同源基因拼接技术在酶体外进化中的应用

同源基因拼接技术是一种全新概念的酶人工定向进化策略,本文在介绍这一技术基本概念的基础上,主要对该技术的两个关键环节;突变体基因库的构建以及高通量的重组子筛选手段进行详细论述,最后对该技术在酶改性中的应用研究进展进行综述,并对其发展前景及存在问题进行评述。     

为什么鸟能飞,人不能飞：——同源异形基因与进化

为什么鸟能飞,人不能飞？──同源异形基因与进化关键词同源异形基因,进化［编者按：１００年前（１８８４）发现了生物的同源异形性（ｈｏｍｅｏｓｉｓ）。９０年后（１９８４）找到了同源异形基因,并认为它是所有生物个体发育中的共同开关。近十年来对它进行了广泛研...     

形态和分子进化研究中的同源概念

在比较生物学中,同源是一个中心概念,是系统学的心脏,同源最基本的意义就是共同祖先。然而,这只是对同源的解释而非告诉我们怎样去发现它。同源又可被看成是特别类群间的联系。形态进化研究中同源比较的对象是生物的结构,而分子进化研究中的同源比较对象是DNA中的核着酸序列,现对这两种层次的同源概念及其相互间的关系进行讨论。       

十字花科多肽激素类基因RALF的同源基因克隆及进化分析

多肽激素类基因是对植物生长发育起重要作用的一类基因,RALF是其中的重要一员,而十字花科在中国蔬菜作物中是重要的一大类群。为了摸清十字花科多种蔬菜作物的RALF同源基因信息,该文根据前期研究从油菜中扩增到的多肽激素类基因RALFbn的序列设计引物,从提取的十字花科芸薹属、萝卜属、蔊菜属、山芥属的7份重要蔬菜作物的基因组DNA中分别克隆到了RALF的同源序列。结果表明:7种蔬菜作物的RALF同源基因编码区均在300 bp左右,且无内含子,编码的蛋白质由79个氨基酸组成,说明RALF在十字花科4个属内的保守性较强;对RALF同源基因在十字花科4个属中的表达分析表明,该类基因在根、茎、叶、花序轴等营养器官中不表达或弱表达,但主要在生殖器官中表达,其中在总花蕾和开放花中的表达量普遍高于嫩角果中的表达量,表明该类基因在十字花科中的生理活跃期是花发育时期。同时,构建了十字花科4个属中RALF同源基因的系统树,芸薹属的油菜、甘蓝和芥蓝形成一个分支,而茎瘤芥和分蘖芥形成另外一个分支,且与萝卜属、山芥属、蔊菜属的材料聚在一支,该基因的进化途径在一定程度上也反映出这几种作物的遗传背景关系。该研究结果丰富了RALF家族信息,增添了十字花科植物的分子进化数据。     

同源异型基因在花发育和进化中的作用

该文对植物发育和进化中同源异型基因的调控作用进行了综述,并介绍了金鱼草和拟南芥菜中几个同源异型基因对花器官变异的调控。     

8株光合细菌的鉴定及其系统进化关系分析

目的为8株光合细菌(photosynthetic bacteria,PSB)作为益生菌株提供系统资料。方法用常规方法对8株PSB菌株的形态、培养特性及生理生化特征进行鉴定,同时定性分析菌株产生的类胡萝卜素和CoQ,测定菌株16S DNA序列并分析其系统进化关系,在GenBank中获取了8个16S DNA序列号。结果菌株鉴定结果表明:菌株2C、2c和13ing为沼泽红假单胞菌,Ga、Il106、WS8N为类球红细菌,MT1131为荚膜红细菌,rub为深红红螺菌。基于菌株16S DNA序列的系统进化树显示,同一种菌并不总是聚为一簇,但相隔较近;种属完全不同的菌株,尽管序列相似性高达97%以上,在系统进化树上相隔较远。结论8株PSB菌株的鉴定和系统进化关系分析结果为后续研究提供了背景资料,同时菌株在GenBank中获得的16S DNA序列号为菌株作上了生物标记,也为菌株的产权保护提供了依据。     

