应用基因表达数量性状基因座定位（eQTL）研究PINK1表达调控

Pink 1基因编码定位于线粒体上的丝/苏氨酸激酶（即PARK6）,为常染色体隐性遗传性帕金森病（Parkinsons disease, PD）连锁的基因．该基因在遗传性和散发性PD的发病中起重要作用,但其发病机理尚未明确．本研究以近交系C57BL/6J (B6) 和DBA/2J (D2)小鼠制作MPTP诱导的PD鼠为模型,借助基因表达数量性状基因座(eQTL),结合分子生物学方法,分析Pink1的表达调控．结果显示,Pink 1基因在PD模型组中表达显著升高．区间连锁分析检测显示,引起Pink 1基因表达水平差异的染色体区域,定位于4号染色体上,距Pink 1基因自身5 Mb范围之类,属于顺式调节eQTL．Pearson相关分析表明,在BXD 基因重组近交系（recombinant inbred,RI）小鼠脑中,Camk2n等30个基因的表达与Pink 1基因高度相关,相互间可能存在一定的协同作用．Pink 1基因在行使特定生物学功能时,很可能协同这些基因一起发挥相应的作用,这部分基因是深入研究Pink 1基因在PD发病中分子机制的重要靶点．     

脂肪细胞分化过程中影响PAI-1基因转录表达的Dex和C/EBPs顺式调控元件的分析(英)

在研究胰岛素(Ins)、地塞米松(Dex)和甲基异丁基黄嘌呤(Mix)对脂肪细胞分化过程中PAI-1基因表达的影响基础上,为进一步探讨Ins、Dex调控PAI-1基因转录表达的调控机制,应用DNA重组技术,构建含萤光素酶（luciferase）报告基因和PAI-1启动子不同长度片段的嵌合质粒,转染3T3-L1前脂肪细胞并测定报告基因荧光素酶的活性.结果表明,小鼠PAI-1基因起动子－690至－850碱基序列之间有一个Dex的正调控元件.用计算机软件进行分析发现：Dex顺式元件位于PAI-1启动子的－750至－770碱基序列.其组成为：5′ GGTAACCTCTGTTCTCAT 3′.同时还发现在PAI-1启动子的－720至－740碱基序列中,存在一个C/EBPs的结合元件5′CCAAT3′并用凝胶电泳迁移实验对这些元件进行了鉴定.表明Dex正是通过激活转录因子（糖皮质激素受体,GR）和C/EBPα一起与各自的顺式元件结合来促进PAI-1基因的表达.     

遗传基因组学(Genetical genomics)的研究进展

遗传基因组学(geneticalgenomics)是将微阵列技术和数量性状座位(QTL)分析结合起来,全基因组水平上定位基因表达的QTL(eQTL).它为研究复杂性状的分子机理和调控网络提供全新的手段.遗传基因组这个概念和研究策略在2001年由Janson和Nap首先提出,到目前为止,遗传基因组学已应用于酵母、老鼠、人以及玉米等植物.研究结果表明:基因表达水平的差异是可遗传的复杂性状;eQTL可以分为顺式作用eQTL和反式作用eQTL,顺式作用eQTL就是某个基因的eQTL定位到该基因所在的基因组区域,表明可能是该基因本身的差别引起mRNA水平的差别,反式作用就是eQTL定位到其他基因组区域,表明其他基因的差别控制该基因mRNA水平的差异.将eQTL结果、基因功能注解以及多种统计分析方法相结合,不仅能更准确地鉴别控制复杂性状及其相关基因表达的候选基因,而且能构建相应的基因调控网络.     

