日本七鳃鳗钙调蛋白分子克隆、组织定位及功能分析北大核心CSCD

钙调蛋白(calmodulin,CaM)是高度保守的钙离子结合蛋白质,可形成Ca2+-CaM复合体,从而调节细胞代谢以及靶酶的功能。日本七鳃鳗(Lampetra japonica)作为原始的无颌类脊椎动物,对研究脊椎动物分子起源进化及器官发育分化具有重要的研究价值。通过提取日本七鳃鳗髓组织总RNA,利用RT-PCR方法获得日本七鳃鳗CaM(简称Lj-CaM)基因并进行生物信息学分析。将LjCaM基因分别构建到原核表达载体p ColdⅠ和真核表达载体p EGFP-N1中,利用亲和层析技术纯化得到Lj-CaM蛋白。圆二色谱分析结果表明,Lj-CaM属于典型的α-螺旋结构型蛋白质。免疫印迹和免疫组化结果表明,CaM主要存在于日本七鳃鳗的肠、鳃、髓、肾组织中,在心和肝组织中几乎不表达。细胞免疫荧光结果显示,CaM定位于细胞核中。q PCR和免疫印迹方法检测发现,当293T细胞中Lj-CaM过表达时,对下游靶基因CaMKⅡ作用不明显,但促进PLA2G2A表达。本研究报道了日本七鳃鳗CaM结构、细胞组织定位分布以及基因调控研究,对其结构、分子起源与进化、分子调控及功能方面的研究奠定了基础。     

日本七鳃鳗钙调蛋白分子克隆、组织定位及功能分析

钙调蛋白（calmodulin,CaM）是高度保守的钙离子结合蛋白质,可形成Ca ²⁺-CaM复合体,从而调节细胞代谢以及靶酶的功能。日本七鳃鳗（Lampetra japonica）作为原始的无颌类脊椎动物,对研究脊椎动物分子起源进化及器官发育分化具有重要的研究价值。通过提取日本七鳃鳗髓组织总RNA,利用RT-PCR方法获得日本七鳃鳗CaM（简称Lj-CaM）基因并进行生物信息学分析。将Lj-CaM基因分别构建到原核表达载体pColdⅠ和真核表达载体pEGFP-N1中,利用亲和层析技术纯化得到Lj-CaM蛋白。圆二色谱分析结果表明,Lj-CaM属于典型的α-螺旋结构型蛋白质。免疫印迹和免疫组化结果表明,CaM主要存在于日本七鳃鳗的肠、鳃、髓、肾组织中,在心和肝组织中几乎不表达。细胞免疫荧光结果显示,CaM定位于细胞核中。qPCR和免疫印迹方法检测发现,当293T细胞中Lj-CaM过表达时,对下游靶基因CaMKⅡ作用不明显,但促进PLA2G2A表达。本研究报道了日本七鳃鳗CaM结构、细胞组织定位分布以及基因调控研究,对其结构、分子起源与进化、分子调控及功能方面的研究奠定了基础。     

小鼠模型在铁代谢研究中的应用

铁代谢在维持生命活动中至关重要,机体铁代谢紊乱会导致贫血和人类遗传性血色病等诸多疾病,对人体健康造成危害。在铁代谢研究领域,小鼠模型具有人群及细胞模型所不具备的优势,可以最准确的表现相应基因及通路在铁代谢调控中的生理作用。利用基因敲除及转基因小鼠模型,许多铁代谢相关的基因及调控通路被发现,有助于深入了解铁稳态调控的分子机制。这些小鼠模型为治疗铁代谢紊乱相关疾病潜在药物的开发和评估提供了理想的平台。     

昆虫基质金属蛋白酶研究进展

经过长期的进化,昆虫已形成了完善的变态发育和天然免疫机制以适应自然界环境变化。在昆虫变态发育和免疫过程中产生的冗余蛋白质和瞬时蛋白质需要及时地降解,以保证变态发育和免疫反应的平衡。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteases, MMPs)是一类能够降解基底膜和胞外基质中多数蛋白质的蛋白水解酶,也是一类参与昆虫变态发育和天然免疫调节的重要锌离子依赖型蛋白酶。MMPs可降解关键的胞外基质和肽类激素,参与变态发育过程中的组织重构及天然免疫反应强度的调节。本文重点综述了基质金属蛋白酶参与调控昆虫发育和免疫的功能,并对昆虫基质金属蛋白酶研究中存在的问题、潜在的研究方向进行了探讨。     

