GH79家族糖苷水解酶分子进化关系和蛋白结构研究

GH79家族的糖苷水解酶在碳水化合物改性、细胞免疫识别和信号传导等方面具有广泛的生理活性和重要的应用前景。然而,目前GH79家族的多样性催化机理仍不清楚,识别底物的结构基础和分子机制尚不清晰。本文总结了近几年GH79家族的研究进展,系统分析了GH79家族酶的来源与分布,通过对酶的序列特征、分子进化关系、蛋白结构解析等方面进行深入阐述,旨在为后续的GH79家族的蛋白质工程和功能催化机制的解析奠定基础。     

动物DVL蛋白家族的系统演化动态研究

Wnt信号通路高度保守,对细胞命运决定、迁移、极性建立、原始体轴形成和器官的发生以及干细胞的自我更新等起着关键的作用。Dishevelled (DVL)作为第一个被发现的胞浆蛋白,是Wnt信号通路的核心组分,在Wnt信号传导通路中都起着重要作用。通过对不同物种(从单细胞动物到哺乳动物)基因组中DVL家族基因进行检索发现:DVL蛋白家族起源于早期的多细胞动物,与大堡礁海绵有共同的祖先,其成员可分为四个亚家族,分别是DVL1亚家族、DVL2亚家族、DVL3亚家族和无脊椎动物DVL亚家族,并发现DVL蛋白家族演化过程中存在基因复制现象;在演化历程中,DVL蛋白家族Motif的组成存在着规律性的变化,随着物种的演化Motif的数量有所增加;DVL家族基因存在着内含子的插入和缺失现象,其相位在高等动物中较为保守。本研究为进一步理解DVL蛋白家族的起源与演化动态提供一定的参考。     

内吞蛋白家族的研究近况

内吞蛋白是最近发现的一类功能蛋白质,主要参与细胞膜的物质运输和信息交流。内吞蛋白具有特殊的结构,家族成员之间有很高的同源性,成员蛋白一般多具有C端的SH3结构域和N端的溶血磷脂酸脂酰基转移酶结构域。C端的SH3结构域可与许多能结合SH3的蛋白质相结合,N端则参与细胞膜的内凹形成囊泡。内吞蛋白在神经递质的回收过程中发挥重要的作用,并在细胞的信号转递和凋亡过程中具有重要的作用．     

哺乳动物锌指蛋白家族中KRAB功能域的进化

KRAB锌指基因是哺乳动物中最大的转录调控因子家族,它的多数成员在基因组上成簇分布,具有五种不同的亚家族,在功能行使上承担着不同的作用。本文通过对人类、黑猩猩、小鼠、大鼠和狗五种哺乳动物全蛋白质组序列及mRNA组织表达谱分析,验证了C2H2锌指结构在单个KRAB蛋白质中出现的数目多于一般锌指蛋白质;KRAB功能域在各物种中分布显著不同且与分化时间不成正比,这表明KRAB相关功能域多样性在灵长类进化过程中潜在的适应性进化。同时,提出KRAB亚家族进化的路线：即KRAB—Aa为起始家族,Ba由Aa直接演变形成,而Ca,blonga和XRCC-Z种亚型可能经过Ba或直接从Aa演变形成;此外,锌指结构在单个蛋白质中出现个数伴随KRAB功能域自身的进化路线逐渐递增,反映了KRAB功能域在形成新转录调控因子方面的积极作用。     

新的天然免疫保护分子——PLUNC家族蛋白

在呼吸道上皮与消化道上皮的表面,覆盖有一层由免疫保护分子所组成的蛋白质混合物,在上皮组织与外界各种信号之间,它们起着信号传递中介与信号执行分子的作用.我们新克隆的NASG基因为这一混合物添加了新的成员,对其结构与功能分析表明:它属于腭、肺及鼻咽上皮克隆（PLUNC）家族中SPLUNC1的全新转录本.目前发现人类PLUNC家族至少有8个以上成员,分布在人类20号染色体大约300 kb的狭窄区域,它们具有杀菌\渗透增强蛋白结构域,在进化上高度保守,每个成员分别在呼吸道上皮的不同部位特异性表达,具有潜在的结合细菌脂多糖的功能,能对外来物理及化学刺激做出反应,以分泌蛋白的形式进入鼻咽分泌物或唾液中,部分家族成员可能具有抗微生物、清除有害化学物质、抗肿瘤等多重功效.以上说明,PLUNC家族可能是上呼吸道的一种新的天然免疫保护分子,在维持上呼吸道的正常生理活动中起重要作用.     

