稀有密码子对大肠埃希菌表达外源蛋白的影响

外源基因中的稀有密码子是影响大肠埃希菌（大肠杆菌）表达的重要因素,稀有密码子尤其是串联稀有码子能降低甚至耗竭胞内同源ｔＲＮＡ,降低蛋白表达水平,并具有显著的位置效应,另外,稀有密码子可以引起外源ｍＲＮＡ翻译过程中的移码翻译,核糖体跳跃和氨基酸错配等异常事件,本文就稀有密码子影响大肠杆菌蛋白表达的机制研究作一系统综述。     

马传染性贫血病毒强、弱毒株dUTPase结构与酶活性比较

为研究尿嘧啶脱氧核糖核苷三磷酸酶(dUTPase)在马传染性贫血病毒(equine infectous anemia virus,EIAV)致弱过程中的作用,探索dUTPase结构与功能的关系,分别对EIAV强、弱毒株dUTPase的编码基因进行了结构分析,并在大肠杆菌中进行了表达.经镍-次氮基三乙酸(Ni-NTA)金属亲合层析方法对表达产物纯化后,用3H标记底物的方法测定了重组强、弱毒株dUTPase的活性.证明所表达的两种重组dUTPase均具有水解dUTP的功能,但重组弱毒株dUTPase的活性显著高于重组强毒株dUTPase的活性.结果提示,由于EIAV疫苗株在驴白细胞上连续传代培养,使病毒dUTPase的活性增强和复制能力提高,而决定酶活性改变的分子基础是dUTPase编码基因中的两个氨基酸发生了突变.此结果对其它慢病毒病的免疫预防具有重要参考价值.     

马立克氏病病毒I型CVI988/Rispens疫苗株UL13激酶结构域分析及其偏嗜密码子片段在大肠杆菌中的表达

摘要：目的 寻找MDV-1UL13激酶催化中心,并体外表达UL13,以便研究UL13蛋白激酶的功能。方法 用PCR方法从CVI988疫苗株基因组中扩增UL13基因,利用GENEART（www.gcua.de）分析UL13在大肠杆菌中表达时密码子的偏嗜性;通过DNAstar抗原性分析确定UL13的高抗原性片段,进行原核表达,并以切胶免疫方法免疫小鼠制备多抗血清;通过NCBI的protein blast功能及Cn3D 4.1在线软件分析UL13保守结构域。结果 PCR扩增出UL13基因,序列分析结果表明, UL13的259-400aa、431-513aa两个片段抗原性强,且稀有密码子较少;保守结构域分析发现UL13催化中心主要位于152-297氨基酸残基间,且在激酶Subdomain Ⅶ的保守甘氨酸残基被丝氨酸替代,SubdomainⅧ的保守非极性脯氨酸残基被极性半胱氨酸残基替换。利用大肠杆菌表达的UL13第259～400 aa片段免疫小鼠制备出多抗血清能与真核表达产物反应。结论 MDV-1 UL13催化中心主要位于152-297氨基酸残基间,体外表达的基因产物诱导机体产生了抗UL13激酶的特异性抗体。     