林麝及马麝SRY基因片段克隆及其在系统进化分析中的应用

根据已报道的偶蹄目动物并参照人和狗SRY基因碱基序列设计一对简并引物,以林麝(Moschus berezovskii)及马麝(M．chrysogaster)基因组DNA为模板,通过PCR扩增出SRY基因CDS区。克隆的林麝及马麝SRY基因片段经测序,其长度为684bp。从父亲遗传角度出发,利用GenBank中收录的18种偶蹄目SRY基因,用邻位相接法(NJ)和最大简约法(MP)分别构建了鹿科、牛科和麝科的系统进化树。聚类树显示麝形成一个单系,支持麝作为独立一科的观点。     

荠菜LEAFY同源基因的克隆与进化分析

LEAFY同源基因是高等植物花的分生组织分化的重要调节基因。根据已发表的LEAFY同源基因序列保守区设计引物,以荠菜(Capsellabursa-pastoris(L.)Medic.)基因组DNA序列为模板,克隆了一条长2866bp的LEAFY同源基因。序列分析表明,该基因含有3个外显子和2个内含子,外显子编码424个氨基酸组成的多肽。其单个外显子核苷酸序列与拟南芥(Arabidopsisthaliana)LEAFY基因同源性在90%以上,氨基酸序列同源性为86%,而与琴叶拟南芥(Ara-bidopsislyrata)的氨基酸序列同源性高达90%。不同植物物种的LEAFY同源氨基酸序列在C端高度保守,而N端则有较大程度的变异。3个外显子进化速率不同可能是由于所受选择压力不同所致。存在于荠菜CapLFY基因346位上的精氨酸突变可能是造成荠菜两种生态型花期不同的原因。     

植物抗病基因同源序列及其在抗病基因克隆与定位中的应用

近10年来已有20多个植物抗病基因被克隆,测序,这些抗病基因所编码的蛋白中大多含有核苷酸结合位点,富含亮氨酸重复序列,蛋白激酶,亮氨酸拉链结构,跨膜结构域,Toll白介素－1区域等保守结构域。利用这些保守结构域合成PCR引物,已扩增出大量的植物抗病基因同源序列（RGA）。对RGA与抗病基因的关系进行了分析,讨论了RGA在研究抗病基因进化中的作用,指出RGA在抗病基因定位和转基因中具有重要意义。     

利用细菌人工染色体同源重组对小鼠基因进行条件型敲除

目的:探索通过细菌人工染色体(BAC)同源重组系统构建条件基因敲除载体的高效率方法,提高条件基因敲除小鼠(Flox小鼠)的构建效率。方法:利用作者自己构建的噬菌体重组酶系统,通过BAC同源重组进行条件型基因敲除载体构建工作。首先通过亚克隆构建了一系列载体含有同源臂的靶向质粒,线性化后,打靶片段经电穿孔法转入大肠杆菌内,与相应的BAC同源重组,再经过三步同源重组和一步位点特异性重组,构建小鼠条件型基因敲除载体。结果:高效率构建了小鼠基因的最终条件基因敲除载体。结论:通过BAC同源重组高效构建条件基因敲除载体,为条件基因敲除载体的构建提供了全新思路,并为FLox小鼠的建立,及相应基因在发育、生理、致病机制等方面的功能研究奠定了基础。     

Quox-1基因同源序列在小鼠精子发生中的表达

Ｑｕｏｘ－１基因是从鹌鹑中分离得到的Ａｎｔｐ类型的一个同源异形盒基因。以＾３２Ｐ标记的Ｑｕｏｘ－１基因的ｃ３片段为探针,采用分子杂交技术确定了小鼠基因组中存在Ｑｕｏｘ－１基因同源序列。以抗ＱＵＯＸ－１蛋白的特异性抗体对幼年小鼠睾丸、成年小鼠睾丸及附睾的蛋白质样品和组织切片,分别进行了Ｗｅｓｔｅｒｎ ｂｌｏｔ分析和免疫组织化学反应。结果证明,性成熟小鼠在精子发生过程中的精子形成阶段有类ＱＵＯＸ－１蛋     

