利用分子进化树计算蛋白质的特异进化速率

本文提出了一种计算蛋白质绝对进化距离和进化速率的方法,它根据现有同源蛋白质的序列构建分子进化树,并推断进化过程中各结点处的共同祖先序列,根据某成员与某结点处共同祖先序列的氨基酸差异百分率,计算该蛋白质序列的特异进化距离和进化速率。比较我们的算法和Ｄａｙｈｏｆｆ等的模拟统计方法表明,我们的算法在一定范围内是正确的。结合计算哺乳动物红细胞生成素的进化速率,讨论了本算法在分子进化研究中的应用。     

水稻螟虫神经肽PBAN及其受体序列的生物信息学分析

【目的】性信息素合成激活肽(PBAN)是控制昆虫产生性信息素的激素,本文旨在分析水稻螟虫神经肽PBAN及其受体的序列。【方法】通过t Blastn同源检索从水稻螟虫基因组和转录组数据库中鉴定水稻螟虫PBAN神经肽及其受体序列,在此基础上进行序列比对及系统发生分析。【结果】发现二化螟Chilo suppressalis、三化螟Tryporyza incertulas和大螟Sesamia inferens的PBAN成熟肽序列均含有33个氨基酸残基,其C端五肽序列完全相同,3种水稻螟虫PBAN多肽相似度为54.55%~63.64%;发现二化螟PBAN受体3个异构体全长氨基酸序列(PBANR-A、PBANR-B和PBANR-C),均含有7个跨膜区域。【结论】进化树分析发现不同昆虫PBAN神经肽及其受体存在一定的保守性和多样性,并且在进化树上的位置几乎与昆虫系统发育分类一致,推测PBAN神经肽和PBAN受体在昆虫系统进化过程中可能存在协同进化现象。本研究为水稻螟虫PBAN神经肽及其受体的结构和功能分析提供基础。     

异源四倍体鲫鲤及其原始父母本细胞周期蛋白B基因克隆与分子遗传分析

细胞周期蛋白(cyclin)B是真核细胞周期运转中调控G2期至M期转化的关键因子.本实验根据斑马鱼细胞周期蛋白 B1基因的剪切方式,设计3对特异于金鱼和银鲫细胞周期蛋白B基因外显子区兼并引物,首次扩增出异源四倍体鲫鲤及其原始亲本红鲫和鲤鱼细胞周期蛋白B基因2条大小分别约为2.4 kb和2.1 kb的片段.测序及比对分析表明：这3种鱼的细胞周期蛋白B基因2个片段均包含8个外显子和7个内含子.内含子剪切位点符合GT/AG规则,推测细胞周期蛋白B基因2个片段可能是细胞周期蛋白B基因的2种存在形式.异源四倍体鲫鲤与其原始父母本细胞周期蛋白B基因片段序列的比较结果表明：无论是外显子区还是内含子区,异源四倍体鲫鲤与其原始亲本都具有较高的遗传相似性,在1 025 bp的外显子序列中相同的碱基位点数达963个,为异源四倍体鲫鲤来源于红鲫和鲤鱼提供了分子证据;同时,异源四倍体鲫鲤与其原始亲本差异碱基位点的存在又表明这一独特的多倍体物种与其原始亲本存在着进化上的变异.此外,还分别以细胞周期蛋白B基因外显子和内含子序列构建了包括异源四倍体鲫鲤及其原始父母本在内的系统进化树.结果初步表明：对于亲缘关系较近的物种,用外显子和内含子序列构建的系统进化树与传统的物种进化树一致;而对于亲缘关系较远的物种,用内含子序列构建的进化树与传统的物种进化顺序存在较大差异.     

虾夷扇贝β-actin基因的克隆和序列分析

为进一步研究虾夷扇贝功能基因的表达调控。利用SMART cDNA文库构建试剂盒成功构建了健康虾夷扇贝外套膜和肾脏两种组织的cDNA文库。对随机选取的4009个克隆进行5′端测序,比对,筛选出1条β肌动蛋白同源序列,对此EST序列两端进行扩增、测序,得到肌动蛋白基因cDNA全长序列。肌动蛋白基因cDNA全长1536bp(不包括polyA),5′端非编码区84bp,3′端非翻译区321bp,阅读框1131bp,编码377个氨基酸。在基因组DNA中,该基因被一个内含子分为两段,内含子位于第41和第42个氨基酸之间,长度为1498bp。系统发育分析显示该肌动蛋白属于β类型。本研究得到的虾夷扇贝β-肌动蛋白基因可以被用于作为定量某种虾夷扇贝mRNA的标准,这为继续研究虾夷扇贝其它功能基因,及其分子生物的进一步研究、促进其他相关分子发育和系统进化研究奠定了基础。     

