基于转录组测序探究ATP7B基因缺陷小鼠铜累积诱导肝细胞自噬的相关机制*

目的：分析ATP7B基因缺陷(Wilson's disease,WD)小鼠肝脏组织中自噬相关基因的表达和自噬相关蛋白的相互作用方式,探讨铜累积诱导肝内自噬活化的可能机制。方法：对4周龄和12周龄WD小鼠肝组织进行铜含量检测和转录组测序,对差异基因进行GO和KEGG富集分析,筛选自噬相关差异基因做qRT-PCR和Western blot验证,采用GeneMANIA数据库构建自噬相关差异蛋白的互作网络(PPI)并进行功能注释分析,抑制自噬相关蛋白的表达分析其对自噬的影响。结果：与野生型小鼠相比,WD小鼠肝铜含量显著升高,铜累积导致基因表达模式改变;基于GO数据库统计自噬相关差异基因数目,4周龄和12周龄分别有8个、51个,基于KEGG数据库统计,4周龄和12周龄分别有5个、19个;筛选Ulk1、Ddit4、Plk3等9个基因进行qRT-PCR,定量结果与测序结果表达趋势基本一致;其编码的蛋白质通过共表达、共定位等方式互相作用;Western blot结果显示铜累积导致Ulk1、Plk3、Park2蛋白表达显著增加和细胞自噬发生,抑制Ulk1、Plk3、Park2的蛋白质表达可显著下调细胞自噬水平。结论：WD不同阶段的铜累积可调节肝脏多个自噬相关基因的表达,通过其编码的自噬相关蛋白的互相作用共同诱导肝脏自噬活化以缓解肝损伤。     

牦牛miR-383的靶基因预测及生物信息学分析

MicroRNAs (miRNAs)是一类非编码的小分子单链RNA,通过与靶基因的mRNA结合,抑制mRNA的翻译,参与多种生物学过程.本实验室前期通过高通量测序发现90日龄牦牛胚胎的背最长肌中miR-383的表达量显著高于成年牦牛.为探究miR-383在牦牛骨骼肌发育中的分子功能和机制,本研究对miR-383的靶基因进行预测,并进行生物信息学分析.通过TargetScan、miRDB和miRanda 3个软件预测了miR-383的靶基因,然后合并miRTarbase数据库中已被证实的靶基因作为基因集,分别用DAVID和KOBAS3.0在线软件对基因集进行功能注释(GO分析)和Pathway信号通路富集分析.结果 表明,牦牛miR-383序列在各物种间高度保守,靶基因功能富集于CD8阳性T细胞增殖的调控、核糖核蛋白复合物定位和负调控T细胞分化等生物学过程.信号通路分析发现靶基因的信号通路显著富集于PI3K-Ak、AMPK、FoxO和Focal adhesion等与肌肉发育相关的信号通路中.该研究结果将为miR-383功能及调控机制的深入研究提供参考依据,也为解析牦牛肌肉发育的分子机制提供新的研究方向.     

昆虫病原菌(Isaria fumosorosea)查尔酮异构酶基因CHI克隆及生物信息学分析

本研究旨在对昆虫病原菌玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea)查尔酮异构酶基因CHI进行克隆、测序及相关生物信息学分析.序列分析结果显示:IfCHI基因编码区全长为1152bp,编码383个氨基酸,理论等电点(pI)D为9.72,属不稳定水溶性蛋白,其二级结构为混合型,蛋白质溶剂可及性主要分为三类,三级结构由α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲组成,同源序列分析及多重序列比对分析存在明显的差异.该昆虫病原菌玫烟色棒束孢IfCHI编码基因的成功克隆及生物信息学分析,为进一步研究病原菌CHI基因的遗传特性和表达机制以及为寻找更多的查尔酮类化合物提供了理论基础.     

联合TCGA和GEO数据库筛选乳腺癌易感基因

本研究是利用公共基因芯片数据库筛选乳腺癌的预后基因,预测和探索这些基因在乳腺癌进展中的可能机制和临床价值.首先,我们筛选了公共基因芯片数据库(gene expression omnibus,GEO)GSE22820和癌症基因组图谱(the cancer genome atlas,TCGA)乳腺癌数据库的重叠差异表达基因,联合R语言分析乳腺癌组织与癌旁正常组织差异表达的基因;其次,基于STRING数据库及Cytoscape软件构建蛋白质相互作用网络图,分析并识别了中枢基因和前3个模块;之后进行了更多的功能分析,包括基因本体(gene ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路分析以及基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA),以研究这些基因的作用以及潜在的潜在机制;最后进行了Kaplan-Meier分析和Cox比例风险分析,以阐明这些基因的诊断和预后效果.相关数据分析表明15个基因的表达水平与生存预后相关,高表达基因患者的总生存时间短于低表达患者(P＜0.05);Cox比例风险分析表明UBE2T、ER-CC6L和RAD51这3个基因是预后生存的独立因素(P＜0.05);GSEA分析表明在UBE2T、ERCC6L和RAD51基因中细胞周期、基础转录因子和卵母细胞减数分裂明显富集.最终,我们得出结论,这3种基因标志物的高表达是乳腺癌预后不良因素,可作为预测乳腺癌患者转移和预后的有效生物标志物.     

