中华猕猴桃基因组可变剪接事件鉴定及分析

可变剪接使一个基因能产生多种m RNA成熟体,极大地增加蛋白多样性.采用中华猕猴桃基因组数据做参考数据,利用中华猕猴桃叶片和果实3个不同发育时期(未成熟、半成熟和成熟期)的转录组数据,从中华猕猴桃基因组(39040个基因)中共鉴定出11651个基因(占总基因数的29%)对应的32180个可变剪接事件.在可变剪接不同类型中,内含子保留类型的发生频率最高,占50%以上;3′可变位点类型频率约为5′端可变类型的2倍.GO富集分析结果表明,可变剪接的基因主要富集于酶调控及核苷酸结合相关功能的GO类别中,而组织特有可变剪接基因功能富集热点与组织的重要功能关联,叶片多为肌动蛋白及微管相关;未成熟果实与双组分信号系统相关;半成熟果实多与磷脂合成过程相关;成熟果实多与信号传递过程相关.另外,55.6%的维生素合成相关基因发生可变剪接事件,显著高于基因组水平的29.6%,暗示着可变剪接参与维生素合成相关基因代谢过程中的重要作用.通过对中华猕猴桃全基因组可变剪接的分析,为解析中华猕猴桃基因组及进一步开展相关分子育种工作提供依据.     

mRNA选择性剪接的分子机制

真核细胞mRNA前体经过剪接成为成熟的mRNA,而mRNA前体的选择性剪接极大地增加了蛋白质的多样性和基因表达的复杂程度,剪接位点的识别可以以跨越内含子的机制(内含子限定)或跨越外显子的机制(外显子限定)进行。选择性剪接有多种剪接形式：选择不同的剪接位点,选择不同的剪接末端,外显子的不同组合及内含子的剪接与否等。选择性剪接过程受到许多顺式元件和反式因子的调控,并与基本剪接过程紧密联系,剪接体中的一些剪接因子也参与了对选择性剪接的调控。选择性剪接也是1个伴随转录发生的过程,不同的启动子可调控产生不同的剪接产物。mRNA的选择性剪接机制多种多样,已发现RNA编辑和反式剪接也可参与选择性剪接过程。     

细菌Ⅱ组内含子（GroupⅡintron）的转移机制

摘要: 约14年前在真核生物中发现的Ⅱ组内含子不仅具有催化功能,而且是可移动的逆转录元件。近年来研究发现细菌中也有可移动的Ⅱ组内含子,它们能够逆转录归巢进入同源无内含子的等位基因位点或者逆转录转座进入非等位基因位点。本文试图从细菌Ⅱ组内含子编码蛋白的活性功能域的组成与Ⅱ组内含子转移发生途径之间的联系,综述已知细菌Ⅱ组内含子主要的移动机制。同时,依据作者多年来研究海洋蓝细菌Ⅱ组内含子编码蛋白对Ⅱ组内含子剪接机理的结果,探讨了海洋蓝细菌Ⅱ组内含子是否会发生转移以及可能的转移方式,探讨了Ⅱ组内含子在生物基因组中发生转移的生物学意义。     

内含子Ⅱ的作用机制和演化

内含子是广泛存在于原核生物的叶绿体、线粒体以及真核生物基因组中的非编码DNA序列,但其含有的调控元件却常常影响基因的表达效率。内含子的自我剪接在mRNA的成熟过程中起着重要作用,内含子也可利用逆转录剪接作用插入到同源或异源DNA中,同时也常常通过“外显子改组”来促进基因进化。文章重点介绍了近年来在内含子Ⅱ作用机制及演化方面研究的最新进展。     

内含子对真核基因表达调控的影响

大多数真核基因都含有非编码的间隔序列--内含子,根据剪接机制的不同,可将内含子分为3类:真核mRNA内舍子、自我剪接内含子和真核tRNA内含子.在多数情况下,真核mRNA内含子的存在可以提高基因的表达水平.因为其剪接过程会影响mRNA新陈代谢的多个阶段,包括转录、RNA编辑、pre-mRNA的加工、mRNA的出核运输、翻译和无义衰变等.真核mRNA内含子在真核生物基因表达调控中起着重要的作用,是转基因研究中提高外源基因表达的重要元件之一.就真核mRNA内含子的特性、剪接机制及其对真核基因表达调控的影响作一概述.     

