核糖体蛋白质的翻译特异性— 遗传密码翻译装置对信使RNA的选择性

分子遗传学泰斗J. D. Watson于1957年首先对核糖体进行系统的研究。其后0. 许多科学家的共同努力,核糖体的结构已经基本研究清楚。然而对核糖体蛋白质的确切 功能,却仍然一无所知。1979年以来,本实验室主要从事分离核糖体蛋白质突变体,研 究核糖体蛋白质突变对基因表达的影响。发现在S12突变体中,碱性蛋白酶活性下降, 而中性蛋白酶活性正常。到目前为止,我们分离鉴定了的枯草杆菌核糖体蛋白质突变体 总数居世界首位。我们研究了核糖体蛋白质突变对噬菌体基因组表达的影响。发现在 S12的依赖链霉素突变体中,噬菌体娜05裂解量下降;蛋白质合成受Pf-;而RN A和 DNA合成正常。测定了噬菌体价29在27种共44株核糖体蛋白质突变体中的成斑 率。在多数突变体中,成斑率下降,最低达10-6;少数升高,最高达三倍;还百一些升降都 不明显。大汤杆菌C600的S12发生依赖链霉素突变,x噬菌体的成5k率和相对产量 大大降低,而T4和T7的成斑率正常。大肠杆菌1.148叹Xc 1857）的S12发生依赖 链霉素突变,肠1857的诱导释放量大大降低,而T4的成斑率反有所增加。在大肠杆菌 A19野生型菌株中,I噬菌体的N基因表达正常;核糖体蛋白质S10, S16, S19, S20 和L3友生突变,能抑制N基因表达;L21 + L25, L24突变,N基因不能表达;L27突 变,促进N基因表达;S8,L6,L7ZL12,L14禾L23突变,对N基因表达没有明显影响。 把N基囚克隆在质拉上,用功能互补的方法,测定N基因表达的程度。结果清楚表明, S12发生依赖链霉素突变,N基因不能表达;发生杭链霉素突变,却表达正常。综合以上 实验结果,可见不同的核糖体蛋白质突变时同一基因表达的影响不同;同一核糖体蛋白 质突变对不同基因表达的影响也不同。还有一些核糖体蛋白质突变,对其他基因表达没 有明显的影响。     

核糖体蛋白质的翻译特异性——遗传密码翻译装置对信使RNA的选择性

分子遗传学泰斗J.D.Watson于1957年首先对核糖体进行系统的研究。其后经许多科学家的共同努力,核糖体的结构已经基本研究清楚。然而对核糖体蛋白质的确切功能,却仍然一无所知。1979年以来,本实验室主要从事分离核糖体蛋白质突变体,研究核糖体蛋白质突变对基因表达的影响。发现在S12突变体中,碱性蛋白酶活性下降,而中性蛋白酶活性正常。到目前为止,我们分离鉴定了的枯草杆菌核糖体蛋白质突变体总数居世界首位。我们研究了核糖体蛋白质突变对噬菌体基因组表达的影响。发现在S12的依赖链霉素突变体中,噬菌体(?)105裂解量下降;蛋白质合成受阻;而RNA和DNA合成正常。测定了噬菌体(?)29在27种共44株核糖体蛋白质突变体中的成斑率。在多数突变体中,成斑率下降,最低达10~(-6);少数升高,最高达三倍;还有一些升降都不明显。大肠杆菌C600的S12发生依赖链霉素突变,λ噬菌体的成斑率和相对产量大大降低,而T4和T7的成斑率正常。大肠杆菌1.1485(λcI857)的S12发生依赖链霉素突变,λcI857的诱导释放量大大降低,而T4的成斑率反有所增加。在大肠杆菌A19野生型菌株中,λ噬菌体的N基因表达正常;核糖体蛋白质S10,S16,S19,S20和L3发生突变,能抑制N基因表达;L21 L25,L24突变,N基因不能表达;L27突变,促进N基因表达;S8,L6,L7/L12,L     

