判定直系同源关系的进化分析方法

如何正确判定基因之间的直系同源 (ortholog)和旁系同源 (paralog)关系 ,仍是基因组功能诠释和比较基因组学中有待更好解决的关键问题。在以前的工作中 ,曾用进化分析方法解决多基因家族的直系 /旁系同源关系的判定问题 ,现进而完整地展开判定直系同源关系的进化分析方法。从 44个同源蛋白质家族的案例观察表明 ,与流行的COG方法 (直系同源蛋白质的聚类 )比较 ,本方法能一般的判定直系同源关系以及能准确的诠释基因组的分子功能     

大熊猫9个BAC的测序、注释和进化分析

本文构建了相当于大熊猫10倍基因组覆盖度的BAC文库, 并随机挑选了其中9个BAC进行测序和组装, 9个BAC的选择满足更多基因更少重复序列的原则. 这9个BAC的组装将为评估基于新一代Illumina GA测序技术的大熊猫全基因组测序及组装的准确性提供有效资源. 运用同源比对和从头预测的方法, 对9个BAC, 共约878 kb的序列进行了基因和重复序列的注释以及进化分析. 一共预测到12个蛋白编码基因, 其中, 7个基因匹配到同源基因的功能注释. 这7个基因平均大小约41 kb, 编码区平均大小约1.2 kb, 每个基因平均约含6个外显子. 同时预测到7个tRNA基因. 大约27%的序列被注释为重复序列. 同时, 基于邻接法, 构建了包含人、小鼠、狗、猫以及大熊猫5个物种的物种进化树, 结果显示狗的基因与其他4个物种相比距大熊猫最近. 本实验结果提供了大熊猫9个BAC的详细序列及注释信息, 为对大熊猫的研究提供了数据资源.     

番茄中Rpi-blb2同源基因的挖掘与鉴定

番茄晚疫病是番茄生产中的主要病害之一,经常会造成较大的经济损失。晚疫病生理小种的变异和进化常会导致番茄品种原有的遗传抗性丧失,因此不断挖掘新的抗性基因,改良番茄晚疫病抗性是番茄抗病育种的长期任务。该研究采用BLAST同源比对的方法,以马铃薯野生近缘种的晚疫病抗性蛋白序列Rpi-blb2为种子序列,在NCBI蛋白质序列数据库中检索得到11条番茄蛋白质序列,这些序列与种子序列相似性为78%~83%,属于番茄疾病抗性蛋白家族,并对该家族成员进行了基因结构、基因定位、序列保守结构域和进化关系等分析。结果表明:该家族中10条序列分布在第Ⅵ条染色体上,1条分布在第Ⅴ染色体上;6号染色体上的10序列呈现2个抗病基因簇分布,在染色体上分别占据2个和3个基因位点;10条同源蛋白是Rpi-blb2的共同垂直同源蛋白,但不具有平行同源关系,大多数成员定位于细胞质。按照蛋白质保守结构域和基因定位的不同可分为三类,第一类共4条系列,包含有DUF3542和NB-ARC两个保守结构域特征序列;第二类共6条序列,与马铃薯Rpi-blb2蛋白一样,仅包含NB-ARC保守结构域特征序列,在这2类蛋白序列的NB-ARC结构域均位于序列中部;第三类(仅包含XP_004239406.1)虽然也具有与第一类蛋白相似的DUF3542和NB-ARC结构域,但在结构域两端的非保守区序列较短,且位于5号染色体上,因此将其单独归为1类。前两类蛋白成员相应的基因具有1~2个内含子,第3类蛋白不含内含子。该研究结果为利用生物技术选育番茄抗性品种提供了理论基础。     

以绵羊MHC区段BAC克隆酶切片段为探针杂交筛选绵羊混合组织cDNA文库

在已知中国美利奴羊MHC(Major histocompatibility complex)区段BAC(Bacterial artificial chromosome)克隆序列信息和预测的基因注释前提下,用位于中国美利奴羊基因组BAC文库MHC区段的6个BAC克隆酶切片段为探针,以噬菌斑原位杂交筛选法筛选中国美利奴羊混合组织cDNA文库(库库杂交),对分离到的cDNA阳性克隆进行全序列测定,并与相应的已知序列信息和基因注释的BAC克隆比对以及在NCBI Blastn数据库中序列相似性检索,旨在验证基因注释结果的准确性和对基因(序列)功能的初步分析。实验中,经过两轮杂交共筛选出27个cDNA阳性克隆(序列),并发现这些序列均可定位到相应的BAC克隆上,且25条序列处在注释基因的外显子部分;在NCBI数据库中经Blastn序列相似性检索发现,23条序列与牛基因的序列相似性最高,且与免疫功能密切相关。     

Profile-profile比对方法用于发现远距离同源模板

基于模板的模建方法是蛋白质结构预测领域中最为准确有效的方法,该类方法的成功与否对模板质量的要求较高。为待预测序列找寻合适的模板,本文提出了一种profile-profile比对的方法将查询序列同模板库中的已知结构蛋白进行比对,然后根据比对结果的Z-score得分高低顺序挑选出合适的模板。结果表明:本文的profile-profile比对方法在测试集上的性能明显优于PSI-BLAST,相比PSI-BLAST在测试集上的准确度提高了约14.3%,配对t检验的结果表明准确度的提高具有统计显著性。从而得出如下结论:本文的profile-profile比对方法可以用于为序列相似性较低的待预测序列搜索远距离同源模板,并用于指导后续的三级结构预测。     

