基因组挖掘技术在海洋放线菌天然产物研究开发中的应用及展望

利用微生物的基因组信息预测其合成特定天然产物的潜能, 进而进行新化合物分离纯化和结构鉴定的基因组挖掘技术, 已经成为国内外研究的热点, 并在多种细菌和真菌的天然产物发现中得到成功应用。本文综述了基因组挖掘技术的最新进展, 包括生物信息分析和结构预测、基因组指导的天然产物的发现、沉默基因的激活和异源表达技术等, 以及我国学者开发的转录组挖掘技术, 并重点综述了影像质谱技术在基因组挖掘中的应用。目前对海洋放线菌进行基因组挖掘的研究还比较少, 而基因组挖掘技术的发展, 将极大地促进对海洋放线菌天然产物的发现和鉴定。未来除了充分挖掘可培养微生物的基因组, 对未培养微生物宏基因组的挖掘将进一步深入。此外, 除了开发利用基因组中合成天然产物的结构基因和调节基因, 还应该充分开发利用其他不同的遗传元件, 包括不同转录活性和响应不同环境条件和信号的启动子, 以及具有调节作用的RNA等。     

酶法生产L-高苯丙氨酸的研究进展

L-高苯丙氨酸(L-homophenylalanine,L-HPA)作为一种重要的非天然氨基酸,是合成治疗高血压的普利类药物等的关键中间体,具有广阔的市场前景。目前L-高苯丙氨酸的合成主要依赖于化学法,但化学合成L-高苯丙氨酸具有原料昂贵、步骤繁琐和污染严重等缺点,限制了广泛应用。因此,国内外研究者对L-高苯丙氨酸的酶法生产进行了深入的研究。本文就目前酶法合成L-高苯丙氨酸的工艺,包括脱氢酶法、转氨酶法、海因酶法和脱羧酶法的研究进展进行了综述,为酶法合成L-高苯丙氨酸提供一定的借鉴,为最终实现L-高苯丙氨酸的酶法工业化生产奠定基础。     

人线粒体RNA加工及调控

线粒体是细胞内氧化磷酸化（oxidative phosphorylation,OXPHOS）和合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate,ATP）的细胞器，是细胞能量代谢的“动力工厂”。线粒体几乎存在于所有真核生物中，参与细胞凋亡、钙稳态以及先天免疫反应的调节等过程，对细胞行使正常的生理功能至关重要。线粒体是半自主细胞器，拥有自身的基因组DNA，编码37个基因，包括2个rRNA基因、13个m RNA基因和22个tRNA基因。线粒体的基因表达需要经过复杂的转录和转录后加工过程，包括多顺反子RNA的切割、RNA的修饰以及RNA的末端加工等过程。异常的线粒体RNA加工会导致线粒体RNA表达谱发生变化、线粒体翻译紊乱、线粒体功能失常等，从而造成多种线粒体相关疾病。本文综述了线粒体DNA的转录、RNA转录后加工以及影响RNA加工的因素方面的最新研究进展。     

真核基因启动子非依赖的功能转录延伸复合物的体外组装

真核生物RNA聚合酶Ⅱ的持续合成能力对基因转录过程中每一个阶段,包括启动子脱离、转录暂停、转录终止以及转录偶联DNA损伤修复过程的调节至关重要.在RNA聚合酶Ⅱ介导的转录延伸过程中,其和模板DNA及转录产物RNA紧密结合,形成一个非常稳定的延伸三维复合物(elongationcomplex,EC).此特征性“泡”状结构的形成是RNA聚合酶Ⅱ持续合成能力所必需的.在不依赖启动子及众多转录起始因子的条件下,利用人工合成的RNA与DNA寡核苷酸,在体外组装形成具有功能转录活性的延伸复合物.结果表明,长度为9个核苷酸的RNA与模板DNA形成的杂合分子对转录延伸复合物的形成是必需的,而非转录模板DNA链的加入导致最终活性转录“泡”状复合物的形成,并可转录形成与模板相关的转录产物,进一步通过在模板DNA的特定位置引入一个乙酰氧乙酰氨基芴修饰基团,可特异性地阻断转录延伸过程,从而显示该系统在研究真核基因转录及转录偶联DNA损伤修复机制中的潜在应用价值.     

