Bioinformatics analysis of tyrosinase-related protein 1 gene (<Emphasis Type="Italic">TYRP1</Emphasis>) from different species

As one member of the tyrosinase-related family directly involved in the production of melanin, TYRP1 is involved in not only melanogenesis but also prevention of melanocyte death, stabilizing tyrosinase and helping determine the shape of melanosomes, etc. Multi-species sequence comparisons showed that there were two evolutionally conserved non-coding regions (from −1306 to −733 and from −642 to −515 according to AL138753) upstream of translational initiation sites, representing putative regulatory regions subject to subsequent experimental tests. Coding sequence length variation and genetic diversity analysis showed that Felis catus, Homo sapiens and Canis familiaris had more genetic diversities than the other species for TYRP1, especially Felis catus that could be a better choice for studying the TYRP1-associated genetic basis underlying the color diversity. As a 75 kDa type-1 transmembrane glycoprotein, mature TYRP1 possesses about 17 kDa modifying components, whose function predominantly depends on the existing glycosyl-groups and the Cu components. In addition, the mutated amino acids within species and the highly conserved amino acids among species were listed in our paper.     

Pax6 PAI亚结构域在黑色素细胞中对MITF、TYR、TYRP1和TYRP2的影响

【目的】高度保守的PAX转录因子家族在黑色素细胞的分化和黑色素的生成中起重要的作用,其家族共有的PD结构域是其与下游基因结合的主要位点,而PD结构域氨基端的PAI亚结构域在其与下游基因的结合过程中发挥重要的作用。研究表明Pax6在视网膜上皮黑色素细胞的分化中发挥至关重要的作用,本试验借助研究Pax6 PAI亚结构域的功能来对PAX转录因子家族共有的PD结构域和PAI亚结构域进行研究。【方法】首先通过Psipred对Pax6 PD结构域的结构进行分析,使用NCBI对Pax6 PD结构域与下游基因的结合位点进行分析,使用Jaspar对MITF、TYR、TYRP1和TYRP2启动子中Pax6 PD结构域可能的作用位点进行预测。使用普通PCR克隆Pax6PAI亚结构域,将其连入T载体,酶切后连入慢病毒载体,并送公司测序确认。将构建好的PAI亚结构域过表达载体通过细胞转染导入到培养的小鼠黑色素细胞中,使其过量表达。收集细胞,分别通过观察绿色荧光蛋白检测转染效率,使用RT-PCR和Western blot来检测MITF、TYR、TYRP1和TYRP2在m RNA和蛋白水平的变化,同时检测黑色素细胞中黑色素生成量的变化。【结果】通过NCBI分析可知,Pax6 PD结构域与下游基因的作用位点主要集中在氨基端的PAI亚结构域。通过Jaspar预测分析,得知,MITF启动子-695处存在Pax6 PD结构域的结合位点,TYR启动子-873和-1133处存在Pax6 PD结构域的结合位点,TYRP1启动子-629处存在Pax6 PD结构域的结合位点,TYRP2启动子-655处存在Pax6 PD结构域的结合位点。在黑色素细胞中过表达Pax6 PAI亚结构域后,与空载组相比,试验组MITF m RNA升高2.05倍(P0.01),蛋白质升高1.7倍(P0.01);TYR m RNA升高2.09倍,蛋白质升高2倍(P0.05);TYRP1 m RNA升高2.93倍(P0.05),蛋白质升高1.9倍(P0.01);TYRP2 m RNA升高3.62倍(P0.01),蛋白质升高1.37倍。同时试验组的黑色素含量是空载组黑色素含量的1.33倍(P0.001)。【结论】在小鼠黑色素细胞中,过表达Pax6 PAI亚结构域可以促进MITF、TYR、TYRP1和TYRP2的表达,进而使黑色素细胞黑色素的生成量增加。     

