别命名为PtNHX和PwNHX。PtNHX序列同源性分析结果显示胡杨NHX基因与滨藜NHX基因同源性高达98%,与碱蓬同源性达到86%,与拟南芥同源性为84%,与水稻同源性为80%,表明它是植物中高度保守的一种基因,同时说明野生植物胡杨中也存在与拟南芥相似的植物耐盐相关基因。PwNHX序列分析表明,该基因内部含有一种转座酶的读码框,大小约1350bp,与已发表的Shigella flexneri.转座子Tn10基因序列(AF162223)同源性为99%。NHX基因的蛋白产物在植物的耐盐性方面起着重要的作用。推测PwNHX由于插入转座酶读码框可能会导致该基因的功能丧失。胡杨生存于盐碱地,其体内可能存在另一些机制使胡杨具有抗盐碱的能力。对于这些机制的研究可能有助于进一步了解植物的抗盐机制。利用PwNHX基因内的转座子作基因标签,可进一步研究胡杨的其它基因,从而有可能揭示胡杨叶子发育的变态过程、耐盐碱等性状。     

YS型小麦温敏不育系育性转换基因的cDNA-AFLP分析

对YS型小麦温敏雄性不育系A3017不育与可育条件下不同发育时期的幼穗提取mRNA,进行cDNA- AFLP表达差异分析,64对引物组合获得差异片段1160个。统计分析表明,单核期表达的差异片段数最多,认为这一时期是育性转换的关键时期。对其中12个在不育或可育条件下表达的差异片段进行同收、克隆、测序,经 BLAST序列比对分析表明,可育条件下的4个EST与物质转运和能量代谢过程的铁转运蛋白1和ATP合酶α亚基,基因表达调控的反转录转座子跳跃多聚蛋白和转座子相似序列同源。不育条件下有5个EST与细胞内信号传导的ZCCT转录因子和光敏色素蛋白,基因表达调控的转座酶、染色体浓缩因子和亮氨酸富集蛋白的编码基因同源。结果表明YS型小麦温敏雄性不育系A3017的育性转换与细胞内基因表达调控、物质和能量代谢及信号传导过程有关。     

α-氨基苄青霉素抗性转座子Tn2在E.coli K12乳糖操纵子Z基因中的插入区域特异性

转座子Tn2是大肠杆菌质粒RSF 1030上一段带有α-氨基苄青霉素抗性基因的DNA序列。这段序列具有转座能力,它能通过不同于一般的DNA重组机理从一个复制子转座到另一个复制子。已知,噬菌体Mu,插入序列IS1、IS2、IS3和抗药性转座子TnA、Tn5、Tn9、Tn10等均能使被插入的基因发生突变。已有报道,不同的转座子在E.coli K12乳糖操纵子Z基因中的插入模式不同。Mu噬菌体在Z基因     

利用转座子Tn233(CH)与Tn5作为基因载体的研究

用体外重组技术构建了转座子Tn233(CH)、Tn233△E14与Tn5的3个衍生物:(1)转座子Tn 233(CH)含有单个BgBlⅡ限制位点,将从质粒pTK 63来的含K 88抗原基因的BamHI片段连接到pBR322::Tn233(CH)的BglⅡ位点上,形成了pBR322::Tn233(K88)。(2)Tn233△E14是Tn233的缺失变种,此缺失除去了Tn233(CH)上的TnpA基因,但保留了BglⅡ位点,将同上面一样的BamHI片段克隆到pBR322::Tn233△E14的BglⅡ位点上,构建了pBR322::Tn233△E14(K88)。(3)Tn5含有1个BamHI限制位点,pTB341是1个有Tn5插入的质粒,pTB341经BamHI切割后得到3个BamHI片段,每个片段分别带有Ap~r基因;IS50L与Km~r基因;IS50R与Sm~r基因,当此3个片段经T4-DNA连接酶重新连接后,分离到了1个质粒pTS40,此质粒也由此3片段组成,但它们的排列与pTB341的不同,此重新连接的结果使Ap~r基因成为Tn5中的一部分。 遗传实验结果表明,K88抗原基因与Ap~r基因在这些转座子衍生物中能够表达,而且新构建的Tn233(K88)与Tn5(Ap)仍保留着转座的能力。当在反式位置上有TnpA基因时,Tn233△E14(K88)也能从pBR322::Tn233△E14(K88)转座到其它质粒上。     