中蜂囊状幼虫病毒结构蛋白VP2的密码子优化表达及其免疫原性研究

利用生物信息学软件对编码中蜂囊状幼虫病毒(Chinese sacbrood virus,CSBV)VP2结构蛋白的密码子进行优化来提高VP2蛋白表达量,并进行免疫原性研究确定VP2蛋白的免疫原性。通过对17株囊状幼虫病毒(SBV)和7株中蜂囊状幼虫病毒(CSBV)的VP2基因序列进行比对,选取代表毒株(GenBank:HM237361.1)CSBV-LN株VP2基因作为参考序列,并用在CSBV所有毒株中保守性相对较强的氨基酸替换CSBV-LN株VP2对应位置的氨基酸,通过在线软件(http://www.jcat.de/和http://genomes.urv.es/OPTIMIZER/)对其密码子进行优化,构建原核表达质粒pET-28a-optiVP2,并转化入BL21(DE3)中,进行诱导表达。表达产物经SDS-PAGE和Westren blot鉴定正确后,将表达蛋白纯化并免疫至白来杭母鸡,对免疫鸡的抗体水平和淋巴细胞增值指数进行检测,研究CSBV VP2蛋白的免疫原性。同时,收集免疫后鸡蛋制备卵黄抗体,经纯化再与CSBV相互作用后,接种于3日龄蜜蜂幼虫,观察接种后幼虫死亡率,研究卵黄抗体中和CSBV病毒能力。结果显示,优化后的optiVP2能够在大肠杆菌中高效表达,其表达产物具有良好免疫原性,表达产物接种白来杭母鸡可诱导产生抗体,制备的卵黄抗体具有中和CSBV的作用。本实验实现了CSBV结构基因VP2在原核系统的高效表达,鸡免疫实验表明其具有良好免疫原性,并且可诱导鸡产生保护作用中和抗体,为进一步开发防治CSBV的生物制剂提供了帮助。     

一株新的重组蛙病毒△67R-RGV的构建及基因67R的初步功能鉴定

沼泽绿牛蛙病毒(Rana grylio virus,RGV)属于虹彩病毒科(Iridoviridae),蛙病毒属(Ranavirus),其基因组中含编码尿嘧啶脱氧核糖核苷三磷酸酶(dUTPase)的基因67R。通过构建缺失67R的重组病毒Δ67R-RGV,探讨67R在RGV复制和感染过程中的功能。首先构建携带有作为标记的绿色荧光蛋白(Enhanced green fluorescence protein,EGFP)基因的质粒(pGL3-67RL-p50-EGFP-67RR),然后将该质粒与RGV基因组在67R位点进行同源重组(homologous recombination),并接种到培养的鲤鱼上皮瘤细胞(Epithelioma papulosum cyprinid,EPC)单层细胞中。利用荧光显微观察,判断并筛选有感染性的重组病毒(Δ67R-RGV)。经过十轮挑斑分离,直至在普通显微镜下观察到的细胞病变空斑与荧光显微镜观察到的绿色荧光空斑完全吻合,获得一株新的、纯化的重组蛙病毒Δ67R-RGV。再以野生型蛙病毒(wt-RGV)为对照,分别扩增并提取wt-RGV和Δ67R-RGV的基因组DNA,进行PCR检测。结果显示,在wt-RGV基因组中可检测到67R;但在Δ67R-RGV基因组中仅检测到EGFP,却检测不到67R,证实在构建重组病毒时,EGFP的确按预期插入67R位点。进一步分别测定了wt-RGV与Δ67R-RGV的一步生长曲线,结果无显著差别,表明67R及其编码产物dUTPase的缺失并不影响RGV的正常复制,67R为病毒非必需基因。     

一株新的重组蛙病毒Δ67R-RGV的构建及基因67R的初步功能鉴定北大核心CSCD

沼泽绿牛蛙病毒(Rana grylio virus,RGV)属于虹彩病毒科(Iridoviridae),蛙病毒属(Ranavirus),其基因组中含编码尿嘧啶脱氧核糖核苷三磷酸酶(dUTPase)的基因67R。通过构建缺失67R的重组病毒Δ67R-RGV,探讨67R在RGV复制和感染过程中的功能。首先构建携带有作为标记的绿色荧光蛋白(Enhanced green fluorescence protein,EGFP)基因的质粒(pGL3-67RL-p50-EGFP-67RR),然后将该质粒与RGV基因组在67R位点进行同源重组(homologous recombination),并接种到培养的鲤鱼上皮瘤细胞(Epithelioma papulosum cyprinid,EPC)单层细胞中。利用荧光显微观察,判断并筛选有感染性的重组病毒(Δ67R-RGV)。经过十轮挑斑分离,直至在普通显微镜下观察到的细胞病变空斑与荧光显微镜观察到的绿色荧光空斑完全吻合,获得一株新的、纯化的重组蛙病毒Δ67R-RGV。再以野生型蛙病毒(wt-RGV)为对照,分别扩增并提取wt-RGV和Δ67R-RGV的基因组DNA,进行PCR检测。结果显示,在wt-RGV基因组中可检测到67R;但在Δ67R-RGV基因组中仅检测到EGFP,却检测不到67R,证实在构建重组病毒时,EGFP的确按预期插入67R位点。进一步分别测定了wt-RGV与Δ67R-RGV的一步生长曲线,结果无显著差别,表明67R及其编码产物dUTPase的缺失并不影响RGV的正常复制,67R为病毒非必需基因。     

