F-box基因拷贝数目变异的机制研究:以12种果蝇为例

拷贝数目变异是一种对表型变异和生物进化具有重要意义的基因组结构变异.以前的研究表明不同物种中F-box基因的拷贝数目差异较大.为了深入探索拷贝数目变异的式样和机制.我们以12个果蝇近缘种为研究对象,分析了F-box基因的系统发育关系、进化式样以及它们在染色体上的位置.结果发现,虽然各个物种中F-box基因的拷贝数目差别不大(42-47个),但是仍然存在着很多引起拷贝数目变异的基因获得和丢失事件.这说明表面上变化不大的拷贝数目在一定程度上掩盖了频繁发生的基因获得和丢失事件.通过比较这些基因在染色体上的位置,发现只有在亲缘关系很近的物种之间才能鉴定出有明显微共线性关系的基因组区段.我们还发现,造成F-box基因拷贝数目增加的主要机制是散在重复和串联重复,而反转录转座和新基因的非编码区起源也是两种值得注意的机制.此外,序列变异导致的外显子边界变化以及外显子丢失是引起拷贝数目减少的两种机制.在12种果蝇的最近共同祖先中,F-box基因的拷贝数目与现存物种基本相似,但是基因的获得和丢失事件使得现存物种中的F-box基因在构成上已经有了明显的差别.对数目变异的式样及其与基因功能的关系的研究表明,拷贝数目变异是F-box基因家族"生与死"的进化在基因组层面的系统反映,并有可能为表型变异提供了原始材料.     

一组关于果蝇研究的重要文章

2007年11月8日《Nature》发表了一组关于遗传实验室中常用动物果蝇的重要论文。其中1篇重要的合作论文对这12个果蝇基因组序列进行了分析,以寻找在演化过程中保留下来的元素,并且报告了很多特定序列主题在保留与功能之间的关系。研究人员发现了一个细致的监管网络,其作用是识别     

基因敲入技术的突破

Baylor医学院的KoenVenken博士创新了基因敲入技术，这一突破使生物学家向果蝇体内敲入大量的DNA成为可能。传统的方法只能在果蝇基因组中插入较小的DNA片段，Venken的方法可将20000到133000大小碱基对的DNA敲入果蝇基因组。传统上，生物学家利用果蝇基因组中的P元素能够整合外源性DNA片段的特性，将目标DNA片段插入P元素，再将含有外源性DNA的P元素复合体导入果蝇基因组。这一传统方法能整合的DNA片段长度有限。Venken在研究中需要敲入很长的DNA片段到果蝇体内。于是他将含有DNA片段的P元素转入到质粒里，质粒能够较P元素自身更稳定地携带大片断DNA。     

利用GAL4-UAS系统在果蝇中过表达研究人类基因功能

随着人类基因组测序的基本完成 ,大量新基因被发现 ,其中许多只有序列及基因组定位信息。新的焦点是这些新基因的功能研究。模式生物果蝇对此起重要作用。利用转基因果蝇和GAL4 UAS系统初步鉴定功能基因 ,建立了源于 10个不同人类基因的共 5 4个转基因果蝇品系 ,然后用 6种不同的GAL4诱导这些转基因在果蝇中过量表达。其中一个人类基因 ,延伸因子 1alpha 1(EF1α 1)的过表达导致果蝇的背板异常和糙眼表型。该研究表明可在果蝇中利用基因过表达策略初筛人类功能基因 ,这为大规模人类基因的功能研究提供了新的手段     

RNAi研究进展

基因阻断技术近年来发展迅速。双链RNA介导的、序列特异的转录后基因沉默的过程称为RNAi(RNA interence)。它作为新肖的基因阻断技术,自1998年发现到现在已有很大进展。迄今,在果蝇、线虫、锥虫、小鼠及哺乳动物中相继发现存在RNAi现象。目前许多学者以果蝇、线虫为对象做了RNAi的大量研究人,并相继提出了其作用机制模型。RNAi可能是生物体中存在的一种普遍现象,代表了一古老的细胞反应通路。因此RNAi有望成为今后分析人类基因组功能的有力工具,并可能用于基因的特异治疗。     