嗜热四膜虫可变剪接基因鉴定及功能分析

可变剪接是产生蛋白质组多样性和调节基因表达的重要机制,相关研究在高等真核生物中开展较多,而在单细胞真核生物中则较少,尤其是单细胞原生动物纤毛虫中,仅有少量报道。本文基于单细胞模式原生动物嗜热四膜虫种大量转录组数据,对其可变剪接基因进行了鉴定及分析。在嗜热四膜虫中共鉴定到2 894个可变剪接位点,涉及到2 698个可变剪接基因,可分为四类。考虑到转录本拼接的准确性,选择了其中464个与基因组预测模型完全一致的可变剪接基因进行深入分析,其中生长(growth)时期、饥饿(starvation)时期、接合生殖(conjugation)时期特异性的可变剪接基因分别为49个、79个和135个。对可变剪接基因的功能进行分析表明其涉及的功能广泛且显著富集于蛋白激酶过程,提示可变剪接基因在嗜热四膜虫蛋白磷酸化和信号传导中具有重要作用。     

基于RNA-seq测序数据鉴定和分析猪基因组可变剪接事件

可变剪接作为一种增加基因组和蛋白质组多样性的重要机制,广泛发生于真核生物基因转录的过程中.本文采用Illumina Hiseq 2500测序平台对猪睾丸组织4个不同发育时期(60胚龄、90胚龄、30日龄和180日龄)进行转录组测序,以猪基因组数据为参考,鉴定和分析了猪基因组可变剪接事件.从猪基因组中鉴定出20398个基因(80.6%)对应的92738个可变剪接事件.在不同的可变剪接类型中,以第一个外显子可变剪切(alternative 5′first exon,TSS)、最后一个外显子可变剪切(alternative 3′last exon,TTS)、单外显子跳跃(skipped exon,SKIP)和可变5′或3′端剪切(alternative exon ends,AE)4种类型为主,分别占所有可变剪接事件的41.0%,32.9%,7.6%和7.4%.GO功能富集分析显示,发生可变剪接的基因主要富集于物质合成、物质结合及酶活性相关的GO项中,而各发育时期特异的可变剪接基因与发育时期的生理状态密切相关,60胚龄时主要与酶活性和组织形成相关,30日龄时主要与抗环境应激和离子通道活性相关,180日龄时则主要与循环系统相关.此外,在筛选出64个与睾丸素代谢相关的基因中,63个基因发生可变剪接,且以TSS和TTS为主,表明这两种可变剪接类型与睾丸素合成和分泌密切相关.通过对猪基因组可变剪接的分析,为深入研究可变剪接生物学功能及进一步开展分子育种工作提供理论依据.     

基于RNA-Seq数据识别果蝇剪接位点和可变剪接事件

完整基因结构的预测是当前生命科学研究的一个重要基础课题,其中一个关键环节是剪接位点和各种可变剪接事件的精确识别.基于转录组测序（RNA-seq）数据,识别剪接位点和可变剪接事件是近几年随着新一代测序技术发展起来的新技术策略和方法.本工作基于黑腹果蝇睾丸RNA-seq数据,使用TopHat软件成功识别出39718个果蝇剪接位点,其中有10584个新剪接位点.同时,基于剪接位点的不同组合,针对各类型可变剪接特征开发出计算识别算法,成功识别了8477个可变剪接事件（其中新识别的可变剪接事件3922个）,包括可变供体位点、可变受体位点、内含子保留和外显子缺失4种类型.RT-PCR实验验证了2个果蝇基因上新识别的可变剪接事件,发现了全新的剪接异构体.进一步表明,RNA-seq数据可有效应用于识别剪接位点和可变剪接事件,为深入揭示剪接机制及可变剪接生物学功能提供新思路和新手段.     