密码子偏性对痘苗病毒载体表达效率影响的研究

为了研究密码子偏性对痘苗病毒载体表达效率的影响,分别采用痘苗病毒及其宿主细胞的优势密码子对绿色荧光蛋白基因进行改造,利用荧光、Western blot和FCM等方法分析其在痘苗病毒载体系统的表达水平。结果显示,全部采用痘苗病毒优势密码子(富含A T)和全部采用宿主细胞优势密码子(富含G C),以及部分使用宿主细胞优势密码子的三种绿色荧光蛋白基因都能够有效表达,表达水平相近,表明痘苗病毒载体对目的基因密码子的使用具有很好宽容性。为了探讨这种宽容性的机理,分别利用在胞核内和在胞浆内转录的质粒载体对不同密码子偏性的绿色荧光蛋白基因进行表达分析。结果显示,胞核内转录目的基因的pcDNA3质粒载体能有效表达富含G C的绿色荧光蛋白基因,不能有效表达富含A T的绿色荧光蛋白基因,而胞浆内转录目的基因的pSCA质粒载体能同样有效表达上述不同密码子偏性的目的基因。这些结果表明,位于胞浆内的富含A U的转录产物能够有效表达,细胞核内生成的富含A U的转录产物可能受核膜屏障或其它核内因素影响而不能有效表达。因此,胞浆内繁殖的特性是痘苗病毒载体具有密码子宽容性的主要原因。此研究为痘苗病毒载体和常用真核表达载体的选择使用提供了重要实验依据。     

蜜蜂残翼病毒VP2基因密码子优化、原核表达及免疫原性分析

蜜蜂残翼病毒(Deformed wing virus,DWV)是引发世界各地大范围蜂群损失的主要嫌疑对象,间接给农业生产带来了巨大的经济损失。为了探究DWV结构蛋白VP2的免疫原性,深入研究该蛋白的功能和为制备DWV单克隆抗体提供可靠的免疫原,本研究从DWV分离株(GenBank登录号:MF770715)扩增得到VP2基因,同时根据大肠杆菌密码子的偏嗜性对VP2基因进行优化并合成,分别将优化前和优化后的VP2基因克隆到pET-28a载体上,获得重组质粒pET-28a-VP2和pET-28a-opti-VP2,分别转化至宿主菌BL21(DE3)中诱导表达,经SDS-PAGE和Western Blot检测,显示仅优化后的opti-VP2基因高效表达,然后对最佳表达条件进行摸索。在此基础上,对重组蛋白纯化后分3次免疫6周龄的雌性BALB/c小鼠,同时设置纯化病毒组和空白对照组,对免疫小鼠的抗体水平和淋巴细胞增殖指数(SI)以及干扰素(IFN-γ)、白介素IL-2和IL-4水平进行检测。结果表明,重组VP2蛋白能够诱导产生特异性抗体,促进淋巴细胞增殖,提高IFN-γ、IL-2和IL-4水平,具有良好的免疫原性,为深入研究DWV VP2蛋白功能和开发防治DWV的生物制剂提供了帮助。     

