高通量测序技术在可选择性多聚腺苷酸化研究中的应用

可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)在基因表达调控中起着重要的作用。位于最后一个外显子的APA可以产生具有不同3'UTR长度的mRNA异构体,在细胞中可影响信使RNA(messager RNA,mRNA)的稳定性、翻译效率、转运及亚细胞定位等。随着第二代高通量测序技术的发展,研究人员近年来发展了许多高通量测序文库制备方法,对全基因组APA进行测序和分析。综述了当前研究全基因组水平APA的技术,并且总结了APA与一系列关键生物现象的关系,包括免疫应答、神经反应、胚胎发育和肿瘤发生等。随着APA研究的深入,APA越发成为新的基因转录与翻译调控的研究热点。     

前体mRNA的选择性多聚腺苷酸化与人类疾病

真核细胞的前体mRNA必须经过复杂的加工过程才能成熟,包括5’端加帽、剪接和3’端加工,其中3’加工包括3’端的切割和多聚腺苷酸化.该过程由前体mRNA上的顺式作用元件以及多个蛋白质因子控制.组成哺乳动物前体mRNA3’端加工机器的核心蛋白质复合体有切割和多聚腺苷酸化特异性因子、切割刺激因子、切割因子Ⅰ和切割因子Ⅱ.其他因子包括poly(A)聚合酶、poly(A)结合蛋白、偶对蛋白(symplekin)等.哺乳动物基因通常含有多个ploy(A)位点,选择性多聚腺苷酸化不仅可产生具有不同长度3’UTR的mRNA异构体,还可能改变基因的CDS区.作为真核生物基因表达调控的关键机制,选择性多聚腺苷酸化在细胞生长、增殖和分化中起着重要作用.本文综述了哺乳动物前体mRNA的3’端加工过程,3’端加工机器的组成及功能,探讨了选择性多聚腺苷酸化在多种人类疾病中的作用机制,以期为读者带来一些新的见解.     

选择性多聚腺苷酸化的生物学效应及其调控机制研究进展

真核生物基因的前体mRNA(pre-mRNA)及一些lncRNA在成熟过程中其3'端会发生剪切和多聚腺苷酸化反应(cleavage and polyadenylation, C/P),C/P的发生需要多聚腺苷酸化信号(polyadenylation signal, PAS)的存在。选择性多聚腺苷酸化(alternative cleavage and polyadenylation, APA)是指具有多个PAS的基因,在其mRNA3'端成熟过程中,由于选择不同的PAS,导致产生出多个3'UTR长度和序列组成不同的转录异构体。3'UTR长度和序列的不同会影响mRNA的稳定性、翻译效率、运输和细胞定位等,因此APA是真核生物的一个重要转录后调控方式。近年来,对大量动物、植物及酵母的基因组测序分析发现,APA在真核生物广泛存在,针对APA的生物学效应和调控机制开展了一系列研究。目前已鉴定出许多APA调控的顺式调控元件和反式作用因子。本文重点介绍了APA生物学效应和调控机制的最新研究进展,并探讨了未来APA调控的研究方向。     

真核细胞mRNA选择性多聚腺苷酸化研究进展

选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)是前体信使RNA(messenger RNA,mRNA)形成具有编码能力的成熟mRNA的重要加工过程.APA事件是一种真核细胞中普遍存在的基因表达调控方式,在发育、增殖、分化、神经元活化等许多生物学过程中发挥重要作用.前体mRNA的AP...     

