人类基因组中的保守非编码元件

比较基因组学的研究发现: 人类基因组中约5%的序列受到选择压力的限制, 但编码序列只占其中很小一部分, 约3.5%是保守、非编码序列。这些保守非编码元件具有重要功能。可能在染色质构型(高级结构)、DNA转录和RNA加工等不同水平参与了基因的表达调控, 与哺乳动物的形态发生和人类疾病相关。文章简要综述了保守非编码元件的识别、功能及验证、起源演化以及与人类疾病的关系。     

转座元件、表观遗传调控与细胞命运决定

转座元件是哺乳动物基因组内含量最多的元素.尽管转座元件的存在对基因组稳定性具有潜在的危险,但它们同时还是潜在的基因调控序列、蛋白质编码序列和染色质结构序列,并参与物种进化过程.因此,基因组中转座元件的有害性和有益性保持着谨慎的平衡,并且这种平衡主要由表观遗传修饰来调控.本文详细介绍了异染色质类型表观遗传修饰如H3K9m...     

长链非编码RNA研究进展

基因组计划研究表明, 在组成人类基因组的30亿个碱基对中, 仅有1.5%的核酸序列用于蛋白质编码, 其余98.5%的基因组为非蛋白质编码序列。这些序列曾被认为是在进化过程中累积的“垃圾序列”而未予以关注, 但在随后启动的ENCODE研究计划中却发现, 75%的基因组序列能够被转录成RNA, 其中近74%的转录产物为非编码RNA(Non-coding RNA, ncRNA)。在非编码RNA中, 绝大多数转录本的长度大于200个碱基, 这些“长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)”能够在转录及转录后水平上调节蛋白编码基因的表达, 从而广泛地参与包括细胞分化、个体发育在内的重要生命过程, 其异常表达还与多种人类重大疾病的发生密切相关。文章综述了长链非编码RNA的发现、分类、表达、作用机制以及其在个体发育和人类疾病中的作用。     

人类Ⅱ相药物毒物代谢酶非同义单核苷酸多态性的表型预测：分子进化观

药物毒物代谢酶编码区的非同义单核苷酸多态性（nsSNPs）导致氨基酸改变,从而可能改变相应蛋白质的功能,使人体对有关药物毒物产生异常反应,亦与疾病易感性关联.在人类Ⅱ相代谢酶基因中已发现大量nsSNPs,但对这些酶nsSNPs基因型和表型间的关系了解甚少.本研究从Ensembl基因组数据库和NCBISNP数据库识别出104个人类Ⅱ相酶基因的923个经确认的nsSNPs.用PolyPhen,Panther和SNAP算法预测,发现44%～59%的nsSNPs影响到蛋白质功能.本研究的预测结果与已有实验研究证据基本吻合.68%的已知有害nsSNPs被正确预测为有害.本研究识别出多个尚未经实验研究的功能氨基酸.Panther和PolyPhen的预测结果吻合,SNAP非中性预测结果与PolyPhen预测分值亦吻合.进化上非中性的（去稳定化的）氨基酸替换可能是Ⅱ相酶活性改变,产生疾病易感性和药物/外源物毒性的致病基础.本研究还在有害nsSNPs预测的框架内阐明了Ⅱ相酶的分子进化模式.     

高等植物转座元件功能研究进展

转座元件是指在基因组中能够移动、复制并重新整合到基因组新位点的DNA片段.转座元件一度被视为基因组内的"垃圾"或"自私DNA",长期以来,转座元件的研究主要集中于阐释转座元件在宿主中的复制或表观沉默机制,而转座元件的调控功能并未得到全面探讨.已有研究表明,转座元件的比例与物种基因组大小存在正相关性,从而为C值悖论的解释提供了依据.近年来,越来越多的证据表明转座元件可以作为宿主基因组的"控制元件"发挥重要的调控作用.在作物中研究发现,转座元件既可以通过顺式或反式作用方式调控基因表达,也可以诱导表观等位基因的产生,从而促使固着生长的植物更好地适应外界环境的变化.本文拟就高等植物转座元件的作用及其对未来作物育种的意义进行总结.     

