Manipulating Chlorine Atom Bonding on the Si(100)-(2 x 1) Surface with the STM

Chlorine atoms strongly chemisorbed at dangling bond sites on the Si(100)-(2 x 1) surface are observed by scanning tunneling microscopy (STM) to hop between adjacent sites. The origin of this behavior is suggested to be an interaction between the field of the probe tip and the dipole moment of the silicon-chlorine bond. Chlorine atom migration is shown to be facilitated by the presence of a metastable chlorine bridge-bonded minimum. The STM probe was used to excite single chlorine atoms into this bridging configuration, resulting in a local population inversion. Selective application of voltage pulses between the probe tip and the surface rearranged the local bonding and induced transformations between different types of chlorine sites. In this manner, adsorbed species can be dissected and their composition and structure directly probed.     

Rearrangement of the bacterial chromosome: forbidden inversions

The order of genes in the chromosome of enteric bacteria has been evolutionarily conserved despite the existence of mechanisms for rearrangement. Homologous chromosomal sequences in the same orientation recombine to form deletions or duplications. When homologous sequences in inverse orientation recombine, one expects to form an inversion of the intervening chromosomal segment. This expectation was tested by placing pairs of homologous sequences in inverse order at various points in the chromosome. Sequences at many pairs of sites (permissive) do recombine to generate the expected inversion, while the same sequences placed at other pairs of sites (nonpermissive) do not form an inversion. For the one nonpermissive interval tested, the missing inversion type can be constructed by an alternative transductional method; strains with this inversion are viable. Thus mechanistic limitations must prevent sequences at particular sites from undergoing the recombination event required to form an inversion.     

葡萄全基因组DELLA蛋白基因家族鉴定及其应答外源赤霉素调控葡萄果实发育的特征

【目的】明确DELLA蛋白基因在葡萄基因组数据库中的数量、结构和组织表达差异,探究DELLA蛋白在葡萄赤霉素(GA)信号传导及葡萄无核果实发育机理中的作用机制。【方法】基于拟南芥、水稻等植物中的DELLA蛋白基因,利用HMMER程序和NCBI的CDD程序鉴定葡萄基因组中的DELLA蛋白基因;以‘白罗莎里奥’葡萄品种为试材,采用PCR技术克隆3个DELLA蛋白基因的c DNA全长序列;通过启动子作用元件分析预测其潜在功能;利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、系统进化、理化特性、亚细胞定位及蛋白互作等进行分析;利用农杆菌介导的烟草瞬时表达技术分析DELLA蛋白的亚细胞定位情况;采用q RT-PCR方法检测葡萄DELLA蛋白基因应答GA在果皮、果肉、种子(或种子区)的时空表达特征。【结果】鉴定得到3个葡萄DELLA蛋白基因,克隆并验证其精确序列,分别命名为Vv GAI1(VIT_201s0011g05260)、Vv RGA(VIT_214s0006g00640)及Vv SLR1(VIT_211s0016g04630),其染色体定位、开放阅读框(ORF)大小、编码氨基酸数量分别为:Chr1、1 773 bp、590个;Chr14、1 710 bp、569个;Chr11、1 599 bp、532个。基因结构分析表明其DNA序列均无内含子,只有1个外显子,基因结构高度保守。进化分析显示Vv GAI1与Vv RGA亲缘关系较近,被聚类为一组,而Vv SLR1为另一组。3个基因的启动子均含有响应赤霉素和胚乳发育相关的作用元件,表明它们可能参与响应GA信号传导和胚乳发育过程。亚细胞定位结果显示3个DELLA蛋白均定位于细胞核。q RT-PCR结果显示除果皮中Vv SLR1在近成熟期具有表达高峰外,其余均在幼果期高表达,且外源GA处理均不同程度降低了3个DELLA蛋白基因在葡萄果皮、果肉和种子区的表达,尤以种子区下调水平最为显著。蛋白互作分析表明3个DELLA蛋白均为葡萄GA信号传导的核心作用元件,均可能与GIDI1和SLY1互作参与葡萄GA信号传导。【结论】葡萄基因组中含有3个DELLA蛋白基因家族成员;不同物种间DELLA蛋白结构高度保守;GA可能通过负调控这3个成员参与葡萄果皮、果肉和种子区的发育,且3个成员均可能通过应答GA信号调控葡萄无核果实的发育。     