转录后加工中剪接的多样性

基因表达过程中,转录得到的原始RNA(RNA前体)要经过加工才能成为成熟的RNA。剪接是众多转录后加工内容中的一种。剪接结果切除RNA前体中由基因内含子转录得到的居间序列,将外显子转录部分联接起来。剪接是多式多样和复杂的。对剪接机制的研究,无论在理论上(如基因表达的调控)和在实际上(如基因工程)都是有意义的。     

植物基因选择性剪接:断舍离合,达权知变

选择性剪接是基因转录后的mRNA通过不同的剪接方式产生多样性成熟转录本的过程,是真核生物细胞中一种重要的转录后调控方式。植物基因也常通过这种断舍离合的方式产生一专多能的转录本,达到调节多种生命活动的目的。相较于动物,植物中该领域的研究起步较晚,但近年来也取得了长足的进步。该文综述了植物基因选择性剪接的生物学意义、剪接方式和机制、研究方法以及在生长发育与环境胁迫适应性调节中的作用,并展望了未来的研究方向。     

可变剪接调控因子SRSF2的研究进展

RNA剪接是指从mRNA前体中去除内含子、连接外显子形成成熟mRNA的过程。由于选择不同的剪接位点,可变剪接控制着从单一前体mRNA生成多种成熟mRNA的过程,因此是真核生物中转录后调控基因表达和决定蛋白质多样性的重要层次。SR蛋白家族是参与调控可变剪接的一类重要的剪接因子。SRSF2是SR蛋白家族的一员,具有经典的SR蛋白结构域。SRSF2不仅能够调控可变剪接,还能调控基因的转录过程,在维持胸腺、骨髓等造血系统的正常发育以及维持肝脏代谢稳态中是非常关键的调控因子。大量的研究表明:SRSF2的突变与骨髓增生异常综合征等造血系统疾病密切相关。本文总结了SRSF2最近的研究进展,以期对SRSF2在体内的功能有更全面和深入的理解,并为相关疾病的研究和治疗提供一定的思路。     

抗肿瘤多肽9R-P201诱导下的肝癌HepG2细胞转录组测序分析

旨在探索多肽9R-P201处理肝癌HepG2细胞后基因融合、单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)突变、可变剪接等事件,并分析差异表达基因所参与的生物学进程与信号通路,以期解析多肽9R-P201在转录组水平对肝癌细胞的调控。通过转录组测序检测9R-P201处理肝癌HepG2细胞前后基因差异表达情况,tophat-fusion软件检测基因融合,SAMTOOLS软件检测SNP位点,r MATS软件鉴定可变剪接,使用基因本体(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析方法对差异表达基因进行功能富集分析。结果共检测到可变剪接事件276个、SNP位点5 557个、基因融合事件45个;同时共得到显著差异表达基因403个,其中上调269个而下调134个,基因的功能富集分析结果显示差异表达基因显著富集细胞生长、迁移等肿瘤相关生物进程,并参与多条与癌症相关的信号通路。研究表明在9R-P201诱导HepG2细胞后,导致表达差异基因显著与肿瘤生物学进程和通路相关,并发生了大量可变剪接、SNP突变、基因融合等事件,这暗示着该多肽有望作为后续肝癌介入治疗潜在药物分子。     

核小体定位与RNA剪接

根据核小体定位序列和缺失序列的碱基分布特征,应用多样性增量二次判别方法(IDQD)构建模型对这两类序列进行了区分,受试者操作特性曲线下的面积达到了0.958．应用这一模型研究了核小体在人类基因组剪接位点(GT/AG)邻近序列中的分布方式,发现外显子所对应的DNA序列通常倾向参与核小体的形成,并且由它所转录的RNA统计上具有较强的刚性,而剪接位点及其邻近的内含子对应的DNA序列则避免参与核小体的形成,所转录的RNA统计上具有较强的柔性．进一步还发现,DNA序列的核小体定位/缺失和RNA的刚性/柔性具有统计相关性,为从机制上解释为何前体RNA剪接事件与DNA序列中的核小体定位信息有关提供了依据．     

II类内含子的研究进展

自1977年以来,发现绝大多数真核生物的基因都是不连续的,即在编码序列中间有一个或数个间插序列(intervening sequence,IVS),前者被称为外显子(exon),后者被称为内含子(intron)。在DNA转录时,外显子和内含子的全部序列都被转录,形成前体mRNA。然后经过转录后加工,引入5′端帽子结构,3′端加上一段多聚腺苷酸。再经过剪接,去除不翻译的间插序列,把翻译部分连成一条链,形成成熟的mRNA。而原核生物的基因转录成mRNA,随即翻译成蛋白质,基因是连续的,在转录和翻译的过程中不需要剪接。     

