利用CRISPR/Cas9双基因敲除系统初步解析大豆GmSnRK1.1和GmSnRK1.2对ABA及碱胁迫的响应

蔗糖非发酵相关激酶(sucrose non-fermenting related protein kinases, SnRKs)是广泛存在于植物中的一类Ser/Thr蛋白激酶,在植物的生长、发育、代谢和抗逆等方面具有重要调节作用。大豆(Glycine max L.)基因组中含有4个SnRK1同源基因,其中GmSnRK1.1和GmSnRK1.2为两个主要表达基因,可能参与大豆多种抗逆途径。为解析大豆GmSnRK1.1和GmSnRK1.2对ABA及碱胁迫的响应,本研究构建了双靶点CRISPR载体定向敲除GmSnRK1.1和GmSnRK1.2基因,利用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)介导大豆遗传转化,获得双基因敲除突变体毛状根,经测序鉴定双基因突变率为48.6%;同时,利用实验室前期构建的植物超量表达载体获得超量表达GmSnRK1基因大豆毛状根。经25 μmol/L ABA处理15 d,对照组和超量表达毛状根的生长受到明显抑制,其根长与根鲜重均显著低于双基因敲除突变体毛状根;经50 mmol/L NaHCO₃处理15 d,对照组和双基因敲除突变体毛状根的生长受到明显抑制,其根长与根鲜重均显著低于超量表达毛状根。本研究建立的CRISPR/Cas9系统能够有效地对大豆进行GmSnRK1.1和GmSnRK1.2双基因敲除,基因敲除突变降低了植物对ABA的敏感性及对碱胁迫的耐性,研究结果初步说明SnRK1激酶在植物响应非生物胁迫中具有重要作用。     

基于Cfku70基因失活策略构建果生刺盘孢的高效基因敲除底盘菌株

果生刺盘孢侵染危害多种植物,是重要的植物病原真菌。在一些丝状真菌中,敲除非同源末端连接修复通路的关键基因ku70或ku80可显著提高同源重组效率,进而提高靶基因置换频率。本研究从果生刺盘孢基因组鉴定到Cfku70和Cfku80两个基因,并明确了基因失活对菌株生物学表型和基因敲除效率的影响。敲除Cfku70或Cfku80不影响菌株的菌落形态、营养生长、产孢、分生孢子萌发、侵染结构发育和致病;Cfku70基因敲除还大幅提升3个测试基因的敲除效率。本研究证实Cfku70基因失活能显著提高果生刺盘孢的基因敲除效率,适宜作为高效基因敲除的底盘菌株,研究结果为通过批量敲除策略筛选新型致病因子奠定重要基础。     

Cmku70基因敲除对蛹虫草生长发育的影响

ku70和ku80是非同源末端连接修复通路的关键基因,在一些丝状真菌中其基因敲除株可作为底盘菌株,提高同源重组效率和基因敲除效率。本研究从蛹虫草基因组中鉴定得到Cmku70及Cmku80基因,分别编码分子量为71.50kDa和80.96kDa的蛋白,均含有Ku core结构域,预测均定位于细胞核。系统进化分析表明Ku70和Ku80蛋白在真菌中广泛存在,且具有保守性。通过农杆菌介导的同源重组法敲除Cmku70,发现不影响蛹虫草菌丝生长、见光转色、分生孢子形成及形态等无性生长过程,但敲除后不能形成子实体,因此Cmku70敲除株不宜用作蛹虫草生长发育相关基因高效敲除的底盘菌株。     

利用 CRISPR/Cas9 系统定向编辑黑腹果蝇Osiris24基因

Osiris基因在几丁质沉积过程中表达,可能参与昆虫表皮的发育。本研究利用CRISPR/Cas9 基因编辑系统对Osiris24基因进行编辑,进而观察Osiris24突变体果蝇的性状并且检测Osiris24的表达特征。在Osiris24第1外显子设计2个sgRNA靶位点,插入到pCFD4敲除载体骨架中,同时构建酵母Gal4蛋白序列的供体(donor)载体,将2个载体同时注射到nos-Cas9胚胎中获得G0代转基因果蝇。结果显示,G0代基因编辑阳性率为92.8%,Osiris24纯合突变体在胚胎或1龄幼虫期致死,杂合突变体未观察到可见表型。将阳性G0代雄虫与UAS-GFP雌虫杂交,检测不同龄期和不同组织GFP信号表达情况。结果发现,Osiris24在不同龄期幼虫中均有表达,幼虫期主要在体壁、气管、前肠和后肠高表达,蛹期主要在体壁和翅上表达,推测其在果蝇发育中发挥重要作用,本研究为深入探究Osiris基因功能提供了研究模型。     

