动物肌动蛋白基因中内含子的来源及存在意义的探讨

对动物界演化过程中肌动蛋白家族内含子插入位置分布的演化规律作了分析,并对相同插入位置的内含子序列按同亚型和不同亚型作了比较。结果得出:从整个肌动蛋白家族的外显子序列高度保守性推断整个肌动蛋白家族可能是从共同的祖先蛋白进化而来的;从同亚型肌动蛋白内含子序列的类似性随进化距离而变化,但在短进化距离的物种间,类似性都较高,不同亚型肌动蛋白内含子序列的类似性都较低,即使是同一物种(如人),类似性也远低于同亚型但进化距离较近的物种,由此可推断,同亚型肌动蛋白的内含子序列可能从共同祖先进化,不同亚型肌动蛋白的内含子序列从不同祖先进化,综上推断可导出内含子可能是在蛋白异化过程中获得的:还发现内含子在肌动蛋白家族编码基因中位置的分布随进化方向不同而逐步形成两种截然不同的模式,由此提出了内含子的位置分布与动物演化方向之间可能具有某种必然联系,为内含子的存在提出了某种依据。     

内含子在生物信息学研究和基因工程中的应用

内含子在真核生物基因组中广泛存在。已有的研究虽揭示出内含子对基因的表达有着重要的调节作用,并参与了基因的进化,但内含子的功能还远没有弄清楚,对其本身的起源与演化问题也还存在很大争论。尽管如此,目前内含子在生物信息学研究和基因工程中的应用已蓬勃展开。本文就人们目前对内含子的基因组分析、分子进化与分子系统分析研究以及内含子在转基因工程中的应用作一概述。     

Sox8基因HMG盒区内含子剪接位点分析

Sox基因参与广泛的发育调控过程.为了确定Sox8基因HMG盒区内含子的大小及剪接位点,通过计算机分析本室克隆得到的泥鳅Sox8基因包括HMG盒区在内的一段基因组序列,推测在HMG盒区可能存在一个内含子,进一步通过RT-PCR方法,克隆泥鳅Sox8基因HMG盒区cDNA片段,与基因组序列比较分析,确认在泥鳅Sox8基因的HMG盒区存在一个内含子,并确定了该内含子的序列及剪切位点.同时,比较分析了人和泥鳅Sox8在HMG盒区的内含子的剪切位点.结果显示,Sox8基因HMG盒区内含子剪切位点在进化上是保守的。 Abstract:Sox genes have diverse roles in developing processes,it was inferred there may be one intron in the HMG box by analyzing the genomic DNA sequence of the paramisgurnus dabryanus Sox8 gene.RT-PCR was used to verify the intron and its splicing site.First strand of the cDNA reverse-transcribed from liver RNA was amplified using the primers flanking the HMG box.RT-PCR products were cloned into the pUC18 plasmid and sequenced.The eomparison between the cDNA and genomic DNA sequence revealed the splicing site of the intron existing in the HMG-box of the paramisgurnus dabryanus Sox8 gene.We also compared the splicing site of the intron in the HMG-box of Sox8 gene between paramisgurnus dabryanus and human.These results suggest that the splicing site in the HMG-box of Sox8 gene was conserved.     

断裂蛋白质内含子的剪接机制、起源和进化

蛋白质内含子(intein)是具有自我催化活性的蛋白质. 翻译后,通过蛋白质剪接从蛋白质前体中去掉,并以肽键连接两侧蛋白质外显子(extein)形成成熟蛋白质. 断裂蛋白质内含子(split intein)在蛋白质内含子中部区域特定位点发生断裂,形成N端片段和C端片段,分别由基因组上相距较远的两个基因编码. 现在已知,它仅分布于蓝细菌和古细菌中. 断裂蛋白质内含子的N端片段和C端片段通过非共价键(如静电作用)相互识别,重建催化活性中心,介导蛋白质反式剪接. 断裂蛋白质内含子的发现进一步深化了人们对基因表达和蛋白质翻译后成熟过程复杂性的认识,而且它在蛋白质工程、蛋白质药物开发和蛋白质结构与功能研究等方面有非常广泛的应用. 本文试图综述断裂蛋白质内含子的分布、结构特征和剪接机制,并分析其可能的起源和进化途径.     

