Differential display

Characterization of regulated gene expression in eukaryotic cells is essential for studying cell growth and differentiation as well as for understanding the molecular mechanisms of diseases. Differential display was developed for such comparative studies by allowing a systematic and nonbiased screening for molecular differences at the level of mRNA expression between or among different cells or tissues. The essence of the method is to amplify messenger RNA 3′ termini using a pair of anchored oligo-dT primer and a short primer with an arbitrary sequence. The amplified cDNAs labeled with radioisotope are then distributed on a denaturing polyacrylamide gel and visualized by autoradiography. Side-by-side comparison of mRNA species from two or more related samples allows identification of both up- and downregulation genes of interest. Some of the most recent improvements have been incorporated into this general protocol for differential display.     

Differential display of mRNA

Differential display of mRNA (DD) is a technique in which mRNA species expressed by a cell population are reverse transcribed and then amplified by many separate polymerase chain reactions (PCR). PCR primers and conditions are chosen so that any given reaction yields a limited number of amplified cDNA fragments, permitting their visualization as discrete bands following gel electrophoresis. This robust and relatively simple procedure allows identification of genes that are differentially expressed in different cell populations. Here we review DD including some recent modifications, and compare it with other techniques for analyzing differential mRNA expression.     

mRNA差异显示

分离差异表达的基因是研究生命调节过程的重要手段,mRNA差异显示技术是一种能成功分离差异表达基因的方法,文章对该方法的基本原理、方法步骤及其应用作了较为详细的介绍。     

Regulation of cardiomyocyte proliferation during development and regeneration

The regulation of cardiomyocyte proliferation is important for heart development and regeneration. The proliferation patterns of cardiomyocytes are closely related to heart morphogenesis, size, and functions. The proliferation levels are high during early embryogenesis; however, mammalian cardiomyocytes exit the cell cycle irreversibly soon after birth. The cell cycle exit inhibits cardiac regeneration in mammals. On the other hand, cardiomyocytes of adult zebrafish and probably newts can proliferate after cardiac injury, and the hearts can be regenerated. Therefore, the ability to reproliferate determines regenerative ability. As in other cells, the relationship between proliferation and differentiation is very interesting, and is closely related to cardiac development, regeneration and homeostasis. In this review, these topics are discussed.     

Identification of new early auxin markers in tobacco by mRNA differential display

Differential display of mRNA has been improved by developing a two-step PCR amplification procedure. The modified differential display has been applied to identify early alterations of mRNA expression in response to auxin treatment of tobacco seedlings. This approach has led to the isolation of four fragments corresponding to auxin-up-regulated mRNAs. One, named GO15-13, shows significant homology with the 3 end of the coding region of the soybean SAUR X10A [10]. The three other fragments present no homology with sequences available in the databases and constitute potential new early auxin markers.     

利用mRNA差异显示技术研究香菇发育相关基因

以香菇子实体不分化突变株和对照菌株L98411为材料,利用mRNA差异显示技术研究二者的基因表达差异,共分离到21条差异片段,其中12个分别与泛素、ATP合成酶、锌指蛋白、GTP结合蛋白、延伸因子g1线粒体前体、过氧化物酶、硫酯酶、类TrpB酶、2,4-二烯酰辅酶A还原酶、糖苷水解酶、热激蛋白、疏水蛋白等已知基因有较高的同源性,这表明香菇子实体分化发育是一个复杂的过程,涉及到胞内转运、转录调控、细胞分化、蛋白合成、各种代谢途径中的酶、抗逆反应等诸多途径的协同调控。     

Differential gene expression during somatic embryogenesis in Coffea arabica L., revealed by RT-PCR differential display

Molecular and biochemical studies of somatic embryogenesis may help to shed light on the mechanisms governing this phenomenon. In this article, a differential display analysis approach was employed to investigate the changes taking place during the induction of somatic embryogenesis in leaf explants and suspension cultures of coffee. Cloned fragments show homologies to several proteins reported in databases, but only one has previously been described as regulated during somatic embryogenesis. By a reverse dot blot modification, the expression pattern of such fragments was evaluated.     

