组学生物技术——系统性揭示生命活动奥秘

生物体生命活动是一个复杂的、系统性的过程,是宏观与微观、环境与机体、时间与空间的综合作用结果。动植物的生命活动是机体的整体活动,随着研究的深入,科学家已经从器官、组织、细胞水平研究,进入核酸、蛋白质等大分子物质水平研究。微生物的生命活动相对比较简单,每个细胞可以构成独立生命单元,进行生长、繁殖和发挥功能,但是微生态研究常从整体上探讨微生物功能。随着分子生物学的快速发展,生物学家从纵向研究的角度,围绕某个生物表型或功能,解释了发挥作用的细胞、功能基因、调控基因、信号分子、修饰分子等,为揭示生命活动提供了大量可靠的科学证据。     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素。在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化。为研究水稻(Oryzn sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库。通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因。这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应。Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应。     

地球是活的?

“地球是活的”。这是现任英国雷丁大学控制论学系访问教授J.诺沃诺克提出的几乎与当今所有知名学者都不同的新见解。诺沃诺克及其助手们认为,地球本身就是一个具有生命力的特大有机体,或者说是有生命的机体与无生命的地球紧密配合的一个能自动调节的巨大统一体。生命在改变和调整自己适应环境的同时,也在改造和调节着环境,使之愈来愈适宜于自己的生存与繁衍。正是由于生命的存在,才使大气、海洋和地球表面的物理化学状态逐渐变得如此适宜和舒适。归根到底,是地球上的生命对大气、海洋起着调节和控制作用,从而改变着环境,使之适合于自己,而不单纯是生命去适应环境或被环境所选择。这一见解无疑与由环境决定生命的传统观点和现代理论(包括自然选择学说)相悖。诺沃诺克于1972年第一次提出了他的这些见解,他把它称为“盖娅假说”(盖娅是希腊神话中的大地女神名)。最初的观点,按他的原话就是“生命,或生物圈,以最有利于     

微生态学在现代医学中的定位

人体 ,或更正确地说生物体 ,其生命的存在必须与其内、外环境相适应。不适应 ,只能是患病或死亡。生命与环境是对立的统一体。没有生命无所谓环境 ,没有环境无所谓生命。一切生物体都有其适应环境的极限 ,超过极限就必然失去生命。人类是智慧动物 ,能够扩大其适应环境的极限 ,但不可能没有极限。没有极限就违背了“生命与环境对立的统一”客观规律。因此人体或生物体必须与环境相适应。人体或生物体对外必须适应大环境 ,亦即必须适应地球上的水、土壤及大气结构与变化的客观环境。这就是宏观生态学 (m acroecology)研究的领域。在另一方面 ,…     

内质网未折叠蛋白应答

<正>生命每时每刻都在制造蛋白质,大部分蛋白质需要经过翻译后修饰并进一步折叠出正确空间结构后被运输到特定位置发挥正确生物学功能。然而细胞在营养缺乏、病毒感染等不利环境下,容易导致蛋白质修饰异常而破坏蛋白质折叠,造成大量未折叠蛋白质积累而损伤细胞功能。为此,细胞需通过三方面调整来适应环境,包括减少翻译以缓解新生蛋白的折叠需求;降解未折叠蛋白质以减轻损伤;增加细胞伴侣蛋白表达以协助蛋白质折叠,这个过     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素.在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化.为研究水稻(Oryza sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库.通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因.这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应.Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应.     

泛素、泛素链和蛋白质泛素化研究进展

蛋白质泛素化是以泛素单体和泛素链作为信号分子,共价修饰细胞内其他蛋白质的一种翻译后修饰形式。不同蛋白质底物、同一底物的不同氨基酸修饰位点以及同一位点上泛素链连接方式的不同均可导致细胞效应的差异。蛋白质泛素化在真核细胞内广泛存在,除了介导蛋白质的26S蛋白酶体降解途径之外,还广泛参与了基因转录、蛋白质翻译、信号传导、细胞周期控制以及生长发育等几乎所有的生命活动过程。泛素链的形成及其修饰过程的任何失调均可导致生物体内环境的紊乱,从而产生严重的疾病。文中结合实验室研究,综述了泛素的发现历史、基因特点、晶体结构,特别是泛素链的组装过程、结构、功能以及与人类相关疾病关系的新进展,可为这些疾病的治疗靶点和药物靶标的研究提供思路。     

