小麦叶绿体蛋白质编码基因RNA编辑位点的测定及与返白现象的关系

RNA编辑是一种转录后基因加工修饰现象,广泛存在于高等植物细胞器中。已有研究表明,RNA编辑与植物发生白化或者黄化有关。通过PCR、RT-PCR及测序的方法,对具有阶段性白化特性的小麦（Triticum aestivum）返白系FA85及其野生型矮变一号（Aibian 1）的叶绿体蛋白质编码基因RNA编辑位点进行了测定,在14个基因上发现了26个编辑位点。有5个编辑位点在2个株系之间存在编辑效率的差异,且这些差异的位点均位于编码叶绿体RNA聚合酶的基因上,其中3个位点编辑前后对应的蛋白质二级结构可能有差异。对2个株系叶绿体中PEP、NEP及PEP、NEP共同依赖基因转录水平的检测显示,除psbA和clpP外,其它基因在小麦返白系中的转录水平均有不同程度的下降。这种转录水平的显著下降及叶绿体RNA聚合酶基因上RNA编辑位点编辑效率的改变,可能与小麦返白系叶片的返白有关。     

动物编码和非编码RNAA至I编辑研究进展

RNA编辑是增加基因转录和功能多样性的重要形式。A至I RNA编辑是ADAR酶作用于双链RNA使腺苷脱氨基变成肌苷形成的。高通量测序技术的发展使得规模化鉴定RNA编辑位点成为可能,目前已在人和其他动物发现了大量的A至I RNA编辑位点,其中多数位于非编码RNA中。RNA编辑在体内具有重要生理功能,编辑异常可能导致一些疾病的发生发展。主要从ADAR介导的RNA A至I编辑的鉴定、分子机理、生理作用以及相关疾病等方面进行阐述。     

哺乳动物中作用于非编码RNA的RNA编辑研究进展

RNA编辑是RNA转录过程中序列变化而引起的一种基因动态调控机制。腺苷脱氨酶（adenosine deaminases acting on RNA, ADAR）参与RNA编辑,将双链RNA中腺苷残基（A）转化为肌苷（I）,接着被转录和拼接成鸟苷（G）。由ADAR催化,作用于RNA的A-I型RNA编辑是人类最常见的转录后修饰。近年来,这种修饰不仅存在于编码RNA中,在非编码RNA（noncoding RNA, ncRNA）中也逐渐被发现,如microRNA（miRNA）、小分子干扰RNA（siRNA）、转运RNA（tRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）。这种修饰可能通过对microRNA和mRNA之间结合位点创造或破坏,进而影响ncRNA的生物起源、稳定性和靶向识别功能。目前,对这种生物现象的机制及ADAR底物,尤其是在ncRNA中的特性仍然没有得到充分的认识。主要对哺乳动物中ncRNA上的RNA编辑进行总结,并列举一些阐明其生物学功能的计算方法。     

黒腹果蝇中嵌合新基因的进化命运和表达模式

新基因的起源和进化对基因组多样性的产生具有重要的贡献.新基因起源常常通过外显子重排而形成嵌合的基因结构,以产生具有新功能的蛋白质.该文调查了在黒腹果蝇中的14个新起源的嵌合基因在群体中的多态性,发现其中8个在群体中的核苷酸多态性会引起提前终止子,而其他6个在群体中编码框都完整且其中4个受到负选择.研究结果表明,嵌合新基因起源后可能存在两种命运:积累提前终止子突变而假基因化,或者表现出一定功能而受自然选择固定下来.基因表达的数据显示,与RNA介导外显子重排(逆转座)形成的新基因不一样,这些由DNA水平外显子重排产生的新基因没有精巢或者雄性特异性表达模式,而是表现出更为多样性的时空表达模式,这提示尽管通过DNA水平外显子重排产生的新基因可能正在变成假基因或者非蛋白质编码的RNA基因,但它们依然可能具有进化出广泛的生物学功能的潜力.     

水稻线粒体coxII基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑是指由RNA水平的核苷酸改变所引起的密码子发生变化的一种预定修饰,它的发现是近年来对分子生物学中心法则的重要补充.本文以红莲型(HL)水稻细胞质雄性不育系粤泰A,保持系粤泰B和杂种F1(不育系A与恢复系71068的杂交一代)为材料,首次研究了线粒体基因coxII转录本的编辑位点.coxII基因的转录本有15个编辑位点,其中有14个发生在密码子的第一和第二位点.这14个位点的编辑可改变氨基酸的种类,并导致所编码蛋白的疏水性以及所编码蛋白在氨基酸序列上的保守性增加.     