脂肪细胞分化过程中影响PAI-1基因转录表达的Dex和C/EBPs顺式调控元件的分析

在研究胰岛素(Ins)、地塞米松(Dex)和甲基异丁基黄嘌呤(Mix)对脂肪细胞分化过程中PAI-1基因表达的影响基础上,为进一步探讨Ins、Dex调控PAI-1基因转录表达的调控机制,应用DNA重组技术,构建含萤光素酶(luciferase)报告基因和PAI-1启动子不同长度片段的嵌合质粒,转染3T3-L1前脂肪细胞并测定报告基因荧光素酶的活性.结果表明,小鼠PAI-1基因起动子-690至-850碱基序列之间有一个Dex的正调控元件.用计算机软件进行分析发现:Dex顺式元件位于PAI-1启动子的-750至-770碱基序列.其组成为:5′ GGTAACCTCTGTTCTCAT 3′.同时还发现在PAI-1启动子的-720至-740碱基序列中,存在一个C/EBPs的结合元件5′CCAAT3′并用凝胶电泳迁移实验对这些元件进行了鉴定.表明Dex正是通过激活转录因子(糖皮质激素受体,GR)和C/EBPα一起与各自的顺式元件结合来促进PAI-1基因的表达.     

骨质疏松易感SNP rs4325274通过增强子远程调控SOX6基因的功能机制研究

骨质疏松症是一种典型的多基因复杂疾病,遗传力高达85%,其发病率已跃居常见疾病的第5位。尽管已经鉴定出大量骨质疏松易感SNP,但大多数SNP位点位于基因组非编码区,且功能机制未知。本研究旨在通过生物信息学分析和功能实验探究骨质疏松非编码功能性易感SNP rs4325274的分子调控机制。首先,通过表观注释发现该SNP所在区域处在增强子上,eQTL和Hi-C分析结果发现SNP调控的潜在靶基因是SOX6;然后,利用多种数据库进行Motif预测,并结合GEO数据库中的ChIP-seq数据分析进行了验证,结果发现转录因子HNF1A更倾向于结合SNP rs4325274-G碱基;进一步通过双荧光素酶报告基因实验验证了该SNP对SOX6基因表达的增强作用;最后,利用shRNA敲低转录因子HNF1A实验,检测靶基因SOX6的表达变化。以上研究结果初步解析了非编码区功能性SNPrs4325274作为增强子远程调控SOX6基因表达的分子机制,为复杂疾病非编码易感SNP的遗传调控研究提供新思路。     

MPTP诱导的帕金森病小鼠模型黑质脑组织DNA甲基化研究

为研究DNA甲基化在帕金森病发病机制中的作用,本研究用环境毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)连续腹腔给药诱导小鼠帕金森病(Parkison's disease,PD)模型,应用ELISA检测小鼠黑质脑组织总体甲基化水平,应用实时荧光定量PCR方法检测DNA甲基转移酶表达水平,探讨MPTP诱导的小鼠PD模型黑质部位是否存在DNA甲基化异常.进一步应用甲基化DNA免疫共沉淀结合DNA甲基化芯片方法,构建MPTP诱导的小鼠PD模型黑质脑组织DNA甲基化谱,并寻找DNA甲基化修饰异常的PD相关基因对其进行验证.结果表明,模型组小鼠黑质脑组织DNA总体甲基化水平较对照组显著降低,Dnmt1的表达水平显著增高.利用DNA甲基化芯片在全基因组内筛选出甲基化差异修饰位点共48个,涉及44个基因,这些甲基化差异基因参与信号转导、分子转运、转录调控、发育、细胞分化、凋亡调控、氧化应激、蛋白质降解等生物学过程.在甲基化差异修饰基因中,对Uchl1基因及Arih2基因进行了甲基化水平以及表达水平的验证.结果表明,模型组小鼠黑质脑组织Uchl1启动子区域甲基化水平较对照组增高,m RNA及蛋白质表达水平降低,Arih2启动子区域甲基化水平较对照组降低,m RNA及蛋白质表达水平增高.实验结果进一步证实,DNA甲基化修饰异常在帕金森病发病机制中有重要作用,环境因素(如MPTP)可以通过改变DNA甲基化修饰参与帕金森病的发生发展.     

