mRNA的二级结构对蛋白质折叠速率的影响

建立了一个包含核酸序列信息的蛋白质折叠数据库。以此为基础,对于每一个蛋白质,计算了其相应编码mRNA序列的茎结构含量、环结构含量、折叠自由能及mRNA的柔性等描述mRNA二级结构特征的基本参量。进一步分析了这些mRNA二级结构参量与相应蛋白质折叠速率的关系。结果表明,mRNA茎结构含量与蛋白质折叠速率呈显著负相关性,而环结构含量则与蛋白质折叠速率呈显著正相关性;同时,mRNA的柔性与相应蛋白质折叠速率呈极显著正相关性。进一步的分析表明,当把蛋白质分为不同二级结构类型和折叠类型后,mRNA的柔性对不同类型蛋白质的折叠速率均为重要的影响因素,而mRNA的茎结构含量和环结构含量主要影响二态蛋白质的折叠。结果证实,mRNA的二级结构对蛋白质的折叠有着重要作用。     

枯草芽孢杆菌同义密码子使用偏性对蛋白质折叠速率的影响

目前,有关同义密码子使用偏性对蛋白质折叠的影响研究中,样本蛋白均来源于不同的物种。考虑到同义密码子使用偏性的物种差异性,选取枯草杆菌的核蛋白为研究对象。首先,将每条核蛋白按二级结构截取为α螺旋片段、β折叠片段和无规卷曲（α-β混合）片段,并计算其蛋白质折叠速率。然后,整理每个片段相应的核酸序列信息,计算其同义密码子使用度。在此基础上,分析枯草芽孢杆菌核蛋白的同义密码子使用偏性与蛋白质折叠速率的相关性。发现对于不同二级结构的肽链片段,都有部分密码子的使用偏性与其对应的肽链折叠速率显著相关。进一步分析发现,与肽链片段折叠速率显著相关的密码子绝大部分为枯草杆菌全序列或核蛋白序列的每一组同义密码子中使用度最高的密码子。结果表明,在蛋白质的折叠过程中,枯草芽孢杆菌的同义密码子使用偏性起着重要作用。     

A型流感病毒NS1基因密码子去优化改造引起病毒毒力减弱

根据A型流感病毒密码子使用偏嗜性,选取稀有密码子对A/Puerto Rico/8/34(H1N1)病毒NS1基因内部110个氨基酸区域进行密码子同义突变改造,并全基因合成NS基因,利用反向遗传操作技术拯救出含有密码子去优化NS1基因的重组病毒(deoNS)。体外细胞噬斑形成实验和病毒生长曲线证明该病毒在MDCK细胞内的感染和复制能力比野生型病毒低约1000倍;BALB/c小鼠体内致病力实验证明deoNS病毒不能引起小鼠发病和死亡,该病毒在小鼠肺内的复制滴度比野生型病毒低100～1000倍。本研究探索了通过基因组密码子去优化改造途径降低A型流感病毒毒力的可行性,首次证明流感病毒NS1基因密码子去优化同义突变可以降低病毒毒力,为流感减毒活疫苗的研究提供了新的思路。     

H1N1流感病毒聚合酶片段的CpG抑制及其对密码子偏爱性的影响

H1N1流感病毒的聚合酶具有RNA复制、转录等功能,并且对流感病毒片段包装、子代繁殖及宿主适应性等有着重要作用。通过分析人、猪及禽类H1N1流感病毒聚合酶片段的二核苷酸频率及同义密码子的偏爱性,发现不同宿主中,流感病毒聚合酶片段的CpG频率最低,且均被强烈抑制;通过三类宿主间的比较发现,人流感病毒抑制最为强烈,且其CpG频率随年份呈下降趋势,但2009年毒株的CpG频率突然上升。比较同义密码子使用频率发现,含有CpG的同义密码子相对使用频率均小于1,证明CpG抑制作用是影响同义密码子偏爱性的一个重要因素。以上结果暗示,CpG抑制对H1N1流感病毒的进化及跨宿主传播可能有重要影响。     

mRNA的序列、结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

mRNA所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列。但是, 由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异, 密码子与反密码子相互作用效率上的不同, 以及密码子上下文关系和mRNA 不同区域二级结构上的差异, 造成了核糖体对mRNA 不同区域翻译速度上的差异, 加之共翻译折叠的作用, 使得mRNA 的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