差异显示技术及其研究进展

差异显示技术是分离差异表达基因的重要方法与手段,同其它研究基因差异表达的方法如RDA,SSH,SAGE相比,差异显示技术是其中使用频率较高的方法。该技术自1992年创立以来,经过各国研究者不断完善与改进,现已大大克服以往诸多不足,扩大了应用领域。本文就差异显示技术的原理及主要优缺点作以简要概述,并着重就引物设计、降低假阳性、鉴定差异表达基因及差异显示技术的衍生技术这4个方面的研究进展作以详尽介绍。     

纯种与杂种鸡之间肝脏组织基因差异表达及其与肉用性状杂种优势的关系

以白洛克肉鸡 (EE)、中国丝羽乌骨鸡 (CC)、农大褐 (DD)和白来航 (AA) 4个纯种鸡为材料 ,进行 4× 4完全双列杂交 ,共得到 16种杂交组合。应用mRNA差异显示技术 (DDRT PCR)检测了 8周龄纯种和杂种鸡之间肝脏组织基因的差异表达。结果表明 ,在纯种和杂种间共有 8种 15类基因差异表达模式 ,杂种和纯种之间基因表达存在明显的差异。对各种基因差异表达模式与 10个肉用性状的杂种优势率进行相关分析发现 ,表达一致型P8(t1111)与肉用性状的杂种优势率相关不显著 (P >0 0 5) ,这说明杂种优势的形成与某些基因的差异表达有关 ;正交或反交特异表达型P4(t0 10 0、t0 0 10 )与 8周龄个体重、腿肌重、半净膛重、全净膛重相关显著 (P <0 0 5) ,与胸肌重相关极显著 (P <0 0 1) ;单亲特异表达型P1(t10 0 0、t0 0 0 1)与腹脂重相关显著 (P <0 0 5) ,与体斜长相关极显著 (P <0 0 1) ;双亲特异表达型P7(t10 0 1)与腿肌重、翅重、半净膛重、肌间脂宽的杂种优势率相关显著 (P <0 0 5) ;正交或反交单亲表达一致型P2 (t110 0、t0 0 11、t10 10、t0 10 1)与肌间脂宽的杂种优势率相关显著 (P <0 0 5) ;单亲表达一致型P5(t1110、t0 111)胫骨长的杂种优势率相关显著 (P <0 0 5)。     

运用多种策略改良差异显示PCR

目的：改进差异显示PCR技术,提高其在筛选差异表达基因方面的效率。方法：①采用单碱基金铆钉引物;②增加引物长度;③提高PCR反应的严谨性;④应用同步重复测序电泳。结果：减少经典方法的工作量,降低了非特异性和假阳性率。用改良技术研究热适应大鼠下丘脑基因的差异表达,发现了一个差异表达基因片段,斑点杂交证实为阳性片段。结论：改进后的差异显示PCR技术是一种研究基因差异表达从而发现新基因或基因新功能的有效方法。     

基因表达差异显示分析技术在创伤研究中的应用

基因是细胞增殖,分化,成熟等各项生命活动的调控中心,也是许多痢疾发生,发展和转归的决定性因素。基因表达的变化必然导致细胞,组织,器官乃至整个机体的各种异常。包括创伤在内的各种内外刺激,都可不同程度地引起基因表达的变化,最终妨碍机体健康。随着生物信息学的逐渐兴起和分子生物学的不断发展并向其他学科的逐渐渗透,业已建立起一系列研究基因表达变化的切实可行的技术手段（即“基因表达差异分析技术”,如DNA微阵列）,对捕获基因表达的种种变化具有重要价值。这些技术已经在肿瘤及其他疾病的研究中得到广泛应用,近几年也逐渐进入创伤研究领域,在一定程度上推动了创伤研究的发展。     

降低mRNA差异显示技术假阳性率的一种方法

为了探讨降低mRNA差异显示技术假阳性率的方法 ,进一步提高此技术的可靠性 ,提取了手术切除肝癌及非癌肝组织成对标本的总RNA ,逆转录获得cDNA片段 ,以mRNA差异显示方法筛选差异表达基因 ,选取较明显的一条差异表达条带 ,行进一步PCR扩增 .分别对PCR产物及其经TA克隆后随机挑选的 6个单克隆质粒DNA进行序列分析 ,并通过GenBank BLAST数据库进行序列的同源性比较 ,以Northern杂交予以来源确认 .自 72 0余条扩增条带中共选出 2 8条差异条带 .序列分析及同源性比较表明 ,所选择条带的PCR产物为一可能的新基因片段 ;而随机选择的 6个TA克隆质粒DNA中 ,有 4个为同一已知基因片段 ,一个为另一已知基因片段 ,一个为一可能的新基因片段 .同源性比较表明 ,PCR产物直接测序所得序列与TA克隆质粒DNA的 6个片段不具同源性 .结果表明 ,mRNA差异显示条带可能由 1条以上分子量相似的片段构成 ,直接对PCR产物行序列分析并以其为探针进行Northern杂交 ,是导致出现假阳性片段的原因之一 .将PCR产物进行TA克隆 ,对单克隆质粒DNA进行序列分析并以其为探针进行Northern杂交 ,可能是解决此问题的一种较好方法 .     