雷蒙德氏棉HSP70基因家族的进化分析及其同源基因在陆地棉中的表达分析

热激蛋白70家族(HSP70)是一类在植物中高度保守的分子伴侣蛋白,在细胞中协助蛋白质正确折叠。文章利用隐马可链夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii L.)全基因组范围内进行HSP70基因家族成员进化分析,共得到30个HSP70家族成员。利用生物信息学对雷蒙德氏棉HSP70基因的结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析,结果表明,HSP70基因家族根据亚细胞定位结果可分为不同的基因亚家族,各亚家族中HSP70基因具有相对保守的基因结构;染色体片段重复和串联重复是雷蒙德氏棉HSP70基因家族扩增的主要方式。通过对不同物种的HSP70基因家族进行系统进化分析可知,HSP70亚组的分化发生在单细胞植物形成前,且细胞质型HSP70成员大量扩增。比较陆地棉棉纤维发育不同时期的深度测序表达谱,发现HSP70基因可能参与棉纤维的生长发育。本研究结果有助于了解棉属植物HSP70基因家族的功能,以期为深入研究棉纤维发育过程中的分子调控机理提供基础。     

十字花科植物SAMDC基因同源序列的克隆与进化分析

腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)是参与植物多胺合成的一个关键酶。根据GenBank中已报道的SAMDC基因编码序列保守区域设计特异引物, 运用PCR技术分别从十字花科6属14个物种中新克隆分离了SAMDC基因的同源序列。比较分析结果表明: 这些同源序列的相似性达87%以上, 所推导的氨基酸序列相似性达90%以上, 且两者种间差异分别为0.2%~10.1%和0.3%~6.6%, 属间差异除“圆白”萝卜外分别是4.9%~13.6%和3.1%~10.3%; SAMDC基因的核苷酸及其可能编码的氨基酸序列差异属间较种间大, 可用于属间的分类等级研究; 且氨基酸序列间的差异比核苷酸序列间的差异小的多, 因而根据核苷酸序列构建了NJ与ME分子系统树。进化树直观地表明在亲缘进化关系上芸薹属与萝卜属较近, 其他依次为山芥属、蔊菜属、拟南芥属, 与荠菜属最远。研究结果有助于从分子水平阐明十字花科植物间的亲缘进化关系, 可为其种质资源利用提供理论依据。     

差异表达分析法在细菌致病相关基因研究中的应用

差异表达分析是比较相关细胞特殊表型基因背景的研究方法,应用于致病菌可以研究细菌的致病性、抗药性、遗传特性等。基因差异表达分析主要分四类,其代表性的方法分别为差异显示、消减杂交、基于数据库的基因表达连续分析和DNA微阵列。本文综述此四类方法及其衍生技术的基本策略、应用特点及近年来在细菌致病相关基因研究中的成功应用。     

广西水牛瘤胃中的细菌多样性

[目的]了解广西水牛瘤胃中细菌的组成及其可能的降解纤维素细菌的主要类群。[方法]提取水牛瘤胃内容物和高效降解滤纸的水牛瘤胃内容物的富集培养物的宏基因组DNA,以宏基因组DNA为模板,扩增16S rRNA基因序列,构建该两种样品的细菌的16S rRNA基因文库。通过对16S rRNA基因序列的分析,了解这两种样品的细菌群体种类及数量。 [结果] 水牛瘤胃内容物与其富集培养物中均主要含有LGCGPB (low G+C Gram-Positive Bacteria)、CFB (Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides)两大类菌群和少数的螺旋体菌（Spirochaetes）,且LGCGPB所占的比例都是最高的,LGCGPB在水牛瘤胃内容物细菌中的比例为56.66%,而在富集培养物细菌中的比例升高为73.33%。在水牛瘤胃内容物中,丝状杆菌（Fibrobacteres）占3.33%,但在富集培养物中未被检测到。而在富集培养物中占13.33%的变形杆菌（Proteobacteria）,在水牛瘤胃内容物中未被检测到。本研究还发现了分类地位尚未明确的一菌群（R46）。[结论]细菌类群LGCGPB、Proteobacteria可能在水牛瘤胃中的纤维素降解过程中起重要作用。此外,水牛瘤胃中的细菌组成和牦牛、牛、羊瘤胃中的细菌组成较相似但比例有所不同。     