两种模式生物核小体定位比较研究

在对两种模式生物酵母与果蝇胚胎期核小体定位进行研究时,发现不同物种间以及同一物种中不同表达模式基因上的核小体分布呈现出差显著异性。在总体上,转录起始位点附近的酵母核小体NFR区域比果蝇的NFR短。经基因中心对齐后,酵母与果蝇胚胎期沉默型基因的核小体缺失区域的两个边界中间处共同呈现了一个明确有着均匀间隔的核小体数n,且随着基因长度L的变长其周期性特性逐渐变模糊,但果蝇的图谱表现的更为复杂。结果表明,从单细胞酵母生物到多细胞果蝇生物间基因组的进化过程中,核小体组织的演化既有变异性,也具有保守性。     

金色果蝇复合种(Drosophila auraria species complex)的分子系统学研究

测定了金色果蝇复合种（Drosophila auraria species complex）的5个姊妹种（D.auraria、D.biauraria、D.triaurar-ia、D.quadraria和D.subauraria）及其近缘种D.rufa的ITS1片段和COⅡ基因的全序，以及Adh基因的部分序列。以D.rufa、D.melanogaster和D.yakuba为外各，分别用最大简约（MP）法和邻接（NJ）法根据每个分子标记的序列构建金色果蝇复合种系统发生树。在得到的6棵系统树中，D.subauraria总位于系统树的基部。该复合种的ITS1、Adh和COⅡ的综合序列长度为2327bp(排除插入和缺失位点），能提供255个简约信息位点。根据综合序列构建的系统树较好地揭示了5个姊妹种间的系统发生关系；D.subauraria在金色果蝇复合种内最早分支出来，随后发生了D.biauraria分化、D.auraria、D.triauraria和D.quadraria之间亲缘关系较近，形成的时间相对较晚。推测金色果蝇复合种的祖先种约在2.33百万年前与D.fufa发生分歧，随后由暖温带侵入寒温带。在寒温带，D.subau-raria约在0.88百万年前与其他4个姊妹种的祖先种发生了分歧，D.biauraria约在0.31百万年前分化出来；而分布在较低纬度的D.auraria、D.triauraria和D.quadraria则是在该复合种的祖先种由寒温带向暖温带和亚热带人侵的过程中才逐渐分化形成的。上述结论不支持先前研究者所提出的D.quadraria是金色果蝇复合种的祖先种的见解。     

果蝇基因组与功能基因研究进展

黑腹果蝇Drosophila melanogaster是生物科学研究中重要的模式动物之一。2000年,黑腹果蝇全基因组测序完成,随后基因组序列质量不断完善,对其功能基因进行深入研究,为其他高等动物基因组和功能基因的研究提供了巨大帮助。本文综述了近年来基因组功能元件、比较基因组学等方面的最新研究成果,着重介绍了功能基因在Hh信号通路、细胞凋亡方面的研究进展,并对最新的功能基因研究技术进行了简要概述。     

双拷贝APP/BACE/DPsn转基因果蝇模型的建立及基因功能的研究

阿尔茨海默症 (Alzheimer′s disease, AD), 是一种以脑中β-淀粉样蛋白 (β-amyloid peptide, Aβ)沉积为主要病理改变的神经退行性疾病。在果蝇Drosophila模型中建立淀粉样蛋白前体蛋白 (amyloid precursor protein, APP)的剪切通路模拟Aβ的产生过程, 有望建立一种快速筛选治疗AD药物的动物模型。我们利用经典的Gal4/UAS系统, 将现有的APP/BACE/DPsn果蝇品系连续杂交, 通过同源重组的方法构建表达两个拷贝的APP/BACE/DPsn稳定可遗传的转基因果蝇新品系。进一步的实验结果表明： 与不表达APP/BACE/DPsn的对照果蝇w/y; APP/Cyo; BACE-DPsn/TM6BTb相比, 表达两拷贝APP/BACE/DPsn的 w/y; elav-APP; BACE-DPsn果蝇的最长寿命为52 d, 比对照组(69 d)缩短了17 d, 为对照组果蝇的75%; 中位生存时间为39 d, 比对照组(49 d)缩短了10 d, 为对照组的80%; 平均寿命为37 d, 比对照组(47 d)缩短了10 d, 为对照组的79%。同时, 表达两个拷贝APP/BACE/DPsn的果蝇所产卵的羽化时间比对照果蝇延长了3 d; 其羽化成虫的理论值为1∶9 (11%), 而实际羽化率仅为5.2%。结果提示, 由elav-Gal驱动在果蝇泛神经元内过表达APP/BACE/DPsn, 可以缩短果蝇寿命、 干扰果蝇胚胎正常发育。该果蝇有可能作为初步筛选AD治疗药物的动物模型, 为AD治疗新药的发现提供工具。     

