假基因的组成、分布及其分子进化

假基因（pseudogene）是指基因组中与正常基因序列相似,但是缺乏功能的DNA序列.通过序列同源性搜索,可以收集基因组中假基因的群体特性、染色体分布和同源家族等特性.假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录,被视为＂基因化石＂,因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源.应用假基因和基因比较体系,可以探究生物基因的进化史和基因组稳定性.如：用Ka/Ks比值确定假基因的自然选择压、物种亲缘关系和进化距离,分析假基因自身的进化趋势,探讨DNA突变的成因等.     

假基因研究进展

假基因是功能基因的缺陷拷贝,它在序列结构上与功能基因非常相似,但已丧失了正常的蛋白质编码功能．假基因曾被认为是一类典型的非编码“垃圾DNA”,而如今人们发现假基因在基因表达调控和基因组进化过程中发挥着重要作用．从假基因的起源、序列结构特征、假基因的识别、假基因在染色体上的分布、分子进化规律,以及假基因功能等几个方面较为全面地介绍了该领域的最新研究进展．     

假基因的功能及其在癌症疾病中的重要作用

假基因是一段具有与功能基因相似的DNA序列,但由于存在许多突变以致失去了原有的功能。过去的研究认为假基因是没有功能的DNA片段,是基因组进化过程中产生的噪音。然而,随着分子生物学技术的发展,越来越多的研究证明了假基因具有重要的生物学功能。假基因可与功能基因竞争性结合miRNA,从而调控功能基因的表达;假基因还可产生内源性小干扰RNA抑制功能基因的表达;甚至有的假基因还可以编码具有功能的蛋白质。文章通过假基因的分类、假基因的识别、假基因的功能和假基因与癌症疾病的关系等方面综述了假基因研究的最新进展。     

人类基因组上的假基因

假基因是基因组上与编码基因序列非常相似的非功能性基因组DNA拷贝,一般情况都不被转录,且没有明确生理意义。假基因根据其来源可分为复制假基因和已加工假基因。迄今为止,明确鉴定的人类假基因多为已加工假基因,有8000个之多。在Swiss-Prot/TrEMBL收录的编码蛋白质的将近25500个基因序列中,约10％在基因组中有一个或多个近全长已加工假基因。其余的功能基因都没有已加工假基因。核糖体蛋白基因具有最多数量的已加工假基因,约有l700个(占已加工假基因数的22％),少数基因,如cyclophilinA、肌动蛋白(actin)、角蛋白(keratin)、GAPDH、细胞色素C(cytochromec)和nucleophosmin等则有很多份已加工假基因。总体上讲,假基因在人类染色体上的分布与染色体长度成比例,但已加工假基因在GC含量为41％～46％的染色体区域密度最高。已加工假基因的拷贝数和功能基因在生殖器官中的表达高度一致,说明许多假基因发生在胚胎阶段,另外也和基因中GC含量和基因大小密切相关。假基因的准确鉴定对基因组进化、分子医学研究和医学应用具有重要意义。     

假基因的发现与研究

随着人类基因组计划的顺利实施,人们分离、鉴定新基因的速度越来越快,对于占人类基因组97%的非表达序列的研究,即对所谓"垃圾"DNA的研究已成为全球范围内关注的热点.现就假基因的发现、命名和分类、特性和分布、产生、作用机理、功能、进化及展望等方面进行论述.     

基因倍增研究进展

基因倍增是指DNA片段在基因组中复制出一个或更多的拷贝,这种DNA片段可以是一小段基因组序列、整条染色体,甚至是整个基因组。基因倍增是基因组进化最主要的驱动力之一,是产生具有新功能的基因和进化出新物种的主要原因之一。本文综述了脊椎动物、模式植物和酵母在进化过程中基因倍增研究领域的最新进展,并讨论了基因倍增研究的发展方向。     

青蟹线粒体COI假基因的分离和特征分析

线粒体DNA标记在遗传结构和系统进化研究中得到广泛应用,然而核假基因的存在对此有很大威胁。本文以中国东南沿海的青蟹(Scylla paramamosain)为研究对象,利用线粒体COI基因的通用引物和特异性引物进行扩增,分别得到34个假基因（nuclear mitochondrial pseudogenes, Numts）和5个线粒体COI基因序列。在所获得的34个假基因中共定义了29种单倍型,根据序列的相似度,这些假基因可以分为2类,每类假基因都有各自保守的核苷酸序列。第Ⅰ类假基因存在2处插入序列和1处8 bp的缺失序列,这些位点导致了整个阅读框的移位;在第Ⅱ类假基因和5个线粒体COI序列中只有碱基替换,未发现插入和缺失序列。实验结果分析表明,这两类假基因分别代表了2次核整合事件,即核转移事件的最低值。研究结果提示了     

