猪白介素家族重要基因的克隆、表达及其结构与功能预测分析

 【目的】克隆、表达和预测分析猪白介素家族重要成员的结构与功能。【方法】以猪白介素基因家族为对象，通过对猪PBMC刺激诱导，提取RNA，采用RT-PCR技术克隆IL-4、IL-6、IL-18等重要功能基因，并进行原核表达和结构与功能分析。【结果】成功地克隆和表达了IL-4、IL-6和IL-18基因，序列分析发现，克隆的基因与NCBI/GenBank上登载的参考序列的同源性分别为99.25%、99.21%和100％，与其它各物种的基因及其编码蛋白间具有较大的种属差异性；在大肠杆菌中表达的IL-4和IL-6重组蛋白具有较高的生物活性；结构预测表明，这些蛋白分子均含有较多的磷酸化修饰、糖基化修饰（除IL-6）、蛋白激酶以及信号传导结合位点，其中IL-4、IL-6蛋白分子的螺旋化程度较高，均在60%左右，水溶性较低，但这3种蛋白的立体空间结构均为致密的球状，说明该结构特征是其多种生物学功能发挥的基础。【结论】本研究成功地克隆、表达和分析了猪白介素家族的IL-4、IL-6和IL-18等重要分子的结构与功能，为其进一步的生物学功能研究及其应用奠定了基础。     

猪Annexin A2基因真核表达载体的构建及表达

根据猪的Annexin A2基因序列设计引物,通过PCR方法扩增Annexin A2基因cDNA,并将其克隆到pGEM-T载体后进行测序分析,然后将测序结果正确的Annexin A2基因cDNA亚克隆到pEGFP-N1表达载体上,成功构建了表达载体.将表达载体瞬时转染Marc-145细胞,结果表明:表达载体pEGFP-N1 -ANXA2可以在Marc-145细胞中表达.     

陆地棉GELP家族基因鉴定及其响应胁迫的表达分析

GELP型脂肪酶(GDSL-type esterase/lipase proteins,GELPs)是一类N端含有GDSL-motif的脂质水解酶,在植物生长发育、应激反应及病原菌防御中均发挥非常重要的作用.基于最新发布的陆地棉基因组数据,从全基因组水平上鉴定出210个陆地棉GELP基因,根据系统发育关系将其分为10个...     

表达猪白介素2基因重组腺病毒的构建及其免疫增强作用

以猪白介素2基因(pIL-2)为研究对象构建表达pIL-2的重组腺病毒,并研究其作为细胞因子佐剂的免疫增强作用。用RT-PCR的方法扩增pIL-2基因,将pIL-2基因克隆到腺病毒穿梭载体AdTrack中,构建出重组腺病毒穿梭质粒AdTrack-pIL-2,然后在大肠杆菌BJ5183内和骨架载体AdEasy同源重组,获得重组腺病毒骨架载体AdEasy-pIL-2,转染HEK293细胞,包装出重组腺病毒Ad-pIL-2,并通过兔体交互试验来检测Ad-pIL-2的免疫增强作用。经PCR、RT-PCR和Western blot检测,成功构建了Ad-pIL-2,病毒滴度可以达到108.25pfu/mL,并通过兔体交互免疫试验证明Ad-pIL-2可以提高兔的抗体水平。用腺病毒构建的Ad-pIL-2在兔体上具有免疫增强作用,为下一步的猪体试验研究和细胞因子佐剂的开发奠定基础。     

猪圆环病毒2型ORF3基因的克隆及原核表达

以细胞总基因组提取试剂盒抽提PCV2细胞毒株总DNA为模板,用特异性引物扩增PCV2 ORF3基因。将ORF3和表达载体pGEX-6p-1用BamH I和Sal I双酶切回收后连接,将测序验证为阳性的重组质粒命名为pGEX-6p-1-ORF3。重组质粒pGEX-6p-1-ORF3转化BL21(DE3)后用IPTG诱导表达并纯化,对获得的表达产物进行SDS-PAGE电泳、Western blot检测。结果表明:PCV2 ORF3在pGEX-6p-1中获得了高效表达,其表达蛋白主要以包涵体形式存在,其分子质量约为37 kD,且能够和PCV2阳性血清发生特异性相互作用,具有免疫学活性。     