DEAD／H盒超家族新成员—人DDX36和小鼠Ddx36基因的分子克隆和特性

果蝇的基因组序列已经测定 ,因此它是结构基因组学和功能基因组学研究的最为理想的一种模式生物。果蝇中具有RNA和DNA解旋酶功能的非雄基因 (maleless,mle) ,在果蝇的生殖细胞中参与基因的转录后调节。从果蝇非雄基因的全序列出发 ,使用同源克隆的策略克隆了具有长的DNA/RNA解旋酶盒 (DEAD/DEAHbox)的人和小鼠新的同源基因 ,分别命名为DDX36和Ddx36。这两个基因属于DEAD/H盒超家族新成员。人的DDX36与果蝇非雄基因在氨基酸序列上有 37%的一致性和 5 8%相似性 ,与新克隆的小鼠Ddx36在氨基酸序列上有 91 %的一致性和 94 %相似性。1 6种组织的Northern杂交结果显示 ,在睾丸中有一条信号非常强 3 .8kb的杂交带 ,其余组织中不表达或仅可见一条非常微弱的 3.8kb的杂交带。定位分析表明该基因位于染色体 3q2 5 .1～ 3q2 5 .2 ;结构分析初步确定有 2 6个外显子和 2 5个内含子。DDX36和Ddx36基因可能与性别分化、精子发生和男性生育有关     

Hippo信号通路调控免疫细胞的功能

Hippo信号通路最初是在果蝇(Drosophila)中被发现的,是在进化上高度保守并能调控器官大小的信号转导通路。在哺乳动物多种组织器官中,Hippo信号通路的关键激酶MST1和MST2(果蝇Hippo激酶的同源分子)通过抑制下游的转录共激活分子YAP(果蝇中为Yorki)的活性来实现对细胞增殖和凋亡的调控。在这些组织器官中条件性敲除Mst1和Mst2或过表达Yap大都会造成细胞过度增殖或肿瘤的发生。近年来,随着研究的不断深入,Hippo信号通路不依赖于YAP的非经典功能也逐渐被发现。其中,Hippo信号通路多个成员在免疫系统中的调控功能逐渐成为该领域的研究热点,特别是在免疫细胞发育分化、机体自身免疫性疾病及应对病毒和细菌入侵等过程中所发挥的调控作用。本文重点阐述了Hippo信号通路在T淋巴细胞中发育、分化、活化和迁移等方面及在部分天然免疫细胞抗感染过程中的功能和调控。     

尖孢镰刀菌亚麻专化型Folprp4基因参与调控菌丝生长和分生孢子发生

目的: 通过对尖孢镰刀菌中Folprp4基因的鉴定,揭示其在尖孢镰刀菌中的功能及致病相关性。方法: 基于同源重组原理,根据测定出的Folprp4基因序列,应用Split-Marker重组技术构建含有潮霉素抗性基因(hph)的基因缺失盒。将基因缺失盒经PEG介导转化到野生型原生质体中,在含有潮霉素B的TCC培养基上筛选转化子,通过PCR正负筛查获得Folprp4基因缺失突变株(ΔFolprp4)。构建含有Folprp4基因的载体pZDH1,并将其转化到敲除突变体中进行互补测验。结果: 与野生型(hm)和异位插入突变体(ecFolprp4)相比,敲除突变体菌丝生长受到严重阻碍,当野生型和异位插入突变体长满整个平板时,敲除突变体菌落呈小点状。敲除突变体的另一个显著变化是ΔFolprp4的分生孢子产量显著下降。侵染实验表明,ΔFolprp4对亚麻幼苗的毒力显著降低。互补实验表明,该互补载体的回复子(Folprp4-C)在菌落形态、生长速率、分生孢子产量和毒力方面均恢复到了野生型菌株。结论: Folprp4基因与尖孢镰刀菌的菌丝生长、分生孢子发生和致病性有关。     