环形RNA全长组装与定量工具的研究进展

环形RNA是一种广泛存在于真核细胞的内源性RNA,由前体RNA反向剪接而成,不具有5’末端帽子和3’末端poly(A)尾巴,呈封闭环状结构。环形RNA通过miRNA海绵结合等方式参与基因表达调控等许多重要的生物学过程。环形RNA可以通过可变剪接产生不同的环形RNA转录本,因此获取环形RNA转录本内部全长序列信息以及对环形RNA内部可变剪接产物进行精确定量是揭示环形RNA调控功能的前提。生物信息学工具能够高效便捷的处理高通量测序数据,被普遍用来鉴别和分析环形RNA。本文介绍了环形RNA的产生机制以及功能特性,对环形RNA检测、全长序列组装以及定量相关计算工具进行综述。     

转录组研究新技术:RNA-Seq及其应用

转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的集合。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构,揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。RNA-Seq作为一种新的高效、快捷的转录组研究手段正在改变着人们对转录组的认识。RNA-Seq利用高通量测序技术对组织或细胞中所有RNA反转录而成的cDNA文库进行测序,通过统计相关读段(reads)数计算出不同RNA的表达量,发现新的转录本;如果有基因组参考序列,可以把转录本映射回基因组,确定转录本位置、剪切情况等更为全面的遗传信息,已广泛应用于生物学研究、医学研究、临床研究和药物研发等。文章主要介绍了RNA-Seq原理、技术特点及其应用,并就RNA-Seq技术面临的挑战和未来发展前景进行了讨论,为今后该技术的研究与应用提供参考。     

大规模合成长链RNA的简易低成本工艺

由于现有技术所限,RNA分子长度和二级结构往往成为RNA合成困难的主要原因.提供了一种简单低成本大规模制备和纯化长链RNA药物的新工艺,尤其针对具有稳定二级结构的长链RNA药物.采用引物延伸方法替代PCR和线性质粒DNA方法制备线性DNA模板可减少步骤及降低污染,然后用T7 RNA聚合酶转录制备的甲氧基修饰的线性DNA模板获得高均一度的长链RNA,转录粗产物直接用source 15Q阴离子HPLC分离T7 RNA聚合酶、rNTP、转录中断产物、内毒素和模板DNA等,从而获得高纯度RNA终产物.该工艺无需繁琐的酚/氯仿抽提和RNA变性,尤其适用于RNA的大量制备.     

基于高通量测序鉴定细菌RNA加工位点方法的开发（英文）

简便的RNA剪切加工位点鉴定方法对于细菌核糖核酸内切酶功能和转录后水平调控机制的研究至关重要。本研究基于第二代测序技术,开发了一种能够精确鉴定RNA剪切加工位点及其剪切效率的高通量测序方法。在该方法中,首先将各种潜在RNA剪切加工的DNA片段分别克隆至报告系统进行转录,然后利用其下游特异引物进行反转录,直接构建约500 bp的双端测序cDNA文库,并在Illumina MiSeq平台对该文库进行测序。最后通过对reads 5′末端的比对定位,精确测定发生RNA剪切的位点。利用该方法,成功鉴定了来自Ruminiclostridium Cellulolyticum的cip-cel mRNA中的3个RNA剪切加工位点。与传统引物延伸和5′RACE等方法相比,该方法不仅具有更高的安全性和通量,同时还可像Northern印迹鉴定RNA的剪切效率。     

酶法合成功能性低聚糖

功能性低聚糖具有无毒、无残留、稳定性强等特点,作为新型绿色添加剂被广泛应用在食品、饲料、医药行业。国际市场上10余种低聚糖产品中除大豆低聚糖、棉籽糖外,主要采用酶法制备。用于合成功能性低聚糖的酶包括糖苷酶、糖基转移酶和磷酸化酶。本文综述了功能性低聚糖种类、性质和制备方法,分析了酶法合成低聚糖的优缺点,阐述了磷酸化酶种类、催化特性和低聚糖产物。多酶法合成策略和目标酶的分子改造将是酶法合成功能性低聚糖的发展方向。     