普通小麦不同优势杂交种及其亲本苗期根系基因的差异表达

为探讨小麦(Triticum aestivum L.)杂种优势形成的分子机理,选用普通小麦品种(系)3338、6554和2410TD及其强优势杂种A(3338×6654)和无优势杂种B(2410TD×6554),采用mRNA差异显示技术,对生长至三叶一心的根系(初生根)基因表达差异进行了比较研究.结果发现,小麦杂种一代苗期根系基因表达较亲本明显不同,表现为数量水平和质量水平上的差异,且差异表达基因的数目远高于我们以苗期叶片为材料的研究结果,表明小麦杂交种与其亲本间的基因差异表达与所研究的组织和器官有关.比较分析发现,在强优势杂种组合A中,超亲表达和偏高亲表达基因所占比例均明显高于无优势杂种组合B.以家族特异基因替代随机引物进行的差异显示结果表明,MADS-box家族基因在小麦杂交种和亲本苗期根系中存在着显著的表达差异,且差异表达类型以杂种特异表达和亲本基因在杂种一代沉默为主,说明MADS-box家族基因可能与小麦的杂种优势形成具有重要关系.对杂种和亲本基因表达差异与杂种优势的关系进行了分析和讨论.     

mRNA差异显示技术在动物早期胚胎发育相关基因研究中的应用

动物从卵裂开始的早期胚胎发育始终伴随着ｍＲＮＡ不断的合成与降解。最初受着受精卵内母体ｍＲＮＡ的控制。当这些ｍＲＮＡ在发育过程中逐渐被降解时,有些动物（如小鼠）在比较早的时期已有新基因的转录;而有些动物（如鱼类、两栖类）迟到囊胚中期以后,合子核的基因才开始转录新的ｍＲＮＡ。ｍＲＮＡ这种有规律的代谢活动控制着细胞的分化、胚层的形成以及模式形成（ｐａｔｅｒｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）。所有这些ｍＲＮＡ水平上的变化都可以用ｍＲＮＡ差异显示法（ｍＲＮＡｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｉｓｐｌａｙ）检测出来并进而获得与早期胚胎发育有关的基因。ｍＲＮＡ差异显示法是由Ｌｉａｎｇ和Ｐａｒｄｅｅ于１９９２年建立起来的,用于显示两种不同组织之间ｍＲＮＡ差异的方法。基于绝大多数ｍＲＮＡ有一个ｐｏｌｙ（Ａ）尾巴,选用一个较特殊的３’端引物─５’Ｔ１１ＭＮ３’,其中Ｍ可以是ｄＡＴＰ,ｄＣＴＰ,ｄＧＴＰ之一,而Ｎ可以是ｄＡＴＰ,ｄＴＴＰ,ｄＣＴＰ,ｄＧＴＰ之一,进行逆转录时,１／１２的ｍＲＮＡ可被逆转录为ｃＤＮＡ。这种ｃＤＮＡ第一链被用来ＰＣＲ扩增,所使用的３’端引物与逆转录引物相同,而５’端引物为１０个碱基的一段寡核苷酸,这类任意（ａｒｂｉｔｒａｒ     

普通小麦不同优势杂交种及其亲本苗期根系基因的差异表达

为探讨小麦 (TriticumaestivumL .)杂种优势形成的分子机理 ,选用普通小麦品种 (系 ) 3338、6 5 5 4和 2 410TD及其强优势杂种A(3338× 6 6 5 4)和无优势杂种B(2 410TD× 6 5 5 4) ,采用mRNA差异显示技术 ,对生长至三叶一心的根系 (初生根 )基因表达差异进行了比较研究。结果发现 ,小麦杂种一代苗期根系基因表达较亲本明显不同 ,表现为数量水平和质量水平上的差异 ,且差异表达基因的数目远高于我们以苗期叶片为材料的研究结果 ,表明小麦杂交种与其亲本间的基因差异表达与所研究的组织和器官有关。比较分析发现 ,在强优势杂种组合A中 ,超亲表达和偏高亲表达基因所占比例均明显高于无优势杂种组合B。以家族特异基因替代随机引物进行的差异显示结果表明 ,MADS_box家族基因在小麦杂交种和亲本苗期根系中存在着显著的表达差异 ,且差异表达类型以杂种特异表达和亲本基因在杂种一代沉默为主 ,说明MADS_box家族基因可能与小麦的杂种优势形成具有重要关系。对杂种和亲本基因表达差异与杂种优势的关系进行了分析和讨论