水稻全基因组编码抗病基因同源序列分析

利用模糊搜索的方法,在TIGR水稻日本晴基因组数据库(TIGR Rice Genome Annotation-Release5)中识别出565个编码抗病蛋白质的同源序列;利用识别出565个编码抗病蛋白质序列分别与籼稻基因组数据库进行BLASTP联配,共确定320个对应的等位基因。通过在线生物信息学软件,识别了这565个抗病基因的保守结构域、保守模体和DNA序列内转座子元件,其中有14个抗病基因同源序列注释错误。同时绘出了这些基因的基因组分布,并基于这些基因的同源树分析和基因组物理分布,认为基因的原位和远程复制事件产生了抗病基因的现存分布和多样性,其中转座子在复制过程中扮演了重要角色。这些对抗病机制研究和抗病基因进化研究以及抗病基因的转育具有重要意义。     

综述: 高等植物转座元件功能研究进展

转座元件是指在基因组中能够移动、复制并重新整合到基因组新位点的DNA片段．转座元件一度被视为基因组内的“垃圾”或“自私DNA”,长期以来,转座元件的研究主要集中于阐释转座元件在宿主中的复制或表观沉默机制,而转座元件的调控功能并未得到全面探讨．已有研究表明,转座元件的比例与物种基因组大小存在正相关性,从而为C值悖论的解释提供了依据．近年来,越来越多的证据表明转座元件可以作为宿主基因组的“控制元件”发挥重要的调控作用．在作物中研究发现,转座元件既可以通过顺式或反式作用方式调控基因表达,也可以诱导表观等位基因的产生,从而促使固着生长的植物更好地适应外界环境的变化．本文拟就高等植物转座元件的作用及其对未来作物育种的意义进行总结．     

明尼苏达被毛孢中活跃扩张的HmHeli1转座元件

Helitron是真核生物中存在的一种以滚环方式进行复制的转座元件,关于其对动植物基因组的影响已有深入分析,而在真菌中则鲜有报道。本文对大豆囊孢线虫的生防菌——明尼苏达被毛孢Hirsutella minnesotensis中的Helitron转座元件进行了系统分析,发现该真菌中存在两类自主的Helitron元件HmHeli1和HmHeli2;其中HmHeli1不仅具有保守的末端序列和结构,而且编码序列高度相似,甚至完全一致的Rep Hel转座酶,表明其在基因组中发生了近期扩张并依旧活跃。HmHeli1符合Helitron2元件的结构及编码特征:5′和3′末端分别存在保守序列"TCAG"和"TATTTT",3′末端存在富含GC的发卡结构,近末端存在不对称的反向重复序列;编码的转座酶包含锌指、Rep和Helicase结构域,但不包含核酸内切酶结构域。HmHeli1优先同向插入基因富集区,甚至功能基因内部,插入位点存在一个短的富含AT的序列。HmHeli1不具主动捕获基因的能力,但可被动接受其他转座元件的插入。HmHeli1是一种结构独特、极具扩张力的DNA转座元件,不仅在明尼苏达被毛孢基因组进化中发挥着重要作用,并且具有开发为通用遗传分析工具的潜能。     

原生动物基因组转座元件的研究进展

转座元件是一类广泛分布于真核生物的可移动的遗传因子, 可以引起基因重组和变异, 在物种进化及遗传改良中起着重要作用。针对近年来原生动物全基因组序列中大量发现的转座元件, 文章着重比较了转座元件在锥虫、利什曼虫、微孢子虫、变形虫和滴虫基因组序列中的存在种类、分布特征及其功能意义。原生动物转座元件以LINE 和SINE为主, 其次是DNA转座元件和LTR反转座元件, 部分转座元件在高A+T含量区富集, 预示着转座元件与基因组序列A+T含量有着紧密联系。根据不同种微孢子虫基因组之间转座元件的差异, 推测在微孢子虫基因组进化过程中, 至少经历了一次转座元件的丢失事件。最后对转座元件在原生动物寄生虫的进一步研究和应用作了展望。     