烟草脉扭病毒基因组部分序列的克隆和分析

烟草脉扭病毒（Tobacco vein distorting virus,TVDV）是引起烟草丛顶病的两种病毒之一。TVDV被归为黄症病毒科的暂定成员。应用黄症病毒科的通用引物和根据马铃薯卷叶病毒属成员核酸序列设计的简并引物,通过RT－PCR从烟草丛顶病烟株总RNA中扩增到了TVDV基因的部分序列。序列分析获得了长度为1654bp的序列,编码推测的TVDV复制酶基因的部分序列,外壳蛋白基因及运动蛋白基因的全部序列。根据这三个基因编码的氨基酸序列构建的分子进化树分析表明,TVDV为黄症病毒科的确定成员。根据其基因间隔区的长度特征和各ORF编码的氨基酸的分子进化分析,我们推测TVDV应当是马铃薯卷叶病毒属的一个新成员。这是TVDV的分子生物学特征的首次报道。     

促葡萄糖转运蛋白基因家族的分子进化研究

葡萄糖转运蛋白是一个在结构上相似功能上不同的多基因家族（ＧＬＵＴ１－ＧＬＵＴ５）。由于这一组蛋白和体内的葡萄糖利用有关,因此被认为是糖尿病胰岛素抵抗（抗性）的一个候选基因。本文比较了不同种生物这一基因家族的氨基酸和核苷酸顺序;推测了亲水性和疏水性分布;计算了蛋白质和核苷酸的进化距离,并在此基础上构建了分子进化树。研究表明：这一基因家族具有高度的同源性、极为相似的亲水性和疏水性分布以及结构的对称性。提示这一基因家族起源于一个共同的祖先并可能通过基因的重复而形成。这一进化机制可能有利于氨基酸结构的稳定及抵抗突变的作用。由于邻元法构建的进化树其分支长度存在差异,提示在这一基因家族的进化过程中,各分支上的进化速率并不相同。蛋白质进化距离和核苷酸进化距离所构建进化树的差异提示了在基因组中可能存在隐匿替换。两种方法构建的进化树都提示了ＧＬＵＴ１、３、４在结构和功能上要更为保守。     

烟草脉扭病毒基因组部分序列的克隆和分析

烟草脉扭病毒(Tobacco vein distorting virus,TVDV)是引起烟草丛顶病的两种病毒之一.TVDV被归为黄症病毒科的暂定成员.应用黄症病毒科的通用引物和根据马铃薯卷叶病毒属成员核酸序列设计的简并引物,通过RT-PCR从烟草丛顶病烟株总RNA中扩增到了TVDV基因组的部分序列.序列分析获得了长度为1654 bp的序列,编码推测的TVDV复制酶基因的部分序列、外壳蛋白基因及运动蛋白基因的全部序列.根据这三个基因编码的氨基酸序列构建的分子进化树分析表明,TVDV为黄症病毒科的确定成员.根据其基因间隔区的长度特征和各ORF编码的氨基酸的分子进化分析,我们推测TVDV应当是马铃薯卷叶病毒属的一个新成员.这是TVDV的分子生物学特征的首次报道.     

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。     

蓖麻蚕线粒体基因组细胞色素氧化酶亚基Ⅲ的序列及其分子进化分析

测定了蓖麻蚕Samia cynthia ricini线粒体基因组(mtDNA)含完整的细胞色素氧化酶亚基Ⅲ(COX3)、tRNA-Gly和部分的NADH亚基Ⅲ(ND3)基因的DNA片段序列。COX3基因编码框包含789个核苷酸,编码262个氨基酸的蛋白质。通过同源性比较,发现COX3基因的3′端比5′端要保守,其编码的蛋白在C端有两个保守序列存在。COX3的下游为66 bp的tRNA-Gly基因。蓖麻蚕的COX3与家蚕COX3同源性最高,核苷酸和氨基酸序列同源性分别是80.2%和85.6%。根据COX3氨基酸序列进行了12种无脊椎动物的分子进化树分析,认为在采用线粒体基因序列进行分子进化分析时,应该综合考虑物种的繁殖模式及生态特点。     