番茄LBD基因家族的全基因组序列鉴定及其进化和表达分析

【目的】从番茄全基因组中鉴定LBD基因,并进行基因进化、基因结构、染色体定位以及组织表达和诱导表达分析,为番茄LBD基因的功能研究与利用奠定基础。【方法】利用番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定番茄LBD家族成员;采用MEGA5软件进行系统进化树分析;通过perl程序、MapDRAW及GSDS工具进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的番茄芯片数据进行组织表达谱和基因表达响应分析。【结果】系统分析鉴定了 46 个番茄LBD 家族基因,根据基因结构及系统进化分析将其分成class I与class II两类,细分为5个亚家族（Ia、Ib、Ic、Id与II）。基因定位表明,12 条染色体中的 10 条均有LBD 基因,该基因家族的分布具有广泛性。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,LBD 家族基因具有不同的组织表达模式,在各个发育时期均有LBD 基因的表达。基因响应分析发现,不同LBD基因响应不同的外界信号。【结论】通过全基因组分析,番茄LBD家族基因包括 46 个成员,在进化上分为两大类,5 个亚家族,分布于 10 条染色体上,组织表达模式及基因响应具有多样性。这些信息为番茄LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

猪围脂滴蛋白基因cDNA部分片段的克隆及序列分析

采用比较基因组学和简并PCR方法,根据人、小鼠和大鼠等物种PLIN基因的序列,设计简并引物,克隆了猪PLIN基因包括起始密码子的部分cDNA序列,大小为978 bp(GenBank登录号为EU416277)。该序列与人和小鼠相应序列的相似性分别为87%和83%,编码325个氨基酸,具有1个PAT-1结构域、2个蛋白激酶A位点和1个富含谷氨酸的酸性基序,预测的氨基酸序列与人、小鼠、牛和绵羊相应区域序列的相似性分别为87%,82%,86%,86%。该基因的克隆为进一步研究其功能奠定了基础。     

猪粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)基因的克隆和序列分析及其基因表达

采取三元杂交猪的外周血,提取单核细胞总RNA,采用RT-PCR克隆猪粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)cDNA(GenBank登录号为DQ108393)。以pcDNA3.1(-)为质粒载体,构建猪GM-CSF基因真核表达质粒pGM-CSF,对克隆片段进行测序,并进行不同物种间同源性的比较。将重组质粒转染COS-7细胞,Western blotting鉴定表达蛋白的特异性。序列分析表明,GM-CSF的cDNA开放阅读框为435 bp,编码144个氨基酸和大部分信号肽,与用作PCR引物设计的参考序列比较,其核苷酸的同源性为97.5%,氨基酸的同源性为95.1%,同绵羊、人、牛、小鼠和犬的GM-CSF序列比较,其核苷酸的同源性分别为86.2%、80.5%、81.7%、69.7%和81.8%,氨基酸的同源性分别为78.5%、71.3%、70.3%、55.9%和71.5%。Western blotting证实目的基因可以在真核细胞中特异性的表达GM-CSF蛋白。以上结果表明,猪的GM-CSF基因被成功克隆,它存在着种属特异性。这为进一步研究该基因的生物学作用特别是利用GM-CSF增强DNA疫苗的免疫效果奠定了基础。     

猪CatSperB和CatSperG基因的克隆、表达及生物信息学

【目的】揭示猪CatSperB和CatSperG基因的存在、蛋白的结构特征、进化关系及时空表达特性。【方法】利用电子和分子克隆技术鉴定猪CatSperB和CatSperG基因全长cDNA,并利用定性RT-PCR和荧光定量RT-PCR进行CatSperB和CatSperG基因的时空表达研究。【结果】①分别获得了3 508 bp CatSperB和3 715 bp CatSperG电子转录子,分别包含3 330和3 483 bp开放阅读框,并经TA克隆测序验证,其CDS序列与人、牛、马和狗等的CatSperB和CatSperG基因的序列相似性在80%以上;②CatSperB分子质量为125.79 kD,为稳定蛋白;CatSperG分子质量为133.40 kD,为不稳定蛋白;③CatSperB和CatSperG 都包含 7 个通道蛋白保守的跨膜结构域,CatSperG蛋白C端含一个超螺旋结构,而CatSperB蛋白无明显的超螺旋结构信号;猪CatSperB和CatSperG与牛、狗和马的CatSperB和CatSperG蛋白同源关系较近,与人和小鼠的同源关系较远;④RT-PCR分析表明,CatSperB和CatSperG基因主要在睾丸中表达,但CatSperB在其它组织也有表达信号;⑤CatSperB和CatSperG基因mRNA表达水平在猪性发育的重要阶段,精子发生（60日龄）、初情期（90日龄）和性成熟（150日龄）前后都有显著提高（P＜0.05）。【结论】获得了猪CatSperB和CatSperG基因的cDNA克隆及其一系列生物信息学参数,揭示了CatSperB和CatSperG蛋白含7个保守的跨膜结构域及不同物种间的进化关系,证实CatSperB和CatSperG基因主要在睾丸表达,且其mRNA表达变化与公猪的性发育相一致。     