β2-AR基因5’-调控区-654位与-1429位单核苷酸多态性与新疆哈萨克族原发性高血压关系的研究

目的：检测β2-肾上腺素能受体（β2-AR）基因5’-调控区部分序列单核苷酸多态性（SNPs）,并探讨这些SNPs与新疆哈萨克族原发性高血压的关系。方法：应用MALDI-TOFMS方法测定β2-AR基因5’-调控区-654位与-1429位单核苷酸多态性确定SNP类型,并进行基因分型。结果：β2-AR基因5’-调控区-654位与-1429位单核苷酸多态性分别为-654位G→A、-1429位T→A碱基变异。2种SNPs基因型频率在正常人群分布符合Hardy-Weinberg平衡。其中-654位SNPs基因型GG、GA、AA频率在正常血压和高血压人群间的分布没有显著性差异（x2=1.26,df=2,P〉0.05）,位于-1429bp处SNPs基因型在2组人群中分布差异无显著性（x^2=1.85,df=2,P〉0.05）。结论：β2-AR基因-654位与-1429位SNPs可能仅为基因多态性标志。     

辽宁绒山羊IGF-Ⅰ基因5＇调控区多态性与产绒性状相关

根据表型性状选取少量辽宁绒山羊个体,直接进行类胰岛素生长因子-Ⅰ（IGF-Ⅰ）基因5＇调控区克隆测序以确定单核苷酸多态（SNP）位点,共发现4个SNPs,分别是G→C（388bp）、A→G（668bp）、A→C（719bp）、G→A（752bp）的突变,导致5＇调控区305～800bp中比野生型个体减少一个CdxA转录因子结合位点,但C/EBP的值（89.2）高于野生型（88.5）.然后通过引入错配碱基创造酶切位点技术和多聚酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）方法,对520只辽宁绒山羊进行基因型检测,结果表明,每个SNP位点在本群体中都有AA（野生型）、AB和BB（突变型）三种基因型,且4个SNPs位点共有13种单倍型组合.将不同SNP的基因型及单倍型组合与绒产量、绒纤维细度和绒纤维长度进行关联分析发现,SNP2位点的AA基因型绒纤维细度极显著低于AB型和BB型（P〈0.01）,而SNP4位点AA基因型产绒量显著高于AB型和BB型（P〈0.05）,单倍型组合H7H7与产绒量和绒纤维细度均有显著相关（P〈0.05）.IGF-Ⅰ基因可能是影响绒山羊产绒性状的主要候选基因.     

小鼠SNP与Car2、Gpi1基因多态性的关联性

目的研究单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)与小鼠生化标记基因Car2、Gpi1多态性间的关联性。方法从DNA、cDNA和蛋白多肽3个方面分析研究Car2与Gpi1基因的多态性。结果 Car2基因DNA和cDNA中有3个SNP与Car2a/b多态性相关,分别为外显子2中的C(T)、G(C)和外显子7中的A(G);蛋白多肽中发现第38位Gln/His与Car2a/b多态性相关,对应于外显子2中的G(C)。Gpi1基因DNA中没有发现与Gpi1a/b多态性相关的SNP;cDNA水平有2个SNP与Gpi1a/b多态性相关,分别为外显子9中的T(C)和18中的A(G);蛋白多肽中发现第247位Phe/Leu与Gpi1a/b多态性相关,对应于外显子9中的T(C)。结论 Gln/His(38)、Phe/Leu(247)间的转换可能分别是近交系小鼠形成Car2a/b,Gpi1a/b多态性的原因。     

