盐芥响应盐胁迫的分子机制研究进展

盐生植物盐芥是拟南芥的近缘物种,具有极强的耐盐能力,是很有研究前景的新兴耐盐模式植物.该文主要从离子平衡(Na+的吸收、外排、区隔化)、渗透平衡和过氧化物清除3个方面对近年来国内外有关盐芥耐盐分子机制的研究进展进行综述,以阐述盐芥植物对于盐胁迫反应的生理及分子机制.     

幽门螺杆菌对胃癌前期阶段胃上皮DNA同源重组修复关键蛋白的影响

目的 通过检测胃癌前期阶段幽门螺杆菌（Helicobacter pylori,H. pylori）阳性和阴性患者胃黏膜组织中DNA损伤标志物H2AX及同源重组（homologous recombination,HR）修复关键蛋白MRE11、Rad51、CtIP表达水平,评价H. pylori感染在胃癌前期阶段对HR精确修复的影响。方法 选择2017年3月至9月行胃镜及病理检测的165例H. pylori阳性和阴性患者,取胃黏膜上皮组织,石蜡包埋切片,行HE染色,根据世界卫生组织标准和更新的悉尼标准,划分病理类型。然后应用免疫组织化学染色方法检测H. pylori和DNA损伤标记蛋白及HR修复关键蛋白表达水平,并行统计学分析。结果 胃黏膜上皮细胞中H2AX的表达,在CSG、CAG和IM阶段,H. pylori阳性组表达高于阴性组（Mann-Whitney U=1116.5,P=0.001;Mann-Whitney U=185.0,P=0.018;Mann-Whitney U=214.5,P=0.041）,在Dys阶段,H. pylori阳性组和阴性组差异无统计学意义（Mann-Whitney U=35.5,P=0.964）;MRE11的表达,在CSG、CAG阶段,H. pylori阳性组表达高于阴性组（Mann-Whitney U=1117.0,P=0.001;Mann-Whitney U=201.0,P=0.002）,在IM、Dys阶段,H. pylori阳性组和阴性组差异无统计学意义（Mann-Whitney U=171.0,P=0.568;Mann-Whitney U=41.5,P=0.616）;Rad51的表达,在CSG、IM阶段,H. pylori阳性组表达低于阴性组（Mann-Whitney U=490.0,P=0.002;Mann-Whitney U=73.0,P=0.007）,在CAG、Dys阶段,H. pylori阳性组和阴性组差异无统计学意义（Mann-Whitney U=101.0,P=0.404;Mann-Whitney U=24.0,P=0.291）;CtIP的表达,在CSG、IM阶段,H. pylori阳性组表达低于阴性组（Mann-Whitney U=593.0,P=0.044;Mann-Whitney U=58.5,P=0.001）,在CAG、Dys阶段,H. pylori阳性组和阴性组差异无统计学意义（Mann-Whitney U=84.0,P=0.136;Mann-Whitney U=18.5,P=0.102）。结论 在胃癌前期发展阶段,H. pylori感染导致人体胃上皮细胞DNA损伤,却抑制部分HR修复通道关键蛋白表达,从而可能抑制精确的HR修复,增加细胞恶变几率。     

一种基于线性DNA片段同源重组的嗜盐古菌高效基因敲除系统

随着功能基因组学研究的深入发展,基因敲除技术日益成为基因功能研究的重要手段。嗜盐古菌Haloferax volcanii易于培养,是研究古菌基因功能的良好模式菌株。虽然现已开发了多种嗜盐古菌的遗传操作系统,但基因敲除成功率不十分理想。这些遗传操作方法基于pyrE筛选标记,利用携带同源片段的环状质粒与基因组同源片段间的两次同源重组,敲除目的基因。由于基于环状质粒和pyrE筛选标记的经典同源重组敲除方法在二次重组时,普遍存在回复到野生型菌株的可能,导致二次重组子中敲除目的基因的阳性菌株比例较低。为了克服传统同源重组技术的上述缺陷,文章建立了基于线性DNA片段的同源重组技术。该方法通过一次重组在目标基因的下游引入一段上游同源片段和pyrE标记,从而限定二次重组的发生部位只能在两段上游同源片段之间,发生二次重组的重组子理论上都敲除了目标基因。利用该方法,文章成功敲除了嗜盐古菌Haloferax volcanii的xpd2基因,阳性克隆率达65%。这种线性DNA片段重组法为嗜盐古菌的基因敲除提供了一种高效策略,便于嗜盐古菌的基因改造。     