GPNMB通过调控MITF下游色素相关基因表达影响黑色素细胞色素的生成

【目的】探究GPNMB是否会通过调控MITF及其下游色素相关基因的表达来影响黑色素细胞中色素的生成,为进一步阐明GPNMB对黑色素细胞中色素生成的具体机制提供理论依据。【方法】首先对小鼠GPNMB核酸序列进行检索,通过对GPNMB和慢病毒表达载体序列分析来筛选出合适的酶切位点,在此选取SalⅠ和XbaⅠ作为酶切位点。并对GPNMB基因序列设计含有SalⅠ和XbaⅠ酶切位点的全长引物,克隆GPNMB基因全长序列,将含有酶切位点的GPNMB基因片段与T载体进行连接,送华大基因测序。将构建成功的T载体提取质粒,双酶切后将其与含有绿色荧光蛋白(GFP)的慢病毒表达载体相连接,送华大基因进一步测序确认。使用质粒中提试剂盒获得大量去内毒素的GPNMB慢病毒真核表达载体。通过体外培养小鼠黑色素细胞,选择细胞对数生长期利用细胞转染技术过量表达GPNMB。观察转染后黑色素细胞形态特征变化和绿色荧光蛋白的表达量,收集黑色素细胞,并对其进行转染效率验证,黑色素含量进行测定,以及经Real-time PCR和Western blot检测转染后PMEL、MITF、TYR、TYRP1、TYRP2和OA1的mRNA和蛋白的表达量。【结果】与正常组(Control)相比试验组(Vector-GFP-GPNMB)、空载组(Vector-GFP)中黑色素细胞的形态特征无明显变化,并且试验组、空载组的绿色荧光蛋白表达量显示5μg DNA/孔转染效率最高。相对于空载组和正常组,试验组的GPNMB mRNA和蛋白水平都显著的升高(P0.01)。与空载组相比,试验组黑色素含量升高1.34倍,差异显著(P0.01)。Real-time PCR检测结果显示,MITF mRNA显著降低2.25倍(P0.01);PMEL mRNA显著升高1.59倍(P0.05);TYRP1 mRNA显著升高2.35倍(P0.01);TYRP2 mRNA显著升高1.60倍(P0.01);TYR mRNA升高1.65倍和OA1 mRNA升高1.5倍,但变化不明显。Western blot检测结果显示,MITF蛋白显著降低1.59倍(P0.01);TYR蛋白显著升高1.23倍(P0.01);TYRP2蛋白显著升高4.35倍(P0.01);OA1蛋白显著升高1.31倍(P0.05);TYRP1蛋白升高1.05倍,但变化不明显。【结论】GPNMB过量表达使MITF下游基因PMEL、TYR、TYRP1、TYRP2和OA1的表达量增加,却使MITF的表达量降低,由此表明GPNMB可能受非MITF调控路径调节PMEL、TYR、TYRP1、TYRP2和OA1的表达,从而影响黑色素的生成。     

新疆巴什拜羊不同毛色与有关基因多态性分析

【目的】以不同毛色(红棕色73只,黑色53只,青灰色40只)新疆巴什拜羊为研究对象,采用PCR-SSCP技术检测ASIP、TYR、TYRP1和TYRP2基因多态性,并分析其与被毛表型的相关性。【方法】采用随机抽样的方法选取出三种毛色的巴什拜羊,用枸橼酸钠抗凝管进行采血。运用软件PIC-CALC和POPGENE 32计算巴什拜羊ASIP、TYR、TYRP1和TYRP2基因的多态信息含量和基因型频率、等位基因频率、纯合度、杂合度、有效等位基因数,并对该位点基因型的分布进行Hardy-Weinberg平衡的卡方检验。将所得数据输入Excel表中进行整理,并用SPSS 19.0软件进行差异性分析。【结果】ASIP基因在不同毛色的巴什拜羊群体中有两种基因型分别为AA型和AB型,等位基因B为红色被毛群体中的优势等位基因;等位基因A为黑色和青灰色两种被毛群体中的优势等位基因。处于Hardy-Weinberg平衡状态(P＞0.05),红色被毛多态信息含量处于中度多态,而黑色和青灰色被毛多态信息含量处于低度多态。TYR基因在不同毛色的巴什拜羊群体中有两种基因型分别为AA型、AG型和GG型,等位基因G为3种毛色的优势等位基因TYR基因在巴什拜羊黑色和青色被毛群体中处于Hardy-Weinberg平衡状态(P＞0.05),而红色被毛群体中处于不平衡状态(P<0.05)。TYRP1基因存在两种基因型:AA型和GG型,等位基因A为红色和青灰色两种毛色的优势等位基因;等位基因G为黑色被毛群体的优势等位基因。TYRP1基因在巴什拜羊群体中处于Hardy-Weinberg平衡状态。红色被毛多态信息含量处于高度多态,黑色和青灰色被毛多态信息含量处于低度多态。TYRP2基因PCR-SSCP检测结果没有显示多态。【结论】ASIP、TYR、TYRP1和TYRP2基因多态性与巴什拜羊的毛色性状有相关性。     