茶尺蠖小RNA病毒5'端非编码区的克隆和测序及与哺乳动物小RNA病毒的比较分析

用Trizol从纯化的茶尺蠖Ectropis oblique小RNA病毒（EoPV）中提取病毒基因组RNA,逆转录后加poly(dT),然后进行两步PCR扩增基因组5′端。克隆测序后,对其5′端非编码区的核苷酸序列进行分析,发现具有哺乳动物小RNA病毒的5′端非编码区的一些特征：A/T含量丰富、起始密码子上游AUG和小顺反子多。利用mfold预测了EoPV 5′端非编码区的二级结构,存在4个茎环结构,有哺乳动物内部核糖体进入位点（IRES）的保守区域,即含保守基序GNRA的茎环A和A/C丰富的环B及多聚嘧啶区域。据此推测EoPV基因组翻译采用IRES起始机制。     

茶尺蠖小RNA病毒5′端非编码区的克隆和测序及与哺乳动物小RNA病毒的比较分析

用Trizol从纯化的茶尺蠖Ectropis oblique 小RNA病毒(EoPV)中提取病毒基因组RNA,逆转录后加poly(dT),然后进行两步PCR扩增基因组5′端.克隆测序后,对其5′端非编码区的核苷酸序列进行分析,发现具有哺乳动物小RNA病毒的5′端非编码区的一些特征:A/T含量丰富、起始密码子上游AUG和小顺反子多.利用mfold预测了EoPV 5′端非编码区的二级结构,存在4个茎环结构,有哺乳动物内部核糖体进入位点(IRES)的保守区域,即含保守基序GNRA的茎环A和A/C丰富的环B及多聚嘧啶区域.据此推测EoPV基因组翻译采用IRES起始机制.     

基于局部茎搜索的RNA二级结构预测算法

RNA的二级结构预测是生物信息学中一个已经有30多年历史的经典问题,基于最小自由能模型(MFE)的优化算法是使用最为广泛的方法．但RNA结构中假结的存在使MFE问题理论上成为一个NP-hard问题,即使采用动态规划等优化算法也会面临时间复杂度高的困难,同时研究还发现,由于受RNA折叠动力学机制以及环境因素的影响,真实的RNA二级结构往往并不处于自由能最小状态．根据RNA折叠的特点,提出了一种启发式搜索算法来预测带假结的RNA二级结构．该算法以RNA的茎为基本单元,采用启发式搜索策略在茎的组合空间中搜索自由能最小并且出现频率最高的RNA二级结构,该算法不仅能显著降低搜索RNA二级结构的时间复杂度,还有助于弥补单纯依赖能量预测RNA二级结构的不足．在多种类型的RNA标准数据集上进行了检验,结果表明,该算法在预测的精度上优于目前国际上几个著名的RNA二级结构预测算法并且具有较高的运行效率．     

同义密码子使用模式对蛋白产物表达及构象形成的影响*

鉴于遗传密码子的简并性能够将基因遗传信息的容量提升,同义密码子使用偏嗜性得以在生物体的基因组中广泛存在。虽然同义密码子之间碱基的变化并不能导致氨基酸种类的改变,在研究mRNA半衰期、编码多肽翻译效率及肽链空间构象正确折叠的准确性和翻译等这一系列过程中发现,同义密码子使用的偏嗜性在某种程度上通过精微调控翻译机制体现其遗传学功能。同义密码子指导tRNA在翻译过程中识别核糖体的速率变化是由氨基酸的特定顺序决定,并且在新生多肽链合成时,蛋白质共翻译转运机制同时调节其空间构象的正确折叠从而保证蛋白的正常生物学功能。某些同义密码子使用偏嗜性与特定蛋白结构的形成具有显著相关性,密码子使用偏嗜性一旦改变将可能导致新生多肽空间构象出现错误折叠。结合近些年来国内外在此领域的研究成果,阐述同义密码子使用偏嗜性如何发挥精微调控翻译的生物学功能与作用。     

mRNA的序列,结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

ｍＲＮＡ所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列,但是,由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异,密码子与反密码子相互作用效率上的不同,以及密码子上下文关系和ｍＲＮＡ不同区域二级结构上的差异,造成了核糖体对ｍＲＮＡ不同区域翻译速度上的差异,加之共翻译折叠的作用,使得ｍＲＮＡ的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