叉头转录因子1基因FOXO1的特征及其在葱蝇夏滞育前期蛹体内糖脂代谢中的作用(英文)

【目的】克隆和鉴定葱蝇Delia antiqua叉头转录因子1基因,探究其在葱蝇夏滞育前期蛹体内糖代谢和脂代谢中的作用。【方法】本研究基于葱蝇转录组数据利用3′RACE法克隆叉头转录因子1基因的全长开放阅读框;利用生物信息学法分析了该基因编码蛋白的序列特征、保守结构域和二级结构,并采用最大似然法对其与其他13种昆虫来源的同源序列进行了聚类分析。通过RNA干扰技术沉默目的基因后,采用实时定量PCR法分析葱蝇夏滞育前期蛹体内目的基因下游脂肪酶brummer基因(DaBmm)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(DaDepck)的表达规律,并对甘油三脂(TAG)、海藻糖和葡萄糖含量及总脂肪酶的活性变化进行分析。【结果】克隆得到了葱蝇叉头转录因子1基因DaFOXO1 (GenBank登录号: MG813258),其编码蛋白含有619个氨基酸,具有典型的叉头DNA结合域,核定位信号,2个14-3-3结合区和1个富含谷氨酰胺区;DaFOXO1与铜绿蝇Lucilia cuprina FOXO1蛋白的氨基酸序列有87%的一致性,并与其聚为一支。干扰葱蝇夏滞育前期蛹DaFOXO1后,8-20 h间可显著抑制DaBmm基因的表达,12-24 h间可显著影响TAG含量和总脂肪酶的活性,8-20 h(16 h除外)间可显著降低DaPepck的表达,但对葡萄糖和海藻糖的含量没有显著影响。【结论】本研究结果表明海藻糖和葡萄糖的积累在化蛹前已完成;DaFOXO1对DaBmm和DaDepck基因的表达调控可能有利于葱蝇夏滞育前期蛹体内的脂肪积累。同时也表明靶向Bmm依赖性脂类水解过程及其下游因子可为打破昆虫滞育提供一种有效策略。     

重金属镉胁迫对果蝇dDnmt2、dMBD2/3表达量的影响

【目的】探明重金属镉(Cadmium,Cd)对黑腹果蝇Drosophila melanogaster DNA甲基化修饰相关基因表达的影响,初步分析镉胁迫可能导致果蝇的表观遗传变异及其可遗传性。【方法】收集8 h内羽化未交配的雌、雄果蝇,在添加不同质量浓度(0、0.9375、1.875、3.75、7.5、15.0、30.0、60.0 mg/kg)Cd的培养基中培养,以Real-time PCR定量检测亲代(F0)果蝇生殖系统、去生殖系统体细胞、整体表达量变化趋势及解除胁迫的子代(F1)果蝇DNA甲基化修饰系统相关基因(dDnmt2、dMBD2/3)在mRNA水平的表达变化。【结果】重金属镉胁迫诱导了果蝇卵巢、精巢、去卵巢雌果蝇、去精巢雄果蝇、完整雌果蝇、完整雄果蝇的dDnmt2、dMBD2/3在mRNA水平的表达上调,呈现一定剂量依赖性及雌、雄组织差异性,且这种表达变化持续至子一代。【结论】研究结果揭示了重金属镉胁迫可诱导果蝇dDnmt2、dMBD2/3表达量上调,其可能与果蝇的DNA甲基化修饰过程相关联,导致表观遗传变异并可能向子代传递。     