酵母内含子在基因序列中的分布对基因转录效率的影响

对酵母中高效转录和低效转录基因内含子序列寡核苷酸使用情况的对照分析,显示两类内含子的序列结构有差异,并且高效转录基因内含子序列含有较多潜在的转录因子结合位点,由此推测内含子可能参与基因转录的调控.这个结论有待更多的数据证实.对内含子和外显子在两组基因序列中的分布（长度、位置等）进行详细比较分析后显示,高效转录基因内含子和低效转录基因内含子的长度有比较明显的界限.两组基因中外显子长度的均值虽然有些差异,却没有明显的界限.基因序列长度与外显子长度的情况相似.虽然内含子的相对位置在两类基因中都很靠近5′端,但是从实际位置看,高效转录基因中比较多的内含子很靠近基因的5′端,有些则位于5′-UTR区域.这些结果提示,基因的转录效率与内含子的长度有关,与外显子及基因序列的长度无关,内含子的位置也可能影响转录效率,内含子对基因转录的调控可能与基因上游的转录调控有关联,或者是上游调控的延续.     

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Introns)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(groupⅡintron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质(内切核酸酶活性和逆转录酶活性).本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径.     

真核生物和古细菌的tRNA内含子剪接及其进化

真核生物和古细菌的ｔＲＮＡ内含子剪接及其进化潘建伟潘伟槐韩志勇朱睦元（杭州大学生命科学学院,杭州３１００１２）关键词ｔＲＮＡ内含子进化Ｗｏｅｓｅ根据２１种生物的１６ＳｒＲＮＡ序列分析,于１９７７年提出了三界系统进化树理论。他认为,原核生物应该分为古细...     

双翅目昆虫（黑腹果蝇和冈比亚按蚊）内含子丢失的比较分析

内含子插入和丢失的进化动力及机制尚存在许多疑问。通过对真核生物的105个同源基因的蛋白质高度保守区域内含子-外显子结构的研究,对人Homo sapiens、小鼠Mus musculus、大鼠Rattus norvegicus、黑腹果蝇Drosophila melanogaster、冈比亚按蚊Anopheles gambiae和秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans的3 574个内含子、1 001个的内含子保守位点进行分析,推断出不同系统中内含子的变化途径。发现在进化早期,脊椎动物、双翅目昆虫和线虫的共同祖先中含有大量内含子,在进化过程中,双翅目昆虫和线虫发生了大量的内含子丢失,甚至在双翅目昆虫中内含子丢失较线虫更严重。线虫获得的内含子略多于丢失的内含子, 而在双翅目昆虫中则显示出内含子的丢失明显多于内含子的获得。该结果合理地解释了内含子在脊椎动物、线虫及昆虫中数量的分布呈下降趋势。     

Or83b-like基因内含子2个体内及个体间长度杂合现象揭示了Philotrypesis sp.的进化不稳定性

佩妃延腹小蜂Philotrypesis pilosa和Philotrypesis sp.是寄生在对叶榕Ficus hispida L.上的同属非传粉榕小蜂,二者可能拥有最近共同祖先。榕小蜂利用嗅觉对寄主榕树的专一性识别可能是其产生交配前隔离的重要机制,Or83b-like基因是一类在不同昆虫间高度保守的非典型嗅觉受体基因,研究其内含子序列对解决近缘种的物种形成和进化方向问题有重要意义。本文采用PCR法对这两种小蜂的Or83b-like基因进行分析。结果表明：该两种小蜂的Or83b-like基因编码区核苷酸序列及推导的氨基酸序列一致度非常高,分别为98.2%和99.03%,内含子序列平均一致度也很高,为84.5%左右,进一步证明二者亲缘关系很近。我们在P. sp.的Or83b-like基因部分内含子序列中发现个体内及个体间具长度杂合现象(LVHs),但P. pilosa却不存在。据此推测,P. pilosa为进化上已经趋于稳定的物种,而P. sp.则没有完全稳定。     