在胡杨NHX基因内发现细菌转座子IS10-L的存在

采用RT-PCR扩增的方法,从新疆不同地区的野生植物胡杨中分别克隆获得lkb和2．3kb的cDNA片段,测序和序列分析表明这两个基因片段均包含NHX基因的部分读码框架,分别命名为PtNHX和PwNHX。PtNHX序列同源性分析结果显示胡杨NHX基因与滨藜NHX基因同源性高达98％,与碱蓬同源性达到86%,与拟南芥同源性为84％,与水稻同源性为80％,表明它是植物中高度保守的一种基因,同时说明野生植物胡杨中也存在与拟南芥相似的植物耐盐相关基因。PwNHX序列分析表明,该基因内部含有一种转座酶的读码框,大小约1350bp,与已发表的Shigella flexneri．转座子Th10基因序列(AF162223)同源性为99％。NHX基因的蛋白产物在植物的耐盐性方面起着重要的作用。推测PwNHX。由于插入转座酶读码框可能会导致该基因的功能丧失。胡杨生存于盐碱地,其体内可能存在另一些机制使胡杨具有抗盐碱的能力。对于这些机制的研究可能有助于进一步了解植物的抗盐机制。利用PwNHX基因内的转座子作基因标签,可进一步研究胡杨的其它基因,从而有可能揭示胡杨叶子发育的变态过程、耐盐碱等性状．     

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。     

高通量测序技术在转座子研究中的应用

高通量测序技术极大地提高了测序效率,大幅度降低了测序成本,同时该技术具有特异性好、灵敏度高、精确性高等优势,目前已被广泛应用于遗传变异、转录组学和表观组学等研究。近年来,高通量测序技术也逐渐应用于转座子的研究,并取得了丰硕的成果。本文主要综述了高通量测序技术在转座子研究中的应用,包括转座子含量估算、靶点偏好性及分布、多态性及群体频率、稀有转座子的鉴定、转座子的水平转移以及转座子标签技术中的应用等,并简要介绍了目前研究中采用的主要测序策略和算法,及其存在的利弊和相应的解决方案。最后对高通量测序技术,尤其是第三代测序技术的发展趋势和它们在转座子未来的研究中的应用进行了展望,以期为相关的科研人员提供一个全面的了解和参考。     

二化螟piggyBac类转座子的克隆与分析

piggyBac转座子是DNA型转座子, 广泛分布于生物体内。基于piggyBac转座子超家族成员IFP2开发的转基因工具载体是目前转基因研究中使用最广泛的载体之一, 因此piggyBac转座子的研究受到广泛的关注和重视。本文是对二化螟Chilo suppressalis内源性piggyBac类转座子（piggyBac-like element, CsuPLE）的首次报道。克隆的CsuPLE（GenBank登录号： JX392388）全长2 537 bp, 包含一个长1 914 bp的完整开放阅读框（open reading frame, ORF）, 编码含637个氨基酸残基的转座酶, 转座酶中含有piggyBac家族保守的“DDD-domain”。CsuPLE全长序列具有完全对称的13 bp反向末端重复序列（inverted terminal repeats, ITRs）以及非完全对称的21 bp内部重复序列（internal repeats, IRs）, 在二化螟基因组上插入在特征性的“TTAA”靶位点重复（target site duplication, TSD）处。在我国地理跨度很大的不同二化螟种群中均存在结构完整的CsuPLE序列。本研究结果为深入研究piggyBac转座子的结构与功能的关系提供了新的素材, 也为评价利用转座子载体系统在二化螟体内进行转基因操作的可行性和安全性提供了重要的理论基础。     