鸡传染性法氏囊病病毒超强毒上海株SH95基因组B片段的克隆与分子系统进化树分析

分离、纯化了鸡传染性法氏囊病病毒超强毒(vvIBDV)上海株(SH95)的病毒核酸dsRNA,应用随机引物将RNA反转录成cDNA,以此为模板一步扩增出全长基因组B片段,将其克隆入pGEM—T载体,并进行序列分析。克隆的B片段全长2827个核苷酸,其编码的氨基酸与超强毒株HK46的同源性达98．18％(863／879)。分子系统进化树分析表明,SH95超强毒株与美国变异株E的亲缘关系最近,但与基于基因组A片段的系统进化分析完全不同,表明该毒株在发生过程中基因重配比基因重组发挥了更重要的作用。通过对14株IBDV编码氨基酸序列的分析、比较,推测B片段上11个独特的氨基酸位点可能与毒力相关。     

Molecular pathology in the diagnosis and treatment of non-Hodgkin's lymphomas

The non-Hodgkin's lymphomas encompass a wide spectrum of hematologic neoplasms that exhibit different clinical and biological features. Lymphomas classically have been initially assessed based on their cytologic and histologic features. Morphology alone is often inadequate as similar appearing neoplasms may be immunophenotypically and molecularly heterogeneous. Molecular diagnostic methods can provide an additional level of testing that not only helps refine diagnoses but can provide prognostic information. New methods are being refined that may provide information to establish precise diagnostic profiles, provide targets for therapy and provide more sensitive methods for monitoring the success of treatment. Molecular methods will be increasingly utilized and eventually required as the accepted method of diagnosis and for monitoring the disease. Understanding of the molecular abnormality and the pathogenesis of the neoplasm hopefully will lead to therapeutic intervention aimed at the specific molecular defect or its product. The molecular pathology of the non-Hodgkin's lymphomas is discussed.     

分子伴侣HdeA与底物蛋白SurA作用机制的模拟研究

分子伴侣HdeA与底物蛋白间的相互作用可帮助底物蛋白复性,这是肠道致病菌得以在酸性环境中幸存的重要原因之一.为探究HdeA发挥伴侣活性的作用机制,本研究采用分子对接和分子动力学的方法,模拟了HdeA与底物蛋白SurA间的相互作用,计算了二者的结合自由能.通过分析HdeA-SurA复合物体系的作用模式、氢键作用以及能量分解的结果,确定了HdeA与底物蛋白SurA结合时发挥重要作用的关键氨基酸残基.该研究结果为以后采用实验手段探究HdeA与底物蛋白之间的作用提供了重要的理论参考,同时为今后设计与开发HdeA的抑制剂提供了理论指导依据.     

Hydrophobic patches on the surfaces of protein structures

A survey of hydrophobic patches on the surface of 112 soluble, monomeric proteins is presented. The largest patch on each individual protein averages around 400 Ų but can range from 200 to 1,200 Ų. These areas are not correlated to the sizes of the proteins and only weakly to their apolar surface fraction. Ala, Lys, and Pro have dominating contributions to the apolar surface for smaller patches, while those of the hydrophobic amino acids become more important as the patch size Increases. The hydrophilic amino acids expose an approximately constant fraction of their apolar area independent of patch size; the hydrophobic residue types reach similar exposure only in the larger patches. Though the mobility of residues on the surface is generally higher, it decreases for hydrophilic residues with Increasing patch size. Several characteristics of hydrophobic patches catalogued here should prove useful in the design and engineering of proteins. © 1996 Wiley-Liss, Inc.     

P-糖蛋白结构及作用机制

ABC (ATP-binding cassette) 转运蛋白广泛存在于各种生物体细胞中,例如细菌的内层细胞浆膜和真核生物的细胞膜和细胞器膜.其利用与ATP的结合和水解供能进行底物的跨膜转运,其中一部分ABC转运蛋白能转运多种疏水性分子.P-糖蛋白隶属于ABC转运蛋白超家族,是研究最为透彻的一员,主要功能是防止机体对外来有害物质的摄入.P-糖蛋白(P-glycoprotein)由4 个基本结构域组成,2 个跨膜区和2 个位于细胞浆内的核苷酸结合区.核苷酸结合区参与ATP的结合和水解,而各由6 个α 跨膜螺旋组成的2个跨膜区联合构成了底物跨膜转运的通道.P 糖蛋白能转运多种不同结构的底物,包括脂类、胆汁酸、多肽和外源性化学物质,这对机体的生存至关重要,但同时也存在不利的一面,包括干扰了药物的运输,从而导致了多药耐药现象的产生.本文就P-糖蛋白的分子结构和作用机制的最新研究进展进行综述.     