Toll样受体4(TLR4)基因剔除小鼠构建及初步表型分析

目的 利用CRISPR/Cas9技术构建Toll样受体4(TLR4)基因敲除小鼠模型,并观察突变小鼠对革兰氏阴性细菌脂多糖(LPS)刺激响应的变化。方法 针对TLR4基因外显子2设计并合成1对sgRNA片段,与编码Cas9的mRNA混合后通过受精卵显微注射方法,建立TLR4基因敲除小鼠,通过繁育获得基因敲除纯合子小鼠(TLR4^-/-小鼠);通过LPS刺激,分析TLR4^-/-小鼠对炎症应激的反应情况,并在分子和病理水平上和野生型对照(WT)进行比较。结果 PCR及测序检测表明TLR4基因外显子2在小鼠基因中被成功敲除;给予LPS刺激后,IL1β、IL6、MyD88、iNOS及TNFa等炎症因子的表达在野生型小鼠的心、肝和肺组织中显著上调,而在TLR4^-/-小鼠中则几乎没有变化;血生化指标显示LPS刺激后WT小鼠血清中的尿素(Urea)和肌酐(Cre)水平显著升高,而TLR4^-/-小鼠刺激前后无显著变化,病理分析同样发现TLR4^-/-小鼠能够抵抗LPS对肾组织的损伤。结论 利用CRISPR/Cas9技术成功构建了TLR4基因剔除小鼠模型,TLR4的缺失能够降低IL1β、IL6、MyD88、iNOS及TNFa炎症因子对LPS刺激的响应,抑制LPS引起的炎症反应及对组织的损伤。     

利用CRISPR/Cas9系统构建FGF21基因敲除小鼠模型

成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors, FGFs)是细胞间的多功能信号分子,调节生物体的多种生理功能。FGF21作为一种重要的调控因子,对毛囊发育及生长周期具有重要作用。为研究FGF21基因对毛囊发育及生长周期的影响及作用机制,本研究通过构建靶向敲除FGF21基因的载体,体外将Cas9 mRNA和gRNA显微注射到FVB小鼠受精卵中,在小鼠FGF21基因的第1外显子上造成移码突变,从而获得FGF21基因敲除(knock out, KO)小鼠。通过测序鉴定F₀代小鼠基因型,共获得3只FGF21等位基因敲除小鼠(Fgf21 ^-/-);qRT-PCR和Western blotting结果表明,在Fgf21 ^-/-小鼠中未检测到FGF21 mRNA表达和FGF21蛋白表达;经脱毛再生及皮肤组织H&E染色发现,与野生型(wild type, WT)小鼠相比,Fgf21 ^-/-小鼠体重降低、器官组织未出现异常变化、毛发生长速度减慢、毛囊的直径和毛发的密度均减小。本研究利用CRISPR/Cas9技术成功构建了Fgf21 ^-/-小鼠模型,为后续研究FGF21基因在毛囊发育及生长周期中的功能提供了更好的动物模型。     

Ash2l-1/Ash2l-2在小鼠胚胎干细胞中的表达特异性及互补效应

H3K4me3是一种重要的表观遗传修饰,主要由MLL(mixed lineage leukemia)甲基转移酶复合体催化,对小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells, mESCs)自我更新能力的维持具有重要作用。ASH2L是MLL复合体中一个重要的核心亚单位,参与调控mESCs中染色质的开放状态。ASH2L在mESCs中有2个异构体：ASH2L-1(80 kDa)和ASH2L-2(65 kDa),且以ASH2L-2的表达为主;而在小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblast, MEF)中,只有ASH2L-1表达。目前,Ash2l-1和Ash2l-2在mESCs中的作用尚不清楚。本文利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术,建立了Ash2l-1 ^-/-和Ash2l-2 ^-/-mESCs。通过碱性磷酸酶染色、免疫荧光染色和qRT-PCR发现,Ash2l-1 ^-/-和Ash2l-2 ^-/-mESCs在碱性磷酸酶、多能性调控转录因子(Oct4、Nanog、Sox2和Klf4)的表达与野生型对照无显著差异。通过拟胚体分化实验,发现Ash2l-1 ^-/-mESCs诱导的拟胚体在Snai2(外胚层标记基因)和Gata4(内胚层标记基因)的表达上显著低于野生型mESCs诱导的拟胚体(P<0.01)。通过Western blotting,发现Ash2l-1 ^-/-mESCs中ASH2L-2的表达显著上调(P<0.01),Ash2l-2 ^-/-mESCs中ASH2L-1的表达显著上调(P<0.01),而Ash2l-1 ^-/-和Ash2l-2 ^-/-mESCs中,基因组H3K4me3的表达与野生型对照并无显著差异。这表明Ash2l-1和Ash2l-2之间存在补偿效应。利用JASPAR和KEGG预测分析发现,Ash2l-1和Ash2l-2启动子区分别具有3个和16个潜在的多能性转录因子结合位点,这些转录因子可能介导实现Ash2l-1和Ash2l-2之间的补偿效应。以上结果表明,Ash2l-1和Ash2l-2之间的补偿效应可能参与mESCs多能性的维持和基因组H3K4me3的调控。     