染色质可及性分析的研究进展

在细胞核内,染色质可及性模式会随着外部刺激和发育线索的改变而发生动态变化。染色质可及性重构对于基因表达调控至关重要,在建立和维持细胞特性等方面发挥着重要作用。因此开展染色质可及性的研究对染色质功能上的三维解析具有十分重要的意义。近几年,随着高通量测序技术的进步以及测序成本的降低,基于高通量测序技术的染色质可及性分析方法得到了迅速发展。目前观察和分析全基因组染色质开放与否的常见技术主要有脱氧核糖核酸酶I超敏位点测序（DNase-seq）、微球菌核酸酶测序（MNase-seq）、甲醛辅助分离调控元件测序（FAIRE-seq）以及转座酶可及性测序（ATAC-seq）。本文比较了这4种染色质可及性分析技术的优缺点,详细介绍了它们的原理及主要实验流程,并简要讨论了它们的发展及相关技术的应用,期望通过这些互补的方法为染色质分析领域的未来发展提供一些借鉴和思路。     

Pseudomonas pseudoalcaligenes B50铁载体合成相关基因pyrD的克隆与功能分析

从棉花根际分离的一株细菌B50在低铁条件下可以产生铁载体。通过形态学特征、生理生化特征及其16SrDNA序列分析,将其鉴定为Pseudomonas pseudoalcaligenes。采用三亲本杂交的方法将转座子Tn5-1063a(含luxAB)导入B50中,进行转座子插入诱变,获得突变株。用TAIL-PCR方法得到与铁吸收有关的pyrD基因序列。通过互补实验验证pyrD与铁载体的合成有关。Pseudomonas pseudoalcaligenes能够产生铁载体属于首次报道。     

昆虫转座子在转基因技术中的应用

转座子是基因组中一段可移动的DNA重复片段。越来越多的研究表明,转座子是真核生物基因组的主要组成成分,是基因组和表型进化的主要动力之一,并且对基因表达调控网络的进化具有重要的贡献。由于转座子在基因组内具有可移动性,使其在生物技术和分子生物学领域备受重视,尤其在转基因技术上得到了广泛应用。本文综述了转座子在昆虫中的分布、类型及功能,重点阐述不同昆虫转座子在转基因技术中的应用,并对转基因安全性和转座子稳定性进行了讨论。     

六妹羊肚菌PacBio基因组测序和DNA 6mA甲基化分析

羊肚菌属于子囊门真菌,是世界范围内最受欢迎的食用菌之一。本研究通过PacBio单分子实时测序技术对我国四川省成功栽培的六妹羊肚菌Morchella sextelata SCLS菌株进行全基因组测序,获得其高质量核基因组组装,大小为53.57Mb,重复序列含量为17.03%,包含42条重叠群（contigs）,重叠群N50高达1.82Mb,其中13条重叠群两端均含有端粒重复序列,为完整的染色体。通过链特异性RNA-seq测序和转录本拼接,并结合多种基因预测策略,预测到13 182个蛋白编码基因,包括267个碳水化合物活性酶,11个次生代谢产物合成基因簇。通过与内蒙古地区栽培的六妹羊肚菌菌株NZTD180501373基因组比较发现,六妹羊肚菌进化过程中可能发生过染色体重组事件,二者具有33 055个SNP和48 726个InDel位点差异,并且各自拥有超过6Mb的特有序列。此外,相比于梯棱羊肚菌M. importuna,六妹羊肚菌SCLS菌株中与逆转录转座酶有关的orthogroup发生了扩张,并且拥有5个成员数超过100的特有逆转录转座酶基因家族。对SCLS菌株中的DNA N⁶腺嘌呤甲基化（6mA）修饰进行了鉴定,发现SCLS菌株基因组中0.42%的腺嘌呤被6mA甲基化,其含量显著高于已报道的6种双核亚界（Dikarya）真菌。6mA甲基化位点在逆转录转座子上显著富集,表明六妹羊肚菌中6mA甲基化可能调控逆转录转座子的活性,这也是首次在真菌中报道6mA甲基化与转座子相关。