鸡IGFBP2基因3′UTR区1196C>A单核苷酸多态性的功能性鉴定及分析

鸡IGFBP2基因3′非编码区(3′UTR)1196CA单核苷酸多态性(SNP)与鸡的腹脂重和腹脂率显著相关.生物信息学分析显示,该SNP恰好位于gga-mi R-456-3p的一个潜在靶基因结合位点处,提示IGFBP2基因可能是gga-mi R-456-3p的一个靶基因,且该SNP位点可能影响gga-mi R-456-3p对IGFBP2基因表达的调控作用.为鉴定SNP 1196CA是否为功能性SNP,本研究分别构建了包含该SNP位点C或A等位基因的双荧光素酶报告基因载体,比较分析这两个等位基因在鸡胚成纤维细胞系(DF1)和鸡前脂肪细胞中对报告基因活性和表达的影响;利用mi RNA mimics和inhibitor分析gga-mi R-456-3p对不同等位基因报告基因活性以及内源性IGFBP2表达的影响.结果发现,在DF1细胞和鸡前脂肪细胞中,A等位基因的报告基因活性和表达均显著高于C等位基因(P0.05);gga-mi R-456-3p仅影响C等位基因的报告基因活性和表达,而对A等位基因的报告基因活性没有明显影响;gga-mi R-456-3p调控细胞内源性IGFBP2基因的m RNA和蛋白质表达.本研究证实IGFBP2基因是gga-mi R-456-3p的靶基因,其3′UTR区SNP 1196CA是一个功能性SNP,它影响gga-mi R-456-3p对鸡IGFBP2基因的表达调控作用.本研究结果对于鸡的分子辅助选择育种及IGFBP2基因在脂肪沉积中调控机制的阐明具有重要意义.     

鸡FSH β基因5’调控区单核苷酸多态性分析

促卵泡激素(follicle-stimulating hormone, FSH)是由垂体前叶分泌的糖蛋白类促性腺激素.运用PCR-SSCP法检测鸡FSH β基因5'调控区的单核苷酸多态性.检测发现该区域存在6个SNP位点,即G-494A,T-470A,A-464G,-450处插入碱基A,A-405G,A-361G.同时分析了SNPs与文昌鸡早期产蛋性能的相关性.结果显示,FSH β基因调控区SNPs位点与鸡的早期产蛋性能显著相关.     

RECS1负调控肿瘤坏死因子受体2介导的NF-κB激活

RECS1(responsive to centrifugal force and shear stress gene 1)是一血液剪切力应答蛋白.RECS1基因敲除的小鼠年老时易患主动脉囊性中层坏死并表现有大动脉扩张症,暗示RECS1可能参与调控血管的发育重塑.免疫组化分析发现,RECS1基因敲除(RECS1 knockout, RECS1 KO)的小鼠主动脉基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9,MMP-9）的表达水平明显提高,但RECS1的结构与功能及相关作用机理仍不清楚.研究发现,RECS1是肿瘤坏死因子受体2（tumor neucrosis factor receptor 2, TNFR2）的结合蛋白质.报告基因检测实验表明,RECS1能特异地抑制TNFR2特异的激动性抗体或过量表达TNFR2诱导的核转录因子-κB（nuclear factorκB,NF-κB）活化.NPLY模体缺失突变的RECS1不能结合TNFR2,并丧失对TNFR2介导NF-κB活化的抑制能力.稳定表达RECS1的MEFS细胞中,TNFR2特异的激动性抗体诱导的IκB (inhibitor of NF-κB)降解和NF-κB靶基因白介素-6（interleukin-6,IL-6）的表达均受到明显抑制.该研究揭示了RECS1通过与TNFR2的相互作用,负调控TNFR2介导肿瘤坏死因子信号传递的新功能及RECS1参与血管发育重塑调控的可能机制.     