玉米不育系及其保持系线粒体atp6基因转录本编辑位点研究

以玉米同核异质细胞质雄性不育系T黄早四、C黄早四、S黄早四以及保持系N黄早四为材料, 比较研究了供试材料小孢子发育到单核期的线粒体atp6基因转录本保守区域的编辑位点。结果表明, DNA序列在T、C、S 3种胞质中完全一致, 与N胞质相比除在27、28核苷酸处不同外, 其余均一致, 而各胞质cDNA序列却不尽相同。DNA和cDNA序列比较显示: atp6基因转录本保守区域内, N、S胞质中均存在19个编辑位点, T胞质存在22个, C胞质存在20个, 它们相同的编辑位点有18个。大多数编辑位点都发生在密码子的第一、二位点上, 可改变氨基酸的种类。18个相同的编辑位点大都为完全编辑, 其中第1位点在各胞质中为部分编辑, 第19位点除在N胞质中为完全编辑外其余胞质都为部分编辑。而各胞质特有编辑位点均以部分编辑的形式出现。由此可见, 在玉米中atp6基因RNA编辑不仅具有序列特异性, 同时还受到胞质背景的影响。通过分析还可看出, 编辑的C残基前一个碱基多为嘧啶类碱基, 编码氨基酸Ser和Pro的密码子较其他类的密码子更易受到编辑, 且植物RNA的编辑有着改变蛋白质疏水性、增加物种间保守性的倾向。     

鸭FTO基因多态位点筛选和生物信息学分析

为挖掘FTO基因的SNP,为今后进一步研究该基因遗传变异奠定基础。本研究以樱桃谷鸭为试验对象,构建DNA池,对第2外显子、第4外显子和第5外显子直接测序,筛选与脂质性状相关的SNP位点。结果表明:FTO基因存在2个SNPs位点突变,在第5外显子发现1个SNP位点突变,另外一个在g.33942位点处,碱基A突变为碱基G,引起天冬氨酸(GAT)变为甘氨酸(GGT),在g.33781位点处,存在碱基T和A的突变(在内含子处,没有引起氨基酸的改变);RNA二级结构的最小自由能由-475.50 kcal/mol变为-477.40 kcal/mol。蛋白质二级结构分析发现,突变前后,α螺旋、β转角、延伸链和自由卷曲数值均有所改变。其中,α螺旋所占比例有所下降,但比重仍为最大,自由卷曲数量由原来的186个减少到185,比例由33.27%减少32.09%。突变前后多态位点导致FTO基因编码的蛋白三级结构也有所改变。FTO基因筛选出的SNP位点,引起RNA二级结构甚至是其编码的蛋白质结构的改变,可能进一步引起功能的改变。     

哺乳动物抗凝血酶基因的分子特征、微共线性与适应性进化

抗凝血酶(AT)是哺乳动物体内重要的天然抗凝血因子之一,它隶属于丝氨酸蛋白酶抑制物家族,主要参与并调节复杂的血凝过程。基于比较基因组学手段,共挖掘出17个哺乳动物抗凝血酶基因(AT),并剖析了它们的基因结构、微共线性、保守基序、功能结构域、以及系统进化关系。基因结构与微共线分析表明,哺乳动物AT基因具有5-12个外显子,大多数是7个外显子;不同物种AT基因所处区段之间具有较好的共线性。哺乳动物AT蛋白特征分析显示,SERPIN功能结构域与保守基序1、2、3、4、5、8和9存在相互重叠的部分。AT基因进化树揭示基因进化和通常认为的物种进化几乎一致。同时,利用PAML中Codeml的位点特异模型在AT基因中发掘了1个正选择位点328D。     

紫稻(Oryza sativa L.)线粒体ATP合成酶 atp6 基因转录本 RNA 编辑

紫稻（Oryza sativa L.）细胞质雄性不育系紫稻A是本实验室构建的新型细胞质雄性不育系。本研究使用PCR、RT-PCR、DNA测序等技术,得到了紫稻细胞质雄性不育水稻不育系（樱香A）及其保持系（樱香B）线粒体atp6基因转录本cDNA序列。通过与基因组序列比对发现：樱香Aatp6cDNA序列中,没有发生RNA编辑;而樱香Batp6 cDNA序列中有16个编辑位点,在樱香B cDNA序列16个编辑位点位于15个密码子中,所编码的氨基酸均发生改变：在1003位点由C替换为T,导致原来编码谷氨酰胺密码子（CAA）成为终止密码子（TAA）,保证atp6 mRNA编码一个正常的ATP6多肽;而由于没有发生RNA编辑,樱香A mRNA就不能翻译成正常的多肽。研究表明,RNA编辑在合成正常的ATP6多肽的过程中具有至关重要的作用,同时也说明RNA编辑可能与细胞质雄性不育相关。     