巴西橡胶Pto类抗病同源序列的克隆与系统发育重建

番茄Pto基因是一类可以编码丝氨酸/苏氨酸激酶(STK)序列的广谱抗性候选基因,其序列克隆与鉴定为深入了解番茄的抗病机制奠定了基础.在该研究中,一对依据Pto基因的保守序列设计的简并引物被用来扩增巴西橡胶中Pto基因抗病同源序列,扩增得到了一个约550 bp的基因片段,其随后被克隆并测序.序列分析发现,其中的7个抗病同源序列与Pto基因高度同源(BLASTX E value <3e-53),所以其被认为是Pto基因抗病同源序列(Pto-RGCs).通过巴西橡胶的Pto-RGCs多序列比对表明,这些序列包含了多个STKs保守的次级结构域.此外,系统发育分析也表明,巴西橡胶的Pto-RGCs属于Pto基因同源的R基因.该研究结果中Pto-RGCs可为巴西橡胶抗病的发展提供一个有效的基因资源.     

番茄RGA4蛋白与马铃薯Rpi-blb1蛋白的同源比较分析

为获得番茄抗晚疫病广谱性基因信息,采用同源电子克隆法,基于番茄蛋白序列数据库,以马铃薯晚疫病广谱抗性蛋白Rpi-blb1为种子序列,获得番茄疾病抗性蛋白RGA4,并进行基因电子定位和基因结构、模体、二级结构、基因进化及基因电子表达等分析,以证明两者的进化关系。结果表明:番茄RGA4蛋白(XP_004245923.1)序列具有NB-ARC和LRR8两个保守结构域,定位于第8条染色体SL2.40区间,相应基因位于8号染色体序列的57228847-57232935 bp区间,长度为4 089 bp,由2个外显子和1个内含子组成,编码988个氨基酸序列,该蛋白为不稳定分泌球形蛋白;番茄RGA4蛋白和马铃薯Rpi-blb1蛋白在二级结构分布、基因序列组成、基因定位等方面相似性较高,可确定两者为垂直同源关系,但在基因进化和模体组成方面存在差异,可能导致两者功能上的不同。研究结果可为番茄晚疫病广谱抗性基因克隆及其利用提供理论依据。     

运用PDB中的同源信息提高NetTurnP的蛋白质β转角预测精度

β转角作为一种蛋白质二级结构类型在蛋白质折叠、蛋白质稳定性、分子识别等方面具有重要作用．现有的β转角预测方法,没有将PDB等结构数据库中先前存在的同源序列的结构信息映射到待预测的蛋白质序列上．PDB存储的结构已超过70 000,因此对一条新确定的序列,有较大可能性从PDB中找到其同源序列．本文融合PDB中提取的同源结构信息(对每一待测序列,仅使用先于该序列存储于PDB中的同源信息)与NetTurnP预测,提出了一种新的β转角预测方法BTMapping,在经典的BT426数据集和本文构建的数据集EVA937上,以马修斯相关系数表示的预测精度分别为0.56、0.52,而仅使用NetTurnP的为0.50、0.46,以Q_total表示的预测精度分别为81.4%、80.4%,而仅使用NetTurnP的为78.2%、77.3%．结果证实同源结构信息结合先进的β转角预测器如NetTurnP有助于改进β转角识别．BTMapping程序及相关数据集可从http://www.bio530.weebly.com获得．     

番茄SlmiR393基因超表达载体的构建及其靶基因鉴定

为研究番茄(Lycopersicum esculentum)的SlmiR393基因功能,采用生物信息学方法从番茄基因组数据库中获得SlmiR393的前体序列及其潜在的靶基因。以基因组DNA为模板,克隆了番茄SlmiR393前体基因并整合到pLP35S-100植物表达载体;采用5′ RACE RT-PCR技术验证SlmiR393对预测靶基因mRNA的剪切作用,采用定量PCR技术检测SlmiR393及其靶标基因在番茄不同组织的表达。结果表明,SlmiR393的前体序列含有完整的茎环结构;成熟miR393与3个生长素受体同源基因(SlTIR1、SlTIR1-like1和SlAFB)之间具有识别作用位点。SlmiR393可对番茄3个靶基因的转录本进行剪切降解;SlmiR393与3个不同靶基因(SlTIR1、SlTIR1-like1和SlAFB)的表达模式在叶和茎、花蕾、花中存在一定的互补关系。因此,推断番茄中的SlmiR393可能在特定的组织或发育时期介导特定的靶基因mRNA的剪切降解, 初步证实生长素受体同源基因为SlmiR393的靶基因。此外,成功构建以CaMV 35S为启动子的植物表达载体pLP35S-pre-SlmiR393, 为深入研究SlmiR393在番茄生长素信号转导中的功能奠定了基础。     

Red/ET 同源重组介导细菌人工染色体的快速修饰

随着基因组测序工程的实施与完成,如何对包含完整基因信息的特定细菌人工染色体 (BAC) 进行有目的修饰,已成为功能基因组学研究的一个重要环节 . 应用新近优化的 Red/ET 同源重组技术对目标 BAC 进行修饰,以 pSC101-BAD-gbaA 为依托质粒,采用 rpsL-neo 为正 / 反向筛选系统,可以快速、高效地对 BAC 进行剪切、插入、替换等操作,其中能够进行抗性筛选的一步 BAC 修饰只需一周时间,以插入非抗性标记基因 Cre 为代表的两步 BAC 修饰在两周内即可完成 . 通过阿拉伯多糖诱导调控和简单地变化培养温度,能使 pSC101-BAD-gbaA 依托质粒在发挥完 Red/ET 同源重组作用后自然消失,最终获得完整而纯净的修饰后 BAC ,为加快功能基因组学研究提供了一个可靠的实验平台 .