转录后基因沉默的机制及其应用

确定导致转录后基因沉默的原因,探索在转基因植物研究中避免基因沉默的对策。方法是将转基因沉默分为转录水平的沉默和转录后水平的沉默,分别对RNA阈值模型、异位配对和异常RNA模型、双连RNA模型等几种导致转录后基因沉默模型的分析。结果确定了转基因沉默抑制现象和转录后基因沉默的形成机制,以及转录后基因沉默理论和实践意义。提出了利用RNAi等技术进行基因功能鉴定和利用基因沉默进行病毒防治的策略。     

多核苷酸合成的研究——ⅩⅣ.EcoRI 接头片段脱氧八核苷七磷酸的合成

本文采用化学方法和化学与酶促相结合的方法分别合成了自身互补的EcoRI 接头片段脱氧八核苷酸d-GpGpApApTpTpCpC。化学方法使用二酯法(4 4)的路线,各中间片段和最终产物用DEAE-葡聚糖凝胶A-25柱层析纯化。酶促合成是用化学合成的两个片段d-GGAA和d-TTCC,借RNA 连接酶连接成脱氧八核苷酸。两种方法合成的八核苷酸都能被限制性内切酶EcoRI 识别并水解得到预期的产物,同时双向指纹图谱分析证明合成的产物具有正确的核苷酸排列顺序。     

多核苷酸合成的研究 ⅩⅣ.EcoRI接头片段脱氧八核苷七磷酸的合成

本文采用化学方法和化学与酶促相结合的方法分别合成了自身互补的EcoRI接头片段脱氧八核苷酸d-GpGpApApTpTpCpC。化学方法使用二酯法(4 4)的路线,各中间片段和最终产物用DEAE-葡聚糖凝胶A-25柱层析纯化。酶促合成是用化学合成的两个片段d-GGAA和d-TTCC,借RNA连接酶连接成脱氧八核苷酸。两种方法合成的八核苷酸都能被限制性内切酶EcoRI识别并水解得到预期的产物,同时双向指纹图谱分析证明合成的产物具有正确的核苷酸排列顺序。     

针对leader序列的siRNA能够有效抑制SARS冠状病毒多个mRNA的表达

小干扰RNAs(siRNAs)能够有效降解具有互补序列的RNA.在SARS-CoV的基因组RNA和所有亚基因组RNA的5′端均有一段共同的leader序列,而且该leader序列在不同的病毒分离物中高度保守,因此leader序列可作为一个用于抑制SARS-CoV复制的有效靶点.研究表明,针对leader序列化学合成的siRNA和DNA载体表达的shRNA都可以有效抑制SARS-CoV mRNA的表达.Leader序列特异的siRNA或shRNA不仅可以有效抑制leader与报告基因EGFP融合基因的表达,而且还可以有效抑制leader与刺突蛋白(spikeprotein)、膜蛋白(membrane protein)和核衣壳蛋白(nucleocapsid protein)基因的融合转录产物的表达.结果表明,针对leader序列的RNA干扰可以发展成为一种抗SARS-CoV治疗的有效策略.     

dRNA-seq原理及其在原核生物转录组学研究中的应用

第二代测序技术不仅推进了基因组学的研究, 而且也广泛应用到转录组学的研究中。原核生物转录组学的研究方法主要有Tiling芯片和RNA-seq, 后者因其较高的覆盖率和分辨率以及越来越低廉的成本而逐渐被更多的研究单位采用。根据对mRNA富集方法或rRNA去除方法的不同, 目前RNA-seq方法主要有6种, 其中dRNA-seq由于采用了5′单磷酸依赖的外切酶, 可以特异性地降解加工过的转录本, 从而使初始转录本得到富集, 已被广泛应用到原核生物转录起始位点、小的调控RNA、启动子及操纵子等研究中。文章对dRNA-seq的原理、技术流程及其在原核生物转录组学研究中的应用进行了综述, 并对这一研究方法在现阶段应用的优势和局限性进行了讨论, 也进一步对该方法在未来的发展和应用进行了展望, 期望为国内相关领域研究人员提供参考。     

