反基因策略：基因治疗的新方向

合成的富含嘌呤或嘧啶的脱氧寡核苷酸可与双链ＤＮＡ内特定的同聚嘌呤、同聚嘧啶序列结合形成稳定的三螺旋结构（三链ＤＮＡ）。已在体外及体内证实了在靶基因内形成的局部三链ＤＮＡ可抑制其转录,这给肿瘤和病毒感染性疾病的治疗提示了新的方向,人们称之为反基因策略。然而,三链ＤＮＡ的稳定性不够理想和靶序列的选择范围较窄等问题的存在,在一定程度上限制了反基因策略的应用。     

三链形成寡聚核苷酸的反基因作用机理

1957年Felsenfeld等发现一条Poly A链能跟两条Poly U链形成三螺旋,这是三链形成寡聚核苷酸(triple-forming oligonucleotide,TFO)研究的开始[1].随着DNA合成技术的进展,人们能合成各种序列的寡聚核苷酸.1987年Le Doan等[2]发现聚嘌呤或聚嘧啶寡聚核苷酸能序列特异的结合于同聚嘌呤/同聚嘧啶DNA双链的大沟内,识别的机制包括形成Hoogsteen和反Hoogsteen氢键.现在常用的包括含(G、A),含(G、T)或含(C、T)的3种TFO以及它们的类似物.人们根据TFO能序列特异的识别双螺旋DNA,从而可能影响基因的转录而发展出反基因战略.     

三链形成寡聚核苷酸的反基因作用机制

1957年Ｆｅｌｓｅｎｆｅｌｄ等发现一条ＰｏｌｙＡ链能跟两条ＰｏｌｙＵ链形成三螺旋 ,这是三链形成寡聚核苷酸 (ｔｒｉｐｌｅ ｆｏｒｍｉｎｇｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ,ＴＦＯ)研究的开始[1] 。随着ＤＮＡ合成技术的进展 ,人们能合成各种序列的寡聚核苷酸。1 987年ＬｅＤｏａｎ等[2 ] 发现聚嘌呤或聚嘧啶寡聚核苷酸能序列特异地结合于同聚嘌呤 /同聚嘧啶ＤＮＡ双链的大沟内 ,识别的机制包括形成Ｈｏｏｇｓｔｅｅｎ和反Ｈｏｏｇｓｔｅｅｎ氢键。现在常用的包括含 (Ｇ、Ａ) ,含 (Ｇ、Ｔ)或含 (Ｃ、Ｔ)的 3种ＴＦＯ以及它们的类似物。…     

遗传密码的新排列和起源探讨

根据DNA核苷酸组分的动态变化规律将遗传密码的传统排列按密码子对GC和嘌呤含量的敏感性进行了重排.新密码表可划分为2个半区（或1/2区）和4个四分区（或1/4区）.就原核生物基因组而言,当GC含量增加时,物种蛋白质组所含的氨基酸倾向于使用GC富集区和嘌呤不敏感半区所编码的氨基酸,它们均使用四重简并密码,对DNA序列的突变具有相对鲁棒性（Robustness）.当GC含量降低时,大多数密码子处于AU富集区和嘌呤敏感半区,这个区域编码的氨基酸具有物理化学性质的多样性.因为当密码子第三位核苷酸（CP3）在嘌呤和嘧啶之间发生转换时,密码子所编码的氨基酸也倾向于发生变化.关于遗传密码的进化存在多种假说,包括凝固事件假说、共进化假说和立体化学假说等,每种假说均试图解释遗传密码所表现出来的某些化学和生物学规律.基于遗传密码的物理化学性质、基因组变异的规律和相关的生物学假说,本研究提出了遗传密码分步进化假说（The Stepwise Evolution Hypothesis for the Genetic Code）.在人们推断的最原始的RNA世界里,原初（Primordial）遗传密码从只能识别嘌呤和嘧啶开始,编码一个或两个简单而功能明确的氨基酸.由于胞嘧啶C的化学不稳定性,最初形成的遗传密码应该仅仅由腺嘌呤A和尿嘧啶U来编码,却可得到一组7个多元化的氨基酸.随着生命复杂性的增加,鸟嘌呤G从主载操作信号的功能中释放出来,再伴随着C的引入,使遗传密码逐步扩展到12,15和20个氨基酸,最终完成全部进化步骤.遗传密码的进化过程同时也伴随以蛋白质为主体的分子机制和细胞过程的进化,包括氨酰tRNA合成酶（AARS）从初始翻译机器上的脱离、DNA作为信息载体而取代RNA以及AARS和tRNA共进化等基本过程.分子机制和细胞过程是生命的基本组成元件,它们不但自己不断地趋于完善,也促使生命体走?     

