Accelerated evolution of conserved noncoding sequences in humans

Changes in gene regulation likely influenced the profound phenotypic divergence of humans from other mammals, but the extent of adaptive substitution in human regulatory sequences remains unknown. We identified 992 conserved noncoding sequences (CNSs) with a significant excess of human-specific substitutions. These accelerated elements were disproportionately found near genes involved in neuronal cell adhesion. To assess the uniqueness of human noncoding evolution, we examined CNSs accelerated in chimpanzee and mouse. Although we observed a similar enrichment near neuronal adhesion genes in chimpanzee, the accelerated CNSs themselves exhibited almost no overlap with those in human, suggesting independent evolution toward different neuronal phenotypes in each species. CNSs accelerated in mouse showed no bias toward neuronal cell adhesion. Our results indicate that widespread cis-regulatory changes in human evolution may have contributed to uniquely human features of brain development and function.     

A human-specific gene in microglia

Recent studies have shown multiple differences between humans and apes in sialic acid (Sia) biology, including Siglecs (Sia-recognizing-Ig-superfamily lectins). Comparisons with the chimpanzee genome indicate that human SIGLEC11 emerged through human-specific gene conversion by an adjacent pseudogene. Conversion involved 5 cent untranslated sequences and the Sia-recognition domain. This human protein shows reduced binding relative to the ancestral form but recognizes oligosialic acids, which are enriched in the brain. SIGLEC11 is expressed in human but not in chimpanzee brain microglia. Further studies will determine if this event was related to the evolution of Homo.     

Inferring nonneutral evolution from human-chimp-mouse orthologous gene trios

Even though human and chimpanzee gene sequences are nearly 99% identical, sequence comparisons can nevertheless be highly informative in identifying biologically important changes that have occurred since our ancestral lineages diverged. We analyzed alignments of 7645 chimpanzee gene sequences to their human and mouse orthologs. These three-species sequence alignments allowed us to identify genes undergoing natural selection along the human and chimp lineage by fitting models that include parameters specifying rates of synonymous and nonsynonymous nucleotide substitution. This evolutionary approach revealed an informative set of genes with significantly different patterns of substitution on the human lineage compared with the chimpanzee and mouse lineages. Partitions of genes into inferred biological classes identified accelerated evolution in several functional classes, including olfaction and nuclear transport. In addition to suggesting adaptive physiological differences between chimps and humans, human-accelerated genes are significantly more likely to underlie major known Mendelian disorders.     

Parallel patterns of evolution in the genomes and transcriptomes of humans and chimpanzees

The determination of the chimpanzee genome sequence provides a means to study both structural and functional aspects of the evolution of the human genome. Here we compare humans and chimpanzees with respect to differences in expression levels and protein-coding sequences for genes active in brain, heart, liver, kidney, and testis. We find that the patterns of differences in gene expression and gene sequences are markedly similar. In particular, there is a gradation of selective constraints among the tissues so that the brain shows the least differences between the species whereas liver shows the most. Furthermore, expression levels as well as amino acid sequences of genes active in more tissues have diverged less between the species than have genes active in fewer tissues. In general, these patterns are consistent with a model of neutral evolution with negative selection. However, for X-chromosomal genes expressed in testis, patterns suggestive of positive selection on sequence changes as well as expression changes are seen. Furthermore, although genes expressed in the brain have changed less than have genes expressed in other tissues, in agreement with previous work we find that genes active in brain have accumulated more changes on the human than on the chimpanzee lineage.     

猪BYSL基因克隆、序列特征及表达分析

BYSL基因是哺乳动物胚胎着床和胚胎发育的关键因子。为进一步研究猪BYSL基因的结构与功能,揭示其表达模式,本研究结合基因同源序列克隆技术和RT-PCR方法克隆了猪BySL基因;利用生物信息学软件对该基因进行序列特征和结构分析;利用Real-time PCR技术分析了BYSL基因的时空表达模式。结果表明,猪的BYSL编...     