七鳃鳗化石研究取得重要进展

<正>2014年10月28日《美国科学院院刊》刊发了中科院古脊椎动物与古人类研究所张弥曼等研究人员的最新成果:《早白垩世七鳃鳗幼体化石的发现揭示其三阶段的生命周期》。张弥曼等人的新发现,不仅首次记录了化石七鳃鳗的幼体和变态期幼体特征,而且显示现代七鳃鳗独特的三期生命史早在距今1.25亿年前的早白垩世晚期即已成型并保持至今。七鳃鳗和盲鳗是仅存的现生无颌类脊椎动物。地质历史上,无颌类在古生代曾经十分繁     

甲状腺激素对蝌蚪变态发育的影响

蝌蚪是青蛙的幼体,它是由青蛙的受精卵经4～5d的发育而形成的。蝌蚪在水中生活,主要吃植物性食物。蝌蚪生长到一定程度,即开始变态。在变态期,内、外部各器官由适应水栖转变为适应陆栖生活。在外观上．尾部逐渐萎缩,最后趋于消失,成对的附肢代替了鳍。由孵化出蝌蚪到变态完成,形成成体幼蛙,大约需时3个月左右。幼体蝌蚪变为成体青蛙的变态过程包括了许多重要的生理和基因调控的变化。     

昆虫的变态发育研究

昆虫变态发育使得昆虫成为地球陆地上种类最多、数量最大、分布最广、生活环境最多样化的一群生物。变态使昆虫在其生命周期中的不同发育时期表现出完全不同的形态、结构、功能和生活习性的变化,有利于昆虫迁飞转移,扩大其求偶交配、生活和生存环境空间。昆虫变态发育的变化是长期自然环境适应、协同进化的结果,受激素、营养和基因的精确调控。本文简要介绍了昆虫变态的类型、激素调控、营养调控和基因调控方面的研究进展,以及研究昆虫变态发育的科学和应用意义。     

意大利蜜蜂血淋巴HP19蛋白的表达及功能

昆虫血淋巴蛋白HP19主要参与蜕皮激素调控昆虫的变态及发育进程,蜂群内的工蜂、蜂王和雄蜂具有不同的变态和发育历期,为探究hp19在调控意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica三型蜂变态发育中的作用,本研究利用实时荧光定量PCR技术对hp19在不同发育时期的工蜂、雄蜂和蜂王体内的转录水平进行检测。结果表明,该基因在工蜂和雄蜂3龄幼虫体内表达量分别为参照基因的104和105倍,在5龄幼虫体内的表达则分别降为参照的10和102倍,蛹期表达量又都显著提高。hp19在蜂王整个幼虫期的表达保持在参照的102倍,封盖后逐渐上升,至化蛹前达到参照的105倍。在成年工蜂体内的表达为参照的104倍,而在新羽化蜂王和雄蜂体内表达水平为参照的107倍,但在性成熟的产卵蜂王和雄蜂体内的表达显著降低至参照的104倍。hp19在三型蜂体内这种不同的表达模式说明其不仅与三型蜂差异的变态发育历期有关,还可能与雄蜂和蜂王的生殖有关,具有多样的生物学功能。     

昆虫变态发育的激素和营养调控研究进展与展望

变态发育是促进昆虫进化和多样性形成的重要因素之一。昆虫变态发育主要受到蜕皮激素和保幼激素的协同调控,通过信号通路诱导下游基因表达,保证蜕皮、组织重塑等生理过程的正确发生。除内在激素外,外在营养物质亦可通过营养信号影响激素信号进而控制变态发育进程。本文主要综述了近十年来我国科研工作者在昆虫变态发育的激素和营养调控机制研究方面所取得的突出成果,并对未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国的害虫防治和益虫利用研究提供理论指导。     

七鳃鳗：生物进化和疾病研究的重要模式动物

七鳃鳗是现存的无颌类脊椎动物代表之一,距今已有5亿多年的历史,素有"活化石"之称。古老的七鳃鳗凭借独特的功能特征和进化地位吸引了众多学者的注意:在免疫系统方面,七鳃鳗具有不同于有颌类脊椎动物的适应性免疫系统和免疫分子;基于进化地位,七鳃鳗作为一种重要的发育进化模式动物可以解析脊椎动物进化保守性和衍生的特点,七鳃鳗大脑皮层为哺乳动物大脑皮层的进化提供蓝图;在疾病研究中,七鳃鳗作为脊髓损伤功能再生和胆道闭锁病理模型取得了阶段性成果。本文结合国内外相关报道,详细介绍了七鳃鳗的免疫分子、发育进化以及生理结构的研究进展,以期为深入开展七鳃鳗在动物遗传发育和生物医学领域的研究产生积极地推动作用。     

白念珠菌铁稳态调控网络研究进展

铁是绝大多数生物生长和代谢过程中必需的营养元素。尽管自然界中铁元素含量非常丰富,但是其生物可利用性却很低。作为一种人体常见的条件致病真菌,白念珠菌在漫长的进化过程中形成了复杂的铁稳态调控网络,能够应答环境中铁浓度的变化,增强菌株对环境的适应力。结合课题组研究工作,简要综述近几年关于铁代谢表达调控途径的研究进展,主要关注白念珠菌在环境铁匮乏条件下铁获得和调控策略,揭示白念珠菌体内铁离子摄取、转运、储存和利用机制。     