过量表达腺苷甲硫氨酸合成酶基因能提高转基因烟草中多聚胺的生物合成

以土壤农杆菌介导的转化方法将盐地碱蓬的腺苷甲硫氨酸合成酶cDNA（SsSAMS2）转化到烟草K326中。PCR分析的结果表明,SsSAMS2整合进K326的基因组内。共筛选到8个转基因纯合品系,分析其中3个品系（ST8．9、ST14—2、ST3．5）基因表达和多聚胺含量的结果表明,SsSAMS2可在转基因烟草中表达,转基因烟草中的多聚胺含量明显高于野生型烟草。这些结果表明,腺苷甲硫氨酸合成酶基因已在转基因烟草中过量表达并导致多聚胺含量提高。     

家蚕多聚泛素基因的电子克隆、序列分析及表达谱预测

具选择性蛋白质降解功能的泛素在昆虫生长发育过程中起着重要的调控作用。本研究采用电子克隆的方法钓取家蚕基因组中多聚泛素基因序列,命名为Bm-polyUB(GenBank登录号:AADK01019318),并进行序列分析和电子表达谱预测。序列分析表明,该编码区长3426bp,编码1141个氨基酸残基的15聚体,预测分子量和等电点分别为127.97kD和7.33,二级结构中α-螺旋、延伸带、β-转角和无规则卷曲各占17.09%、32.78%、14.37%和35.76%,亚细胞定位于细胞质、细胞核和线粒体各占43.5%、34.8%和21.7%,无前导肽、信号肽和跨膜区;多重序列比对显示,15个泛素单体基因序列间同源性和遗传距离分别介于89.0%～100.0%和0.000～0.120,其中Bm-UB3与Bm-UB10、Bm-UB5与Bm-UB7及Bm-UB10与Bm-UB14的序列相同;遗传多样性分析可见,共检出33个多态性位点,共生成12个单倍型,单倍型多样性(Hd=0.962)、平均核苷酸差异数(K=7.495)、核苷酸多样性(Pi=0.03287)、密码子有效值(ENC=41.62361)、偏爱指标(CBI=0.4960)和χ2检验计算(χ2=0.713)显示泛素单体间遗传多样性较丰富且呈现较强的密码子偏爱性;电子表达谱预测结果表明Bm-polyUB基因在家蚕中高表达的组织和发育阶段所占比例显著高于低表达。本文的研究结果可为进一步开展该基因进化机制、表达特性和生理功能等方面的实验研究提供基础资料。     

桃多聚半乳糖醛酸酶基因的cDNA克隆及序列分析

以白粉桃成熟果实为材料,用Trizol法提取桃总RNA,根据已发表的多聚半乳糖醛酸酶(PG)基因的序列设计合成一对特异引物,经 RT-PCR 扩增出一条1 188 bp的目的片段,包括一个393个氨基酸组成的开放阅读框.通过TA克隆,把它连接到pGEM-T vector上.PCR、酶切鉴定后进行基因测序,结果表明所克隆的PG基因与GenBank中肥城桃PG基因序列(AF095577)同源性为98.65%,相应的氨基酸的同源性为97.46%,说明此片段为桃PG基因片段.     

脑胶质瘤组织中胞质多聚腺苷酸化成分结合蛋白1、细胞周期蛋白B2的表达及临床意义

目的:检测脑胶质瘤组织中胞质多聚腺苷酸化成分结合蛋白1(CPEB1)、细胞周期蛋白B2(CCNB2)的表达,分析CPEB1、CCNB2表达与脑胶质瘤患者临床病理特征以及预后的关系。方法:选取2016年1月至2018年1月东莞松山湖中心医院神经外科收治的经手术切除的55例脑胶质瘤患者瘤组织标本(脑胶质瘤组)和50例颅脑损伤患者额叶或颞叶组织标本(对照组)。检测CPEB1、CCNB2表达,分析CPEB1、CCNB2表达与脑胶质瘤患者临床病理特征的关系。结合随访资料,采用Kaplan-Meier生存分析CPEB1、CCNB2阳性/阴性表达脑胶质瘤患者的预后差异及采用Cox比例风险回归分析其预后的影响因素。结果:脑胶质瘤组CPEB1、CCNB2阳性表达率均高于对照组(P<0.05)。肿瘤直径>2 cm、WHO分级Ⅲ级及远处转移的患者CCNB2阳性表达率高于肿瘤直径≤2 cm、WHO分级Ⅰ~Ⅱ级及无远处转移的患者(P<0.05);WHO分级Ⅲ级、远处转移患者的CPEB1阳性表达率高于WHO分级Ⅰ~Ⅱ级、无远处转移的患者(P<0.05)。CPEB1、CCNB2阳性表达患者3年生存率低于CPEB1、CCNB2阴性表达患者(P<0.05)。WHO分级Ⅲ级、CPEB1及CCNB2阳性表达是脑胶质瘤患者术后3年死亡的危险因素(P<0.05)。结论:脑胶质瘤组织中CPEB1、CCNB2的阳性表达率均升高,其与脑胶质瘤恶性生物学行为以及不良预后有关。     