动物组蛋白H3K4三甲基化转移酶MLL3的生物信息学分析

[目的]对动物组蛋白H3K4三甲基化转移酶MLL3进行生物信息学分析。[方法]利用生物信息学的方法,对小鼠MLL3的基因结构、氨基酸序列、系统进化树、染色体定位和共线性等问题进行分析。[结果]编码合成的小鼠MLL3蛋白质一级结构包括7个锌指结构域、1个HMG-box(高迁移率族蛋白)、1个FYRN(N-末端富含苯丙氨酸或酪氨酸区域)、1个FYRC(C-末端富含苯丙氨酸或酪氨酸区域)、1个SET域和1个postSET域;从序列对比和同源性上发现,该研究中的19种动物都基本上具有这些结构,说明这些结构在进化上是相对保守的,其中SET域具有高度的保守性,是维持组蛋白甲基化酶活性所必须的;从系统发生上看,19种动物在进化树上的位置与其分类地位相一致;在共线性分析中,虽然小鼠和人的MLL3基因位于不同的染色体上,但其上游和下游具有相同的基因,说明小鼠和人的MLL3基因具有共线性。[结论]不仅揭示了MLL3的核苷酸序列及其氨基酸序列的一级结构,为以后研究其高级结构和蛋白质的功能奠定了基础;同时也为后期进行小鼠MLL3基因的引物设计、启动子分析、基因的克隆、定位和表达的调控模式研究奠定了基础。     

动物组蛋白H3K4三甲基化转移酶MLL3的生物信息学分析(英文)

[目的]对动物组蛋白H3K4三甲基化转移酶MLL3进行生物信息学分析,从而探寻其相对保守的进化过程以揭示组蛋白H3K4三甲基化转移酶MLL3在在人类癌症的中的作用。[方法]利用生物信息学的方法,对小鼠MLL3的基因结构、氨基酸序列、系统进化树、染色体定位和共线性等问题进行分析。[结果]编码合成的小鼠MLL3蛋白质一级结构包括7个锌指结构域、1个HMG-box(高迁移率族蛋白)、1个FYRN(N-末端富含苯丙氨酸或酪氨酸区域)、1个FYRC(C-末端富含苯丙氨酸或酪氨酸区域)、1个SET域和1个postSET域;从序列对比和同源性上发现,该研究中的19种动物都基本上具有这些结构,说明这些结构在进化上是相对保守的,其中SET域具有高度的保守性,是维持组蛋白甲基化酶活性所必须的;从系统发生上看,19种动物在进化树上的位置与其分类地位相一致;在共线性分析中,虽然小鼠和人的MLL3基因位于不同的染色体上,但其上游和下游具有相同的基因,说明小鼠和人的MLL3基因具有共线性。[结论]不仅揭示了MLL3的核苷酸序列及其氨基酸序列的一级结构,为以后研究其高级结构和蛋白质的功能奠定了基础;同时也为后期进行小鼠MLL3基因的引物设计、启动子分析、基因的克隆、定位和表达的调控模式研究奠定了基础。     

鸡MOB基因的克隆与表达谱分析

摘要：MOB家族是一个庞大的高度保守的蛋白家族,MOB蛋白参与调控细胞周期和细胞形态形成,而且与肿瘤的发生发展可能有关。本研究利用RT-PCR技术克隆获得了鸡的MOB基因全长编码序列并测序验证;利用生物信息学方法对鸡MOB基因的遗传进化性和蛋白功能进行预测分析;并利用半定量RT-PCR技术对雏鸡的MOB基因进行组织表达谱分析。实验结果表明鸡MOB基因核酸和氨基酸序列与人和鼠的同源基因同源性在80%以上;生物信息学对MOB蛋白的功能预测,发现鸡MOB蛋白具有6个跨膜结构域和一个SAM结构域;组织表达谱分析表明鸡MOB基因在各个组织中均有表达,但在脑、肠、脾、肺、骨骼肌和肝脏中表达量较高。含SAM结构域的多种蛋白在胚胎发育、神经形成和白血病等过程中具有重要功能,相信本研究通过对鸡MOB基因的研究能够为人类同源基因的深入研究有所帮助,并希望为人类肿瘤发生机制的深人探讨提供有价值的参考。     