枯草杆菌核糖体蛋白质突变对碱性蛋白酶基因表达的影响

用枯草杆菌体外转录-翻译偶联系统检测13种19株枯草杆菌核糖体蛋白质突变对碱性蛋白酶基因表达的影响,发现10种13株核糖体蛋白质突变能影响碱性蛋白酶基因的表达。其中依赖链霉素突变核糖体几乎不能翻译碱性蛋白酶mRNA。依赖链霉素突变在翻译层次抑制碱性蛋白酶基因的表达,但对中性蛋白酶基因的表达没有影响。在碱性蛋白酶mRNA翻译起始区有一个复合二级结构,用体外突变方法破坏其中一个,翻译效率提高8.2倍。依赖链霉素突变和抗链霉素突变核糖体的高级结构不同,与碱性蛋白酶mRNA 5'端片段的亲合力也有差异。由于碱性蛋白酶mRNA翻译起始区的复合二级结构和低起始强度以及依赖链霉素突变核糖体高级结构的改变,使依赖链霉素突变核糖体不能翻译碱性蛋白酶mRNA。     

hvmyb,一个GAmyb同源cDNA的克隆、序列分析和表达行为

利用已发表的GAmyb序列作探针 ,筛选大麦糊粉层cDNA文库 ,得到 2个序列完全相同的阳性克隆 .序列分析发现这 2个cDNA的 5′端与GAmyb基因的 3′端有 97%的同源性 ,其 3′端与任何myb基因都没有同源性 ,所以其开放读码框编码的产物事实上拥有完整的GAmyb转录激活区 ,但没有常规的DNA结合区 ,它很可能是一个新的基因 ,被命名为hvmyb (Hordeumvulgare,myb -homologous) .Northernblot分析表明 ,在大麦糊粉层中 ,hvmyb受赤霉素 (GA)诱导后大量表达 ,并且受脱落酸 (ABA)的抑制 .研究还发现hvmyb的表达具有时空特异性 ,它只在大麦糊粉层中得到表达 ,种子发芽后该基因就不再表达 ,幼苗中检测不到hvmyb基因活性 .     

Escherichia coli 核糖体蛋白质突变影响Lambda噬菌体N基因的表达

λ Nam 7除其cI基因是cI 857温度敏感突变外,其N基因携有amber无义突变,故在Eseherichia coli A19(met,thi,his-95,rna-19,rel-1)上不能增殖。λcI 857只有cI 857温度敏感突变,其N基因是野生型,所以能以E. coli A19为宿主进行增殖。λcI 857和λ Nam7只有1个N基因之差。λcI 857在A19及其衍生株上增殖的优劣,可以作为判断N基因表达程度高低的标准。本文以24种核糖体蛋白质突变体为宿主,测定λcI 857的成斑率。结果在S3+L22,S4+L16+L24,S21+L25,L24,缺L1,缺S3等突变体中,成斑率下降到10~(-6)—10~(-6);在S3+S18+L6+L24+L27和L27突变体中,成斑率分别提高6.02和3.56倍。以上结果说明核糖体蛋白质突变影响λ N基因的表达。     

Bacillus subtilis核糖体蛋白质S13和BL18突变体的遗传分析

以诱变分离得到Bacillus subtilis W168核糖体蛋白质S3、S7、S8、S11、S13、BL2、BL6、BL7突变体。通过遗传分析定位了S13和BL18基因。S13基因(rps M)位于主要核糖体蛋白质基因群str A-spc A区中,而BL18基因(rpl S)和pyr D紧密连锁。BL 18突变对细胞RNA和蛋白质合成以及噬菌体φ29的成斑率没有明显影响。     

大肠杆菌核糖体蛋白质L24和L27突变对λN和λQ基因表达的影响

核糖体是生物体翻译遗传密码的唯一场所。核糖体各组份的确切功能目前仍不清楚。本实验室的研究已证实：有些核糖体蛋白质突变能在翻译水平上影响核糖体翻译的特异性。本文使用转座子Tn10将核糖蛋白质L24（rpmA）突变从A19的衍生株转到T83菌株上,并研究这2个突变对λN和λQ基因及对N-lacZ和Q-lacZ融合基因表达的不同影响,为核糖体蛋白质能影响核糖体翻译的特异性提供了又一个实例。     

对根癌农杆菌vir区基因具诱导作用的水稻信号分子的分离和确定

以农杆菌vir::lacZ融合基因系统作为检测手段,确定在水稻(Oryza sati-va L.cv.IR72)幼穗分化期至抽穗扬花期的叶片抽提液中含有2种高效诱导农杆菌vir区基因表达的信号分子.这2种信号分子与乙酸丁香酮(AS)的诱导作用极为相似.经过红外光谱、紫外光谱、质谱、核磁共振、异核多量子相干相关谱,异核多键相关谱等波谱分析,确定这2种信号分子的化学结构分别为:5,7,4′-三羟基-3′,5′-二甲氧基黄酮(俗称小麦黄素),和5,4′-二羟基-3′,5′-二甲氧基-7-(β-D葡萄糖基)黄酮.研究结果证明:单子叶植物中确实含有高效诱导农杆菌vir区基因表达的信号分子,单子叶植物难以被农杆菌转化不是由于单子叶植物中缺乏诱导vir区基因表达的信号分子,而由于这类信号分子仅在单子叶植物中特定时期和特定部位中产生.     