浦东白猪毛色的遗传基础研究——KIT基因变异的检测

浦东白猪是国内唯一一个毛色全白的地方猪种。但是对其毛色全白的分子遗传基础,迄今一直无人研究。为此,本研究通过聚合酶链式反应-单链构象多态性分析（PCR—SSCP）以及对KIT基因内含子17和内含子18的测序探讨了浦东白猪白毛色的遗传控制体系与长白猪和大白猪白毛色控制体系的异同。结果证明,浦东白猪与长白猪和大白猪一样。其白毛色均为KIT基因内含子17发生了G—A的突变,内含子18的序列中存在AGTT的缺失造成的。     

Human hair growth deficiency is linked to a genetic defect in the phospholipase gene LIPH

The molecular mechanisms controlling human hair growth and scalp hair loss are poorly understood. By screening about 350,000 individuals in two populations from the Volga-Ural region of Russia, we identified a gene mutation in families who show an inherited form of hair loss and a hair growth defect. Affected individuals were homozygous for a deletion in the LIPH gene on chromosome 3q27, caused by short interspersed nuclear element-retrotransposon-mediated recombination. The LIPH gene is expressed in hair follicles and encodes a phospholipase called lipase H (alternatively known as membrane-associated phosphatidic acid-selective phospholipase A1alpha), an enzyme that regulates the production of bioactive lipids. These results suggest that lipase H participates in hair growth and development.     

一个水稻短根毛突变体的鉴定和基因定位

 【目的】鉴定和克隆水稻根毛突变体新基因,了解水稻根毛发育的分子遗传机理。【方法】通过T-DNA插入获得短根毛突变体。采用溶液培养、形态特征观察、杂交后代的表型分离统计及基于图位克隆技术的基因定位等方法,对突变体Ossrh1的表型、遗传和基因精细定位开展研究。【结果】突变体在苗期表现为根毛长度变短,只有野生型长度的36%左右,遗传分析表明该突变性状受1对隐性基因控制,利用Ossrh1和籼稻品种Kasalath杂交构建的F2群体对OsSRH1进行基因定位, 发现与第6染色体上的SSR（simple sequence repeat）标记RM3183和RM193连锁,OsSRH1距它们的遗传距离分别为0.9 cM和1.0 cM。通过在两标记间发展3个新的STS（sequence-tagged site）标记,将OsSRH1精细定位于标记T1757和T1768之间,物理距离约为115 kb。【结论】水稻短根毛突变体Ossrh1的性状由1对隐性核基因控制,该基因位于第6染色体的STS标记T1757和T1768之间115 kb范围内。     