甜瓜S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因的克隆及白粉病诱导表达分析

为探讨S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(S-adenosylmethionine decarboxylase,SAMDC)基因在甜瓜抵御白粉病菌中的作用,根据已知EST序列和甜瓜基因组数据库,在甜瓜抗白粉病品种‘Yuntian930’中克隆获得该基因的全长编码序列,命名为CmSAMDC(GenBank登录号为KF151861)。生物信息学分析表明,CmSAMDC的主开放阅读框(mORF)长1 095 bp,编码364个氨基酸,预测分子量为40 kDa。聚类分析表明,CmSAMDC预测蛋白与黄瓜和四季橘中该蛋白的同源关系最近,并与其他双子叶植物聚为一类。原核表达分析表明,CmSAMDC以融合蛋白形式表达,相对分子量约为40 kDa,与预测一致。实时定量表达分析表明,CmSAMDC基因受白粉病诱导表达,在接种后48 h表达量达到峰值,为接种前的7倍,并且在甜瓜的根、茎、叶、卷须中均有表达。结果提示该基因可能参与了甜瓜的抗白粉病反应。     

通粳1号水稻乙醛脱氢酶基因的克隆及原核表达

目的：克隆通粳1号水稻乙醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase,ALDH）基因,并在大肠杆菌中进行体外表达。方法：提取通粳1号水稻幼根总RNA,RT-PCR法扩增ALDH基因开放阅读框架片段,双酶切后连接至pET5a表达质粒中,转化BL21（DE3）宿主菌,平板培养筛选,挑取阳性菌落并提取质粒,酶切、电泳鉴定插入片段并测定其序列。含重组质粒的BL21（DE3）进行常规LB扩大培养,用不同浓度的IPTG作用不同时间进行诱导表达,SDS-PAGE检测表达产物。结果：质粒中插入的ALDH片段为1668bp,含有完整的开放阅读框架,序列与GenBank比较无差异,插入方向正确无误,表达蛋白分子量为61.8kDa左右,符合预期值,IPTG最佳诱导时间为3h,0.1mmol/L～0.8mmol/L浓度的IPTG作用效果无显著差异。结论：该基因的成功克隆和表达为进一步研究水稻中ALDH的作用和应用生物工程法大量获得ALDH奠定基础。     

Molecular Mechanisms for CFIm-Mediated Regulation of mRNA Alternative Polyadenylation

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水稻氮饥饿诱导基因的克隆与表达分析

为了解水稀(Oryza sativa L.)对氮饥饿反应的分子与基因背景,利用RaSH策略构建了水稻氮(N)饥饿诱导cDNA文库。通过反向Northern筛选该文库,获得氮饥饿诱导的18个功能已知基因和2个功能未知基因。这些已知基因涉及碳代谢、次生代谢产物合成、蛋白质分解代谢、激素代谢、信号转导、生长调控过程及转录因子。这些基因表现出不同的时空表达模式。研究结果表明了植物对氮饥饿反应涉及互相关联的多种生理与分子机理,提供了相关的一些基因信息。     

水稻氮饥饿诱导基因的克隆与表达分析

为了解水稻(Oryza sativa L.)对氮饥饿反应的分子与基因背景,利用RaSH策略构建了水稻氮(N)饥饿诱导cDNA文库.通过反向Northern筛选该文库,获得氮饥饿诱导的18个功能已知基因和2个功能未知基因.这些已知基因涉及碳代谢、次生代谢产物合成、蛋白质分解代谢、激素代谢、信号转导、生长调控过程及转录因子.这些基因表现出不同的时空表达模式.研究结果表明了植物对氮饥饿反应涉及互相关联的多种生理与分子机理,提供了相关的一些基因信息.     