λN基因前导序列对下游基因表达的控制作用

已有研究表明,λN基因上游的TIR（Translational initiation region)的改变可提高λN基因的表达,而且表达量的差异是在翻译水平,构建了3类λN基因上游TIR的突变体质粒,并通过测定它们在大肠杆菌转化体中表达的β－半乳糖苷酶的活性和进行RNA－DNA圆点印迹杂交实验证明,由于λN基因上游有一个翻译效率很低的编码19个氨基酸的短肽的可读框（ORFλN）,因而使λN基因的表达也较低,如果使ORFλN提前终止或改变ORFλN,的TIR序列可提高翻译效率,能在翻译水平上有效地提高下游λN基因的表达。     

EMS对D6-2转基因小鼠骨髓组织细胞内lacⅠ靶基因的诱变率和诱变谱

对D6 -2转基因小鼠骨髓组织细胞内lacⅠ靶基因的自发突变率以及甲基磺酸乙酯 (ethylmethanesulfonate ,EMS)诱发的突变率和突变谱进行了研究 .将带有lacⅠ靶基因的pSPORT1质粒通过酶切、环化和转化DH1 0B宿主菌的方式从经和未经诱变处理的D6- 2转基因小鼠骨髓组织基因组DNA中回收出来 ,lacⅠ靶基因突变体用M9/L选择性平板进行正向选择 .结果从经EMS诱变处理的小鼠基因组DNA中回收出的约 1 1 935个pSPORT1质粒中筛选到 6个lacⅠ-突变体 (EMS诱发的突变率为 5 0× 1 0 ^-5 ) ,而从对照组小鼠基因组DNA中回收出的约 1 1 6 4 9个质粒中没有检测到lacⅠ^-突变体 (自发突变率则小于 8.6× 1 0 ^-5 ) .对 6个突变体的 2个突变高发区进行了序列分析 ,共检测出 1 6个点突变 .其中 ,碱基置换突变为主要突变类型 ,占 87.5 % ( 1 4) ,其余 1 2 .5 % ( 2 )的突变为缺失突变 .在碱基置换突变中 ,颠换占6 4 % ;而转换仅占 36 % ,这既不同于用BigBlue 转基因小鼠所测到的lacⅠ基因在小鼠体内的自发突变谱 ,又不同于用穿梭载体 /哺乳动物细胞系统所测到的EMS在体外的诱变谱 .而突变发生的位点则与其他的研究报道相同 ,主要出现在CpG二核苷酸 ,占全部点突变的 45 % .这些结果表明 :( 1 )基于含 pSPORT1质粒的D6- 2转基因小鼠是一个能用于研究体内基因突变的分子机理和评估化学物质的遗传毒性作用的有效模型 ;( 2 )EMS在体内和体外的诱变特性似有本质的不同 ,但这有待于进一步的研究证实     

基于mRNA 5'端TIR区二级结构优化提高重组sTNFαRI在大肠杆菌中的表达水平

目的:通过优化PET11b-s TNFαRI 5'mRNA翻译起始区(TIR)二级结构从而提高可溶性肿瘤坏死因子I型受体(sTNFαRI)在大肠杆菌[E.coli BL21(DE3)]中的表达水平。方法:通过对PET11b-s TNFαRI mRNA 5'端TIR区二级结构的自由能及核苷酸位置熵分析,设计相应的引物对mRNA 5'翻译起始区(TIR)相应密码子进行突变,从而使核糖体结合位点(RBS)及起始密码子(AUG)暴露于发夹结构之外,此外将p ET11b核糖体结合位点由GAAGGAGA突变为GAAGAA,以利于翻译复合体的组装以及翻译起始。通过基因克隆的方法将5'端TIR区优化后的序列与s TNFαRI序列一起克隆到p ET11b载体中,并转化大肠杆菌BL21(DE3),阳性转化子经IPTG诱导表达,SDS-PAGE和Western blot检测。结果:通过对PET11b-s TNFαRI 5'TIR mRNA二级结构优化,经SDS-PAGE和Western blot分析表明重组s TNFαRI的表达水平较优化前提高50%~60%。结论:通过对重组载体翻译起始区(TIR)mRNA序列的二级结构优化可以有效提高目的蛋白的表达水平,对进一步工业化生产具有重要的应用价值。     