内含子Ⅱ的作用机制和演化

内含子是广泛存在于原核生物的叶绿体、线粒体以及真核生物基因组中的非编码DNA序列,但其含有的调控元件却常常影响基因的表达效率。内含子的自我剪接在mRNA的成熟过程中起着重要作用,内含子也可利用逆转录剪接作用插入到同源或异源DNA中,同时也常常通过“外显子改组”来促进基因进化。文章重点介绍了近年来在内含子Ⅱ作用机制及演化方面研究的最新进展。     

酵母基因中转录正调控内含子序列特征的统计分析

大量实验研究显示,真核基因的许多内含子具有调控转录的功能,但是对此问题尚缺乏全面的研究.观察一些酵母基因的转录频率与基因的内含子序列后,发现一个值得注意的现象：转录频率高的基因内含子序列一般都比较长,而转录频率低的基因内含子一般都比较短.这提示高效转录基因的较长内含子中可能含有某些增强基因转录的特征性结构.于是选取两组酵母基因的内含子进行详细研究,第一组的基因具有较高的转录频率（>30）,第二组的基因转录频率较低（≤10）.对寡核苷酸（主要是四核苷酸、五核苷酸）的出现频率进行统计比较分析,探测到一批寡核苷酸,它们在第一组内含子中出现的频率显著高于在第二组内含子中出现的频率,同时也显著高于与第一组内含子相邻的外显子中的出现频率.其中一些寡核苷酸与实验研究得到的转录调控元件相同.从这批寡核苷酸在内含子和外显子序列中的分布看,高效转录基因内含子的序列结构确实有利于基因的转录.     

在转基因水稻植株中蜡质基因第1内含子对-基因表达影响的分析

为阐明水稻Wx基因第1内含子在整体植株的胚乳发育阶段是否确有增强基因表达的功能,以及弄清高和中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子1 126个碱基之间有差异的16个碱基中哪几个碱基影响了该内含子的正常剪接从而降低了基因的表达水平,我们分别用高直链淀粉含量品种的Wx基因翻译起始密码子ATG上游3.1和2.1 kb片段与GUS基因编码区融合构建成嵌合质粒,并在此基础上,(1)去除嵌合质粒中Wx基因的第1内含子;(2)将嵌合质粒Wx基因的第1内含子中(3.1 kb)与中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子有差异的6个碱基以中、低直链淀粉含量的水稻品种的碱基替换.将上述改造过的几种质粒分别转化粳稻品种中花11,测定转化植株未成熟种子胚乳中的GUS活性.结果表明第1内含子的缺失或此内含子的5′端剪接点上的碱基G以T替换均造成GUS活性的急剧下降,说明第l内含子在植株体内的确有增强基因表达的功能,而且在中、低直链淀粉含量的水稻品种中Wx基因第1内含子5′端剪接点上自然存在的G→T突变是造成这些品种中该内含子剪接不正常、从而使Wx基因表达水平和直链淀粉含量下降的主要原因.     

内含子microRNA及其宿主基因的表达与功能

微小RNA(microRNAs,miRNAs)是一类具有转录后水平基因表达调控作用的非编码小分子RNA.microRNAs可参与机体发育、代谢及恶性肿瘤、心律失常等疾病的发生.近半数microRNA的编码基因位于已知编码蛋白基因的内含子中,称为"内含子microRNA",后者称为"宿主基因".由于内含子microRNA编码基因位置的特殊性,有研究者认为二者能够共同表达并发挥相似的生物学功能.它的发现不仅丰富了人们对内含子功能的认识,还有助于完善宿主基因功能的作用通路。     