表达不同致病型S基因重组鸡传染性支气管炎病毒的细胞嗜性研究

鸡传染性支气管炎病毒(IBV)在体外进行细胞培养比较困难,并且不同来源毒株在易感性上也存在差异。为揭示IBV适应CK细胞培养的分子基础,优化其细胞培养技术,本研究首先对H120疫苗株和IBYZ分离株的分子克隆株rH120和rIBYZ,在鸡胚、鸡气管环以及原代鸡肾细胞(CK)上培养时组织细胞的嗜性差异进行了比较,结果发现rIBYZ与rH120在CK上的亲嗜性存在显著差异。在此基础之上,课题组借助前期建立的IBV反向遗传操作系统,将H120疫苗株和IBYZ株的S基因进行交叉替换,成功拯救获得2株重组病毒rH120-S/YZ和rIBYZ-S/H120。通过比较不同毒株感染CK细胞后的病变、特异性免疫荧光的强度以及病毒的增殖曲线,表明刺突蛋白(S)在IBV适应CK细胞过程中发挥决定性作用。本文揭示了S蛋白对细胞嗜性的影响,为进一步探索IBV适应细胞的分子机制奠定了基础。     

SARS病毒核蛋白基因的克隆及其表达研究

从一例输入性传染性非典型性肺炎病人血清中提取病毒RNA,通过RT-PCR方法扩增出SARS病毒核蛋白基因片段,克隆入质粒载体pUCm-T后,进行核苷酸序列的测定及分析,与已公布的SARS病毒基因序列进行比较,证实为SARS冠状病毒核蛋白基因.为了解该病毒核蛋白的抗原特性,将核蛋白基因插入表达载体,构建重组质粒pET28a-SN,转导大肠杆菌BL21(DE3)后,加IPTG诱导表达.产物经SDS-PAGE电泳分析,表达出相对分子量约为50kDa的蛋白,占整个菌体的45%左右.Western-blot分析表明,表达产物仅与SARS阳性病人血清起反应,而与正常血清不起反应.间接ELISA免疫检测,抗原滴度达112500.表明表达的核蛋白为SARS特异性抗原,这为SARS病毒的诊断试剂的研制提供了方便而安全的抗原来源.     

基因及其表达调控中遗传密码选择的偏爱性

遗传密码在基因及其表达调控中具有明显的选择性.在低等生物及细胞器基因组中,同义密码优先选择A、T;在高等生物的核基因组中,同义密码首先考虑C、G;编码基因的邻近序列对基因转录调控影响很大.环境因素与遗传密码的选择有关.     

Mutational Bias and Gene Expression Level Shape Codon Usage in Thermobifida fusca YX

In this study major factors shaping codon and amino acid usage variation in Thermobifida fusca YX are reported. It is a major degrader of plant cell walls. It produces spores that can be allergenic and has been associated with a condition called farmers lung. For comparison, two other closely related Actinobacteria, S. coelicolor and N. farcinica were considered. Correspondence analysis on RSCU (Relative Synonymous Codon Usage) showed significant correlation between the major trend of codon usage variation and gene expression level assessed by the "Codon Adaptation Index" (CAI) values. The result was further confirmed from distribution of genes along the first axis. In addition, N_{c} (effective number of codons) plot, SCUO (synonymous codon usage order) plot and correlation analyses showed that base composition and mutational bias have a dominant role in codon usage variation. Furthermore, gene expression level, hydrophobicity and aromaticity have played a significant role in the source of variations for amino acid usage. In addition, codon preference for genes at higher expression level was found to be similar among three different genera. Notably, 14 codons optimally used by Thermobifida fusca YX and its comparative study with S. coelicolor and N. farcinica might provide some useful information for their further study of molecular evolution and genetic engineering.     

按痘苗病毒优势密码子改造HIV-1 gag基因提高表达水平的研究

为确定痘苗病毒密码子偏向性与基因表达的关系及其在痘苗病毒与宿主细胞相互作用过程中的作用,按痘苗病毒的优势密码子对HIV-1 gag基因进行改造,并对合成基因与野生型HIV-1 gag基因在痘苗病毒载体系统的表达水平进行了研究。结果显示：①各目的基因分别正向插入了痘苗病毒TK区7．5k启动子下游;②免疫荧光检测显示,改造前后的gag基因均能够很好地在痘苗病毒中表达;③Western blot检测显示,在相同感染量时,改造后的gag基因具有更高的表达水平;④流式细胞术检测显示,密码子改造后的gag基因较野生型gag基因表达水平提高约17％。上述结果表明：按照痘苗病毒优势密码子进行外源基因改造,可作为提高外源基因在痘苗病毒中表达的策略,同时提示,密码子偏向性是痘苗病毒与宿主细胞相互作用的重要调控因素。     