Classic selective sweeps were rare in recent human evolution

Efforts to identify the genetic basis of human adaptations from polymorphism data have sought footprints of "classic selective sweeps" (in which a beneficial mutation arises and rapidly fixes in the population).Yet it remains unknown whether this form of natural selection was common in our evolution. We examined the evidence for classic sweeps in resequencing data from 179 human genomes. As expected under a recurrent-sweep model, we found that diversity levels decrease near exons and conserved noncoding regions. In contrast to expectation, however, the trough in diversity around human-specific amino acid substitutions is no more pronounced than around synonymous substitutions. Moreover, relative to the genome background, amino acid and putative regulatory sites are not significantly enriched in alleles that are highly differentiated between populations. These findings indicate that classic sweeps were not a dominant mode of human adaptation over the past ~250,000 years.     

猪MSTN基因生物信息学分析(英文)

[目的]对猪MSTN基因其进行生物信息学分析。[方法]以从GenBank中检索到的猪、大鼠、小鼠、狗、绵羊、山羊、牛、黑猩猩、人、马、鸡和斑马鱼的MSTN基因CDS序列为材料,将该12个物种的MSTN蛋白序列调入DNAStar软件的Megalign程序,进行系统进化分析;并对猪MSTN基因的基本信息、内切酶图谱、编码蛋白二级结构、信号肽、跨膜结构以及蛋白质亚细胞定位进行分析。[结果]猪MSTN基因与大鼠、小鼠、狗、绵羊、山羊、牛、黑猩猩、人、马亲缘关系很近;该基因包含多个酶切位点;其编码的蛋白是一个疏水性不稳定蛋白,分子量为42791.3u,等电点为6.98,包含375个氨基酸残基;蛋白二级结构上,含有20.53%的α-螺旋(Helix)、4%β-转角(Turn)、53.07%无规则卷曲(Coil)、22.4%伸展条(extendenstrand)和1个跨膜结构区域;该蛋白定位于细胞外,作为信号肽的可能性很大。[结论]该研究为猪MSTN基因的进一步分析研究提供了参考依据。     

猪MSTN基因生物信息学分析

[目的]对猪MSTN基因进行生物信息学分析。[方法]以从GenBank中检索到的猪、大鼠、小鼠、狗、绵羊、山羊、牛、黑猩猩、人、马、鸡和斑马鱼的MSTN基因CDS序列为材料,将该12个物种的MSTN蛋白序列调入DNAStar软件的Megalign程序,进行系统进化分析;并对猪MSTN基因的基本信息、内切酶图谱、编码蛋白二级结构、信号肽、跨膜结构以及蛋白质亚细胞定位进行分析。[结果]猪MSTN基因与大鼠、小鼠、狗、绵羊、山羊、牛、黑猩猩、人、马亲缘关系很近;该基因包含多个酶切位点;其编码的蛋白是一个疏水性不稳定蛋白,分子量为42 791.3 u,等电点为6.98,包含375个氨基酸残基;蛋白二级结构上,含有20.53%的α-螺旋(Helix)、4%β-转角(Turn)、53.07%无规则卷曲(Coil)、22.4%伸展条(extenden strand)和1个跨膜结构区域;该蛋白定位于细胞外,作为信号肽的可能性很大。[结论]该研究为猪MSTN基因的进一步分析研究提供了参考依据。     

木薯赤霉素途径DELLA蛋白基因克隆及其对干旱胁迫的响应

赤霉素(GA)信号转导途径是通过DELLA抑制蛋白来调控的.笔者利用拟南芥DELLA蛋白基因序列,通过电子克隆方法首次克隆了1个木薯DELLA蛋白基因,长度为1 857 bp,具有完整的蛋白编码框的cDNA序列,命名为MeGAI.生物信息学分析显示,该蛋白具有与拟南芥DELLA蛋白一样的保守结构域,如DELLA结构域、VHYNP结构域、POLY(S/T)结构域、核定位信号、VHVID结构域、亮氨酸结构域、GRAS结构域;该基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,该基因在干旱胁迫下是下调表达的;GA生物合成重要基因GA20-氧化酶基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,两者在干旱胁迫下的表达模式具有良好的相关性,这说明GA途径可能参与木薯抗旱机制.     