Figla基因过表达促进小鼠胚胎干细胞向雌性生殖细胞分化

生殖系a因子(Figla）是最早表达的生殖细胞特异性转录因子之一,对卵泡的发育、Zp基因的表达和透明带的形成具有调节作用. Figla基因异常会引起卵巢早衰的发生. 本研究通过 PCR自小鼠基因组中扩增出Figla基因,将其克隆到真核报告载体pDsRed1 N1,构建了携带609 bp 的Figla重组载体pDsRed1 N1 Figla. 用该载体转染小鼠胚胎干细胞（mESCs）系J1、小鼠成纤维细胞系NIH 3T3、小鼠畸胎瘤细胞P19和小鼠精原细胞系GC1,在荧光显微镜下观察红色荧光蛋白(RFP)在细胞中的表达,同时检测转染细胞中Figla基因及其它生殖细胞特异性基因的表达. 结果显示,转染2 d,mESCs内Figla总表达量明显增加,且内源性表达量亦有所提高,即转入的外源性Figla基因可以促进内源性Figla的启动和表达. 免疫荧光染色显示,表达RFP 的细胞同时表达生殖特异性基因Vasa,减数分裂特异性基因Stra8、Scp3及卵母细胞标志基因Zp3. 通过QRT PCR检测发现,在转染3 d的细胞中,Vasa、Scp3和Zp1的表达较对照组均有明显上调,而Oct4和Stra8的表达量下降. 研究表明,Figla基因对生殖特异性基因的表达具有调控作用,可以激活雌性生殖基因表达,为更清楚地了解Figla基因在生殖细胞生长发育过程中的调控机制,以及发现该基因在生殖细胞中的新功能奠定了基础.     

菌群失调腹泻造模及七味白术散治疗对小鼠乳糖酶基因13910多态性的影响

目的探讨抗生素及七味白术散对菌群失调腹泻小鼠乳糖酶基因13910位点多态性的影响。方法将36只SPF级小鼠随机分为正常组(12只)、模型组(12只)、七味白术散组(6只)和乳糖酶组(6只),除正常组外的其余小鼠采用混合抗生素造成菌群失调腹泻模型,然后分别灌胃七味白术散和乳糖酶治疗。造模成功和治疗后分别提取小鼠肠道内容物和肠道黏膜宏基因组,对包括小鼠乳糖酶基因13910位点在内的1 036bp长度的DNA片段进行单核苷酸多态性(SNP)测序分析。结果造模和治疗后,小鼠乳糖酶基因13910位点没有发生碱基的变异,均为A/A型,13910位点在内的1 036bp范围内也没有新的SNP位点出现。结论菌群失调腹泻造模与七味白术散治疗对小鼠乳糖酶活性的干预均与小鼠乳糖酶基因13910位点多态性没有相关性,可能存在其他多态性位点或其他方面的调控机制。     

基因组内三个信息层相互作用决定美臀表型产生

绵羊callipyge（美臀）是一种可遗传的肌肉肥厚体征,该表型以独特的方式“极化超显性”遗传给子代.绵羊18号染色体的DLK1-GTL2印记化结构域内存在1个远距离调控元件（long-range control element,LRCE）,该元件发生单个碱基突变（A→G）.A→G突变顺式作用于印记化结构域内的相关基因,印记化基因的产物包括蛋白质及非编码RNA分子,它们相互作用导致美臀表型产生.美臀表型产生及其独特的遗传方式是绵羊基因组内的蛋白质编码基因、非编码RNA基因以及表观遗传效应等3个信息层相互作用的结果,说明以前被忽略的隐藏信息发挥了极其重要的调控功能.这些现象对经典的中心法则形成了挑战,但是为基因组研究拓展了新的领域.     

小鼠DEAF1调控基因的生物信息学分析

Deeaf1在小鼠体内可调控约600个基因的表达。用Clover程序对受Deaf1调控的基因的启动子区进行分析,结果发现受DEAF1调控的基因中约半数(263/590)含有能被DEAF1结合的保守序列TTTC(C/G)G。联合组织特异性基因表达数据库(TiGER)和小鼠基因组信息学(MGI)数据库对这些基因的组织特异表达谱进行分析,发现这些基因大部分为多个组织表达,也有在单个组织或少数几个组织中表达。有228个基因在胰腺特异表达,其中131个基因既在胰腺表达,又在淋巴结中表达,在胰腺及淋巴结中特异表达的这些基因大部分启动子区含DEAF1特异结合的保守序列。这些结果为下一步外周组织抗原在淋巴结中表达调控机制的研究及外周免疫耐受建立和维持机制的研究奠定了基础。     