斑马鱼tbx2b调控心脏房室间隔发育的功能研究*

tbx2是早期心脏发育的关键基因。为进一步探究其对房室间隔(AVC)发育的影响,研究利用CRISPR/Cas9介导的基因敲除技术,成功构建了斑马鱼tbx2b突变体。通过T7E1酶切对其F₀进行敲除效率检测,结果显示平均敲除效率约为57.5%。F₁进一步筛选获得tbx2b杂合突变体,测序结果显示突变类型为11 bp碱基缺失的移码突变。tbx2b杂合子内交获得纯合子,tbx2b纯合突变体在5 dpf死亡并出现早期心脏环化异常表型。斑马鱼整胚原位杂交实验显示在3 dpf tbx2b纯合突变体中, 心脏腔室分化特异性标志基因nppa、nppb表达上调并异位表达在AVC,而AVC发育关键基因has2的表达消失。高效构建tbx2b突变体并初探其对下游基因的影响,为后续深入研究tbx2b对心脏AVC发育的作用奠定了基础,同时加深了人们对早期心脏调控网络的认识。     

外源物质对茶树耐寒及蔗糖代谢关键基因表达的影响

冬春季节低温伤害是影响茶树(Camellia sinensis)生产的重要因素。以茶树盆栽苗为试验材料,通过喷施不同浓度的γ-氨基丁酸(GABA)、绿藻粉和竹醋液溶液,研究低温胁迫下3种外源物质对茶树耐寒能力的影响,并对蔗糖代谢关键基因SPS、SUS4、INV4和INV5表达量及耐寒相关生理指标进行分析,解析外源物质影响茶树耐寒性的生理与分子机制。结果表明,低温胁迫下,用不同浓度GABA、绿藻粉和竹醋液喷施处理茶树盆栽苗叶片,其冻害指数和相对电导率显著低于对照;可溶性糖含量显著高于对照,以10 mmol·L^–1 GABA、0.22 mg·mL^–1绿藻粉及2.5 mg·mL^–1竹醋液处理效果最佳。低温胁迫下,与清水处理相比,分别用10 mmol·L^–1 GABA、0.22 mg·mL^–1绿藻粉或2.5 mg·mL^–1竹醋液处理茶树盆栽苗后,茶树苗丙二醛含量显著降低,抗氧化酶活性显著提高;叶片叶绿素、可溶性糖和脯氨酸含量显著增加,蔗糖含量在处理72小时后分别增加了15.24%、11.39%和5.97%;SPS、SUS4、INV4和INV5基因的表达量显著升高。实验结果表明,GABA、绿藻粉和竹醋液能显著增强茶树的耐寒性。研究结果可为茶树抗寒剂的筛选提供理论依据。     

Drosophila R2D2 mediates follicle formation in somatic tissues through interactions with Dicer-1

The miRNA pathway has been shown to regulate developmentally important genes. Dicer-1 is required to cleave endogenously encoded microRNA (miRNA) precursors into mature miRNAs that regulate endogenous gene expression. RNA interference (RNAi) is a gene silencing mechanism triggered by double-stranded RNA (dsRNA) that protects organisms from parasitic nucleic acids. In Drosophila, Dicer-2 cleaves dsRNA into 21 base-pair small interfering RNA (siRNA) that are loaded into RISC (RNA induced silencing complex) that in turn cleaves mRNAs homologous to the siRNAs. Dicer-2 co-purifies with R2D2, a low-molecular weight protein that loads siRNA onto Ago-2 in RISC. Loss of R2D2 results in defective RNAi. However, unlike mutants in other RNAi components like Dicer-2 or Ago-2, we report here that r2d2¹ mutants have striking developmental defects. r2d2¹ mutants have reduced female fertility, producing less than 1/10 the normal number of progeny. These escapers have normal morphology. We show R2D2 functions in the ovary, specifically in the somatic tissues giving rise to the stalk and other follicle cells critical for establishing the cellular architecture of the oocyte. Most interestingly, the female fertility defects are dramatically enhanced when one copy of the dcr-1 gene is missing and Dicer-1 protein co-immunoprecipitates with R2D2 antisera. These data show that r2d2¹ mutants have reduced viability and defective female fertility that stems from abnormal follicle cell function, and Dicer-1 impacts this process. We conclude that R2D2 functions beyond its role in RNA interference to include ovarian development in Drosophila.     