科学家发现新型果蝇基因测序法

美国斯托瓦斯医学研究所开发出了一种名为“全基因组测序法”的果蝇突变基因测序法。研究人员称，在寻找果蝇突变基因上该方法能大幅减少时间和精力。相关研究发表在5月出版的《遗传学》（Genetics）杂志上。     

DEAD／H盒超家族新成员—人DDX36和小鼠Ddx36基因的分子克隆和特性

果蝇的基因组序列已经测定 ,因此它是结构基因组学和功能基因组学研究的最为理想的一种模式生物。果蝇中具有RNA和DNA解旋酶功能的非雄基因 (maleless,mle) ,在果蝇的生殖细胞中参与基因的转录后调节。从果蝇非雄基因的全序列出发 ,使用同源克隆的策略克隆了具有长的DNA/RNA解旋酶盒 (DEAD/DEAHbox)的人和小鼠新的同源基因 ,分别命名为DDX36和Ddx36。这两个基因属于DEAD/H盒超家族新成员。人的DDX36与果蝇非雄基因在氨基酸序列上有 37%的一致性和 5 8%相似性 ,与新克隆的小鼠Ddx36在氨基酸序列上有 91 %的一致性和 94 %相似性。1 6种组织的Northern杂交结果显示 ,在睾丸中有一条信号非常强 3 .8kb的杂交带 ,其余组织中不表达或仅可见一条非常微弱的 3.8kb的杂交带。定位分析表明该基因位于染色体 3q2 5 .1～ 3q2 5 .2 ;结构分析初步确定有 2 6个外显子和 2 5个内含子。DDX36和Ddx36基因可能与性别分化、精子发生和男性生育有关     

果蝇基因剂量补偿的实现机制

雌、雄果蝇间的基因剂量补偿是通过雄性果蝇中X染色体相关基因的表达水平上调至雌性果蝇的2倍实现的,基因剂量补偿的实现机制存在2种模型.平衡模型认为是基因组的不一致导致了全基因的反式剂量效应,而MSL复合体将组蛋白修饰酶从常染色体隔离,阻止了常染色体上的基因上调,同时,通过抑制高水平的组蛋白修饰以防止X染色体上的过度补偿....     

果蝇蛋白质组学研究进展

蛋白质组学旨在阐明基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能。随着人类基因组学计划的逐渐成熟,分子水平的实验技术不断发展,蛋白质组学的研究被提高到了前所未有的高度。果蝇是生命科学领域最为常用的一种模式生物,长期的系统研究也使果蝇的基因组成为至今注释最好的基因组之一,为功能基因组研究奠定了基础。但由于技术的限制,迄今有关果蝇蛋白质组学研究的报道尚不多见。近年来果蝇蛋白质组学的研究主要包括表达谱、修饰谱、比较蛋白质组学和疾病模型蛋白质组等四个方向,为进一步开展人类疾病临床蛋白质组学研究奠定了基础。     

昆虫细胞色素P450研究的一些新进展

报道了有关细胞色素P45 0研究的一些新发现。果蝇和冈比亚按蚊基因组测序的完成 ,使人类对昆虫P45 0的多样性有一完整的概念 ,已查明果蝇和冈比亚按蚊基因组中分别含有 90种和 1 1 1种P45 0基因。P45 0介导的果蝇对DDT的抗性被证明是Cyp6g1基因超量表达的结果。昆虫可以窃听植物分子信号 (水杨酸、茉莉酮酸 ) ,通过P45 0的诱导机制增强自身对植物防御物质的反防御能力。从分子水平上鉴定了 2个参与蜕皮素合成的线粒体P45 0基因。细胞色素P45 0在昆虫信息素降解中的作用得到鉴定。     