云斑车蝗线粒体基因组全序列测定与分析

采用长距 PCR 扩增及保守引物步移法并结合克隆测序测定并注释了云斑车蝗 Gastrimargus marmoratus （Thunberg）的线粒体基因组全序列。结果表明：云斑车蝗线粒体基因组全序列为15 904 bp（GenBank登录号为EU527334）,A+T含量略高于非洲飞蝗Locusta migratoria,为76.04%,包括13个蛋白质编码基因,22个tRNA 基因,2个rRNA基因和一段1 057 bp的A+T富集区。蛋白质基因的起始密码子中,除COⅠ和ND5为TTG以外,均为昆虫典型的起始密码子ATN。ND5基因使用了不完全终止密码子T,其余基因均为典型的TAA或TAG。预测了22个tRNA基因的二级结构,发现tRNA^Ser（AGN）缺少DHU臂, tRNA^Ser（UGY）的反密码子环上有9个碱基。预测了云斑车蝗12S和16S rRNA二级结构,分别包括3个结构域30个茎环和6个结构域44个茎环。A+T富集区含有3个串联重复序列。     

黑条小车蝗线粒体基因组特征及其系统发育分析

为解析黑条小车蝗（Oedaleus decorus decorus）线粒体基因组特征及其在小车蝗属的系统发育地位,本研究利用长距离PCR技术和引物步移法测序对黑条小车蝗线粒体全基因组进行扩增和组装。结果表明,黑条小车蝗线粒体基因为典型双链环状DNA,全长15 914 bp,A+T含量为75.07%,包含13个蛋白编码基因、22个t RNA编码基因、2个rRNA编码基因和1个位于小核糖体RNA(small rRNA, srRNA)和tRNAIle之间的非编码控制区（D-loop区）。黑条小车蝗线粒体基因组中编码基因的数量及位置排序与小车蝗属其他近源种一致。黑条小车蝗线粒体13个蛋白编码基因的起始密码子均为ATN模式,除ND5使用不完整的T为终止密码子外,其他基因均使用完整的TAA作为终止密码子。22个tRNA编码基因中,21个能形成三叶草结构,只有tRNASer缺少DHU环。预测大核糖体RNA(large rRNA, lrRNA)二级结构共有6个结构域（结构域Ⅲ缺失）和47个茎环结构,预测srRNA二级结构包含3个结构域和31个茎环结构。基因间隔序列共计16处94 bp,间隔序列1～21...     

流感病毒基因的密码子偏好性及聚类分析

流行性感冒病毒是一种造成人类及动物患流行性感冒的RNA病毒,它造成急性上呼吸道感染,并由空气迅速传播,在世界各地常有周期性的大流行。根据该病毒的基因组CDS序列,探讨了基因组序列密码子的使用模式和特性,并进行了病毒间的聚类分析。结果表明:流感病毒的G+C含量均低于A+U含量,偏向使用以A、U结尾的密码子的程度比使用以G、C结尾的较高,CUG、UCA、AGU、AGC、AGA、AGG、GUG、CCA、ACA、GGA、GCA、AUU、UGA、CAU、CAA、AAU、AAA、GAA等18个密码子为流感病毒共有的偏好性密码子,且以A结尾的居多,尤其偏爱AGA、GGA。聚类结果表明首先亚洲流感病毒H2N2和香港流感病毒H2N2聚为一类,亚洲流感病毒H1N1和俄罗斯流感病毒H1N1聚为一类,1997年和2003年~2004年发生的人禽流感聚为一类,说明它们的密码子使用的偏好性相似;而2009年爆发的甲型H1N1流感和任何一个流感的距离都比较远,说明甲型H1N1流感病毒是一种新型的病毒,不同于以往任何一种流感病毒。     

郑氏比蜢线粒体基因组全序列的测定与分析

采用长距PCR扩增及保守引物步移法测定并注释了郑氏比蜢(Pielomastax zhengi)的线粒体基因组全序列。郑氏比蜢的线粒体基因组全长15602 bp,A+T含量为71.8%,37个基因位置与飞蝗的一致, 基因间隔序列共计10处47bp, 间隔长度从1～20bp不等; 有14对基因间存在52bp重叠, 重叠碱基数在1～8bp之间。蛋白质基因的起始密码子均为昆虫典型的起始密码子ATN。ND5基因使用了不完全终止密码子T,其余基因均为典型的TAA或TAG。除tRNASer(AGN)的DHU臂缺失外, 其余21个tRNA基因的二级结构均属典型的三叶草结构, 但在郑氏比蜢中有5个tRNA(tRNACys、tRNALys、 tRNAPhe、 tRNAPro tRNAArg)基因变异较大, 无法采用常规算法预测出来, 表现在这5个tRNA二级结构的TψC臂仅有3～4对配对碱基, tRNALys 和 tRNAArg的反密码臂仅有 4 对配对碱基。预测的lrRNA二级结构总共有6个结构域(结构域Ⅲ缺失), 44个茎环结构。预测的srRNA的二级结构包含3个结构域, 30个茎环结构。比较郑氏比蜢、西藏飞蝗(Locusta migratoria tibetensis)和疑钩额螽(Ruspolia dubia)rRNA二级结构后,发现郑氏比蜢与西藏飞蝗的更相似。A+T丰富区中存在一个被认为与复制及转录起始有关的Ploy(T)结构。     