水稻线粒体coxⅡ基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑是指由RNA水平的核苷酸改变所引起的密码子发生变化的一种预定修饰,它的发现是近年来对分子生物学中心法则的重要补充。本文以红莲型(HL)水稻细胞质雄性不育系粤泰A,保持系粤泰B和杂种F_1(不育系A与恢复系71068的杂交一代)为材料,首次研究了线粒体基因coxⅡ转录本的编辑位点。coxⅡ基因的转录本有15个编辑位点,其中有14个发生在密码子的第一和第二位点。这14个位点的编辑可改变氨基酸的种类,并导致所编码蛋白的疏水性以及所编码蛋白在氨基酸序列上的保守性增加。     

昆虫RNA沉默抗病毒机制研究进展

RNA沉默是昆虫用来抵御病毒入侵的一种普遍而又进化保守的防御机制, 而昆虫病毒也会相应地编码沉默抑制子来破坏宿主的防御功能。本文主要结合果蝇的相关研究成果对昆虫RNA沉默抗病毒机制、 RNA沉默抑制子的作用特征及宿主与病毒的共进化关系做一综述。研究表明, 由小干扰RNA (small interfering RNAs, siRNA)介导的RNA干扰在果蝇抗病毒防御机制中发挥重要作用。果蝇中Dicer-2（Dcr-2）, argonaute-2（AGO2）和双链RNA结合蛋白R2D2是siRNA干扰途径中的3个关键组分, 这3个基因的缺失或突变会显著提高果蝇对RNA病毒的感受性。此外, 果蝇中还鉴定了其他与RNA干扰密切相关的基因, 如vasa intronic gene, aubergine, armitage, rm62 和piwi, 它们在抗病毒感染中同样发挥重要作用。果蝇病毒中已鉴定出3种RNA沉默病毒抑制子（viral suppressors of RNAi, VSRs）, 分别为果蝇FHV病毒沉默抑制子FHV-B2、 果蝇C病毒沉默抑制子DCV-1A及果蝇CrPV病毒沉默抑制子CrPV-1A。FHV-B2和DCV-1A通过与dsRNA或siRNA结合抑制RNA沉默, 而CrPV-1A通过与AGO2结合阻止RISC的形成抑制RNA沉默。在漫长的进化过程中, 病毒和宿主相互博弈, 协同进化。昆虫抗病毒沉默途径中的关键组分通过保持持续和快速进化来对抗高度变异的VSRs。     

RNA干扰技术在哺乳动物中的应用

RNA干扰(RNAi)是生物界普遍存在的一种抵御外来基因和病毒感染的进化保守机制.RNAi是由双链RNA触发的转录后基因沉默机制,具有序列特异性,在哺乳动物细胞中,RNAi由21～23个核苷酸组成的双链RNA引发.小干扰RNA(siRNA)可以在体外合成或通过表达载体在哺乳动物细胞内合成.由于RNAi技术具有快速、简单和特异性强等特点,在基因功能研究、抗病毒治疗和抗肿瘤治疗等方面有广泛的应用前景.     

哺乳动物长链非编码RNA的进化注释

哺乳动物的基因组中能转录出成千上万的长链非编码RNA(lnc RNA),这些新发现的RNA分子已经被证实参与了各种各样复杂的生物过程.目前大多数哺乳动物的lnc RNA的参考注释并不完全,这限制了对lnc RNA的进化以及接下来的功能研究.本研究组利用9个物种6种组织的转录组测序数据,成功地构建出一个完备的哺乳动物lnc RNA的参考注释集合(约4142~42558条lnc RNA).基于这些lnc RNA,做了一系列的进化研究,发现30%~99%的lnc RNA在基因组上是保守的,这些保守的lnc RNA中仅有20%~27%也能在转录层面保守,这与编码基因的保守性形成鲜明对比:保守的编码基因约有48%~80%能在转录层面保守.随后,基于lnc RNA的表达量数据成功地构建出其在9个物种中的系统发生树,通过对系统发生树的对比分析发现,lnc RNA的进化速率明显比编码基因快,且在不同的组织间有很大差别.将此项研究中得到的lnc RNA的集合以及其保守和进化的数据收集到Phylo NONCODE数据库中(http://www.bioinfo.org/phylo Noncode),这将成为研究非编码RNA进化及功能的非常有用的资源.     