小麦RCAR基因家族的鉴定、进化与逆境响应

研究小麦RCAR基因家族的进化与逆境响应,有助于阐明RCAR基因抵御逆境胁迫的调控机制。根据保守结构域在小麦基因组中鉴定出27个RCARs,除了第5和6同源群外,其余同源群均有分布。根据进化关系可分为6个亚组;GroupA和GroupB中12个TaRCARs均检测到快速进化,ω值分别为0.349和0.321,GroupA中3个位点经历了正选择,后验概率P0.99;TaRCARs启动子顺式元件主要有4类,分别参与非生物胁迫应答、光响应、激素响应和生长发育过程。比较RNA-seq表达谱发现TaRCAR1、TaRCAR2、TaRCAR4和TaRCAR7是组成型表达,其余基因的表达具有组织特异性;在干旱和热胁迫下RCARs响应模式不同,除TaRCAR3和TaRCAR6在热胁迫后12 h内表达提高外,TaRCAR1、TaRCAR3和TaRCAR6均在干旱胁迫和热胁迫后6 h内提高,TaRCAR5在干旱胁迫后表达上调,TaRCAR7在热胁迫时表达下调。     

水牛RNA聚合酶Ⅲ启动子的克隆与鉴定

[目的]获得有效的水牛RNA聚合酶Ⅲ启动子序列,为开展水牛源细胞的基因特异沉默研究奠定基础.[方法]通过启动子上、下游保守序列对水牛源启动子7SK、U6进行克隆和启动子关键顺式作用元件识别,利用一段针对EGFP的shRNA片段（shEGFP）对水牛7SK、U6启动子进行功能性分析,然后分别在水牛源及鼠源细胞中与pEGFP-N1共转染,转染48h后用荧光显微镜检测EGFP的表达情况,并用流式细胞仪和荧光实时定量PCR检测EGFP沉默表达情况.[结果]克隆获得水牛7SK、U6启动子序列分别为430和357 bp,其OCT-1（或CACCC盒）及TATA盒高度保守.连接shEGFP后与pEGFP-N1共转染细胞,通过荧光显微镜可观察到细胞发生了明显的荧光表达沉默现象;通过流式细胞分析,发现水牛7SK和U6启动子引导的shEGFP在水牛源细胞中沉默效率高达93.82％和87.45％;荧光实时定量PCR检测结果显示,在转染bu7SK-shEGFP和buU6-shEGFP的水牛源BFF细胞中,EGFP表达水平均显著低于其他物种启动子的细胞转染组（P＜0.05）,而在鼠源PT67细胞中,水牛启动子的启动效率与其他物种启动子差异不显著（P＞0.05）.[结论]水牛7SK和U6启动子可高效启动shRNA表达,且具有一定的物种特异性.     

济南市城市植被与城市热环境的变化研究

城市化进程带来了城市热环境的恶化,植被作为城市生态环境的重要组成部分,对城市热环境的影响和调节具有重要作用。利用济南市TM/ETM+图像,通过反演地表温度(LST)和植被指数(NDVI),研究济南市的热环境和植被之间关系,以及城市热环境和NDVI的时空变化规律,得出了LST和NDVI是负相关关系;城市热岛范围逐渐扩大,尤其是向东和向南方向,且与济南市城市发展的时空方向一致;与2001年相比,2009年城市内部温度变化曲线趋于缓和,但不同地表类型之间的温度差值扩大;NDVI的变化特征与LST相反。     

转座子在基因组和基因进化方面的研究进展

从转座子插入对基因组产生的重组、异位、倒位以及对基因产生的沉默、表达等方面阐述了转座子对基因组和基因进化的重要作用,从转座子在基因中插入位置的不同对基因表达和功能产生的影响进行了综述。     