Sulfolobus acidocaldarius DNA聚合酶IV跨越损伤合成能力的酶学特征

[目的]以嗜酸嗜热硫化叶菌Sulfolobus acidocaldarius的DNA聚合酶IV （Saci_0554）为例,表征其跨越模板上损伤碱基的DNA合成效果。[方法]将DNA聚合酶IV （SacpolIV）在大肠杆菌中进行重组表达,经亲和层析纯化得到SacpolIV蛋白;利用人工合成的带有不同损伤的寡核苷酸片段作为模板DNA,用尿素变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,鉴定SacpolIV在体外跨越各种损伤碱基进行跨损伤合成的催化能力。[结果]SacpolIV重组蛋白能够不同程度地跨越嘌呤和嘧啶损伤,跨越能力的高低取决于损伤碱基与正常碱基形成氢键的能力。本研究还发现,SacpolIV能够在DNA链中掺入核糖核苷酸,但掺入核糖核苷酸的效率低于脱氧核糖核苷酸。[结论]本研究证实SacpolIV具有很强的跨越损伤合成能力,能够跨越多种氢键配对能力减弱的损伤碱基,为其在细胞内的跨越损伤合成功能提供了生化证据。     

基于地理编码和突变分析的高寒草甸植物群落退化阈值识别

明确植物群落退化阈值,进而划分草甸退化程度对指导高寒草甸退化修复有重要意义。为建立识别植物群落退化阈值的方法,并基于阈值划分草甸退化程度,于2018年在云南省香格里拉市选取受人类活动干扰严重的典型高寒草甸开展植物群落调查,然后在地理编码的基础上用Mann-Kendall突变检验识别植物群落的结构指标（物种丰富度,R;优良牧草综合优势度,P_SDR）和功能指标（地上生物量,AGB）的突变点,这些突变点即植物群落结构指标和功能指标的变化阈值。据此划分高寒草甸植物群落的退化程度。结果表明：1）研究区内草甸植物群落R的变化阈值为10种、13种和17种;P_SDR的变化阈值为0.25、0.30和0.39;植物群落AGB的变化阈值为31.98 g/m²和91.68 g/m²;2）研究区内高寒草甸植物群落退化等级可划分为"基本退化类型"和"过渡退化类型"两大类。其中,"基本退化类型"包括三类：I级退化,即13种≤ R<17种、0.30 ≤ P_SDR<0.39、31.98 g/m² ≤ AGB<91.68 g/m²;II级退化,即10种≤ R<13种、0.25 ≤ P_SDR<0.30、31.98 g/m² ≤ AGB<91.68 g/m²;III级退化,即R<10种、P_SDR<0.25、AGB<31.98 g/m²;"过渡退化类型"为介于3个基本退化类型之间的类型,包括四类：1）I级正向过渡,即I级退化向健康草甸过渡阶段;2）I级反向过渡阶段,即I级退化向II级退化过渡阶段;3）II级反向过渡阶段,即II级退化向III级退化过渡阶段;4）III级正向过渡阶段,即III级退化向II级退化过渡阶段。本研究表明,可基于地理编码和突变分析识别高寒草甸植物群落结构和功能指标的退化阈值,进而客观、完整地划分高寒草甸植物群落的退化阶段,为其生态修复提供支撑。     

梨小食心虫化学通信中的信息物质

梨小食心虫Grapholitha molesta Busck是我国北方果区发生的重要害虫。当前对该虫的防治主要依赖化学农药, 但引起的害虫抗药性、 杀伤天敌和环境污染等问题非常严重。食心虫自身的信息素、 寄主/非寄主的他感化学物质对于调节其配偶选择和寄主定位起着至关重要的作用, 基于信息化学物质的害虫管理策略为果园食心虫的治理提供了新的途径。本文综述了国内外有关梨小食心虫化学信息物质研究进展, 包括雌蛾释放的性信息素组分及对雄、 雌两性的引诱, 雄蛾释放的信息素, 利用性信息素的迷向研究, 寄主植物挥发性引诱物质的鉴定和筛选, 以及梨小食心虫寄主转换机制等方面的研究现状和存在的问题。具体来说, 雌蛾的性信息素包括顺-8-十二碳烯醋酸酯、反-8-十二碳烯醋酸酯、顺-8-十二碳烯-1-醇和十二碳-1-醇, 各个组分的比例在地理种群间存在变异。在室内, 通过行为试验证实两种醋酸酯对雄蛾的引诱是必不可少的, 微量的顺-8-十二碳烯-1-醇对二元组分起到增效作用。在田间, 上述3种物质组成的诱芯具有较强的活性; 由此开发的性信息素迷向技术（人工迷向丝、 可喷施的微胶囊和蜡滴）被用于梨小食心虫交配干扰, 取得了很好的效果。梨小食心虫最主要的寄主植物桃梢挥发物包括22种化合物, 其中绿叶挥发物占到50%, 行为生测证实6~8个碳原子的物质是主要的活性化合物。顺-3-己烯丁酸酯、顺-3-己烯醇、反-2-己烯醛、苯甲醛和苯甲腈的五组分混合物, 其引诱力与天然桃梢挥发物相当。通过钙成像试验证实, 尽管苯甲腈在桃梢天然挥发物中仅占0.14%, 但雌蛾对含有该物质的混合物有显著趋性, 该物质对梨小食心虫成功识别寄主具有重要意义。最后对梨小食心虫信息化学物质下一步的研究和应用前景进行了探讨。