Regulation of Intronic Polyadenylation by PCF11 Impacts mRNA Expression of Long Genes

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水稻NBS-LRR基因选择性剪接的全基因组检测及分析

选择性剪接是促进基因组复杂性和蛋白质组多样性的一种主要机制,但是对水稻NBS-LRR序列选择性剪接的全基因组分析却未见报道。通过隐马尔柯夫模型搜索,从TIGR数据库里得到了855条编码NBS-LRR基序的序列。利用这些序列在KOME、TIGR基因索引及UniProt三个数据库中进行同源搜索,获得同源的完整cDNA序列、假设一致性序列和蛋白质序列。再利用Spidey和SIM4程序把完整cDNA序列和假设一致性序列联配到相应的BAC序列上来预测选择性剪接。蛋白质序列和基因组序列之间的联配使用tBLASTn。在这875个NBS-LRR基因中,119个基因具有选择性剪接现象,其中包括71内含子保留,20个外显子跳跃,25个选择性起始,16个选择性终止,12个5′端的选择性剪接和16个3′端选择性剪接。大多数选择性剪接都为两个和多个转录本所支持。可以通过访问http://www.bioinfor.org查询这些数据。进而通过生物信息学分析剪接边界发现外显子跳跃和内含子保留的‘GT…AG’的规则不如组成型的保守。这暗示了它们是通过不同的调控机制来指导剪接变构体的形成。通过分析内含子保留对蛋白质的影响,发现选择性剪接的蛋白更倾向于改变其C端氨基酸序列。最后对选择性剪接的组织分布和蛋白质定位进行分析,结果表明选择性剪接的最大类的组织分布是根和愈伤组织。超过1/3剪接变构体的蛋白质定位是质膜和细胞质。这些选择性剪接蛋白可能在抗病信号转导中起到重要作用。     

水稻MYB转录因子OsDUO1的cDNA克隆及其表达模式初步分析

我们利用RT-PCR方法成功从水稻中克隆了R2R3类MYB转录因子OsDUO1（Oryza sativa duo pollen1）的全长为1032bp的cDNA,该基因编码一个343个氨基酸残基的蛋白。RT-PCR分析结果表明OsDUO1只在水稻的花粉发育后期表达,说明OsDUO1可能对水稻花粉发育具有生物学功能。生物信息学分析表明,OsDUO1在短柄草、高粱、玉米、拟南芥、烟草、葡萄、蓖麻、杨毛果、小立碗藓植物中有相近同源序列,暗示该基因在进化中具有保守的生物学功能。     

Differential Alternative Polyadenylation Landscapes Mediate Hematopoietic Stem Cell Activation and Regulate Glutamine Metabolism

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文昌鱼AmphiDC-like的全长cDNA克隆及其表达模式分析

本文旨在克隆文昌鱼树突样蛋白基因AmphiDC-like,采用实时 PCR法和原位分子杂交法对其表达模式进行分析.从文昌鱼神经胚cDNA文库测序得到的ESTs中筛选得到该基因片段,通过引物步移直接测序的方法,克隆得到其cDNA全长序列,对其推测的氨基酸序列进行同源性分析发现,该基因产物具有树突样细胞蛋白共有的保守区,并与多种生物的树突状细胞蛋白具有高度同源性,其中与脊椎动物的树突样细胞蛋白同源性较高. 实时 PCR结果显示, AmphiDC-like在文昌鱼受副溶血性弧菌(Vibrio parahemolyticus,Vp)感染后6 h到48 h表达均上调,并通过原位分子杂交技术观察到,该基因在文昌鱼鳃和消化道中有表达,为深入研究其功能奠定了基础.