利用RNAi技术研究果蝇心脏发育基因的功能

RNAi是近两年发展起来的一种阻抑基因表达的新方法。它通过导入一段与内源基因同源的双链RNA序列（dsRNA）,使内源mRNA降解,从而达到阻抑基因表达的目的。目前已在线虫、果蝇、臭虫、真菌及植物等生物中建立RNAi技术,用于研究某些特定基因或已知基因在特定发育时期的功能。对于难于获得突变体的基因或生物体,RNAi技术尤其有效。虽然果蝇心脏发育基因wingless和tinman在果蝇心脏发育的早期功能已经清楚,它们都与果蝇心脏前体细胞的形成有关,但它们在果蝇心脏发育的后期功能仍有待进一步研究。实验运用RNAi技术,分别将tinman和wingless的dsRNA注入果蝇的早期胚胎,得到了这两个基因的dsRNA干扰表型,与两个基因的突变体表型非常相似,都表现为果蝇心脏前体细胞不能形成或心脏管缺失。尤其是tinman基因的dsRNA,还引起了肠中胚胎层缺失和体壁肌肉组织的紊乱,而wingless基因的dsRNA却只影响心脏的形成,而不影响肠中胚层,说明dsRNA干扰具有非常强的特异性,因而不失为研究果蝇心脏发育基因功能的有效方法。     

中国特有果蝇 Drosophila curviceps 种亚组在Drosophila immigrans种组中的种系发生地位

果蝇immigrans种组中的curviceps种亚组是1992年新建立的中国特有果蝇类群。该种亚组中的物种主要分布在中国大陆和台湾。目前除了形态学水平的研究外,还没有其他证据支持建立该种亚组的合理性及其起源和种系发生地位。为了在DNA分子水平上探讨果蝇curviceps种亚组在果蝇immigrans种组中的种系发生地位,从而为今后更深入地研究中国特有果蝇,甚至为果蝇亚属的进化遗传学提供理论依据,测定了immigrans种组5个种亚组（nasuta、immigrans、hypocausta、quadrilineata、curviceps)中12个代表物种的rDNA的ITS1和部分Adh基因的序列。其中ITS1序列的长度为513－587bp,共有191个信息位点;Adh基因片段的长度在714－747bp之间,共99个信息位点。考虑到单个分子提供的信息较少,将两个分子的序列综合起来,组成一个较长的复合序列。分别根据ITS1,Adh和两个分子的复合序列排比（Alignment)结果,和最大简约法和邻接法构建分子系统树,其中根据复合序列构建的系统树与形态学研究结果最为一致。分子树显示curviceps种亚组的特种确定单独形成一个分枝,为种亚组级的分类阶元,支持了形态学将其建立为一个新种亚组。根据Kimura距离,估算了复合分子的替换速率约为每百万年1．48％,进而计算出5个种亚组的分 歧年代。结合各物种的地理分布,推测了immigrans种组的进化历史：curviceps种亚组与quadrilineata种亚组的亲缘关系最近,主要分布在中国南部的温带地区。它们之间的分歧时间大约为3．4百万年,是最年轻的两个种亚组。主要分布在苏门答腊及附近的热带地区的hypocausta种亚组的物种是最早分化出来的,与其他种亚组的分歧时间约为9．2百万年。该结果与形态学和生物地理学研究相吻合。值得一提是的,目前归属仍存在争议的物种D.neohypocausta,在分子系统树中与hypocausta种亚组的物种相距较远,而与immiagrasn种亚组的关系较近,但分枝置信度较低（＜50％）。由于还缺乏其他方面的证据,因此D.neohypocausta的归属有待今后的研究来作定论。     