RNA甲基化修饰调控和规律

表观遗传学修饰包括DNA、RNA和蛋白质的化学修饰,基于非序列改变所致基因表达和功能水平变化。近年来,在DNA和蛋白质修饰基础上,可逆RNA甲基化修饰研究引领了第3次表观遗传学修饰研究的浪潮。RNA存在100余种化学修饰,甲基化是最主要的修饰形式。鉴定RNA甲基化修饰酶及研发其转录组水平高通量检测技术,是揭示RNA化学修饰调控基因表达和功能规律的基础。本文主要总结了近年来本课题组与合作团队及国内外同行在RNA甲基化表观转录组学研究中取得的主要前沿进展,包括发现了RNA去甲基酶、甲基转移酶和结合蛋白,揭示RNA甲基化修饰调控RNA加工代谢,及其调控正常生理和异常病理等重要生命进程。这些系列研究成果证明RNA甲基化修饰类似于DNA甲基化,具有可逆性,拓展了RNA甲基化表观转录组学研究新领域,完善了中心法则表观遗传学规律。     

反义RNA及其在植物基因工程领域的应用

随着反义RNA的发现及对其研究的深入,反义RNA技术已被广泛应用于基因调控的研究中。本介绍了反义RNA的概念,并就反义RNA的作用机理和在植物基因工程领域的应用进行了综述。其作用机理包括：在原核生物中反义RNA与引物RNA前体及mRNA分子5′的不同区域进行互补,从而抑制其复制、转录和翻译;在其核生物中反义RNA影响mRNA前体拼接、转移及mRNA分子5′和3′正常修饰。在植物基因工程领域,反义RNA主要应用于抑制果实成熟、抗病、作为反向筛选标记基因、控制花色、控制淀粉合成、控制油料种子中脂肪酸的合成、控制雄性不育等方面。     

植物小分子RNA整合分析软件psRobot开发完成

植物小分子RNA,主要包括microRNA和小干扰RNA,在基因的转录和转录后调控过程中具有重要作用。第二代测序技术的逐渐成熟和广泛应用极大地推动了小分子RNA相关研究的发展,对不同组织和材料中的小分子RNA进行深度测序已成为研究小分子RNA的常规手段。因此,针对这些数据的生物信息学分析成为了研究者们面临的日益突出     

核不均一性核糖核蛋白在RNA加工过程中的作用

在真核细胞中,初始转录产物（前体mRNA）经过一系列复杂的转录后加工过程形成成熟的mRNA.在这一过程中,大量蛋白质和加工因子有序汇集在核糖核蛋白复合体中并参与对前体RNA的加工过程. 该复合体中的蛋白质部分主要由一类约20种称为核不均一性核糖核蛋白的多肽分子构成.除了早期了解的一些结构性功能外,近来已有许多证据显示这些蛋白质在细胞中RNA的代谢及其他活动方面具有更加广泛和积极的作用.     

RNA修饰分布特征概述

RNA修饰研究是表观遗传研究领域的新热点之一,近年来多种RNA修饰陆续被研究者发现,如6-甲基腺嘌呤(m~6A)、5-甲基胞嘧啶(m~5C)、假尿嘧啶(ψ)等,通过高通量测序结合生物信息学分析揭示了这些RNA修饰的分布特征。不同的RNA修饰在转录本上具有其特异的分布特征,并与所发挥的RNA加工和代谢功能密切相关。随着RNA修饰检测和测序技术的发展以及单细胞、单碱基分辨率等新兴技术的兴起,RNA修饰的分布特征及规律将会得到更精确、更深入的解析。该文主要介绍目前研究比较深入的几种RNA修饰在转录本上的分布特征,并对目前该方向面临的主要机遇与挑战进行讨论。