双翅目昆虫与脊椎动物内含子丢失和获得的比较分析

内含子插入和丢失的进化动力及机制尚存有许多疑问。我们拟通过对真核生物的604个同源基因的蛋白高度保守区域内含子-外显子的结构研究, 对人Homo sapiens、大鼠Rattus norvegicus、小鼠Mus musculus、黑腹果蝇Drosophila melanogaster、冈比亚按蚊Anopheles gambiae和拟南芥Arabidopsis thaliana中的12 585个内含子、3 074个保守内含子进行分析, 推断出不同系统中内含子进化趋势。结果显示在进化中双翅目昆虫丢失了约850多个内含子, 脊椎动物获得了1 600多个内含子, 而双翅目昆虫获得的内含子及脊椎动物丢失的内含子则较少。在内含子分布上, 除酵母有明显5′末端倾向性外, 双翅目昆虫也显示出内含子分布倾向于基因的5′端, 而在脊椎动物及拟南芥中则没有这种分布的倾向性。这可能是由于双翅目昆虫丢失的内含子大多位于基因的3′端造成的。通过对现在脊椎动物内含子分布及获得的内含子的插入相的研究, 发现内含子的获得可能在一定程度上导致了现存基因的内含子中插入相0的内含子最多这一倾向。     

药用寄生植物锁阳线粒体基因内含子序列分析

被子植物线粒体cox1基因的Group玉内含子常含有水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)现象。本研究对药用寄生植物锁阳(Cynomorium songaricum)线粒体基因cox1、cox2、nad1序列进行扩增分析,利用最大似然法对cox1和cox2基因内含子和外显子分别进行聚类分析,结果显示cox1内含子聚类结果与其他3个聚类结果不相符,说明该内含子可能存在水平基因转移现象。对比了锁阳6个不同居群间线粒体基因cox1、cox2、nad1外显子与内含子序列平均距离,发现6个不同居群间cox1基因内含子同源性高达100%,说明该基因内含子可能具有功能。结合生物信息学分析表明该内含子很有可能编码核酸内切酶,而DNA核酸内切酶被认为能促进内含子的转移。3'Co-conversion tracts(3'CCT)是被子植物内含子发生转移的痕迹,对锁阳cox1基因序列进行检测发现其含有3'CCT序列且长度为35 bp,RT-PCR实验验证得到cox1基因内含子可以独立转录m RNA。因此,锁阳cox1基因内含子很可能编码一个核酸内切酶,且促进了其内含子的转移。     

异源四倍体鲫鲤及其原始父母本细胞周期蛋白B基因克隆与分子遗传分析

细胞周期蛋白(cyclin)B是真核细胞周期运转中调控G2期至M期转化的关键因子.本实验根据斑马鱼细胞周期蛋白 B1基因的剪切方式,设计3对特异于金鱼和银鲫细胞周期蛋白B基因外显子区兼并引物,首次扩增出异源四倍体鲫鲤及其原始亲本红鲫和鲤鱼细胞周期蛋白B基因2条大小分别约为2.4 kb和2.1 kb的片段.测序及比对分析表明：这3种鱼的细胞周期蛋白B基因2个片段均包含8个外显子和7个内含子.内含子剪切位点符合GT/AG规则,推测细胞周期蛋白B基因2个片段可能是细胞周期蛋白B基因的2种存在形式.异源四倍体鲫鲤与其原始父母本细胞周期蛋白B基因片段序列的比较结果表明：无论是外显子区还是内含子区,异源四倍体鲫鲤与其原始亲本都具有较高的遗传相似性,在1 025 bp的外显子序列中相同的碱基位点数达963个,为异源四倍体鲫鲤来源于红鲫和鲤鱼提供了分子证据;同时,异源四倍体鲫鲤与其原始亲本差异碱基位点的存在又表明这一独特的多倍体物种与其原始亲本存在着进化上的变异.此外,还分别以细胞周期蛋白B基因外显子和内含子序列构建了包括异源四倍体鲫鲤及其原始父母本在内的系统进化树.结果初步表明：对于亲缘关系较近的物种,用外显子和内含子序列构建的系统进化树与传统的物种进化树一致;而对于亲缘关系较远的物种,用内含子序列构建的进化树与传统的物种进化顺序存在较大差异.     