不同物种TYRP2基因完整编码区生物信息学分析

应用生物信息学和比较基因组学方法,比较分析了人、毛猩猩、绵羊、牛、猪、马、犬、斑马鱼、大熊猫、小家鼠、褐家鼠、鸭嘴兽、非洲爪蟾、原鸡、绿头鸭、斑胸草雀、黑猩猩、恒河猕猴、狨、灰短尾负鼠和兔21个物种TYRP2基因完整编码区(CDS),并对其遗传多样性、分子系统发育、编码蛋白的氨基酸序列、信号肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、二级结构等进行了预测。结果表明,从21个物种的42条基因序列检测到741个多态位点,共生成26种单倍型。物种间TYRP2基因序列编码区存在较丰富的遗传多样性,物种内该基因序列编码区则存在较强的保守性。TYRP2基因密码子有较强的偏爱性。根据核苷酸歧异度和遗传分化系数对物种的亲缘关系进行分析,结果表明,人与黑猩猩亲缘关系最近,小家鼠和褐家鼠亲缘关系最近。TYRP2基因多肽存在信号肽,有跨膜结构域,表现为疏水性,二级结构的主要组成元件为无规卷曲和α螺旋。     

2022 年 5 期目录

  目的  杨絮是由杨树子房胎座表皮细胞发育而来的种毛,近年来已成为我国北方城市环境问题之一。目前对杨树种毛发育基因的研究还不深入,本研究将2个在杨树子房发育过程中差异性表达、且基因注释均与棉纤维发育相关的基因（PeCFL1和PeCFL2）作为种毛发育调控的候选基因,探究二者在欧美杨‘渤丰3号’中表达的时空特异性,为深入研究该基因在杨絮发育过程中的调控作用及基因工程手段改良杨树品种奠定基础。  方法  取‘渤丰3号’杨越冬花枝,采集水培4、5、6、7、8、12 d的雌花序,进行固定、石蜡包埋、切片,观察子房发育及种毛的形态发生过程。采用实时定量PCR检测PeCFL1和PeCFL2基因在‘渤丰3号’杨雌花序发育过程中以及在根、茎、叶等营养器官中的表达模式。利用原位杂交技术检测PeCFL1和PeCFL2基因在杨树花器官中的组织表达特异性,揭示杨絮发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2的时空表达模式。  结果  ‘渤丰3号’杨雌花枝水培12 d后,子房胎座底部出现纤维状结构,杨絮开始形成。PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨根、茎、叶及雌花枝腋芽中微量表达,在水培4 ~ 7 d的雌花序中表达量较少,水培8 d后表达量开始显著升高,12 d时表达量继续大幅上升,此时的石蜡切片可见子房胎座底部纤维状结构。原位杂交结果显示,PeCFL1和PeCFL2基因在杨树子房的子房壁和胎座部位表达。  结论  种毛发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨雌花子房胎座底部出现纤维状结构时表达显著升高,并在胎座底部纤维状结构和子房壁中特异性表达,说明其与种毛发育调控密切相关,可作为基因工程改良杨树飞絮的目标基因。      

Identification of SNPs and expression patterns of FZD3 gene and its effect on wool traits in Chinese Merino sheep(Xinjiang Type)

As a member of the Frizzled family, Frizzled3(FZD3) is a receptor of the canonical Wnt signaling pathway and plays a vital role in mammalian hair follicle developmental processes. However, its effects on wool traits are not clear. The objectives of this study were to identify the single nucleotide polymorphisms(SNPs) and the expression patterns of FZD3 gene, and then to determine whether it affected wool traits of Chinese Merino sheep(Xinjiang Type) or not. PCR-single stranded conformational polymorphism(PCR-SSCP) and sequencing were used to identify mutation loci, and general linear model(GLM) with SAS 9.1 was used for the association analysis between wool traits and SNPs. Quantitative real-time PCR(q RTPCR) was used to investigate FZD3 gene expression levels. The results showed that six exons of FZD3 gene were amplified and two mutation loci were identified in exon 1(NC_019459.2: g.101771685 TC(SNP1)) and exon 3(NC_019459.2: g.101810848, AC(SNP2)), respectively. Association analysis showed that SNP1 was significantly associated with mean fiber diameter(MFD)(P=0.04) and live weight(LW)(P=0.0004), SNP2 was significantly associated with greasy fleece weight(GFW)(P=0.04). The expression level of FZD3 gene in skin tissues of the superfine wool(SF) group was significantly lower(P0.05) than that of the fine wool(F) group. Moreover, it had a higher expression level(P0.01) in skin tissues than in other tissues of Chinese Merino ewes. While, its expression level had a fluctuant expression in skin tissues at different developmental stages of embryos and born lambs, with the highest expression levels(P0.01) at the 65 th day of embryos. Our study revealed the genetic relationship between FZD3 variants and wool traits and two identified SNPs might serve as potential and valuable genetic markers for sheep breeding and lay a molecular genetic foundation for sheep markerassisted selection(MAS).     