分子系统学在微体古生物及相关领域中的应用

核酸（ＤＮＡ和ＲＮＡ）和蛋白等生物大分子（尤其是它们的序列资料）可作为重要的生物性状用于系统分类和演化等主题的研究。相对于形态学性状而言,分子性状不仅是前者的补充,而且具有许多前者无法比拟的优点;比如ＤＮＡ作为遗传信息的直接载体能较准确地反映生物类群之间的系统发生关系、信息量巨大、易于定量化和进行计算机分析等等。分子古生物研究包含两个方面：一、发掘化石生物分子,以提供历史生物界演化过程中的直接遗传学证据以及检验分子演化速率等方面的独特数据;二、利用现代分子生物学数据,探讨化石生物界的系统发生问题。上述两个研究方向均已成为当今演化生物学领域的热点。有孔虫等具有重要化石记录的微体生物的分子系统学研究已经开始。随着现生的和化石的生物分子资料的逐渐积累,预期在不久的将来,分子资料将成为微体古生物研究中不可缺少的重要数据之一。     

The selectivity of protein‐imprinted gels and its relation to protein properties: A computer simulation study

Polymer‐based protein recognition systems have enormous potential within clinical and diagnostic fields due to their reusability, biocompatibility, ease of manufacturing, and potential specificity. Imprinted polymer matrices have been extensively studied and applied as a simple technique for creating artificial polymer‐based recognition gels for a target molecule. Although this technique has been proven effective when targeting small molecules (such as drugs), imprinting of proteins have so far resulted in materials with limited selectivity due to the large molecular size of the protein and aqueous environment. Using coarse‐grained molecular simulation, we investigate the relation between protein makeup, polymer properties, and the selectivity of imprinted gels. Nonspecific binding that results in poor selectivity is shown to be strongly dependent on surface chemistry of the template and competitor proteins as well as on polymer chemistry. Residence time distributions of proteins diffusing within the gels provide a transparent picture of the relation between polymer constitution, protein properties, and the nonspecific interactions with the imprinted gel. The pronounced effect of protein surface chemistry on imprinted gel specificity is demonstrated.     

Identification of the PcrA DNA helicase reaction pathway by applying advanced targeted molecular dynamic simulations

PcrA DNA helicase uses the free energy of hydrolysis and binding of ATP to unwind double-stranded DNA (ds-DNA). There are two states of PcrA, termed the substrate and product complexes and, through the conformational changes between these two states, PcrA moves along ds-DNA and separates the two strands. In this study, two different methods, namely chain minimisation (CM, less reliable method) and auto targeted molecular dynamic (TMD) simulation (more reliable), were performed to generate two different initial reaction pathways between these two states, and then fixed root mean square distance (RMSD) TMD simulation was performed to optimise these two initial pathways. In general, the two optimised pathways share very similar major conformational changes, but are different in the minor motions. The potential energy profiles of the two improved pathways are generally similar, but the one generated by the improved TMD path is slightly lower. Considering the poor reliability of the initial path generated by CM and insignificant improvements of the auto-TMD path, our study suggests that fixed RMSD TMD simulation can generate reliable reaction pathways, but the different initial paths still have some influence on the detailed conformational analysis.     

Hsp90 and co‐chaperones twist the functions of diverse client proteins

Hsp90 molecular chaperones are required for the stability and activity of a diverse range of client proteins that have critical roles in signal transduction, cellular trafficking, chromatin remodeling, cell growth, differentiation, and reproduction. Mammalian cells contain three types of Hsp90s: cytosolic Hsp90, mitochondrial Trap‐1, and Grp94 of the endoplasmic reticulum. Each of the Hsp90s, as well as the bacterial homolog, HtpG, hydrolyze ATP and undergo similar conformational changes. Unlike the other forms of Hsp90, cytosolic Hsp90 function is dependent on a battery of co‐chaperone proteins that regulate the ATPase activity of Hsp90 or direct Hsp90 to interact with specific client proteins. This review will summarize what is known about Hsp90's ability to mediate the folding and activation of diverse client proteins that contribute to human diseases, such as cancer and fungal and viral infections. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Biopolymers 93: 211–217, 2010. This article was originally published online as an accepted preprint. The “Published Online” date corresponds to the preprint version. You can request a copy of the preprint by emailing the Biopolymers editorial office at biopolymers@wiley.com