构建适用于蛋白质家族分类的相似性网络

图聚类用于蛋白质分类问题可以获得较好结果,其前提是将蛋白质之间复杂的相互关系转化为适当的相似性网络作为图聚类分类的输入数据。本文提出一种基于BLAST检索的相似性网络构建方法,从目标蛋白质序列出发,通过若干轮次的BLAST检索逐步从数据库中提取与目标蛋白质直接或间接相关的序列,构成关联集。关联集中序列之间的相似性关系即相似性网络,可作为图聚类算法的分类依据。对Pfam数据库中依直接相似关系难以正确分类的蛋白质的计算表明,按本文方法构建的相似性网络取得了比较满意的结果。     

嗜肝病毒家族成员间进化关系的初步研究

比较分析了嗜肝病毒家族四成员间的全基因核苷酸序列,得出了它们之间的相对进化距离,DHBV 分野最早,GSHV,WHV 次之,HBV 最晚;其进化方式属趋 异性进化.进一步比较各 ORF 的保守性,发现各 ORF 间及同一 ORF 内的不同区域核苷酸发生替换的频率有明显差别;讨论了各 ORF 的特点及意义.     

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。     

脊椎动物球蛋白家族新成员--胞红蛋白

胞红蛋白(Cygb)是广泛存在于脊椎动物各类组织细胞中的球蛋白家族成员。Cygb为六配位体血红素单体蛋白质,能可逆结合O2、CO等气体配体,参与细胞内某些需氧酶反应。     

植物miR159家族成员分子特性及其进化规律研究

为了解植物miR159家族成员的分子特性及其进化规律,该研究对miRBase数据库中登录的miR159家族成员进行分类统计、进化树构建、科间比较、二级结构预测及靶基因分析。结果表明:miR159家族在植物界分布非常广泛,蕨类植物可能是miR159家族的进化祖先;系统发育进化树分析显示,植物miR159家族成员间存在多个进化分支,且进化关系与植物属性有关,即植物亲缘关系越近的成员更易成枝,且具有相同进化方向的成员序列高度同源;Mfold预测显示,pre-miR159均会自发形成典型、稳定的茎环二级结构,并包含19~21个碱基为单位的功能片段,每个单位均有可能形成miR159成熟体;靶基因分析发现,miR159家族成员主要作用于MYB转录因子、转座因子和假定蛋白等,但在不同物种间及相同物种的不同成员间作用的靶标种类与靶基因ID数量均存在差异,尤其是miR159-3p与miR159-5p间的差异最为显著。     

形态和分子进化研究中的同源概念

在比较生物学中,同源是一个中心概念,是系统学的心脏,同源最基本的意义就是共同祖先。然而,这只是对同源的解释而非告诉我们怎样去发现它。同源又可被看成是特别类群间的联系。形态进化研究中同源比较的对象是生物的结构,而分子进化研究中的同源比较对象是DNA中的核着酸序列,现对这两种层次的同源概念及其相互间的关系进行讨论。       

人14-3-3蛋白家族的生物信息学分析

目的:分析人14-3-3蛋白家族的同源性及分子进化关系。方法:利用已公布的人基因组数据库,采用BLASTN程序检索人14-3-3蛋白家族各成员的编码基因和假基因,并利用DNAMAN软件进行序列联配,绘制其分子进化树。结果:该家族半数成员具有多个假基因序列,为返转座类型假基因。进化分析表明该家族有共同的祖先,可归为3个亚类。结论:人14-3-3蛋白家族每个成员长期进化所形成的多样性提示其功能具有独特性。     