拟南芥AtMPK3启动子应答逆境信号的表达模式和必需区域分析

蛋白激酶AtMPK3参与MAPK级联途径, 在植物逆境信号转导中起重要作用. 为深入研究AtMPK3基因在转录水平上应答各种环境胁迫的分子机制, 本研究从拟南芥基因组中分离了AtMPK3基因转录起始位点上游1016 bp的启动子序列, 对其进行了生物信息学分析. 对该启动子进行了系列缺失突变, 并将完整启动子和缺失启动子片段与GUS报告基因融合, 转基因导入到拟南芥中. 携带AtMPK3启动子及其各种缺失突变体的转基因植株在干旱、高盐、低温、机械损伤等胁迫条件的GUS组织化学染色和荧光定量分析表明, AtMPK3启动子应答干旱、高盐、低温、机械损伤逆境信号的必需元件位于启动子序列中转录起始位点上游−188 ~ −62区域内, 揭示了AtMPK3启动子在不同环境胁迫条件下的表达模式的差异. 本研究结果有助于阐述AtMPK3基因在转录水平上应答不同胁迫信号分子机制.     

一种改造的同时含有preS1,preS2抗原决定簇的乙肝病毒表面抗原

利用PCR方法合成的编码乙肝病毒表面抗原 preS1区氨基酸第 2 1～ 47位和preS2区第 1 2 0～ 1 46位肽段的基因片段同时分别与S基因的 5′端和 3′端 (相当于第 2 2 3位氨基酸 )融合 .融合基因被置于痘苗病毒通用载体 pGJP 5上的P7.5启动子下游 ,并通过体内同源重组 ,经筛选获得重组痘苗病毒vS2SS1 .vS2SS1感染哺乳动物细胞后 ,融合蛋白S2SS1获得表达 .对S2SS1蛋白的表达水平、分泌性、抗原性和颗粒性分析结果表明 ,S2SS1蛋白能够形成同时具有preS1 ,preS2和S抗原性的颗粒 ,并能有效地从细胞中分泌 ,其表达和分泌水平与重组痘苗病毒单独表达的S蛋白接近     

PTC下游翻译重启导致NMD途径的逃逸

无义突变介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)途径是真核生物体内一种重要的mRNA监督质控机制,它降解含有由无义突变、错误剪接、移码突变等产生的提前终止翻译密码子(premature translation termination codon,PTC)的mRNA,从而防止这种mRNA翻译产生的截短型蛋白质对机体造成的伤害.研究发现,一些含有PTC的mRNA发生了NMD途径逃逸,但具体机制仍不清楚.本研究将成视网膜细胞瘤基因1(retinoblastoma gene 1,RB1)作为NMD途径的靶基因,构建mini-RB1基因,包括外显子1~14(c DNA)、内含子14-外显子15-内含子15和外显子16~27(c DNA)的三部分序列,将其构建到真核表达载体pc DNA 3.1(-)中.根据人类基因组突变数据库选择3个突变位点W99X、G310X和R467X,构建相应无义突变体.分别将mini-RB1基因野生型和无义突变体转入He La细胞进行表达.用qRT-PCR检测发现,W99X无义突变体与野生型相比mRNA的水平无显著差异.为了进一步证实mini-RB1(W99X)发生了NMD逃逸,利用NMD途径抑制剂放线菌酮和转录抑制剂放线菌素D,分别处理转入野生型的mini-RB1基因及其无义突变体mini-RB1(W99X)的哺乳动物细胞,发现mini-RB1基因无义突变体的mRNA水平与野生型无明显差异,说明含有W99X无义突变的mini-RB1基因的mRNA发生了NMD逃逸.Western印迹检测mini-RB1基因的蛋白质表达发现,在无义突变位点W99X下游重新起始了蛋白质的翻译,因此,PTC下游蛋白质翻译的重新起始可能是导致无义mRNA逃逸NMD途径监控的主要原因.     