基于蓝藻全基因组原始数据的转座元件挖掘及组成分析

二代测序技术及全基因组多样性比较是现代生物学及信息科学研究的热点,对基因组中转座元件(Transposable element)的分析已成为基因组比较分析的重要组成部分。目前对于转座元件的种类、数量和组成的挖掘和分析一般是基于完全拼接后的全基因组序列,对在此之前的海量短片段序列后期处理及拼接仍是目前基因组研究的盲点,以转座元件为主的重复序列在拼接过程中也存在着不可避免的拼接误差或丢失,给转座元件系统的分析带来不确定。文章旨在建立一套分析流程,对铜绿微囊藻NIES 843全基因组构建的罗氏(Roche)公司454测序随机模拟原始数据集的转座元件(主要类型为插入序列:Insert sequence,IS)组成进行分析,结果表明,采用对核酸探针扫描后备选序列分成3组,并分设氨基酸检测阈值的方案分析得到的结果较为可靠,结果显示铜绿微囊藻NIES843的蓝藻转座元件占基因组比例的10.38%,归属于14个IS家族,66个IS亚家族。与之前基于完整拼接基因组数据的两套不同分析流程得到的结果相比,在丰度及家族/亚家族组成上无显著差异,在转座元件序列水平上也显示了高比例的相似性序列重叠,证实了本研究流程在基于高通量测序原始数据的转座元件分析方面具可靠性及实用性。     

后生动物非编码保守元件

生物体基因组中除了编码序列之外, 还存在大量的非编码调控序列。比较基因组学研究发现：脊椎动物、尾索动物、头索动物、果蝇、线虫等基因组中存在保守的非编码调控序列。这些非编码保守元件通常分布在与转录调控发育相关的基因上下游区域, 作为基因调控网络核心的一部分, 常常在基因表达过程中扮演转录增强子的角色。文章总结了近年来有关后生动物非编码保守元件的发现和主要特点, 并进一步就非编码保守元件在大规模基因组倍增之后的演化及其在生物躯体图式进化过程中的影响进行了综述。     

LINE-1在肿瘤早期诊断和治疗中的研究与应用

长散布元件-1(long interspersed elements-1,LINE-1)约占人类基因组的17％,是人类基因组中唯一具有自主转座能力的转座子.LINE-1可通过逆转录转座过程插入到新的基因位点上,从而会导致基因组的不稳定.因而机体对LINE-1的复制和转座有着严格的限制,在正常体细胞中几乎检测不到LINE...     

宿主限制LINE-1转座活性的机制

转座子约占了人类基因组的45%,对基因组的结构与功能造成了重大的影响. 一部分转座子现在仍然具有活性,它们的转座能引发疾病. LINE-1（long interspersed element-1）是现今在人类基因组中发现的唯一具有活性并能自主转座的转座子,并能介导非自主转座的元件进行转座. 近年来LINE-1的研究有新的突破,本文简述了LINE-1的结构、转座机制及对基因组的影响,重点总结和分析宿主对LINE-1的限制机制. 由于LINE-1的生活周期与逆转录病毒有相似之处,也希望能够为宿主抗病毒的研究提供线索.     

编码序列和非编码序列的3-tuple分布特征

非编码序列,特别是内含子的起源,是一个重要的悬而未决的问题。首先通过计算模式生物的编码序列和非编码序列的不同阅读框中3-tupie的频率分布,发现编码区中不同阅读框具有十分不同的3-tuple分布,而在非编码区中,不同阅读框的3-tuple分布几乎相等,并且这一性质不具有物种依赖性。为了描述分布差异的程度,引进夏量一对称相对熵,并通过比较原核生物和真核生物,发现无论是编码区还是非编码区,原核生物都具有比真核生物更高的SRE值。进一步研究表明,某一生物的SRE值与该生物全基因组中编码区所占的百分比存在一定的相关性（相关系数为0．86）。计算机模拟进化实验发现,2％的突变就足以使典型的嗯核生物编码区高SRE值变为真核生物内含子区特有的低SRE值。比对数据库中已经注释的内含子和编码区序列,证明确实有一部分与编码区具有很高同源性的内含子序列。实验表明,至少部分真核生物的内含子可能起源于编码序列,同时也说明SRE可能被用于研究物种基因组序列的进化。     