腾冲嗜热厌氧杆菌Cas2原核表达及生物信息学分析

为研究CRISPR/Cas系统及其相关蛋白Cas2(TTE2657)在腾冲嗜热厌氧杆菌热适应中的作用,应用PCR技术构建了原核重组质粒pET-28a::cas2,并在大肠埃希菌BL21表达Cas2蛋白;结合生物信息学软件对cas2编码蛋白的基本理化性质、氨基酸同源性、空间结构及蛋白质相互作用网络进行预测和分析。结果显示,成功构建了原核表达载体pET-28a::cas2并在大肠埃希菌BL21中得到表达,Cas2分子质量大小为9.9 ku,主要以可溶性形式存在;qRT-PCR显示cas2 mRNA在60℃和75℃高表达;生物信息学分析显示cas2基因其完整的ORF全长264 bp,编码88个氨基酸,其中Ile(14)、Ser(14)、Phe (12)含量较高,等电点为9.31,不存在跨膜结构。其蛋白质二级空间结构以α-螺旋、无规则卷曲、β-折叠为主,蛋白互作预测网络显示Cas2与Cas3、Cas5、Cas7等其家族大部分蛋白存在相互作用。进化树分析显示腾冲嗜热厌氧杆菌cas2基因与厌氧菌芽胞杆菌B7M1同源性最高(39.5%)。腾冲嗜热厌氧杆菌cas2编码蛋白是一种亲水性蛋白,在原核系统能高效表达。本研究为嗜热蛋白质的热稳定性机制的研究提供参考。     

九香虫保幼激素环氧水解酶基因克隆、生物信息学及表达分析

[目的]保幼激素环氧水解酶(Juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH)是昆虫体内保幼激素(Juvenile hormone,JH)的主要降解酶.本文旨在分析九香虫Aspongopus chinensis Dallas保幼激素环氧水解酶基因序列(AcJHEH)信息,探索其在九香虫生长发育过程中的作用.[方法]以九香虫成虫的cDNA为模板,采用RT-PCR技术克隆获得AcJHEH基因序列,并利用生物信息学软件对其编码蛋白的理化特性、结构特征和系统进化进行分析;采用qRT-PCR技术检测并分析九香虫不同龄期和不同组织中AcJHEH的相对表达量.[结果]成功获得了AcJHEH的完整开放阅读框ORF序列,全长均为1 363 bp,共编码453个氨基酸,预测分子量为51.74 ku,等电点(pI)为7.66,分子蛋白式C2414H3683N581O653S14,含有N-端跨膜基序XWG、催化三联体、保守基序HGWP和2个酪氨酸,属于环氧水解酶家族.系统进化树分析表明,AcJHEH与茶翅蝽Halyomorpha halys的JHEH聚为一支,再与同为半翅目的臭虫Cimex lectulariu和绿盲蝽Apolygus lucorum的JHEH聚为一类.荧光定量PCR结果显示,AcJHEH在九香虫不同发育阶段和各组织中均有表达,且脂肪中的表达量极显著高于其它组织(P＜0.001);滞育九香虫成虫表达量最高,其次为4-5龄若虫都极显著高于其它发育阶段(P＜0.001).[结论]九香虫JHEH属于环氧水解酶家族,确定为保幼激素环氧水解酶.依据qPCR结果推测AcJHEH通过改变九香虫体内保幼激素浓度来影响九香虫4-5龄若虫蜕皮发育、成虫生殖系统发育和滞育等.     