可变剪接在神经发育过程中对生物学功能的影响

可变剪接(alternative splicing)发生在前体m RNA向成熟m RNA的转换过程中,是转录后表达调控和产生蛋白质多样性的重要机制。可变剪接在真核生物中普遍存在,神经系统发育作为一个极其复杂且严密的过程,可变剪接对它的影响更明显。近年来,一些参与神经发育的可变剪接事件已经得到一定程度的验证,可以得知它的发生影响了突触生长、突触传递和神经干细胞的形成等生物学功能。同时,当可变剪接的模式发生改变时往往也会造成神经系统的功能异常。因此,本文就可变剪接的机制进行了简短的介绍,探索其在神经发育及神经疾病中的作用,并简单总结了相关数据库。     

果蝇内含子3＇剪接位点的选择机制

从７２２个果蝇基因中,选出了３２４个内含子作为分析３＇剪接位点的选择机制的研究对象,结果表明Ｓｍｉｔｈ的扫描选择机制表述为＇＇３＇剪接位点是一致新闻记者基架上分支点和多嘧啶区下游的优势ＡＧ＇＇更合理,对于ＯＲＦ约束在生物学操作上的含义作了必要的讨论。     

Brr2解旋U4/U6 SnRNAs的调控机制

前体mRNA(precursor messager RNA,pre-mRNA)剪接是去除内含子和将外显子彼此连接形成成熟mRNA的过程。剪接过程在一个呈动态变化的大核糖核蛋白(ribonucleoprotein, RNP)复合体,即剪接体催化作用下完成。DExD/H-box RNA解旋酶在剪接体组装、激活及解聚过程中都发挥着重要作用。Brr2(bad response to refrigeration 2)这种DExD/H-box RNA解旋酶是构成U5稳定的亚单位。Brr2含有两个串联解旋酶盒结构,在剪接体激活中负责U4/U6的解旋,还参与剪接体催化及解聚过程,因此Brr2在剪接过程中必需具备严格的调控机制。在剪接过程中,Prp8的C端包含两个连续的RNase H域和Jab1/MPN域,能够正负调控Brr2活性。Snu114在调节Brr2活性中具有非常重要的作用。此外,Brr2通过C端解旋酶盒(C-terminal cassette, CC)与N末端域(N-terminal region)进行分子内的自我活性调节。本文综述了近年来在Brr2的分子间和分子内活性调节机制的研究进展,这些不同的调节机制协同作用才确保真核生物pre-mRNA可变剪接的保真性。     

寻找mRNA的选择性剪接

在真核生物的基因中,mRNA选择性剪接现象十分普遍。mRNA选择性剪接导致一个基因多转录本的产生,被认为是高等生物增加蛋白质多样性的主要机制,且已发现与许多人类疾病密切相关。发现这些转录本的选择性剪接位点、新的外显子和外显子组合,乃至获得这些剪接变异体的完整克隆,对于基因功能的深入研究十分必要。简要介绍了几种在mRNA水平探索选择性剪接的方法。     

果蝇内含子3＇剪接位点的选择机制

从７２２个果蝇基因中,选出了３２４个内含子作为分析３＇剪接位点的选择机制的研究对象。结果表明Ｓｍｉｔｈ的扫描选择机制表述为″３′剪接位点是一致阅读基架（ＯＲＦ）上分支点和多嘧啶区下游的优势ＡＧ″更合理。对于ＯＲＦ约束在生物学操作上的含义作了必要的讨论。     

拟南芥不同组织基因表达及可变剪接差异分析

可变剪接是转录后重要的基因表达调控方式,也是转录组和蛋白质组多样性的重要来源. 近年来随着拟南芥、水稻、玉米等植物转录组测序的完成,研究人员发现植物pre-mRNA可变剪接的发生与组织分化、发育等生物学过程密切相关. 本工作基于GEO数据库的RNA-seq数据,使用高通量测序数据分析常用的Trimmomatic、Salmon、DESeq2、SUPPA2等工具,识别了拟南芥的种子、根、叶、花、花梗、节间、长角果共7种组织的表达基因和可变剪接事件,以及7种组织间的差异表达基因和差异可变剪接事件,并以叶和花为例展示了相应的生物学功能分析. 该工作系统地研究了拟南芥基因表达和可变剪接发生的组织特异性,有助于进一步阐明植物基因组的基因表达调控机制.