紫露草雄蕊毛突变技术对饮用水诱变剂的检测试验

[目的]验证紫露草雄蕊毛突变技术检测饮用水诱变剂的可行性。[方法]采用紫露草雄蕊毛突变检测法、紫露草花粉母细胞四分体微核检测法,对采自桂林市雁山区和七星区的自来水、井水、泉水、山洞水的8份水样的诱变剂污染情况进行检测,同时作MH对紫露草雄蕊毛突变检测法进行验证试验。[结果]不同水样诱发的突变率呈现不同程度的效应,只有2份水样检测出诱变剂污染。同一水样2种检测方法诱发的突变率呈现相同程度的效应,受到诱变剂污染的2份水样属同一污染程度。验证试验表明3种MH浓度下的检测结果均有显著性差异,与国际协作研究的验证结果一致。[结论]紫露草雄蕊毛突变检测法是检测环境中诱变剂存在的有效方法,可用于即位评价环境污染。     

A melanocortin 1 receptor allele suggests varying pigmentation among Neanderthals

The melanocortin 1 receptor (MC1R) regulates pigmentation in humans and other vertebrates. Variants of MC1R with reduced function are associated with pale skin color and red hair in humans of primarily European origin. We amplified and sequenced a fragment of the MC1R gene (mc1r) from two Neanderthal remains. Both specimens have a mutation that was not found in approximately 3700 modern humans analyzed. Functional analyses show that this variant reduces MC1R activity to a level that alters hair and/or skin pigmentation in humans. The impaired activity of this variant suggests that Neanderthals varied in pigmentation levels, potentially on the scale observed in modern humans. Our data suggest that inactive MC1R variants evolved independently in both modern humans and Neanderthals.     

黔北麻羊毛色差异主要调控基因及其通路分析

【目的】明确调控黔北麻羊毛色差异的候选基因及其通路,为揭示黔北麻羊特征毛色的形成机制提供理论依据。【方法】以1岁黔北麻羊公羊为研究对象,分别采集其肩部黑色羊毛下的皮肤组织块和腹部白色羊毛下的皮肤组织块,以RNA为模板合成双链cDNA,经末端修复等处理后进行PCR富集构建cDNA文库,采用Illumina HiSeqTM4000测序平台完成转录组测序,经过滤及质控后以DESeq2筛选出差异表达基因（DEGs）,然后分别进行GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析。【结果】与白色羊毛对照组（White）相比,黑色羊毛试验组（Black）存在509个显著上调表达基因、195个显著下调表达基因;在黑色羊毛试验组中的509个显著上调基因中筛选获得5个与黑色素生成相关且表达差异显著（基因表达差异倍数log2Fold Change>1、校正后的P-adjust<0.05）的基因,分别是酪氨酸酶基因（TYR）、酪氨酸相关蛋白1基因（TYRP1）、黑素皮质素受体1基因（MC1R）、角蛋白19基因（KRT19）和角蛋白79基因（KRT79）。显著差异表达基因GO功能注释分析结果表明,除了色素...     