人促血小板生成素在转基因小鼠乳腺中定位表达的研究

通过转基因动物乳腺生物反应器大规模生产药用蛋白质已成为现代生物技术新的生长点之一。为研制表达人促血小板生成素的哺乳动物生物反应器的转基因小鼠模型,本论文以小鼠乳清酸蛋白（mWAP)基因5‘端调控区和牛α-sl-酪蛋白基因3‘端调控区作为调节元件构建了用于表达人促血小板生盛开纱的乳腺组织特异性表达载体pWAPTPO(Fig.l)。通过常规显微注射的方法把mWAP启动子指导的hTPO表达载体导入小鼠受精卵,获得出生小鼠16只,经PCR检测,有6只为转基因阳性（Fig.2)。G0代小鼠中转基因整合率为37.5%(6/16),用ELISA方法在G0代转基因雌鼠的乳汁中检测了促血小板生成素的表达,表达量在0.8μg/mL以上（Tablel)。这些结果表明我们已建立了乳腺表达hTPO的转基因小鼠模型,为以后大型家畜乳腺生物反应器的研制提供了科学依据。     

连续3次缺口修复构建小鼠乳清酸蛋白-人血清白蛋白杂合基因座

目的:构建人血清白蛋白(hSA)与小鼠乳清酸蛋白(mWAP)调控序列的杂合基因座。方法与结果:在pBR322载体上连入预先无痕连接的3对同源臂,利用基于Red同源重组系统的缺口修复(gap-repair)技术,分别对8kb的mWAP基因座3′调控区、16 kb的hSA基因组编码序列及13 kb的mWAP基因座5′调控区进行连续3次基因抓捕,最终将全长37 kb的乳蛋白杂合基因座构入pBR322载体;通过PCR扩增、限制性内切酶消化和序列测定验证,确定mWAP基因座中的编码序列被精确地置换为hSA的基因组编码序列。结论:构建了整合有mWAP-hSA杂合基因座的pBR322载体,为研究杂合基因座在乳腺中的表达效果及置换型基因座表达的可行性提供了数据。     

相邻碱基组分与产生SNP的转换或颠换在植物基因组中的研究

碱基替换突变是形成物种多态性和造成生物进化的根本原因之一. 近年的研究表明: 基因组的碱基组分在不同程度上与碱基替换突变的发生相关. 以水稻全基因组3611007个SNPs(包括45462个编码区SNPs和242811个内含子区SNPs)和拟南芥全基因组32019个SNPs为研究对象, 研究突变位点周围的碱基A&;T(A和T)的使用频率和点突变类型的相关性, 结果表明: 水稻和拟南芥全基因组上转换和颠换的比值(Ts/Tv)以及紧邻突变位点(上下游各1个碱基)上A&;T碱基的个数负相关. 统计了6种SNP的AT₂ (直接相邻的碱基是A或T的个数)和AT₀ (直接相邻碱基是C或G的个数), 发现水稻和拟南芥都是C/G型SNP的AT₂/AT₀值最大, 说明C/G型SNP可能受直接临近区域上A&;T碱基的影响最大. 在水稻全基因组SNPs中, A&;T碱基影响突变的范围局限在突变位点上下游2个碱基内. 拟南芥A&;T碱基影响其全基因组SNPs的范围不超过上下游4个碱基.     

遗传与基因表达数据的整合—— eQTL的方法及应用

高通量的基因型分析和芯片技术的发展使人们能够进一步研究哪些遗传差异最终影响基因的表达。通过表达数量性状座位(eQTL)作图方法可对基因表达水平的遗传基础进行解析。与传统的QTL分析方法一样, eQTL的主要目标是鉴别表达性状座位所在的染色体区域。但由于表达谱数据成千上万, 而传统的QTL分析方法最多分析几十个性状, 因此需要考虑这类实验设计的特点以及统计分析方法。本文详细介绍了eQTL定位过程及其研究方法, 重点从个体选择、基因芯片实验设计、基因表达数据的获得与标准化、作图方法及结果分析等方面进行了综述, 指出了当前eQTL研究存在的问题和局限性。最后介绍了eQTL研究在估计基因表达遗传率、挖掘候选基因、构建基因调控网络、理解基因间及基因与环境的互作的应用进展。