Loss of Akt1 leads to severe atherosclerosis and occlusive coronary artery disease

The Akt signaling pathway controls several cellular functions in the cardiovascular system; however, its role in atherogenesis is unknown. Here, we show that the genetic ablation of Akt1 on an apolipoprotein E knockout background (ApoE^−/−Akt1^−/−) increases aortic lesion expansion and promotes coronary atherosclerosis. Mechanistically, lesion formation is due to the enhanced expression of proinflammatory genes and endothelial cell and macrophage apoptosis. Bone marrow transfer experiments showing that macrophages from ApoE^−/−Akt1^−/− donors were not sufficient to worsen atherogenesis when transferred to ApoE^−/− recipients suggest that lesion expansion in the ApoE^−/−Akt1^−/− strain might be of vascular origin. In the vessel wall, the loss of Akt1 increases inflammatory mediators and reduces eNOS phosphorylation, suggesting that Akt1 exerts vascular protection against atherogenesis. The presence of coronary lesions in ApoE^−/−Akt1^−/− mice provides a new model for studying the mechanisms of acute coronary syndrome in humans.     

草菇不同菌株RT-qPCR参考基因筛选

适合的参考基因是应用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术进行基因表达分析的前提。本研究以7个食用菌常用参考基因(β-TUB 1、GPD、ACTB、Ras、α-TUB、β-TUB 2和SPRYp)为候选基因,利用RT-qPCR检测其在草菇常用生产菌株(CPS)V844、V5、V971和V844继代退化菌株(SDS) T8、T12、T16、T20中的表达;用Genorm、NormFinder和BestKeeper3种软件分析候选基因的表达稳定性,并结合几何平均数法筛选出最佳参考基因。结果表明,SPRYp、α-TUB和β-TUB2基因适用于草菇常用生产菌株检测,SPRYp、GPD和α-TUB基因适用于草菇继代退化检测,SPRYp基因适用于两种条件的检测。两两差异分析表明,草菇常用生产菌株的最佳参考基因组合为SPRYp、α-TUB和β-TUB 2,继代退化菌株的最佳参考基因组合为SPRYp和GPD,两种条件混合菌株的最佳参考基因组合为SPRYp和α-TUB。     

外源褪黑素调控棉花枯萎病抗性研究

为探究外源褪黑素对棉花抗枯萎病的影响及作用机理,以海岛棉新海14号为材料,于叶面喷施不同浓度褪黑素（0、10、25、50、75、100 μmol/L）后接种棉花枯萎病菌,对枯萎病菌侵染后棉花幼苗进行抗病性鉴定、抗病相关酶活性及基因表达分析。结果表明,外源褪黑素对棉花枯萎病菌的生长无抑制作用,10-100 μmol/L褪黑素均能在一定程度上提高棉花对枯萎病的抗性,其中50 μmol/L褪黑素处理效果最好。与对照相比,50 μmol/L褪黑素预处理能有效减少接菌后棉花叶片中的过氧化氢（H₂O₂）含量和超氧阴离子（O₂^·-）的产生速率,增强过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、几丁质酶（CHT）、β-1,3葡聚糖酶（GLU）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性,并显著提高木质素代谢途径相关基因（GbPAL、Gb4CL和GbCAD）和类黄酮代谢途径关键基因（GbCHI、GbDFR和GbTT7）的表达量。表明50 μmol/L 的褪黑素处理能提高接菌后棉花抗氧化能力,增强防御酶活性,调控木质素、类黄酮代谢途径相关基因的表达,从而提高棉花对枯萎病的抗性。