中华按蚊CPF家族表皮蛋白基因的全基因组鉴定及其特征分析

【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis基因组上的CPF家族表皮蛋白基因,分析其基因结构和特征,推测其可能的生物学功能;同时比较研究代表性蚊种的CPF家族基因,提供CPF家族基因的信息框架。【方法】基于中华按蚊An.sinensis、冈比亚按蚊An.gambiae、微小按蚊An.minimus、埃及伊蚊Aedes aegypti、致倦库蚊Culex quinquefasciatus和黑腹果蝇Drosophila melanogaster全基因组序列,以冈比亚按蚊CPF家族基因序列为询问序列,采用BLASTP,TBLASTN和HMM方法鉴定这些物种的CPF家族基因;利用生物信息学方法预测中华按蚊CPF家族基因的结构、剪切模式、信号肽、跨膜区、结构域和3D结构等;采用最大似然法(maximum likelihood,ML)构建这些物种的系统发生关系,推断CPF家族基因的起源和进化。【结果】中华按蚊、冈比亚按蚊、微小按蚊、埃及伊蚊、致倦库蚊和黑腹果蝇全基因组共有4,4,4,3,3和3个CPF家族基因。中华按蚊的CPF基因被分别命名为As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4,这些As CPF基因的全长c DNA序列分别为736,2 021,531和1 001 bp,分别编码219,345,148和185个氨基酸。As CPF1,As CPF2和As CPF3仅含有一个内含子,但As CPF4含有3个内含子,所有内含子均为0位内含子。As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4分别有3,2,1和2个不同的选择性剪切子。As CPF3的表达量最高,其次是As CPF4,As CPF2和As CPF1。推测的As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4的理论分子量分别为22.86,36.47,15.08和18.66 k D,等电点分别为9.08,8.97,9.44和9.16。As CPF家族蛋白含有保守的44个氨基酸基序和C-末端基序;As CPF1,As CPF3和As CPF4具有信号肽,为分泌型蛋白,而As CPF2缺乏信号肽,为非分泌蛋白。二级结构分析显示,4个As CPF均具有α-螺旋,无规卷曲和延伸链,只有As CPF4有一段跨膜片段,位于第5-27位氨基酸。系统发育分析显示,CPF3基因可能是最早分化出来的CPF家族基因,CPF1和CPF2基因可能是同一祖先基因经过一个基因重复事件分化形成的,CPF4基因很可能是按蚊所特有的,是最晚分化出来的CPF基因。以冈比亚按蚊为对照,替换率分析显示,中华按蚊CPF表皮蛋白的Ka/Ks值均小于1,表现出纯化选择。【结论】对中华按蚊CPF家族基因在全基因组上的鉴定和特征分析,及对代表性蚊虫CPF家族基因的比较分析,揭示了蚊虫CPF家族基因的多样性、结构和氨基酸特征以及起源和进化,这为该家族基因的进一步研究和利用提供了信息基础。     

种子贮藏蛋白质表达调控及应用研究进展

种子在成熟过程中大量积累贮藏蛋白质,且不同植物种子中贮藏蛋白质的种类不同.为了解种子贮藏蛋白质的表达调控模式,对近年来表达调控机制的理论研究和在植物分类研究、分子育种及表达药用蛋白质方面的应用研究进行了综述.理论研究表明,种子贮藏蛋白质的特异性表达是受精确调控的,这些调控包括启动子中的顺式作用元件和反式作用因子.应用研究表明,通过对种子贮藏蛋白质表达的合理调控可提高作物的产量和营养价值,同时种子贮藏蛋白质具有稳定表达的特性,可用于研究植物分类、植物系统进化和表达药用蛋白质.     

