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．     

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。     

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。     

转座元件mariner

自mariner转座元件在Drosophila mauritiana中首次发现至今已经在包括人类在内的多种生物体中证实了mariner及类mariner元件（MLEs）的存在。MLEs属于mariner/Tc1超家族-II型转座元件中分布最广、种类最多的超家族之一。MLEs的转座酶都具有“D,D(34)D”的结构,并能催化MLEs通过“剪切和粘贴”机制进行转座。它们的宿主广泛和多样,能够进行种系传递,这都表明MLEs的转座不需要宿主特异元件的参与。 MLEs对多种生物尤其对脊椎动物的成功转化更支持了它们的不依赖宿主的转座机制,而且让人们看到了它们作为转基因载体的巨大潜能。 Abstract: Mariner and mariner-like elements (MLEs) have been found in a wide range of organisms including human since its discovery in Drosophila mauritiana. MLEs belong to the mariner/Tc1 superfamily, one of the most diverse and widespread Class II transposable elements. MLEs have a conserved “D,D(34)D” motif in their transposases and they transpose by cut-and-paste mechanisms. Their extraordinarily wide host range and horizontal transmission in distantly related species indicate that they do not need additional host-specific factors for transposition. The evidence that MLEs could transform a wide variety of organisms especially the vertebrates supported the host-independent mechanism and suggested the availability as a kind of potential transforming vector.     

植物基因组中微型反向重复转座元件研究进展

微型反向重复转座元件(miniature inverted repeat transposable element,MITE)是一类特殊的转座元件,在结构上与有缺失的DNA转座子相似,但具有反转录转座子高拷贝数的特点.MITE时常与基因相伴,对基因调控可能起重要作用,因此,MITE正逐渐成为基因和基因组进化及生物多样性研究的一种重要工具.本文综述了植物基因组MITE的结构、分类、活性及其应用研究进展.     

尖孢镰刀菌FoHeli转座元件的结构特征及功能验证

Helitron是一种广泛存在于真核生物中的可移动遗传元件。与其他转座子不同,自主Helitron元件可编码具有复制引发（Rep）和解旋酶（Hel）结构域的转座酶,并通过滚环复制的方式在基因组中进行扩张。本研究对9种尖孢镰刀菌中的自主Helitron元件进行系统分析,结果表明尖孢镰刀菌中存在两类自主Helitron元件FoHeli1与FoHeli2。其中FoHeli1成员间序列高度相似,并具有明晰的边界特征：3’端为保守的“TATTTT”序列,其上游可形成稳定的发夹结构,且发夹上游可与5’端形成12bp的反向互补结构。基于上述分析结果,从尖孢镰刀菌Fo4287菌株中克隆获得完整的FoHeli1元件,并通过构建双元转座系统及PEG介导的原生质体转化,证明尖孢镰刀菌中的FoHeli元件可在禾谷镰刀菌PH-1菌株的基因组中发生跳转。     

杆状病毒转座因子研究进展

转座因子(Transposable elements)是一类可移动转座的遗传因子的统称,包括原核生物中的插入(IS)、转座子(Tn)、质粒;真核生物中的Ty,P因子,2μDNA,Copia因子,以及噬菌体Mu和反转录病毒等。因此,转座因子又称可移动的遗传因子(Mobile genetic element)。转座因子最早由美国科学家Barbara McClintock于1956年在玉米染色体中发现,并于1984年被授予诺贝尔医学或生理学奖。转座因子的发现无论在理论上还是实践上都具有很重要的意义,被认为是遗传学发展史上的重要里程碑之一。杆状病毒是一类以节肢动物(主要发现于昆虫纲鳞翅目)为宿主的病毒的统称。杆状病毒亦存在转座因子。对杆状病毒转座因子的研究起源于对感     