影响动物细胞同源重组发生与基因打靶效率的分子机制

真核细胞的基因打靶是基因结构与功能研究的一种非常有价值的技术,也是可应用于基因治疗的具有潜力的工具。有2个限制因素束缚真核细胞基因打靶的发展,即同源重组(HR)率非常低而随机整合率非常高。通过特定基因的过表达或表达干涉,使一些参与DNA重组的蛋白表达水平瞬间改变,可能会增加HR率,降低随机整合率。本文列举了一些与HR相关的候选基因,详细介绍了其中的Rad52上位簇基因,还讨论了打靶载体的设计与修饰、DNA转染方法的有效性等。     

抑制植物减数分裂重组的分子机理

减数分裂重组不仅保证了真核生物有性生殖过程中染色体数量的稳定,还通过父母亲本间遗传物质的互换在后代中产生遗传变异。因此,减数分裂重组是遗传多样性形成的重要途径,也是生物多样性和物种进化的主要动力。在绝大多数真核生物中,不管染色体数目的多少或基因组的大小,减数分裂重组的形成都受到严格的调控,但抑制减数分裂重组的分子机理目前仍不清楚。近年来,通过正向遗传学筛选鉴定出多个减数分裂重组抑制基因,揭示了抑制基因的功能和调控途径。本文基于拟南芥中减数分裂重组抑制基因的研究现状,综述了植物减数分裂重组抑制基因研究取得的突破性进展,并结合基因功能与其调控网络阐述了抑制植物减数分裂重组的分子机理。     

泛素化修饰在减数分裂重组修复中的作用

程序性和非程序性DNA双链断裂起始于生理条件下的需求(如减数分裂重组)和外界的刺激(如离子辐射等).DNA的双链断裂会严重影响基因组的稳定性,因而需要恰当的处理并以一种可调控的方式加以修复.近期研究表明,蛋白质的泛素化修饰在DNA损伤反应以及减数分裂重组修复过程中发挥了重要作用.本文拟综述参与在同源重组依赖的DNA双链断裂修复过程中与泛素化相关的蛋白质以及一些蛋白质复合体在此过程中的作用及功能.     

过量表达GST基因对盐胁迫下转基因拟南芥氧化损伤的影响

利用模式生物拟南芥作为实验材料,通过测定谷胱甘肽-抗坏血酸代谢相关酶（GST、GPX、APX、GR、DHAR、MDHAR）的活性和GSH、ASA、MDA含量以及生物量等来研究过量表达具有过氧化物酶活性的盐地碱蓬谷胱甘肽转移酶基因（GST基因）对盐胁迫下转基因拟南芥氧化损伤的影响。结果显示,转基因拟南芥比野生型具有较高的GST、GPX以及MDHAR酶活性;前者还具有较多的还原型谷胱甘肽和抗坏血酸,并且谷胱甘肽库氧化水平较野生型高。盐胁迫不但部分抑制了野生型拟南芥的生长,同时也导致了大量脂质过氧化物的积累;而盐胁迫对转基因拟南芥的生长抑制不明显,也没有较多的脂质过氧化物的积累。结果表明,过量表达盐地碱蓬谷胱甘肽转移酶基因提高．广转基因拟南芥依赖于还原型谷胱甘肽的过氧化物清除途径,同时有可能改变了GSH和ASA的代谢途径,这两方面的作用导致了转基因拟南芥氧化损伤的降低,使转基因拟南芥在盐胁迫下保持较好的生长态势。     

为什么每个人都是独一无二的——谈谈基因的“洗牌”

世界上的每一个人都是特别的、独一无二的。这是由于每代人在形成生殖细胞时,都会对来自父亲和母亲的DNA进行"洗牌",即"同源重组",从而产生几乎无限种可能的基因组合形式。同源重组的过程源于DNA双链断裂的修复机制,是形成DNA多样性最主要的原因,所有的生物都利用同源重组交换遗传物质。由于基因"洗牌",每个人都会同时拥有"好"基因和"坏"基因,都会有自己独特的优点和局限性。如何扬长避短,是每个人都应该注意的问题。     

植物质膜H+-ATPase响应盐胁迫的分子机制

植物细胞质膜质子泵（PM H^＋-ATPase）有看家酶之称,是由多基因编码的,其主要功能是向细胞营养物质的吸收和离子跨膜运输提供驱动力。文章介绍PM H^＋-ATPase在植物抗盐中的作用及研究进展。     

盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响

芥子油苷是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切。以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和盐生模式植物盐芥（Thellungiella halophila）为研究对象,系统地分析了盐胁迫下二者芥子油苷组成和含量的变化规律。拟南芥（生长4周）和盐芥（生长6周）叶片的芥子油苷组成在盐胁迫后没有改变。拟南芥的芥子油苷总量、脂肪族芥子油苷总量、吲哚族芥子油苷总量受盐胁迫的影响均不显著,而盐芥的则随盐胁迫增强先减少、后增加并高于对照水平。拟南芥脂肪族的3MSOP、5MSOP和吲哚族的4OHI3M、4MOI3M随盐胁迫增强而含量降低,而脂肪族的6MSOH、吲哚族的I3M以及盐芥脂肪族的3MSOP则随盐胁迫增强有含量增加的趋势。拟南芥脂肪族的8MSOO和吲哚族的1MOI3M,盐芥脂肪族的3MTP、Allyl、10MSD和吲哚族的4MOI3M,在盐胁迫下的含量变化与盐芥芥子油苷总量的变化趋势一致。     

天蓝色链霉菌中分化发育基因参与同源性重组

在天蓝色链霉菌中,ＳＣＰ２＾＊质粒接合转移频率的快增长,ＳＣＰ２＾＊质粒介导的质粒同源性重组频率的快增长与气生菌丝的形成同步。在１株ｂｌｄ基因突变株中,３株ｗｈｉ基因突变株中,测定ＳＣＰ２＾＊质粒接合转移及其介导的质粒同源性重组,结果表明,除ｗｈｉＡ基因突变导致质粒接合转移频率不稳定外,其余３个基因突变对质粒接合转移不产生影响,但在所测定的４个基因突变株中,质粒同源性重组的频率降低超过１０掊。     

RYBP Is a K63-Ubiquitin-Chain-Binding Protein that Inhibits Homologous Recombination Repair

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UBQLN4 Represses Homologous Recombination and Is Overexpressed in Aggressive Tumors

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The Histone Chaperones ASF1 and CAF-1 Promote MMS22L-TONSL-Mediated Rad51 Loading onto ssDNA during Homologous Recombination in Human Cells

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Polycomb-group histone methyltransferase CLF is required for proper somatic recombination in Arabidopsis

Homologous recombination(HR) is a key process during meiosis in reproductive cells and the DNA damage repair process in somatic cells. Although chromatin structure is Researchthought to be crucial for HR, only a small number of chromatin modifiers have been studied in HR regulation so far. Here, we investigated the function of CURLY LEAF(CLF), a Polycomb-group(PcG) gene responsible for histone3 lysine 27 trimethylation(H3K27me3), in somatic and meiotic HR in Arabidopsis thaliana. Although fluorescent protein reporter assays in pollen and seeds showed that the frequency of meiotic cross-over in the loss-of-function mutant clf-29 was not significantly different from that in wild type, there was a lower frequency of HR in clf-29 than in wild type under normal conditions and under bleomycin treatment. The DNA damage levels were comparable between clf-29 and wild type, even though several DNA damage repair genes(e.g. ATM, BRCA2 a, RAD50, RAD51, RAD54,and PARP2) were expressed at lower levels in clf-29. Under bleomycin treatment, the expression levels of DNA repair genes were similar in clf-29 and wild type, thus CLF may also regulate HR via other mechanisms. These findings expand the current knowledge of PcG function and contribute to general interests of epigenetic regulation in genome stability regulation.     

同源重组分子基础的教学讨论

本文从教学出发,着重以广泛流行的Meselson-Radding模型讨论了同源重组和基因转换的分子基础,以助于学生在学习中的理解与掌握。 Abstract:In order to assist students with understanding homologous recombination and gene conversion,the molecule basis of homologous recombination and gene conversion was discussed in this paper.     

Genetic Analyses of Meiotic Recombination in Arabidopsis

Meiosis is essential for sexual reproduction and recombination is a critical step required for normal meiosis. Understanding the underlying molecular mechanisms that regulate recombination is important for medical, agricultural and ecological reasons. Readily available molecular and cytological tools make Arabidopsis an excellent system to study meiosis. Here we review recent developments in molecular genetic analyses on meiotic recombination. These include studies on plant homologs of yeast and animal genes, as well as novel genes that were first identified in plants. The characterizations of these genes have demonstrated essential functions from the initiation of recombination by double-strand breaks to repair of such breaks, from the formation of doubie-HoUiday junctions to possible resolution of these junctions, both of which are critical for crossover formation. The recent advances have ushered a new era in plant meiosis, in which the combination of genetics, genomics, and molecular cytology can uncover important gene functions.