台东苏铁中叶绿体功能基因RNA编辑的分析

台东苏铁是一种古老的裸子植物,有关苏铁的RNA编辑的研究很少。为此,我们分析了台东苏铁的RNA编辑位点和分布,为探究RNA编辑的功能和机制以及高等植物的起源和进化提供依据。本次以台东苏铁(Cycas taitungensis)为材料,采用异硫氰酸胍法提取台东苏铁总RNA。DNaseⅠ处理过的RNA逆转得到的c DNA进行PCR扩增条带并测序。通过对测序结果分析比对,初步确定在台东苏铁中的ndh D2,Pet B,ndh B2存在C-U的编辑。研究表明,ndh基因有较高的编辑频率,而丝氨酸相比其他氨基酸有更高的编辑频率。结果显示,ndh B2中有C-Y的部分编辑现象,ndh A2存在沉默编辑现象。     

非编码RNA与哺乳动物基因组印记的起源

基因组印记是由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象,主要发生在胎盘哺乳动物（真哺乳类）和显花植物中.大部分印记基因都分布在印记基因簇内,其中包含大量的非编码RNA基因.印记基因的表达受印记控制区（ICRs）的顺式调控.基因组印记产生的原因及过程是现代遗传学研究的一个热点问题,分析印记同源区从非印记物种到印记物种的过渡,为解决这一问题提供了重要启示.最近,原始哺乳动物（有袋类和单孔类）模式物种全基因组测序的完成,极大地促进了印记同源区的比较分析研究.本文对这些研究进行了回顾和分析,发现非编码RNA与哺乳动物基因组印记获得关系密切.主要依据为：（1）伴随着基因组印记的获得,印记区有大量的非编码RNA新基因出现;（2）与基因组印记相关的一些保守非编码RNA的表达发生了显著变化.此外,对15种脊椎动物中印记snoRNA基因系统分析的结果表明：印记snoRNA起源于真哺乳类与有袋类动物分化之后,并且在真哺乳类辐射进化之前发生了迅速的扩张,主要的基因家族在这一时期已经形成.这些结果进一步证明了非编码RNA与基因组印记获得的密切联系.非编码RNA可能主要通过调控印记表达和诱导染色体表观遗传修饰两种机制,参与哺乳动物基因组印记的获得.     

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Introns)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(groupⅡintron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质(内切核酸酶活性和逆转录酶活性).本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径.     

紫稻(Oryza sativa L.)线粒体ATP酶atp9基因转录本RNA编辑

紫稻(Oryza sativa L.)细胞质雄性不育系是本实验室新构建的新型细胞质雄性不育系。本研究使用PCR、RT-PCR等技术,得到了紫稻不育系(樱香A)及其保持系(樱香B)线粒体atp9基因的基因组序列和cDNA序列。通过对这些序列的分析发现:樱香A atp9 cDNA序列中,没有发生RNA编辑;而樱香Batp9 cDNA序列中有2个编辑位点,在樱香B cDNA序列2个编辑位点中,223位点由C替换为T,导致原来编码精氨酸密码子成为终止密码子,保证atp9 mRNA编码一个"正常长度"的ATP9多肽。而由于没有终止密码子,樱香A mRNA就不能翻译成正常的多肽。上述研究表明,RNA编辑在生成正常的ATP9多肽的过程中发挥了重要作用,同时也说明RNA编辑可能与细胞质雄性不育相关。     

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Intron)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(group Ⅱ intron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两 侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能 够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质（内切核酸酶活性和逆转录酶活性）.本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径     

家蚕CyPA基因的克隆、表达谱及进化分析

CyP蛋白家族在蛋白质折叠过程中起着重要作用。本研究克隆了家蚕Bombyx mori CyPA基因(BmCyPA),该基因由2个外显子和1个内含子组成,推导开放阅读框编码165个氨基酸,分子量为19.4 kD,等电点为8.79。序列分析表明BmCyPA在不同物种间具有高度的保守性,含有肽酰脯氨酸顺反异构酶活性位点及与CsA侧链结合的氨基酸,提示BmCyPA可能具有肽酰脯氨酸顺反异构酶活性和与CsA结合的特性。组织表达谱及EST数据分析显示,BmCyPA在丝腺中高丰度表达。通过对不同物种来源的CyP基因的进化分析,进一步预测了BmCyP基因的功能,BmCyP可能与丝蛋白的正确折叠相关。     

银杏叶绿体ndhF RNA编辑现象分析及C290位编辑对胁迫处理的响应

RNA编辑是一种转录后修饰加工过程,通过碱基的插入、缺失或替换可改变氨基酸的种类,增加蛋白质的疏水性和同源蛋白在不同物种间的保守性。该文通过DNA与cDNA序列的比对,分析了裸子植物银杏（Ginkgobiloba）叶绿体功能基因ndhF的编辑现象,该基因共含有21个编辑位点,且这21个位点均为部分编辑。生物信息学分析及与其它物种比对结果表明,ndhFC290位编辑可能会影响该蛋白的正确折叠。进一步使用单克隆酶切方法测定了不同胁迫处理对ndhFC290位编辑效率的影响,结果表明该位点的编辑效率对温度和黑暗敏感。