杜仲CONSTANS-like全基因组鉴定、系统进化及表达模式分析

  目的  揭示CONSTANS-like在杜仲Eucommia ulmoides基因组中的分布、结构特征及表达模式。  方法  利用生物信息学方法，对杜仲CONSTANS-like基因家族进行鉴定及理化性质、进化关系、基因结构、启动子元件和表达模式分析。  结果  杜仲基因组中共鉴定到8个EuCOLs基因，分别命名为EuCOL1~EuCOL8，氨基酸数目为315~469，理论等电点分布范围为5.10~6.47，分子量为35.21~52.65 kDa。亚细胞定位预测均定位在细胞核中，为亲水性蛋白，分布于8条染色体。系统进化分为2个亚家族(群组Ⅰ和群组 Ⅲ)，分别包含2和6个EuCOLs蛋白，同一亚家族基序具有相似性。EuCOLs基因结构简单，启动子中含有多个光周期响应元件。表达模式分析显示:EuCOLs在杜仲叶片发育中表达水平相对较低，EuCOL7在杜仲胶形成中表达量最高，各家族成员表达特征存在差异。蛋白互作预测显示:EuCOL7可与多个光周期响应蛋白互作。  结论  杜仲CONSTANS-like基因家族含有典型的CCT和B-box结构域，可能参与叶片发育及杜仲胶的形成。图8表1参56     

Programmed gene rearrangements altering gene expression

Programmed gene rearrangements are used in nature to to alter gene copy number (gene amplification and deletion), to create diversity by reassorting gene segments (as in the formation of mammalian immunoglobulin genes), or to control the expression of a set of genes that code for the same function (such as surface antigens). Two major mechanisms for expression control are DNA inversion and DNA transposition. In DNA inversion a DNA segment flips around and is rejoined by site-specific recombination, disconnecting or connecting a gene to sequences required for its expression. In DNA transposition a gene moves into an expression site where it displaces its predecessor by gene conversion. Gene rearrangements altering gene expression have mainly been found in some unicellular organisms. They allow a fraction of the organisms to preadapt to sudden changes in environment, that is, to alter properties such as surface antigens in the absence of an inducing stimulus. The antigenic variation that helps the causative agents of African trypanosomiasis, gonorrhea, and relapsing fever to elude host defense is controlled in this way.     

Genome-wide Identification and Analysis of DNA Methyltransferases in Grape

DNA methylation is an important epigenetic regulation mechanism, which is catalyzed by DNA methyltransferases. In this study, eight DNA methyltransferase genes were identified in grape genome to analyze the selective pressure, gene expression and codon usage bias. The results showed grape DNA methyltransferase MET subfamily underwent relatively strong purifying selection during evolution, while chromomethylase CMT subfamily underwent positive selection during evolution. Under different abiotic(heat, drought or cold) stresses, the expression level of many grape DNA methyltransferase genes changed significantly. The expression level of these genes might be related with cis-regulatory elements of their promoters. The results of codon usage bias analysis showed that synonymous codon bias existed in grape DNA methyltransferase gene family, which might be affected by mutation pressure. These results laid a solid foundation for in-depth study of DNA methyltransferases in grape.     

家蚕蛹期特异基表达因BmCP283鉴定及其启动子的克隆分析

【目的】鉴定家蚕蛹期特异基因及其启动子,为家蚕变态发育人为调节及蛹生物反应器开发提供支撑。【方法】基于芯片表达数据分析及RT-PCR验证,筛选家蚕蛹期特异表达基因;利用PCR方法克隆家蚕蛹期特异表达基因上游的启动子序列,并利用转基因技术验证启动子的活性及时期特异性。【结果】筛选获得了在家蚕蛹期特异表达的表皮蛋白基因BmCP283;所克隆的BmCP283上游启动子区序列长2 004 bp,利用此序列所构建以红色荧光蛋白基因dsRed为报告基因的转基因蚕中,BmCP283启动子驱动的dsRed只在蛹后期表达,且主要表达于翅等组织中。【结论】BmCP283为家蚕蛹期特异表达基因,克隆获得的BmCP283启动子的启动活性具有蛹期特异性。     

植物基因启动子的类型及其应用

不同的植物启动子使植物基因具有不同的表达特性,按其作用方式大体可以分为3类,即组成型启动子、诱导型启动子和组织特异性启动子.另外还有两类较为特殊的启动子--双向启动子和可变启动子.在这些启动子中,除了含有基本启动子外,还存在一些特异的顺式调节元件,这些顺式调节元件在基因的特异表达中发挥重要作用.不同类型的启动子在植物基因工程中得到广泛的应用.     