酵母菌细胞完整性信号途径及其上游调控因子的研究

酵母菌是一类单细胞低等真核生物 ,其细胞壁是维持正常生命活动所必需的亚细胞结构 ,在决定细胞形态、维持细胞结构完整性、细胞的存活及胞内生理功能等方面起着重要的作用。细胞壁组成成分的合成、降解及结构的组装均受到严格的调控 ,既与细胞周期有关 ,又受外界环境条件的影响。它直接与外界环境相接触 ,感应环境条件的改变 ,从而使细胞内发生一系列适应环境变化的生物学过程。这种感应过程是通过细胞内外信号的传递实现的。酵母细胞中存在着多种信号传递系统 ,其中有丝分裂原激活蛋白激酶 (Ｍｉｔｏｇｅｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄｐｒｏｔｅ…     

泛素连接酶E3与泛素链修饰类型特异性研究进展

泛素化修饰是真核细胞内广泛存在的一种修饰形式,受到该修饰的蛋白质分子遍及基因转录、蛋白质翻译、信号转导、细胞周期控制以及生长发育等几乎所有的生命活动过程,对生命体正常功能的发挥具有重要作用。泛素化修饰的失调会给生命体带来一系列负面影响,严重者将导致疾病,甚至危及生命。泛素连接酶E3是泛素化修饰反应中底物特异性的直接决定者,其机制研究不仅可揭示蛋白质质量控制和生命活动功能的奥秘,也将为疾病关联失调蛋白的精准调控和精准医学实践提供技术支撑。现结合当前对泛素连接酶E3研究的最新进展,阐述泛素连接酶E3发挥作用时与不同类型泛素链之间的特异性关系,旨在为蛋白质功能调控的分子机制、药物研制和疾病诊治提供新思路。     

种子蛋白质与蛋白质组的研究

综述了种子蛋白质与蛋白质组的研究, 主要介绍了种子发育与形成、种子休眠与萌发、种子保存与活力以及种子与环境相互作用的蛋白质与蛋白质组的研究。同时阐述了当今蛋白质组学在种子研究中的应用以及所取得的成果, 并展望了种子蛋白质组学的发展方向, 种子生物学的研究将从基因水平走向整体水平, 因此环境因子与种子蛋白质的相互作用是研究的重点。运用蛋白质组学将能揭示蛋白质的功能并明晰种子的生命机制。     

分析小鼠昼夜节律变化的行为学方法

昼夜节律是指生命活动以24小时为周期的内在性节律.为了适应昼夜环境周期性的变化,地球上几乎所有生物体,包括藻类、细菌、植物、动物等,都演化出一个特殊的系统——生物钟,用以指挥不同组织与器官来适应环境的昼夜交替,维持机体的生理稳态和行为与环境昼夜变化同步.生物钟是指由内源性分子时钟控制的日周生理振荡过程,人类生命活动的各...     

mRNA差别显示技术及其应用

真核生物一般具有１０万个不同的基因,但同时表达基因只有很小一部分,约１５％,而且不同发育阶段、不同生理状态和不同类型的细胞中表达的基因也不尽相同。这种基因表达的差异决定了所有的生命过程：发育和分化、内环境的平衡、细胞周期、对刺激的反应、衰老和死亡等。...     

种子蛋白质与蛋白质组的研究

综述了种子蛋白质与蛋白质组的研究,主要介绍了种子发育与形成、种子休眠与萌发、种子保存与活力以及种子与环境相互作用的蛋白质与蛋白质组的研究.同时阐述了当今蛋白质组学在种子研究中的应用以及所取得的成果,并展望了种子蛋白质组学的发展方向,种子生物学的研究将从基因水平走向整体水平,因此环境因子与种子蛋白质的相互作用是研究的重点.运用蛋白质组学将能揭示蛋白质的功能并明晰种子的生命机制.     