绒山羊KAP基因与遗传育种关系的研究进展

角蛋白关联蛋白（Keratin-assoc iated prote in,KAP）是绒毛的主要结构蛋白之一,它和角蛋白（Keratin）决定了绒毛的基本特性。近年来,许多研究发现KAP遗传多样性与绒山羊经济性状（绒细度、体重）等具有显著相关性。介绍了绒山羊毛囊KAP组成以及基因遗传多态性与绒山羊产绒性状的关系及研究进展。     

沙狐直针毛的显微形态学特征观察

[目的]为沙狐毛的进一步鉴别、研究及犬科各属间亲缘关系的鉴定提供依据。[方法]应用扫描电镜及偏振光显微镜,对沙狐背部和腹部直针毛的髓质指数、鳞片花纹类型进行观察。[结果]沙狐背部直针毛的髓质指数为81.7%,腹部为72.0%,2个部位的髓质指数区间为71.4%~82.9%,说明同科动物的髓质指数存在一定的差异。沙狐背部、腹部直针毛的鳞片排列顺序基本相同,长瓣型鳞片所占的比例最大,其次是杂波型和方瓣型,冠状型仅见于毛尖,扁平型仅见于毛根部,过渡型所占比例较小,与豺同部位的直针毛鳞片类型相比,差别明显。[结论]动物毛发的鳞片类型及髓质指数可为动物的分类鉴别提供参考。     

基于改进量子遗传算法的Flow-Shop调度求解

针对Flow-Shop调度问题,提出一种改进的量子遗传算法,重点对量子变异和量子灾变等操作算子进行改进,提出局部量子位变异和局部量子灾变等操作算子。给出Flow-Shop调度问题的数学模型,提出了用量子遗传算法求解Flow-Shop调度问题的量子比特编码和解码方法,介绍算法的计算流程。仿真实验结果表明：改进的量子遗传算法具有收敛速度快、鲁棒性好等优点。     

IAA对水稻根毛形成与水通道蛋白基因表达关系的研究

【目的】探讨气培条件下,IAA极性运输对水稻根毛形成及水通道蛋白基因表达的影响。【方法】以超表达OsPIN1a的转基因水稻和野生型水稻为研究材料,当种子根长为0.5-1.0 cm时,分别用不同浓度IAA、IAA和生长素极性运输输出载体抑制剂、IAA和生长素输入载体抑制剂复合处理的琼脂块贴在根尖一侧,黑暗条件下培养12 h后观察根毛生长情况,测定根毛的密度、长度及根毛形成后根尖部分相对含水量,并用激光共聚焦显微镜观察根尖及根毛内的OsPIN1a-GFP亚细胞定位,再通过半定量RT-PCR检测根毛形成前后水通道蛋白基因表达。【结果】（1）在0-5.0 mg·L^-1 IAA浓度范围内,随IAA浓度增加,根毛长度和密度也增加,当浓度超过5.0 mg·L^-1时,根毛长度和密度不再增加,根的生长受到显著抑制,2.5 mg·L^-1 IAA诱导效果最好;（2）只有根尖分生区IAA处理后,才能诱导新的根毛区形成根毛,而其他区域处理后无法诱导根毛形成;（3）根毛形成不受低浓度的生长素极性运输输出载体抑制剂TIBA、NPA和IAA复合处理的影响,高浓度TIBA、NPA和IAA复合处理则显著抑制根毛形成及根的生长;（4）低浓度生长素极性运输输入载体抑制剂CHPAA和IAA复合处理能显著抑制根毛形成和根的生长;（5）IAA不但能诱导根毛形成,也能诱导多种水通道蛋白基因表达,提高根尖相对含水量;（6）根尖及根毛内的OsPIN1a基因的表达和OsPIN1a-GFP含量均受IAA诱导,并在根毛细胞内大量表达。【结论】在气培条件下,根毛形成需要IAA诱导,而IAA诱导根毛形成过程需要生长素极性运输输入和输出载体蛋白的参与,其中输入过程对根毛的形成影响最大。IAA极性运输输入或输出载体蛋白特异性抑制剂处理显著降低根毛形成和根的生长,因此OsPIN1a在根毛形成中起着重要作用,同时根毛水通道蛋白基因表达量增加,提高了根尖相对含水量,减缓了气培条件下水稻根尖的水分胁迫。