假基因鉴定及其功能分析

被称为"垃圾基因"的假基因是真核生物基因组中的重要组成部分。近年来对假基因的功能研究表明其并非是基因组中的沉默成员。如一些假基因参与RNA转录,一些假基因转录本能够形成小干扰RNA(siRNA),通过小RNA干扰作用调节功能基因。另外,还有研究发现,一些假基因能够通过microRNA调节肿瘤抑制因子。然而,对假基因功能的深入挖掘需要建立在对其更精准、更全面的鉴定基础之上。随着各物种全基因组测序的完成及序列比对算法的完善,全面而又精确地鉴定假基因已经成为可能。下文就近年来假基因相关鉴定方法、调节功能以及在进化上的意义进行了阐述,并对未来假基因研究方向进行了展望。     

云南山茶(Camellia reticulata) nrDNA ITS序列多态性分析

对云南山茶 (Camellia reticulata) 8个品种的核核糖体DNA内转录间隔区(nrDNA ITS)进行克隆测序,将获得的ITS序列进行GC含量、 5.8S区二级结构的稳定性、替代模式、核苷酸多样性及系统发育关系的相关分析.实验结果显示,云南山茶8个品种的ITS序列存在丰富的基因组内多态性,同时包含中性进化的假基因,表明其ITS序列逃离了一致性进化.云南山茶ITS序列多态性的原因可能来自广泛的种间杂交,以及rDNA位点在基因组中有不确定的物理位置.ITS假基因为品种的物种形成研究提供了更全面的遗传证据,同时也提示了利用ITS假基因进行系统发育分析可能会对其真实的系统关系造成影响.     

菊科植物叶绿体基因组特征分析

基于高通量测量技术的发展,目前在GeneBank数据库中已获得了27种菊科植物叶绿体基因组全序列。尽管叶绿体基因组全序列在捕获进化事件的功能方面是有一定分歧的,但由于其高度的保守性和较低的进化速率,使其在不同物种间的系统进化研究中具有更好的统一性,从而使叶绿体基因组全序列成为一个更适合研究分子系统发育与分子生态学的宝贵工具。本研究对27种菊科植物叶绿体全基因组序列进行了系统分析,内容包括全基因组序列的大小,基因组容量,LSC,SSC,IR-LSC/SSC边界,假基因和DNA条形码等。基于上述信息,植物叶绿体基因组为菊科植物的分类鉴定和定位提供了更加准确的证据。     

Pseudogene: lessons from PCR bias,identification and resurrection

Pseudogenes are fragments of non-functional genomic DNA with high sequences similarity to normal functional genes. They are a kind of non-coding DNA produced by gene duplications or retrotranspositions. Pseudogenes exist in human genome at a large quantity which is nearly as much as that of normal functional genes. They could cause PCR bias in molecular biology experiments and confuse related analysis. On the other hand, pesudogenes are important elements in genomics study for getting an integral picture of genome annotation. They give diverse information of evolutionary history and are regarded as genome fossils. Worldwide research project “encyclopedia of DNA elements”(ENCODE) founded in recent years have enhanced our understanding of pseudogenes. Approaches established to identify pseudogenes include PseudoPipe, HAVANA method, PseudoFinder, RetroFinder, GIS-PET method and consensus method. This paper discuss pseudogenes with respect to the formation mechanisms, distribution, and problems for PCR, importance and identification of pseudogenes. Furthermore, potential resurrection of pseudogenes and their potential function are discussed.     

Large-scale analysis of pseudogenes in the human genome

Pseudogenes are considered as genomic fossils: disabled copies of functional genes that were once active in the ancient genome. Recently, whole-genome computational approaches have revealed thousands of pseudogenes in the genomes of the human and other eukaryotes. Identification of these pseudogenes can improve the accuracy of gene annotation. It also offers new insight on the evolutionary history and the stability of the genome as a whole.     

Insights into the genomic features and evolutionary impact of the genes configuring duplicated pseudogenes in human

Pseudogenes, regarded as ‘genomic fossils’, are DNA sequences resembling functional genes in perspective of sequence homology but completely non-functional. In this study, we explored the unique characteristic features of human genes, configuring classical duplicated pseudogenes. We found that progenitors of duplicated pseudogenes are characterized by a high expressivity, and ability to encode hub-proteins in association with a high evolutionary rate. Such unusual features are endorsed by longer protein length, elevated CpG content, and a high recombination rate. The non-functionalization of their duplicated copies can be attributed to the overabundance of gene paralog number in concert with functional redundancy.     

Comparative analysis of processed pseudogenes in the mouse and human genomes

Pseudogenes are important resources in evolutionary and comparative genomics because they provide molecular records of the ancient genes that existed in the genome millions of years ago. We have systematically identified approximately 5000 processed pseudogenes in the mouse genome, and estimated that approximately 60% are lineage specific, created after the mouse and human diverged. In both mouse and human genomes, similar types of genes give rise to many processed pseudogenes. These tend to be housekeeping genes, which are highly expressed in the germ line. Ribosomal-protein genes, in particular, form the largest sub-group. The processed pseudogenes in the mouse occur with a distinctly different chromosomal distribution than LINEs or SINEs - preferentially in GC-poor regions. Finally, the age distribution of mouse-processed pseudogenes closely resembles that of LINEs, in contrast to human, where the age distribution closely follows Alus (SINEs).