植物热激蛋白的研究进展及其应用

热激蛋白是一组在进化上高度保守的蛋白质,是生物体受环境胁迫时产生应激反应,降低正常基因的表达,并启动热激基因而产生的一种特殊蛋白质,能使机体抵御不良的环境。本文综述了植物热激蛋白的种类、特点、诱导合成、细胞定位及其在生命科学研究中的应用。     

气孔发育机制及其内外调控因子的研究进展

气孔是植物与外界环境进行气体与水分交换的重要通道,调节着植物的蒸腾与光合作用。在长期进化过程中,植物通过调节气孔行为和气孔发育机制来适应环境变化。不同植物气孔系的形成方式不尽相同,但过程均受到气孔发育信号网络系统的调节作用。近年来关于气孔发育机制的研究层出不穷,现重点综述各类转录因子、信号肽以及环境因子和植物激素对气孔发育的调节作用。该领域的研究为在微观层面揭示植物对环境变化的适应机制提供了科学基础。     

细胞蛋白质相互作用的结构基础

随着人类基因组计划的进行 ,大量基因被发现和定位 ,基因的功能问题将成为今后研究的热点。大多数基因的最终产物是相应的蛋白质 ,因此要认识基因的功能 ,必然要研究基因所表达的蛋白质。蛋白质的功能往往体现在与其他蛋白质及 /或核酸的相互作用之中。细胞各种重要的生理过程 ,包括信号的转导 ,细胞对外界环境及内环境变化的反应等 ,都是以蛋白质间相互作用为纽带 ,并形成网络。所以 ,近年来 ,蛋白质间相互作用的研究逐渐得到重视。蛋白质分子的结构域有很多种 ,但是现在明确作为为介导蛋白质 蛋白质间相互作用的结构域并不多 ,这里取已明…     

蛋白质分泌信息与基因工程

蛋白质分泌信息存在于自身氨基酸排列顺序内,上溯到DNA分子中。信号顺序引发蛋白质分泌的早期过程,成熟蛋白顺序决定最终分泌结果。它们相互作用并离不开细胞输出环境的配合。信号顺序启发人们对分泌性载体的构建,对蛋白质分泌信息的全面了解,肯定了基因工程中全方位研究的必要。     

蛋白质将成为生物学研究重点

在科学家对人类基因组进行初步研究后发现 ,人类的基因数量远少于原来的预想 ,科学家由此认为 ,生命的特性并不是全部由基因决定的。人类基因只有 3万至 4万个 ,而蛋白质却有 2 5万种 ,因此对蛋白质研究将成为今后生物学研究的一个新学科前沿。科学家研究发现 ,人类基因是果蝇的两倍 ,比老鼠多 30 0个 ,远少于人类有 6万至 10万个基因的原来预测。负责人类基因组研究科学家认为 ,这表明也许基因并不能包含生命的全部信息 ;同时也表明科学家原来的观点 ,认为一种基因只负责合成一种蛋白质可能是错误的 ,一种基因可能要负责合成几种蛋白质。美…     

如何改造蛋白质

1.前言 蛋白质是由20种L-α-氨基酸通过肽键接连起来的多肽链组成的。不同的蛋白质,其氨基酸的组成数目、种类、顺序也不一样。蛋白质的氨基酸顺序(也称一级结构)是由每种蛋白质的基因(DNA)的核苷酸序列决定的。生物机体产生的蛋白质是生物个体维持其生命、进行繁殖不可缺少的物质。     

高等植物的发育与信使核糖核酸(mRNA)

植物的生长和发育是基因有序表达的过程。基因的表达包含两方面意义:转录出有功能的rRNA、tRNA等核酸分子和转录出mRNA,并通过它指导合成蛋白质。mRNA携带着蛋白质基因的信息,是基因表达的基本产物。它作为生命过程中很敏感的信息大分子,直接体现着遗传物质信息流的状态,因而能够反映基因表达及其调控的基本情况。