内含子数量改变GUS基因的瞬时表达调控

内含子是基因的重要组成部分,它与功能基因表达之间的关系越来越被重视.本研究以pCAMBIA3301为载体,利用玉米泛素启动子Ubi1和水稻肌动蛋白启动子Actin1构建两个GUS基因表达载体p33U1和p33A1,同时设置3个对照载体.通过基因枪轰击法将上述载体转入水稻胚性愈伤组织,探讨内含子对外源目的基因表达的调控作用.组织化学检测结果表明:CaMV35S启动子调控下的iGUS (带内含子)基因能够顺利表达;同样,Actin1启动子(带内含子)调控下的不带内含子的GUS基因也可以正常表达,而当Actin1启动子(带内含子)驱动iGUS基因时,则导致GUS染色反应不能发生.Ubi1启动子(带内含子)调控GUS基因的瞬时表达也得出类似结果,证明表达框中内含子的数量为1个或两个时,对GUS基因的表达起到了不同的调控作用.本研究结果对植物表达载体构建及功能基因表达都具有指导意义.     

编码序列和非编码序列的3-tuple分布特征

非编码序列,特别是内含子的起源,是一个重要的悬而未决的问题。首先通过计算模式生物的编码序列和非编码序列的不同阅读框中3-tupie的频率分布,发现编码区中不同阅读框具有十分不同的3-tuple分布,而在非编码区中,不同阅读框的3-tuple分布几乎相等,并且这一性质不具有物种依赖性。为了描述分布差异的程度,引进夏量一对称相对熵,并通过比较原核生物和真核生物,发现无论是编码区还是非编码区,原核生物都具有比真核生物更高的SRE值。进一步研究表明,某一生物的SRE值与该生物全基因组中编码区所占的百分比存在一定的相关性（相关系数为0．86）。计算机模拟进化实验发现,2％的突变就足以使典型的嗯核生物编码区高SRE值变为真核生物内含子区特有的低SRE值。比对数据库中已经注释的内含子和编码区序列,证明确实有一部分与编码区具有很高同源性的内含子序列。实验表明,至少部分真核生物的内含子可能起源于编码序列,同时也说明SRE可能被用于研究物种基因组序列的进化。     

Sox9基因的结构、功能及进化

Sox9基因是继SRY基因之后人们发现的第一个具有内含子的Sox家族成员。在Genebank中可查的Sox9基因序列共671个,广泛分布于哺乳动物和鸟类直至水母等低等动物。近年来的研究发现,Sox9基因的功能呈现多样性,该基因在发育过程中参与性别的决定、软骨的形成以及神经系统和胰腺的形成,另外Sox9基因在肿瘤发生中也有一定的作用。本文从Sox9基因的结构、功能以及进化等方面进行了综述,为进一步研究Sox9基因提供参考资料。     

人类基因组中巢式基因对的系统分析

基因组上一个基因的所有或大部分外显子位于另一基因内含子和UTR中被称为巢式基因(Nested gene)。巢式基因对(Nested gene pair)是由主基因(Host gene)和巢式基因组成的基因对。文章针对人类基因组上的顺式巢式基因对(简称为巢式基因对)进行全基因组鉴定,并通过比较巢式基因对在人和小鼠基因组上的保守性分布,研究巢式基因对的进化方式。保守性分析表明基因转座、序列原位突变和主基因转录起始/终止位点突变是巢式基因对进化的主要原因,其中主基因转录起始/终止位点突变是巢式基因对独特的一种进化方式。Gene On-tology分析揭示大部分巢式基因与主基因的产物在功能上没有相关性。