万寿菊番茄红素β-环化酶基因及其启动子克隆和功能分析

【目的】克隆万寿菊番茄红素β-环化酶基因和其启动子,进行生物学信息分析,并预测启动子功能,为万寿菊类胡萝卜素的代谢机制和叶黄素含量的调控提供参考依据。【方法】通过RT-PCR技术从万寿菊总RNA中克隆得到TeLCYb的cDNA序列;应用生物学方法分析其DNA序列及其编码蛋白质序列特征,使用DNAMAN和在线软件Box Shade对其氨基酸序列同源性比对分析,并利用MEGA6.0构建进化树,分析其亲缘关系;根据其cDNA序列利用FPNI-PCR法克隆其启动子序列,利用Plant Care在线数据库分析万寿菊TeLCYb启动子调控元件,构建启动子缺失表达载体pTeLCYb(-1969)∷GUS和pTeLCYb(-1140)∷GUS,利用农杆菌介导法侵染烟草,以GUS为报告基因研究不同调控元件的活性。【结果】从万寿菊中成功克隆TeLCYb,生物信息学分析发现,其全长共1 865 bp,开放阅读框为1 527 bp,编码508个氨基酸,氨基酸序列同源比对结果表明其与西洋蒲公英和菊花的同源性最高,且具有LCYb蛋白质特有的保守功能位点和特征多肽序列,在进化上与菊科单独聚为一枝。在已知基因序列的基础上获得长度为1 806 bp的TeLCYb启动子序列,生物学信息分析表明:该启动子除包含核心启动子元件TATA-box、CAAT-box外,还含有多种光应答元件和激素响应元件,其中光响应元件有13个,激素响应元件有5个,此外还具有MYBHv1结合位点元件、耐热响应元件、生理调控作用元件等顺式调控元件。GUS化学组织染色结果显示不同长度启动子均能够驱动GUS在茎、叶、花药及柱头中表达,但不同组织GUS染色蓝色斑点深度不同,其中花器官中花药和柱头中GUS酶活性最强;相对于启动子pTeLCYb(-1969),pTeLCYb(-1140)启动子还能够驱动GUS在根、叶和花萼中特异性表达,且各组织中GUS酶活性明显强于启动子pTeLCYb(-1969)的GUS化学组织染色结果。【结论】不同长度TeLCYb启动子均能驱动下游GUS的表达,但启动子的作用部位和作用强度存在差异,推测在ATG上游1 140 bp和164 bp区间的光响应元件可能具有增强子的功能,而全长启动子特有的激素响应元件和热响应元件可能具有抑制或降低启动子功能的作用。     