编委推荐

<正>Cell|三维基因组比较分析揭示人类大脑进化的调控机制人类大脑在演化的过程中形成了诸多独特的表型,如巨大的脑容量、语言区的产生以及胚胎发育阶段出现OSVZ和SP层的扩张等,这些特异的脑结构和发育模式是人类高级认知能力产生的结构基础。1975年King和Wilson提出"基因表达调控假说"来解释人类及其近亲黑猩猩间的表型差异。在胚胎发育过程中染色质的三维构象对基因的表达调控发挥重要作用。     

低氧与铁代谢相关蛋白

氧和铁这两种元素对生命活动十分重要. 低氧诱导因子(hypoxia-inducible factors, HIFs)作为转录因子,参与一系列靶基因的表达调控以适应低氧. 铁参与 DNA合成、氧气运输、代谢反应等多种细胞活动,过量游离铁会通过Haber-Weiss或 Fenton反应产生毒性自由基. 细胞通过与铁吸收、存储和利用有关的多种铁代谢相 关蛋白之间的协同作用来维持铁稳态. 与铁稳态相关的一些基因是HIFs的靶基因或 者间接受低氧调控,包括转铁蛋白、转铁蛋白受体、二价金属转运体1、铁调素、膜 铁转运蛋白、血浆铜蓝蛋白、铁蛋白等,而胞内铁浓度的改变能影响HIFs的表达. 本文就低氧与铁代谢相关蛋白的关系,尤其是低氧对铁代谢相关蛋白的调节作一综 述.     

基因及其顺式调控元件在动物表型进化中的作用

顺式调控假说是当前进化发育生物学中重要的理论之一, 该假说认为顺式调控元件的进化是调控外表性状进化的主要遗传机制。然而越来越多的实验结果表明, 仅靠顺式调控假说远不足以解释复杂的进化发育过程, 其他因素也会导致表型的进化, 如：与顺式调控元件相联基因的蛋白序列改变; 基因及染色体组复制; 蛋白结构域与顺式调控元件的灵活性等。文章回顾了近年来顺式调控元件以及与顺式调控元件相联基因的进化发育研究, 探讨了进化发育生物学研究的新方法与新思路。     

日本七鳃鳗(Lampetra japonica)肝脏ESTs 分析与比较转录组研究

以日本七鳃鳗(Lampetra japonica)肝脏为材料构建cDNA文库, 在文库中随机挑选克隆子进行测序共得到10077条有效ESTs(expressed sequence tags)序列. ESTs序列分析显示, 8515条ESTs拼成648条片段重叠群, 共得到2210条转录本, 其中47.06%的转录本预测为全长序列; 利用BLAST程序在GenBank数据库中进行同源性搜索发现2053条转录本有同源序列匹配, 占总转录本的92.9%. 更进一步对这些基因产物进行Gene Ontology注释, 结果发现, 在日本七鳃鳗肝脏中与有颌类免疫、凝血和代谢相关的基因大量表达, 并预测了8个新基因. 通过对日本七鳃鳗与底鳉(Fundulus heteroclitus)、鼠(Mus musculus)、牛(Bos taurus)和人(Homo sapiens)肝脏转录组的比较分析, 发现日本七鳃鳗肝脏中比其他物种优势表达的是甲壳质酶和多糖代谢等相关的基因, 这些基因可能在日本七鳃鳗免疫中发挥重要作用. 此外, 也利用TargetScan软件对日本七鳃鳗肝脏转录组中3′UTR区进行microRNA靶标识别, 结果发现了与人类癌症基因调控同源的microRNA靶标, 这为研究人类癌症提供了有益的线索. 上述结果将为七鳃鳗功能基因和蛋白组学的研究以及脊椎动物的基因组进化提供重要的理论基础.     

细菌铁离子摄取系统与宿主免疫

铁是绝大多数细菌生存所必需的营养物质,参与了许多重要的生命过程。病原菌为了在宿主体内生长繁殖建立感染,进化出了多种从宿主体内摄取铁元素的机制。但过量的铁也会通过Fenton反应对细胞产生毒性,所以铁的摄取必须受到严格的调控。宿主为抵抗感染采取多种手段限制病原菌对于自身铁的利用,同时铁摄取系统也可以作为抗菌治疗的靶点。     