Predicting Gene Expression Level from Relative Codon Usage Bias: An Application to Escherichia coli Genome

We present an expression measure of a gene, devised to predictthe level of gene expression from relative codon bias (RCB).There are a number of measures currently in use that quantifycodon usage in genes. Based on the hypothesis that gene expressivityand codon composition is strongly correlated, RCB has been definedto provide an intuitively meaningful measure of an extent ofthe codon preference in a gene. We outline a simple approachto assess the strength of RCB (RCBS) in genes as a guide totheir likely expression levels and illustrate this with an analysisof Escherichia coli (E. coli) genome. Our efforts to quantitativelypredict gene expression levels in E. coli met with a high levelof success. Surprisingly, we observe a strong correlation betweenRCBS and protein length indicating natural selection in favourof the shorter genes to be expressed at higher level. The agreementof our result with high protein abundances, microarray dataand radioactive data demonstrates that the genomic expressionprofile available in our method can be applied in a meaningfulway to the study of cell physiology and also for more detailedstudies of particular genes of interest.     

红松查尔酮合成酶基因CHS密码子偏好性分析

查尔酮合成酶(Chalcone synthase,CHS)广泛存在于植物体内,是花色素形成过程中一种重要的酶,可以进一步催化生成黄酮类化合物。本研究采用Codon W和EMBOSS在线软件对红松查尔酮合成酶基因CHS的密码子使用偏好性进行分析,并与北美乔松等其他24种植物的CHS基因以及模式植物基因组进行比较,对认识红松CHS基因的密码子使用偏好性,为选择适宜的表达系统奠定了一定的基础。研究结果表明:红松CHS基因编码区的有效密码子数(ENC)和GC含量分别为48.92和0.548,C+G含量高于A+T含量,密码子偏好以A/T结尾;多数植物CHS基因的G+C含量高于A+T含量,且密码子更偏好C/G结尾;聚类分析表明,红松与马尾松和赤松的密码子使用偏好性的相似性较高;密码子使用频率研究发现,红松CHS遗传转化与异源表达较优的受体可能是大肠杆菌和拟南芥。     

子囊菌延长因子1 alpha基因密码子偏好性分析(英文)

文中对子囊菌代表类群的延伸因子1 alpha基因密码子的使用模式进行了研究。结果表明:该基因的密码子使用偏好性不仅与核酸碱基组成密切相关,也受到其他选择性压力的影响。统计分析揭示了子囊菌各类群该基因的密码子组成和编码特点,在同义密码子的选择模式上,酵母纲(Saccharomycetes)的成员具有较独特的偏好性。基于密码子用法分歧度的聚类分析方法较合理地反映了大部分类群的分类学地位,但在各个纲的内部,密码子偏好性的变化程度存在差异。     

The Codon Statistics Database: A Database of Codon Usage Bias

We present the Codon Statistics Database, an online database that contains codon usage statistics for all the species with reference or representative genomes in RefSeq (over 15,000). The user can search for any species and access two sets of tables. One set lists, for each codon, the frequency, the Relative Synonymous Codon Usage, and whether the codon is preferred. Another set of tables lists, for each gene, its GC content, Effective Number of Codons, Codon Adaptation Index, and frequency of optimal codons. Equivalent tables can be accessed for (1) all nuclear genes, (2) nuclear genes encoding ribosomal proteins, (3) mitochondrial genes, and (4) chloroplast genes (if available in the relevant assembly). The user can also search for any taxonomic group (e.g., “primates”) and obtain a table comparing all the species in the group. The database is free to access without registration at http://codonstatsdb.unr.edu.