高等植物果聚糖研究进展

果聚糖是高等植物重要的贮藏碳水化合物,因植物种类和发育阶段而异,主要存在5种类型的结构：线型菊糖型果聚糖、菊糖型果聚糖新生系列、线型梯牧草糖型果聚糖、混合型梯牧草糖型果聚糖和梯牧草糖型果聚糖新生系列。果聚糖的代谢模型随着代谢酶—蔗糖：蔗糖果糖基转移酶、蔗糖：果聚糖_6_果糖基转移酶、果聚糖：果聚糖果糖基转移酶、果聚糖：果聚糖_6_果糖基转移酶、果聚糖外水解酶等的发现、纯化和克隆日趋清晰。此外,果聚糖分子生物学研究也取得了一定的进展。     

高等植物果聚糖研究进展

果聚糖是高等植物重要的贮藏碳水化合物 ,因植物种类和发育阶段而异 ,主要存在 5种类型的结构 :线型菊糖型果聚糖、菊糖型果聚糖新生系列、线型梯牧草糖型果聚糖、混合型梯牧草糖型果聚糖和梯牧草糖型果聚糖新生系列。果聚糖的代谢模型随着代谢酶—蔗糖 :蔗糖果糖基转移酶、蔗糖 :果聚糖_6_果糖基转移酶、果聚糖 :果聚糖果糖基转移酶、果聚糖 :果聚糖_6_果糖基转移酶、果聚糖外水解酶等的发现、纯化和克隆日趋清晰。此外 ,果聚糖分子生物学研究也取得了一定的进展     

高等植物启动子研究进展

 简述了高等植物来源启动子的多种保守顺式调控元件如TATA盒、转录起始位点、G盒等,以及双向启动子和可变启动子。着重介绍了受环境包括激素、光、创伤、真菌、逆境等因子诱导表达的植物启动子以及显示出植物发育特异性表达的启动子。     

高等植物启动子研究进展

简述了高等植物来源启动子的多种保守顺式调控元件如ＴＡＴＡ盒,转录起始位点,Ｇ盒等,以及双向启动子和可变启动子。着重介绍了受环境包括激素,光,创伤,真菌,逆境等因子诱导表达的植物启动子以及显示出植物发育特异性表达的启动子。     

小分子RNA抵御转座元件对基因组的侵袭

真核生物在漫长的进化繁衍过程中,一直处在抵御转座元件对基因组侵害的"斗争"中。在过去的十多年中,越来越多的证据指明,小分子RNA扮演了这样一个抵御转座子侵袭的角色。尽管这种抵御侵害的策略对于不同物种各具特点,但它们都呈现出惊人相似的共同特征。基本上,所有的机制都包含三个组成部分:首先,转座元件促使产生小分子RNA,在某些物种中主要是Piwi-interacting RNAs,而在其他物种中主要是small interfering RNAs;第二,作用于活跃转座子的小分子RNA通过RNA依赖性RNA聚合酶或切割机制进行扩增;第三,这些小分子RNA与含有Argonaute蛋白或Piwi蛋白的效应复合物相结合,从而作用于目标转座子的转录本,实现转录后沉默,或作用于目标转座子DNA,抑制染色质修饰和DNA甲基化。这些属性特征构成了一个限制由转座元件活动所造成的严重后果的系统,从而防止转座子侵袭所带来的突变积累,基因表达谱的改变,以及生殖腺发育不良和不育。     

33种鱼类微型反向重复转座元件鉴定

微型反向重复转座元件(MITEs)是一类短的非自主DNA转座子,其分布的位置会对宿主产生影响。文章使用生物信息学的方法对无颌类、软骨鱼纲、肉鳍鱼纲和辐鳍鱼纲鱼类基因组进行了MITEs预测,最终在33种鱼类基因组中鉴定出2433个MITEs家族。文章发现鱼类基因组中MITEs含量存在较大差异(0.11%—21.18%),并且MITEs含量与鱼类基因组大小呈正相关关系。根据末端重复序列(TIRs)和靶位点重复序列(TSDs)的特征将MITEs分为10个超家族,其中TC1-Mariner超家族的含量最高。MITEs在鱼类基因组中的插入事件主要发生在4百万年前至今,大多数物种的MITEs在2百万—0.5百万年前发生了爆发式扩增。鱼类基因组中的MITEs多数插入到基因内部或附近,这些转座子可能在基因的表达调控方面存在重要作用。     

