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。     

植物转座子与基因表达调控

植物转座子是植物基因组中可移动的DNA重复序列,在植物基因组进化、基因表达调控、系统发育和遗传多样性评价方面具有重要作用。综述了植物转座子分类、起源和转座机制以及转座子与宿主基因组间的表观遗传互作,阐述了不同转座子对基因表达调控方式,并对今后研究前景进行了展望,旨为全面了解植物转座子的功能提供参考。     

SLFN14抗LINE-1分子机制研究

长散在核重复序列1 (long interspersed nuclear element-1, LINE-1)是迄今为止发现的人体基因组中唯一具有自主转座活性的逆转录转座子,其转座常引起宿主基因组不稳定,从而导致包括癌症在内的各种严重基因疾病的发生。宿主因子在宿主抗LINE-1转座中发挥着重要作用。宿主因子SLFN14作为免疫系统重要组成员,具有抗病毒活性。本实验室研究发现SLFN14对于LINE-1的转座具有抑制作用。为进一步探究其具体的作用机制,通过对LINE-1复制周期中的转录、翻译、逆转录、整合环节进行实验分析,证实SLFN14能够通过影响LINE-1 mRNA转录过程及其半衰期,降低LINE-1 mRNA的水平,从而影响LINE-1蛋白及cDNA表达水平,最终导致LINE-1复制受阻。同时,通过对SLFN14活性中心的定位,本研究还发现SLFN14的抗LINE-1活性与其核糖核酸内切酶结构域和核糖体结合结构域密切相关。上述研究结果展示了SLFN14调控LINE-1复制的机制,进一步完善了宿主因子调控网络,为控制因LINE-1复制引起的基因组不稳定提供了新思路。     

表观遗传修饰在结核病发生发展中的作用

表观遗传学作为生命科学领域的研究热点之一,已有大量的研究证实表观遗传机制在肿瘤、自身免疫疾病等疾病中起着关键作用.表观遗传修饰在结核病中的研究刚刚起步,但已发现表观遗传修饰在结核分枝杆菌、宿主,以及结核分枝杆菌与宿主相互作用中均起着重要作用.表观遗传修饰能通过调控结核分枝杆菌基因表达或调控宿主表观基因组转录和免疫应答来影响结核分枝杆菌的生长和复制,进而影响结核病发生发展和转归.本文将对表观遗传修饰在结核分枝杆菌生长复制以及结核病发生发展中的作用进行综述,为寻找新的药物靶点、研发新型治疗策略提供科学依据.     

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...     

基因组DNA甲基化及组蛋白甲基化

在真核生物中,DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传学标记,能影响染色质的结构和基因的表达。随着全基因组甲基化测序的发展,全基因组范围内的DNA甲基化水平得以了解。文章概述了基因组中启动子、基因本体、增强子、沉默子和转座子等不同元件的DNA甲基化的研究进展,以及DNA甲基化与基因表达调控间的关系。启动子的DNA甲基化对基因的表达有抑制作用,而基因本体的DNA甲基化与基因的表达关系因物种或细胞类型不同而异。增强子的DNA甲基化状态与基因活性呈反比关系,沉默子则相反呈正相关。转座子的DNA高度甲基化抑制其转座活性,从而维持基因组的稳定性。文章还探讨了DNA甲基化与组蛋白甲基化间的相互作用及其对基因表达、可变剪切、转录的调控作用,以及本领域的未来研究方向。     

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。     

生理条件下的S期检查点

细胞周期检查点在细胞遭遇DNA损伤因子的攻击或遇到营养缺乏等不利因素作用时,能够暂时阻止或减慢细胞周期的进程,是细胞在长期进化中发展起来的抵御DNA损伤的重要机制.不仅如此,最近的研究表明,在正常生理条件下,存在一种S期检查点,对DNA复制的速度进行调控.从分子水平而言,这种调控作用可能是通过一系列细胞周期调控蛋白如ATR、9-1-1复合体、Chk1、Cdc25A和CDK2等的作用来实现的.这种调节作用对细胞至关重要,它使DNA复制速度不致于过快,从而减少复制过程中发生错误的几率,维护基因组的稳定性.     

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...     