中国黑腹果蝇种组40种果蝇的核型多样性研究

通过传统的敲片、Giemsa染色的方法制片对中国黑腹果蝇种组(Drosophilamelanogasterspeciesgroup)8个种亚组40种果蝇的染色体进行了分析,共发现18种核型,即A、A′′、C、C′、C′′、C′′′、C′′′′、D、D′、D′′、E、E′、E′′、F、F′、G、H和I,其中A、A′′、C′′′、C′′′′、D′′和F′为新发现的核型。8个种亚组的基本核型分别是:嗜凤梨果蝇种亚组(D.ananassaesubgroup)的核型为F、F′、G和H型;牵牛花果蝇种亚组(D.eleganssubgroup)的核型为A和A′′型;细针果蝇种亚组(D.eugracilissubgroup)的核型为C型;嗜榕果蝇种亚组(D.ficusphilasubgroup)的核型为C′型;黑腹果蝇种亚组(D.melanogastersubgroup)的核型为C和C′型;山果蝇种亚组(D.montiumsubgroup)的核型为C、C′、C′′、D、D′、D′′、E、E′、E′′和I型;铃木氏果蝇种亚组(D.suzukiisubgroup)的核型为C′′′和C′′′′型;高桥氏果蝇种亚组(D.takahashiisubgroup)的核型为C、C′′′和C′′′′型。透明翅果蝇(D.lucipennis)雌性核型2n=8,雄性核型2n=7,雄性Ⅳ号染色体为染色体单体。此外还发现,吉川氏果蝇(D.kikkawai)、林氏果蝇(D.lini)、奥尼氏果蝇(D.ogumai)、拟嗜凤梨果蝇(D.pseudoananassae)和叔白颜果蝇(D.triauraria)5种果蝇有B染色体。本文确定了D.sp.likeelegans、D.sp.likenyinyii、D.sp.liketrapezifrons1、D.sp.liketakahashii、D.sp.liketrapezifrons2和D.sp.likeauraria等6个未描述种的核型和1个新记录种吉里果蝇(D.giriensis)的核型。本研究证明了在黑腹果蝇种组内、亚组内、种内和单雌系内的核型多样性,为果蝇遗传和进化提供了进一步的细胞学证据。     

对果蝇S期细胞内组蛋白基因的原位定量分析

利用微型计算机控制的荧光显微镜、荧光强度检测仪和图像记录装置并结合荧光原位杂交法对果蝇细胞核内组蛋白基因的复制时期进行了研究,从而建立了一套细胞内直接定量分析的方法。根据果蝇胚胎原代培养细胞核的ＤＡＰＩＩ杂色强度确定处于Ｓ期的细胞。用杂交信号的荧光强度与细胞核荧光强度的相关关系来反映组蛋白基因的复制时期。结果表明果蝇组蛋白基因的复制是在ＤＮＡ合成早期进行的。这套方法至少可直接在细胞上对每套基因组１     

黑腹果蝇种组的核型与进化研究

观察了国内黑腹果蝇种组34种果蝇的有丝分裂中期核型,其中首次描述了一些新核型。系统地分析了黑腹果蝇种组8个种亚组之间的核型进化关系及种间亲缘关系。结果是:elegans种亚组的核型为A型;eugracilis、melanogaster和ficusphila种亚组的核型为C型;takahashii和suzukii种亚组的核型为C型和D型;montium种亚组的核型为B、C、C’、D、D’、和E型;ananassae种亚组的核型为F、G和H型。从核型分化的角度可以将黑腹果蝇种组分为5个谱系:elegans,eugracilis-melanogaster-ficusphila,takkahashii-suzukii,montium,ananassae。这与2004年Yang等的观点基本一致,正好从核型进化的角度验证了Yang通过DNA序列分析所得到的结果。差别只在于elegans种亚组,作者把它单独列为一支,认为是祖先种亚组。通过选取同一种果蝇的几个不同地域单雌系的核型分析,结果表明:同一种果蝇的核型存在地域差异。这种差异可能是由于不同生境造成,也可能是本身进化程度的差异,或是两种因素相互作用的结果。     

果蝇细胞存五种主要染色质类型

转录活性常染色质与受阻遏异染色质的染色质传统分类曾是一个有用的模型,但它应该进行升级,以适应人们日益增加的有关染色质功能域的知识。一项在果蝇中对与蛋白质有关的53种染色质进行的大规模综合性全基因组分析表明,染色质有5种主要类型;这些可以构成描述表观基因组的新框架。