植物凝集素的超级家族

凝集素是一类专一、可逆地和糖类结合的蛋白质,迄今已经分离纯化并测定了氨基酸序列的凝集素已有不少,一些凝集素以及它们与配体糖相互结合的复合物的高级结构也已经给出,许多工作已深入到基因水平．就目前已有的知识,说明植物凝集素是一个庞大的蛋白质家族．     

利用神经网络对蛋白质家族进行预测

提出了一种利用神经网络为蛋白质家族建立模型的方法,这一方法的理论出发点是利用神经网络从一组同家族蛋白质序列中识别出共同的特征模式,建好的模型可用于预测蛋白质家族,使用这一方法。所能识别的模式在长度、位点等方面都不受限制。而且建模及预测过程中输入神经网络的蛋白质序列不需要作预对齐。对Pfam蛋白质库中的二十个家族运用此方法,预测的平均正确率达到了95．5％。     

家蚕Piwi亚家族基因的克隆、表达及进化分析

为克隆家蚕Bombyx mori Piwi亚家族蛋白基因cDNA全长序列,分析其分子特征和表达模式,探究Piwi亚家族蛋白在家蚕中的生理功能,本研究利用已知物种的Piwi亚家族蛋白搜索家蚕基因组,预测获得家蚕Piwi亚家族蛋白基因siwi1和siwi2,采用RACE技术克隆siwi1和siwi2的全长cDNA序列,利用ORFfinder、Gene-Explorer、InterPro等分析其分子特征;其次,利用已知的所有物种Piwi蛋白及其类似物Piwil构建系统发育树;最后,通过荧光定量PCR技术检测了siwi1和siwi2在丝腺、马氏管、中肠、头部、卵巢和精巢以及不同发育时期(卵、1～5龄幼虫、蛹、成虫)的表达水平,结果显示,克隆获得了siwi1 cDNA全长3 277 bp,包含部分5′UTR、完整的开放阅读框ORF和3′UTR,获得了siwi2的部分序列,其中siwi1对应BmPiwi,siwi2对应BmAgo3。系统发育结果显示,家蚕Piwi亚家族蛋白与乳草长蝽Oncopeltus fasciatus、黑腹果蝇Drosophila melanogaster、橘小实蝇Bactro...     

脊椎动物视蛋白基因分子进化的研究进展

视觉是动物获取外界信息的重要途径,在动物的捕食、配偶选择及讯息传递等方面均有重要作用,对动物的进化具有深远而广泛的影响[1].经过科学家的不懈努力,生态因素被认为是引导视觉系统进化的一个主要因素[1,2].     

裸子植物的生化系统学(二)——松科植物的种子蛋白多肽

本文用SDS线性梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳分析了松科Pinaceae 10属凡50种植物的种子蛋白多肽。松科植物种子都有含量较高的、分子量为45000道尔顿(简写为45K)的多肽。分子量大于45K的多肽种类很多,但含量都较低。为了定量地比较各分类群主要种子蛋白多肽,规定“多肽距离”为两分类群不同的多肽数除两分类群多肽总数的商。各属种间平均多肽距离和前文报道的酶谱距离有同样的趋势,证明松科分子进化速率的稳定性。除了油杉属和冷杉属比较接近外,各属间多肽差别很大,说明属间的间断性。种间多肽谱虽有不同程度的变异,但变异是连续的。不同属、不同亚属形态进化和分子进化的比较,表明两种进化在速率和机理上都是不同的。     

甘油磷酸二酯酶家族蛋白的分子进化

甘油磷酸二酯酶(glycerophosphodiesterrase,GDE)是原核和真核生物中高度保守的一类酶,然而不同物种存在不同数量的蛋白成员。本文以8种模式生物的甘油磷酸二酯酶家族蛋白为基础,通过邻接法构建该家族的进化树,以了解GDE家族成员的进化关系。采用多序列比对、RNA剪接位点(外显子/内含子)分析以及跨膜结构域预测对所建树进行信息挖掘。通过上述方法,提出并初步验证了GDE家族分为3个亚族的观点,即第一亚族为GDE5,第二亚族包括GDE4和GDE7,第三亚族含有GDE1、GDE2、GDE3、GDE6四个成员。