捕食风险对红瘰疣螈幼体生长发育的影响

捕食风险是两栖动物幼体表型和生活史进化重要的选择压力之一。红瘰疣螈Tylototriton shanjing为云南山地环境中典型的有尾两栖类,山地环境水体水量的迅速减少常导致红瘰疣螈在幼体发育阶段捕食风险增加。本研究通过实验,观察红瘰疣螈幼体的体长和体质量在不同捕食风险环境中的变化、变态时体型以及完成变态发育的时间差异,探讨捕食风险对红瘰疣螈幼体个体早期发育的影响。实验设计4个不同的捕食风险处理:无任何捕食者的无捕食组、有同种个体化学信号的同种异体组、有同种尾受伤个体化学信号的断尾组、有入侵物种——克氏原螯虾Procambarus clarkii信息的外来物种组。结果显示,红瘰疣螈幼体在不同捕食风险环境中的生长发育过程不同。在生长发育前期,所有处理组的幼体生长均相似,而在中后期,有捕食风险存在的3个处理组生长发育显著加快,最终变态时的体长和体质量要比无捕食风险组更长和更重,体型更大。幼体在有捕食风险存在的处理组完成变态的时间要比无捕食风险组显著更短。这表明,红瘰疣螈幼体在面对捕食风险增加时,通过在胚后发育后期加快生长和缩短发育时间,尽快完成变态,离开幼体发育水体来适应高捕食风险的水环境。     

日本七鳃鳗(Lampetra japonica)肝脏ESTs 分析与比较转录组研究

以日本七鳃鳗(Lampetra japonica)肝脏为材料构建cDNA文库, 在文库中随机挑选克隆子进行测序共得到10077条有效ESTs(expressed sequence tags)序列. ESTs序列分析显示, 8515条ESTs拼成648条片段重叠群, 共得到2210条转录本, 其中47.06%的转录本预测为全长序列; 利用BLAST程序在GenBank数据库中进行同源性搜索发现2053条转录本有同源序列匹配, 占总转录本的92.9%. 更进一步对这些基因产物进行Gene Ontology注释, 结果发现, 在日本七鳃鳗肝脏中与有颌类免疫、凝血和代谢相关的基因大量表达, 并预测了8个新基因. 通过对日本七鳃鳗与底鳉(Fundulus heteroclitus)、鼠(Mus musculus)、牛(Bos taurus)和人(Homo sapiens)肝脏转录组的比较分析, 发现日本七鳃鳗肝脏中比其他物种优势表达的是甲壳质酶和多糖代谢等相关的基因, 这些基因可能在日本七鳃鳗免疫中发挥重要作用. 此外, 也利用TargetScan软件对日本七鳃鳗肝脏转录组中3′UTR区进行microRNA靶标识别, 结果发现了与人类癌症基因调控同源的microRNA靶标, 这为研究人类癌症提供了有益的线索. 上述结果将为七鳃鳗功能基因和蛋白组学的研究以及脊椎动物的基因组进化提供重要的理论基础.     

七鳃鳗KCTD基因家族成员全基因组鉴定及进化分析

钾离子通道四聚化结构域(KCTD)蛋白基因家族是一个保守的基因家族,该家族成员的共同特征是具有一个含有BTB保守结构域的N-末端和一个可变的C-末端。KCTD基因的突变或不正常调控与人类多种疾病相关。七鳃鳗是现存最原始的脊椎动物,作为联系无脊椎动物和脊椎动物之间的桥梁,在生物进化研究中占有重要地位。本研究通过对海七鳃鳗(Petromyzon marinus)和日本七鳃鳗(Lethenteron japonicum)基因组和转录组数据分析,全面系统地鉴定了海七鳃鳗和日本七鳃鳗KCTD基因家族成员,并对其基因结构特征、蛋白保守基序和基因表达模式进行了分析。在海七鳃鳗和日本七鳃鳗中分别鉴定出13个和14个KCTD基因,基因长度和外显子数目在不同KCTD基因间变化很大,KCTD蛋白中4个基序保守性显著,大多数KCTD基因呈泛表达模式,并且在胚胎发育时期明显高表达。除七鳃鳗外,对12个无脊椎动物和脊椎动物代表物种KCTD基因家族成员进行了鉴定,并对KCTD基因家族成员的进化关系进行了分析。根据进化树聚类情况,将KCTD基因家族成员分为11个亚家族。进化分析结果显示,KCTD基因家族从低等的无脊椎动物线虫和果蝇到高等的人类都存在;线虫中仅有5个成员,果蝇中有8个成员,随着物种进化程度由低到高,KCTD家族成员数目呈现增加的趋势;从爬行类开始,脊椎动物KCTD基因数目稳定在24个左右。硬骨鱼类特有的全基因组复制事件影响鱼类KCTD基因数目。本研究结果不仅丰富了七鳃鳗KCTD基因家族信息,同时也对KCTD家族基因间的进化关系进行了探究,为深入研究该家族基因功能提供了一定的依据。