兰州大尾羊PPARG全长cDNA克隆及生物信息学分析

【目的】克隆兰州大尾羊过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARG）基因,分析其序列及编码蛋白的生物学特性,阐明PPARG基因在绵羊中的生物学作用,为生产应用提供理论依据。【方法】根据绵羊PPARG基因CDS序列设计特异性引物,利用RACE和RT-PCR技术克隆获得兰州大尾羊PPARG基因序列,结合生物信息学方法分析其生物学特性。【结果】克隆获得兰州大尾羊PPARG cDNA 序列全长1 774 bp（GenBank序列号：KF727439）,其CDS区片段长1 428 bp,编码475个氨基酸,编码区两侧翼分别具有5’-UTR 131 bp（1-131 nt）和3’-UTR 214 bp（1 560-1 774 nt）。预测兰州大尾羊PPARG蛋白分子量为54.40 kD,理论等电点为4.94。预测PPARG编码蛋白疏水性最大值为3.600,最小值为-2.744,为非跨膜的疏水性蛋白。亚细胞定位主要在细胞质（65.2%）和细胞核（21.7%）中,少量作用于细胞支架（4.3%）和过氧化物酶体（4.3%）,无信号肽,不属于分泌蛋白。预测其氨基酸序列有26个磷酸化位点,无糖基化位点,含有1个ZnF_C4结构域、1个HOLI结构域和1个LCR结构域,二级结构以随机卷曲为主。同源性分析显示兰州大尾羊PPARG核苷酸序列与山羊、野牛、水牛、绵羊、虎鲸、野猪和人类核苷酸序列间的同源性分别为99% 、98% 、97% 、99%、 94%、92%和90%,兰州大尾羊PPARG氨基酸序列与山羊、野牛、水牛、绵羊、虎鲸、野猪和人类核苷酸序列间的同源性分别为100% 、99.8% 、100% 、100%、 98.7%、98.5%和97.5%。系统发育树表明,兰州大尾羊与山羊、绵羊和水牛的进化水平更为接近,与鱼类、人类和鼠类较远。其基因第486位发生碱基转换（C←→T）,第828位发生碱基转换（C←→A）,但其所编码氨基酸不变。【结论】兰州大尾羊与其他物种PPARG在结构上相似性较高,说明该基因具有高度的保守性。推测PPARG蛋白大部分在游离核糖体上合成,其功能与过氧化物酶体有关,该预测结果符合其过氧化物酶体增殖物激活受体的身份。PPARG氨基酸序列有26个可以成为蛋白质激酶磷酸化的位点,某些位点被磷酸化后,可导致一系列肥胖相关基因的功能失调和表达变化, 如胰岛素增敏激素,脂联素( adiponectin)的表达减少。其序列包含的ZnF_C4锌指结构域具有与脂质结合的功能,HOLI即LBD配体结构域在激素信号转导过程中发挥重要作用,其中PPARG锌指结构域中的磷酸化位点Ser112,被MAPK磷酸化后,可以抑制PPARG同配体的结合,从而降低PPARG蛋白的活性,两个结构域均与成脂分化过程相关联。文章为进一步研究PPARG在成脂分化过程中的作用提供了参考。     

一个麻疯树AP2/ERF家族基因的克隆和植物表达载体的构建

[目的]克隆1个麻疯树AP2/EFR家族的基因,并构建其植物表达载体。[方法]利用麻疯树EST数据库中的AP2/ERF相关信息设计引物,通过RT-PCR克隆麻疯树AP2/EFR家族的基因,用生物信息学方法对其序列进行分析,并构建其植物表达载体。[结果]试验克隆到1个AP2/EFR家族基因JcERF;从cDNA序列、氨基酸序列、保守域序列、功能组成、理化性质、进化树等方面进行分析,结果显示JcERF属于AP2/EFR家族中的ERF亚家族;将JcERF连接至pCAMBIA1301载体上,构建了以35S为启动子的植物表达载体。[结论]该研究为麻疯树中JcERF的功能研究及提高麻疯树的抗逆性奠定了基础。