水稻谷氨酰半胱氨酸合成酶基因的结构和表达分析

利用该实验室T-DNA标签的编号为L395的水稻突变体,克隆了一个编码水稻谷胱苷肽(GSH)合成途径中关键酶即谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCs)的基因,将其命名为OsGCS(Genbank accession No.AJ508915).该基因位于水稻第五染色体上,OsGCS基因含有15个外显子和14个内含子,编码492个氨基酸.该基因与拟南芥的GCS基因相比较,编码区域同源性较高,而启动子区域的序列没有显著的相似性.通过RT-PCR的方法确定OsGCS基因的转录起始位点可能位于翻译起始位点(ATG)上游211bp处.在L395突变体中,T-DNA是单拷贝形式插入在OsGCS基因的第二内含子和外显子连接处,并且造成了3个碱基的缺失.在重金属耐受性、OsGCS基因表达以及体内GsH含量方面突变体L395和对照中花11之间没有明显的差别.     

大肠杆菌中核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达

将质粒pKC101上λcI基因切除,建成新质粒pHD109。用F'cI857控制质粒pHD109上λN基因的表达。结果表明：（1）核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达;（2）F’cI857对质粒pHD109上λN基因表达的调节,受温度的控制。     

大肠杆菌araC突变基因的分子克隆及DNA序列分析

大肠杆菌ara C基因(L-阿拉伯糖调节基因)的一些突变体已克隆到质粒pBR322的Pstt位点。在转化ara C基因缺失菌株△766后,阿拉伯糖变构酶活力重新获得表达。但突变对酶活力的影响呈三种类型：(1)削弱;(2)无明显影响;(3)增强。通过DNA序列分析并与野生型进行比较,已找到缺失突变或点突变的位置。     

L24突变核糖体通过翻译终止调控λN基因的表达

从翻译延伸和终止两个方面研究了大肠杆菌核糖体蛋白质L24突变抑制Lambda噬菌体N基因表达的分子机理. 结果表明: 在lacZ和GST(谷胱苷肽巯基转移酶)为报道基因的表达质粒中, 通过lacZ和GST分别与λN 融合得到lacZ-λN和GST- λN融合基因, 它们在L24突变菌株中产生的β-半乳糖苷酶和谷胱苷肽巯基转移酶的活性分别下降至野生型T83菌株的1/4和1/2左右; 改变GST- λN融合基因的翻译终止密码子附近的序列, 能使GST-融合蛋白的产量恢复到T83菌株的水平. 原因可能是L24突变核糖体参与组成的翻译终止复合物有功能上缺陷, 在翻译终止某些基因, 如λN基因时, 能使核糖体暂停在终止密码子附近, 减慢翻译终止, 影响λN基因的表达. 其中, λN 基因终止密码子上游仅2个密码子的改变可消除L24突变对λN基因表达的抑制.     

胁迫相关基因CIPK14在PHYA介导抑制拟南芥远红光黄化苗转绿过程中的作用

本文对CBL互作蛋白激酶, CIPK14参与拟南芥光敏色素A介导的, 远红光黄化苗转绿抑制调控进行了研究. 结果发现, 拟南芥光敏色素A功能缺失突变体(phyA)远红光黄化苗(4天)转入白光处理后, 仅0.5 h叶片迅速转绿; 相同条件下, CIPK14基因插入失活突变体(cipk14)远红光黄化苗, 经过15 h白光处理之后叶片才开始转绿; 野生型(Col-4)远红光黄化苗转绿时间介于突变体phyA与cipk14之间. 基因表达分析表明, 上述不同基因型拟南芥远红光黄化苗转绿的快慢, 与原叶绿素酸酯还原酶基因表达量存在正相关性. 结合研究发现——CIPK14基因受到远红光调节, 并且表达具有时钟节律性认为, Ca²⁺调节蛋白CIPK14,可能在PhyA信号传导途径的上游分支介入PhyA介导的远红光黄化苗转绿抑制调控.     

大肠杆菌中核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达

将质粒pKC101上λcI基因切除，建成新质粒pHD109。用F'cI857控制质粒pHD109上λN基因的表达。结果表明：（1）核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达；（2）F’cI857对质粒pHD109上λN基因表达的调节，受温度的控制。