病毒相关环状DNA研究进展

环状DNA作为生命遗传物质存在形式之一,在多种生命活动中发挥重要作用。部分病毒基因组DNA以环状形式存在,不仅可以作为承载遗传信息的病毒基因组通过滚环复制的方式进行复制,也可以作为附加体建立持久感染或者潜伏感染,还可以帮助逆转录病毒整合到染色体形成前病毒逃避细胞沉默机制。无论是人-病毒杂交形成的染色体外环状DNA,还是转座整合形成的转座子,都能通过特定癌基因产生高拷贝转录本,影响宿主的生物学功能。随着研究的不断深入,环状DNA更多的功能和生物学特性被挖掘,有助于乙肝病毒清除策略制定、逆转录病毒相关疫苗研制、或抑制肿瘤形成新靶点确定等多种医学问题的解决。     

组蛋白修饰调控衰老过程的机制研究进展

组蛋白(histone)是真核生物染色质的主要蛋白质组分,具有类型多样的翻译后共价修饰,包括乙酰化、甲基化、泛素化、SUMO化、磷酸化等.组蛋白修饰是表观遗传调控网络的重要组成部分,参与调控基因转录、DNA复制和损伤修复等基因组DNA相关的生物学过程.物种的寿命由物种基因组和基因组与环境的相互作用决定.最近的研究表明,组蛋白修饰在多种模式生物衰老过程中呈现动态变化,且特定组蛋白修饰的改变可以延长模式生物的寿命,从而有望为延缓衰老、预防和治疗衰老相关疾病的研究带来新思路.本文总结了近年来组蛋白修饰调控衰老过程的研究进展.     

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.     

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.     

逆转录转座子LINE-1与肿瘤的发生和发展

LINE-1是现今人体内存在的唯一具有自主转座活性的转座子,约有500 000个拷贝,占人类基因组总量的17%。LINE-1是通过转录和逆转录在内的转座过程产生新的DNA拷贝,并使新产生的DNA拷贝插入基因组的不同位置。LINE-1转座会影响基因组中其他基因的表达或调控,因而会对基因组的稳定性产生影响,从而导致基因疾病或肿瘤的发生。本文总结了近年来国际上对LINE-1转座与肿瘤的发生和发展之间关系的研究进展,为肿瘤的治疗和机制研究提供一些线索。     

植物DNA甲基化及其表观遗传作用

表观遗传学(epigenetics)是研究没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达的改变。目前研究表明,表观遗传学在植物生长发育过程中起着极其重要的作用,主要通过包括DNA甲基化、RNA干涉、基因组印记、转基因沉默等多个方面来调控植物的生长发育。其中,DNA甲基化是表观遗传学的最重要研究内容之一,是调节基因组功能的重要手段。现对植物DNA甲基化的特征、维持机制、调控机制、表观遗传作用及其研究方法进行简要论述。     

基因组上的可动因子

可动因子或称可动的遗传因子(Mobile Genetic Element)是存在于基因组上一些有特定结构的DNA片段,它们没有固定的位置,能在基因组内或基因组间来回移动,其中包括转座因子(Transposable Element)与一些在分子结构与移动机理上同转座因子不同的DNA片段,如沙门氏菌中同相变有关的DNA片段与Mu噬菌体中同宿主域有关的G片段等。     

组蛋白修饰在染色质复制过程中的作用

真核生物中的DNA复制,不但要保证DNA编码的基因组信息高保真复制,也要保证染色质结构所蕴含的表观遗传组稳定传递,这个过程对于维持基因组的完整性和稳定性至关重要。时至今日,人们对DNA复制的机制已经有了深入的认识,但是对染色质复制以及表观遗传信息传递的了解才刚刚开始。组蛋白是染色质结构中最主要的蛋白组成部分,其上面丰富的转录后修饰是表观遗传调控的核心方式之一。从最近几年组蛋白的修饰研究进展入手,主要综述在DNA复制过程中组蛋白修饰如何参与染色质复制的调控。     

果蝇基因组中回文序列的分布

回文序列(palindrome)是与基因表达调控、DNA复制和重组密切相关的重要DNA模体.例如,回文序列常存在于基因表达顺式作用元件中,参与基因表达调控;回文序列也可作为限制性内切酶的识别位点或结构信号,诱导重组的发生,而重组作为选择的途径,反过来可能会调节回文序列在染色体上的分布.在全基因组范围内研究回文序列的分布...     

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。