植物转座元件注释及生物学功能研究进展

转座元件是指在基因组中能够移动、复制并重新整合到基因组新位点的DNA片段。在植物中,多种类型的转座元件,特别是占比较高的LTR类逆转录转座元件,可以通过产生新基因和转录本、提供调节元件、改变基因结构等多种途径广泛调控基因表达,最终多维度有效推动基因组进化。同时,基因组测序组装技术的快速发展也为转座元件的检测、注释提供了良好契机。本文从结构分类、全基因组检测、功能研究、基因组进化4个方面对当前植物转座元件的研究进展进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

长链非编码RNA AFAP1-AS1促进肿瘤侵袭转移

<正>人类基因组计划及其后续的DNA元件百科全书计划(The Encyclopedia of DNA Elements Project,ENCODE)研究成果表明,蛋白质编码基因序列仅占人类基因组序列的1%~3%,人基因组中绝大部分可转录的序列为长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNAs)[1].Lnc RNA广泛地存在于各种生物中,且随着生物复杂程度的升高,基因组中lnc RNA序列的比例也相应地增大,提示lnc RNA在生物进化过程中可能有着重要意义[2-4].随着     

牙龈卟啉单胞菌编码基因重注释研究

为了确保牙龈卟啉单胞菌生物大分子信息的准确性,对NCBI数据库中的3株牙龈卟啉单胞菌的注释信息进行研究。首先,准备好蛋白质编码与非编码序列正负样本,用基于Z曲线理论的Fisher判别法对正负样本集进行训练,确定一个判断ORF编码或非编码的阈值t0,由阈值作为判别条件来识别所有的ORFs,判断基因片段是否具有编码蛋白质的功能,由此阈值为判别标准排除掉3株牙龈卟啉单胞菌基因组中错误的基因注释信息。然后,用Prodigal基因预测软件对牙龈卟啉单胞菌进行基因预测,基因预测结果与原始功能已知基因进行比对,挑选出具有不同5’终端的ORFs,将这些具有不同5’终端的ORFs与功能已知的基因片段进行比对,找到重叠率小于20%的候选基因。最后,对这些候选基因用Blast进行序列比对找到满足条件的新基因,并为这些新基因添加功能注释信息。基于以上方法共排除了117个非编码的开放式阅读框,并找到了30个NCBI数据库中缺失的编码蛋白质的新基因。     

可转座基因与植物基因组多样性

高等植物基因组含有大量各式各样的串联重复序列和出现频率很高的散布重复序列,如转座子、反转座子、短散布核元件和一些新发现的小型转座子等,它们当中的大多数是具有移动能力的可转座基因.这些可转座基因在漫长的进化过程中对基因和基因组多样性的形成所起的作用,成为近年来分子生物学领域中的重要研究内容.     

MutPrimerDesign:用于人类基因编码区域突变位点的引物设计程序

位于基因编码区的DNA突变与基因的功能密切相关。在已知人类基因编码区的突变位点时,如何在基因组上设计引物验证该突变是一个重要的问题。本文利用Python语言开发了引物设计程序MutPrimerDesign。MutPrimerDesign通过解析人类基因组序列数据库以及基因注释信息,转换基因编码区坐标为基因组坐标,并调用Primer3的python程序包接口,可批量自动化完成基因突变位点的引物及探针序列设计。MutPrimerDesign使用简便,可识别多种数据库的基因名称,并能够修改引物常规参数,实现引物的快速调整。     

基因组数据库简介

本文以北京大学生物信息中心安装的3个国际著名基因组数据库GDB、GenoList和Ensembl为基础,介绍目前常用的基因组数据库,包括这些数据数据库的内容、数据格式、使用方法,以及用于构建上述数据库的数据库管理系统。 Abstract:A brief introduction to the genome databases GDB,GenoList and Ensembl is given.These databases,mirrored and maintained at the Centre of Bioinformatics,Peking University,provide useful information for genome research.