超突变细胞在进化工程中的开发与应用

通过进化工程技术改造微生物细胞的生理表型是生物技术和生物炼制领域的重要研究方向,但是现阶段的各种进化工程技术面临效率低或连续性差的问题。超突变细胞能够进行自发、连续的胞内诱变,将其应用于进化工程技术能够实现连续、高效的菌种改造。本文详细介绍了自然界中超突变细胞产生的遗传机制和相应的人工超突变细胞的构建策略,以及应用此类超突变系统在微生物细胞生理性能改造和蛋白质突变体文库高效构建上取得的进展。随着相关领域认识和技术的加强,未来人工超突变细胞的构建将继续向着不同维度上可控性、靶向性不断提高的方向发展,从而为细胞和蛋白的改造提供更强更优的进化动力。     

牦牛Myf-5基因的克隆测序及其系统进化研究

本研究对牦牛(九龙牦牛)的生肌决定因子5(Myf-5)基因进行了T-A克隆测序和分析,并与多个物种的相应基因编码区核苷酸序列、氨基酸序列进行了比对分析,构建了物种间的系统进化树.结果 表明:①牦牛的Myf-5基因大小为3313 bp,由3个外显子和2个内含子组成,与普通牛等9个物种比较,在基因大小上有较大的差异,但外显子和内含子的组成一致.②牦牛、大额牛、瘤牛、水牛、普通牛、人、恒河猴、黑猩猩、狗、家鼠、软体贝壳、鸡、斑马鱼等物种间Myf-5基因编码区的核苷酸序列同源性较高,其中,牦牛、大额牛、瘤牛、水牛、普通牛间的同源性最高,达98.4%以上,说明Myf-5基因编码区核苷酸序列在动物物种间具有较高的保守性.③牦牛、大额牛、瘤牛、水牛、普通牛、黑猩猩、恒河猴、人、狗、家鼠、软体贝壳、鸡、斑马鱼等物种间Myf-5基因编码蛋白的氨基酸序列具有较高的同源性,保守性强,这一结果与编码区核苷酸序列的比对结果基本一致.④根据核苷酸序列,用NJ法构建的牦牛、大额牛、瘤牛、水牛、普通牛、人、恒河猴、黑猩猩、狗、家鼠、软体贝壳、鸡、斑马鱼等13个物种的分子系统进化树显示:牦牛、普通牛、瘤牛、水牛和大额牛在较近的亲缘关系下聚为一大类,人、黑猩猩和恒河猴聚为另一大类,然后这两类再和其他物种相聚.这一分类结果与各物种的动物学分类结果和血液蛋白、mtDNA水平上的聚类结果基本一致,支持牦牛、普通牛和瘤牛3个物种间不应该是属间或亚属间关系,而应是同一属下的不同种,将牦牛、普通牛和瘤牛划分在同一个属--牛属(Bos),而将水牛划分在另一个单独的属的观点.同时也显示该基因序列适合用于动物学分类.     

分子生物学手段在植物系统与进化研究中的应用

在植物系统与进化研究中,为了揭示真实本质,必须从分子水平进行研究。植物分子系统学的研究包括两大方面,一是蛋白质酶,二是核酸。酶电泳是分子水平上研究植物分子遗传学最经济有效的方法,可以有效地揭示自然居群中遗传结构、基因流动、变化系统、选择作用和系统发育等问题。植物核酸系统学的研究倍受青睐,因为核酸分子量基本的进化单元,几乎不受主观因素影响。相关的核酸分析技术主要有：ＤＮＡ杂交ＤＮＡ限制酶谱分析、ＲＦ     

哺乳动物脂蛋白脂肪酶基因的进化研究

脂蛋白脂肪酶(LPL)是脂肪细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、乳腺细胞以及巨噬细胞等实质细胞合成和分泌的一种糖蛋白,其生理功能为促进乳糜微粒和极低密度脂蛋白中甘油三脂(TG)的分解,此外,lpl基因的异常可导致血TG水平的升高和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平的降低,导致冠状动脉粥样硬化等疾病的形成和发展。采用生物信息学手段来分析在不同哺乳动物中lpl基因的长度多态性、终止密码子多态性、ORF多态性以及氨基酸序列的同源性,建立不同哺乳动物lpl基因上的进化关系图谱,为了解哺乳动物脂蛋白脂肪酶基因的演化关系,研究该基因的作用机理提供资料。