亚氨基酸编码方法及其应用

赋予氨基酸编码方法下除终止子之外的密码子突变为终止子时每一位发生的变化权值,利用矩阵来表示所有的突变方式和难易程度,综合亲水性与疏水性理化性质,提出亚氨基酸编码方法,并给出该编码方法下同义密码子的相对使用度fSubtypesRelativeSynonymousCodonUsage,SRSCU）．然后选取15条H5N1序列,使用MEGA4．0分析它们的同源性,并分别在氨基酸编码、拟氨基酸编码、亚氨基酸编码这三种环境下研究所选序列使用密码子的偏好性,对比结果验证,亚氨基酸编码方法具有相应的优越性．     

RNA二级子结构的计数

多核苷酸的二级结构可视为一类顶点标号平面图,通常通过枚举每类RNA二级结构图的各种子图来计算其递推公式．本文给出了若干限制端环长度的RNA二级子结构的递推公式及渐近值。     

密码子中的密码:密码子偏好性与基因表达的精细调控

同义突变由于不改变编码蛋白质的氨基酸序列,常被认为是"沉默"突变.实际上,同义密码子的选择在进化尺度上是受到限制的,从而致使同义密码子的使用频率存在差异,称为密码子偏好性.密码子偏好性在转录、转录后加工、mRNA稳定性、翻译起始、延伸、蛋白折叠等方面都起着精细调节的作用.因此,同义突变在很多情况下可导致癌症等各类疾病的发生.本综述在分子机制层面简述了近年来关于密码子偏好性对翻译和转录过程调节作用的进展,以及对于基础研究及医学方面的意义.     

mRNA环结构对蛋白质折叠速率的影响

前期的相关研究发现mRNA二级结构中存在对蛋白质折叠速率的重要影响因素.而mRNA二级结构中普遍存在着各种复杂的环结构,这些环结构是否对蛋白质折叠速率也有重要的影响呢?不同的环结构对蛋白质折叠速率的影响是否相同呢?基于此想法,建立了一个包含mRNA内部环、发夹环、膨胀环和多分支环等环结构信息和相应蛋白质折叠速率的数据库.对于数据库中的每一个蛋白质,计算了mRNA二级结构中各种环结构碱基含量、配对碱基含量及单链碱基含量等参量,分析了各参量与相应蛋白质折叠速率的相关性.结果显示,各种环结构碱基含量与蛋白质折叠速率均呈极显著或显著正相关.说明mRNA环结构对蛋白质折叠速率有重要的影响.进一步,把蛋白质按照不同折叠类型或不同二级结构类型分组后,对每一组蛋白质重复上述的分析工作.结果表明,对不同类蛋白质,mRNA的各种环结构对其相应蛋白质折叠速率的影响存在着显著差异.上述研究将为进一步开展有关mRNA和蛋白质折叠速率的研究奠定理论基础.     

亚心型扁藻叶绿体psbA基因的克隆及序列分析

psbA基因是叶绿体基因组中一个重要的光调控基因,编码光和系统Ⅱ反应中心的D1蛋白。根据叶绿体基因组序列高度保守的特性,利用菜茵衣藻（Chlamydomonasreinhardtii）psbA基因的保守序列（基因登录号：HQ667991．1）设计引物,采用PCR步移的方法从亚心型扁藻（Platymonassubcordiformis）基因组DNA中克隆到psbA基因全长（基因登录号：KF528742）。序列分析表明,亚心型扁藻psbA基因全长1939bp,编码区长度为1062bp,推导编码353个氨基酸,包括4个赖氨酸残基。有效密码子数显示脚删基因具有明显的密码子偏好性,并且偏好使用以A／T结尾的密码子。相对同义密码子使用度表明25个密码子在编码使用时具有偏好性,其中20个密码子以A／T碱基结尾,占到80％。其终止密码子使用了TAG。     

基于密码子偏性的置换模型估计正向选择

由于遗传密码子的简并性特征,大多氨基酸由多于一种密码子编码.在蛋白质编码过程中,同义密码子间的使用有着较显著的偏差,即同义密码于使用频率不等.应用CUSP软件对数据集H3N2和MHC进行同义密码子使用偏性的分析,然后基于同义密码子的使用偏性建立新的密码子置换模型,并在此模型的基础上分析物种的正向选择性.分析结果表明新的密码子置换模型能更好地拟合数据,由此可得到更加可靠的参数估计值.