西瓜含有JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶家族的生物信息学分析

利用生物信息学方法,对西瓜（Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.&Nakai）JmjC基因家族的成员进行鉴定,对该基因家族的染色体定位、基因结构、蛋白结构域、选择压力和酶活位点进行分析,并对该基因家族与其它物种的系统进化及共线性关系进行研究。结果显示：西瓜全基因组含有17个JmjC候选基因,核苷酸序列长度为1209~5541 bp;这些基因均含有JmjC结构域,分别位于9条染色体上,归属8个亚族。系统进化、选择压力以及共线性分析结果表明,西瓜与黄瓜（Cucumis sativus L.）亲缘关系较近,JmjC家族基因数量相同,其中14个成员呈现一对一的共线性关系;而西瓜与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.）Heynh）亲缘关系较远,但西瓜和拟南芥同一亚族中JmjC基因间K_a/K_s的比值均小于1,推测西瓜各个亚族成员的编码蛋白功能与同一亚族的拟南芥成员功能极为相似。酶活位点分析结果表明西瓜JmjC基因家族中有10个成员具有潜在的组蛋白去甲基化酶活性。     

茶树DELLA基因家族的鉴定及表达分析

利用生物信息学方法,从茶树（Camellia sinensis（L.）O.Ktze.）全基因组数据库中分析获得DELLA蛋白的家族成员,并对它们的系统进化关系、蛋白序列特征、基因表达特异性及其与茶树次生代谢物的相关性进行分析。结果显示：茶树基因组中共有5个DELLA基因,分别为：TEA009882（CsGAI）、TEA022818（CsRGA1）、TEA010112（CsRGL1）、TEA008736（CsRGL2）和TEA020933（CsRGL3）;其编码的氨基酸数量在525~594之间,均定位于细胞核。该蛋白的二级和三级结构分析结果表明,茶树DELLA蛋白结构中含有大量的α螺旋及少量β转角结构。蛋白保守结构域分析结果显示该蛋白与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.）Heynh.）具有高度的同源性,均具有GRAS、DELLA等保守结构域。基因的表达特异性分析结果表明,在茶树不同组织部位中,TEA009882、TEA022818和TEA010112基因的表达量均较高,而TEA020933和TEA008736的表达量在各组织中均较低;茶树DELLA基因的表达受到干旱、NaCl、低温及茉莉酸甲酯等非生物逆境胁迫的调控,且其表达量与茶树次生代谢物的积累间存在相关性。推测茶树DELLA基因广泛参与了茶树生长发育及非生物逆境胁迫的响应,以及对次生代谢物生物合成过程的调控。     

西伯利亚蝗抗菌肽基因的克隆及表达特性研究

[目的]扩增西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus抗菌肽(attacin)基因,并对其进行生物信息学分析,同时分析西伯利亚蝗不同组织中抗菌肽基因的差异表达.[方法]基于RACE技术从西伯利亚蝗中克隆得到抗菌肽,利用生物信息学软件对西伯利亚蝗抗菌肽的一级结构、二级结构、三级结构、系统进化和亚细胞定位进行分析.采用实时荧光定量PCR技术检测了西伯利亚蝗抗菌肽基因在马氏管、中肠、后肠、脂肪体和唾液腺中的相对表达量.[结果]克隆获得的抗菌肽基因的开放阅读框为282 bp,编码93个氨基酸,其编码蛋白预测理论分子量为9.98 ku,等电点为9.26.抗菌肽氨基酸序列中存在信号肽序列.基因定量分析显示,抗菌肽基因在西伯利亚蝗的中肠中表达量最高.[结论]attacin在西伯利亚蝗成虫不同组织中差异表达,提示其消化道在防御病原微生物的入侵中起着重要的作用.     

中华蜜蜂气味受体基因AcerOR58的序列与时空表达分析

[目的]通过分析中华蜜蜂Apis cerana cerana气味受体基因AcerOR58编码蛋白的理化性质、结构特征,明确AcerOR58时空表达特性,为该基因后续的功能研究奠定基础.[方法]利用多种生物信息学软件预测分析AcerOR58序列及其编码蛋白的结构特性,采用邻接法构建系统进化树.利用实时荧光定量PCR技术分析AcerOR58在不同发育阶段工蜂触角及采集蜂不同组织的表达差异.[结果]AcerOR58基因的开放阅读框(ORF)长1 230 bp,编码409个氨基酸,成熟蛋白分子量为47.147 ku,理论等电点8.46,无信号肽,含有6个跨膜结构且N端位于胞内,31个潜在的磷酸化位点,在第80-405位氨基酸之间存在一个昆虫气味受体家族7tm_6 superfamily保守结构域.AcerOR58与西方蜜蜂Apis mellifera的AmelOR58亲缘关系最近,核苷酸序列一致性高达96.67％,氨基酸序列一致性高达97.31％.AcerOR58在采集蜂(15-25日龄)阶段的表达量较高,且在触角中的表达量极显著高于其他组织(P＜0.01).[结论]AcerOR58具有昆虫气味受体的结构特征,该基因特异性高表达于中华蜜蜂采集蜂触角中,推测其功能与识别外界蜜粉源的花香气味物质有关.