核蛋白H-NS调控多重耐药鸡大肠埃希菌IncFⅡ质粒接合转移的分子机制

【目的】以临床分离的多重耐药鸡大肠埃希菌IncFⅡ质粒为研究对象,探究核蛋白H-NS调控其接合转移的分子机制,为控制IncFⅡ质粒介导的多重耐药基因水平散播提供理论依据。【方法】测定大肠埃希菌ATCC25922及4株重组菌（pBAD25922、F25922、FΔhns和FΔhns/phns）的生长曲线,比较hns对菌株的影响情况;分别以F25922、FΔhns和FΔhns/phns为供体菌,大肠埃希菌J53（耐叠氮钠）为受体菌,进行接合试验,并计算接合频率;采用实时荧光定量PCR检测各重组菌（F25922、FΔhns和FΔhns/phns）中IncFⅡ质粒接合转移相关基因（traM、traJ和traY）的mRNA表达量;构建LacZ融合报告菌株F25922/P_M（P_J/P_Y）、FΔhns/P_M（P_J/P_Y）和FΔhns/phns/P_M（P_J/P_Y）,分别测定不同菌株中3种基因（traM、traJ和traY）启动子P_M、P_J和P_Y的β-半乳糖苷酶活性;构建H-NS蛋白原核表达载体,采用镍离子亲和层析法分离纯化H-NS核蛋白,PCR扩增并纯化3种基因启动子区的DNA序列,利用电泳迁移率变动分析试验（EMSA）探明核蛋白H-NS调控IncFⅡ质粒接合作用的调控方式,预测H-NS与不同启动子的结合位点并用EMSA进行进一步验证。【结果】重组菌F25922和pBAD25922与大肠埃希菌ATCC25922的生长状况无明显差异,说明质粒pBAD和IncFⅡ均不影响宿主菌大肠埃希菌ATCC25922的生长;但是,缺失重组菌FΔhns和缺失回补重组菌FΔhns/phns的生长速度明显低于大肠埃希菌ATCC25922,表明hns的缺失导致菌株的生长适应性变差,但不影响菌株的存活。接合试验结果显示,FΔhns中IncFⅡ质粒的接合频率较对照菌F25922升高了1 279.33倍（P<0.001）,而FΔhns/phns中IncFⅡ质粒的接合频率虽未完全恢复到对照菌株的水平,但也明显低于FΔhns。实时荧光定量PCR结果显示,FΔhns中tra基因（traM、traJ和traY）的mRNA表达量均极显著高于对照菌株（P<0.001）,其中traJ的mRNA表达量最高,为F25922的1 510.14倍,其次为traY和traM,表达量分别为F25922的448.14倍和81.54倍,而回补株FΔhns/phns中不同基因的mRNA表达量均极显著低于FΔhns,与对照菌相类似。β-半乳糖苷酶活性测定结果显示,缺失报告菌株FΔhns/P_M（P_J/P_Y）中P_M、P_J和P_Y的β-半乳糖苷酶活性分别为5.66,10.45和21.91,均极显著高于对照菌F25922/P_M（P_J/P_Y）的相应启动子（P<0.001）,而回补报告菌株FΔhns/phns/P_M（P_J/P_Y）中P_M、P_J和P_Y的β-半乳糖苷酶活性极显著低于FΔhns/P_M（P_J/P_Y）,且均与对照菌株无明显差异。这些结果均表明hns对IncFⅡ质粒接合转移呈明显的负调控作用。EMSA结果显示,H-NS核蛋白均能明显阻滞3个tra基因启动子DNA的迁移,说明H-NS可直接与tra基因的3个启动子区结合;通过对结合位点的预测和EMSA进一步验证,证实H-NS核蛋白可与3个启动子区的AT富集区结合。【结论】H-NS核蛋白通过直接与IncFⅡ质粒的traM、traJ和traY的启动子区的AT富集区结合,抑制启动子活性,从而导致启动子下游相关转移基因traM、traJ和traY的表达量下降,结果明显抑制IncFⅡ质粒的接合转移。     

连续投影与SSA-ELM结合的玉米氮平衡指数高光谱估测

玉米氮平衡指数的快速、无损估测，对监测植株长势和指导田间氮肥施用具有重要现实意义。通过田间试验观测各生育期(拔节期、抽雄期、乳熟期、完熟期)玉米叶片氮平衡指数和对应光谱反射率，应用特征波段和植被指数，构建不同类型的玉米氮平衡指数高光谱反演模型。结果表明：不同氮平衡指数下的叶片高光谱反射特征基本一致，在可见光波段反射率较低、近红外波段反射率较高，不同生育期氮平衡指数与光谱反射率的相关性在抽雄期最高，乳熟期、完熟期次之、拔节期最低；连续投影算法具有良好的降维效果，筛选出的各生育期建模光谱参数为8～20个；各生育期多因素模型均优于单因素模型，抽雄期各类模型效果最佳，其中基于麻雀搜索算法优化的极限学习机回归模型是最优模型，其建模R²与验证R²均为0.93,相对预测偏差分别为2.57、2.31,表明该模型对氮平衡指数具有极好的预测能力。