高等植物启动子的研究进展

启动子是基因表达调控的重要顺式元件,综述了高等植物启动子的构成,包括转录起始位点、TATA框和上游启动子元件。并着重从组成型、组织特异型和诱导型启动子3个方面介绍了其结构特征、功能,以及它们在植物基因工程中的应用和研究进展,简述了双向启动子、可变启动子和串联启动子的研究情况,提出植物启动子研究中存在的问题与展望。     

高等植物启动子的研究进展

从高等植物启动子的基本结构、启动子克隆方法入手,着重介绍了组成型、组织特异性及诱导型启动子的研究进展及其在植物基因工程方面的应用情况,提出了植物启动子研究中存在的问题与展望。     

高等植物春化作用研究进展

环境因子(低温诱导或称春化作用)在高等植物的生长发育调控中起着重要作用。本文就近年来春化作用诱导的开花启动研究领域中的进展从春化过程中的多步骤性、成花决定过程控制的多途径性、接受春化刺激的位置与分化启动的关系、以及春化作用的分子机理等几个方面进行了简要综述。并对春化相关基因克隆方面的进展进行了分析和综述。     

CRISPR相关转座元件的研究及应用进展

CRISPR-Cas的基因编辑能力引发了人们对该系统的研究热潮。除了实现基因的敲除和插入,CRISPR-Cas系统还可以被应用于基因簇重组、单碱基编辑和基因转录调控,推动了生物工程领域的发展。然而,有限的同源重组效率使CRISPR-Cas系统的应用受到了一定的限制。与CRISPR-Cas系统相比,移动遗传元件(mobile genetic elements,MGE)在转座酶的调控下,不需要依赖同源重组即可将指定DNA片段定向插入到细胞染色体中。近几年,人们发现了具有转座机制的CRISPR相关的转座元件,它可以介导DNA靶向整合,同时其出色的重编程能力为该领域的研究带来了新的发展。本文主要介绍近年来CRISPR-Cas系统相关转座元件的研究方向和应用进展,以及人工融合的dCas9-transposase系统的应用策略。文中还提出了CRISPR相关转座元件未来的应用前景和潜在挑战,为基因编辑工具的发展方向提供了参考意见。     

高等植物春化作用研究进展

环境因子（ 低温诱导或称春化作用） 在高等植物的生长发育调控中起着重要作用。本文就近年来春化作用诱导的开花启动研究领域中的进展从春化过程中的多步骤性、成花决定过程控制的多途径性、接受春化刺激的位置与分化启动的关系、以及春化作用的分子机理等几个方面进行了简要综述。并对春化相关基因克隆方面的进展进行了分析和综述     

高等植物碳循环基因工程研究进展

高等植物根据其CO2同化方式的不同, 可分为C3植物、C4植物和CAM植物。由于C4植物特殊的光合作用方式, 其光合能力明显高于C3植物。然而, 大多数农作物都是C3植物。为了改善C3植物的光合能力, 人们试图通过转基因的方法来改造C3作物, 以提高主要农作物如水稻(Oryz a sativa)、小麦(Tri ticum aestivum)和大豆(Glycine max)等的光合生产力, 并在这些方面做了很多有益的尝试。该文主要综述了通过转基因方法改善碳循环能力的一些进展, 并对一些尚需深入研究的问题进行了探讨。     

高等植物谷氨酰胺合成酶研究进展

谷氨酰胺合成酶（GS）是参与高等植物氮同化过程的关键酶。介绍了高等植物谷氨酰联合成酶及其同工酶的分布、性质、生理作用及分子生物学等方面的研究进展。