猪TAF7基因的克隆、染色体定位和组织表达谱分析

 【目的】通过对猪TAF7基因初步的研究,为猪分子遗传育种提供基础分子生物学信息,为猪的遗传育种提供分子标记。【方法】以五指山猪为研究对象,克隆TAF7基因,分析该基因结构特点,然后利用IMpRH（the INRA-University of Minnesota porcine radiation hybrid,法国农业科学院-明尼苏达大学的辐射杂种克隆板）分析该基因在猪染色体上定位信息,利用半定量RT-PCR方法,分析该基因在成年五指山猪16个不同组织（心脏、背肌、淋巴、脾脏、肝脏、肾脏、肺脏、子宫、睾丸、胃、小肠、大肠、卵巢、胸腺、脑、脂肪）的表达谱信息。【结果】克隆得到长1 701 bp的五指山猪TAF7基因序列,其中包括1 050 bp完整CDS（Coding Sequence,编码序列）区域,分析表明其编码含349个氨基酸的蛋白质。利用IMpRH分析结果表明,猪TAF7基因与分子标记SW1879和IL4（interleukin-4,白细胞介素-4）紧密连锁,LOD（Limit of Detection,检测极限）值分别为6.69和6.15。组织表达谱分析结果显示该基因在大多数组织中均有表达,其中在睾丸表达量较高,而在心脏、背肌中表达很低。【结论】猪TAF7基因5’UTR中有一个短的内含子,而在该基因CDS区域没有内含子。猪TAF7蛋白序列与人TAF7蛋白序列的相似性较高,二者在生物系统发育树中的距离最接近。猪TAF7基因在大多数组织中均表达,在猪睾丸中表达量较高,证实它调节目的基因转录具有广泛性。     

大豆LEA基因家族全基因组鉴定、分类和表达

 【目的】鉴定大豆全基因组中的LEA家族基因,对其进行定位、分类以及组织表达分析,为植物LEA基因的功能研究与利用提供基础。【方法】利用大豆基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定并获得大豆LEA家族基因的全序列、定位和拷贝数信息;通过序列比对进行进化和分类分析;利用大豆发育表达芯片数据、NCBI中UniGene的EST表达数据进行组织表达谱分析。【结果】系统地分析鉴定了36个大豆的LEA家族基因,根据结构域的差异和系统发育分析将这些LEA基因分成8个亚家族。基因定位分析结果表明,这些基因分布于大豆的16条染色体上,启动子分析表明,几乎全部LEA基因的启动子区含有逆境反应顺式作用元件。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,多数成员至少在一个组织中表达,10个差异表达的基因中有5个在种子发育时期优势表达,另外5个在其它部位优势表达。【结论】通过全基因组扫描,获得大豆基因组的36个LEA家族基因,它们分属于8个不同的亚家族,分布于16条大豆染色体上,启动子区含有逆境相关顺式作用元件,基因表达具有一定特异性。     

猪miR-192/-215的组织表达谱及其关键靶基因分析

【目的】在前期通过Illumina Solexa高通量测序技术并结合荧光定量验证筛选出断奶仔猪E.coli F18菌株感染下表达量极显著上调的microRNAs-miR-192和miR-215的基础上,为了解miR-192和miR-215的组织表达情况,进一步筛选确定miR-192和miR-215靶向调控E.coli F18菌株感染的关键靶基因,为探讨miR-192和miR-215调控断奶仔猪E.coli F18感染的分子调控机制奠定基础。【方法】试验采用Real-time PCR方法检测miR-192和miR-215在35日龄梅山仔猪各个组织中的分布情况,同时利用MEGA 5.0分析了其保守性,TargetScan预测miR-192和miR-215的靶基因,并对靶基因分别进行Gene Ontology和Pathway通路的富集分析,进一步利用DAVID对靶基因蛋白进行功能分类,最后将预测的靶基因与课题组前期筛选出的断奶仔猪E.coli F18感染抗性相关的调控基因取交集。【结果】miR-192和miR-215在35日龄梅山仔猪十二指肠和空肠中均高度表达,二者成熟序列在脊椎动物中高度保守。miR-192和miR-215对应的靶基因相同,具有156个靶基因,只在轴突导向通路（axon guidance pathway）显著富集（P-value < 0.05）以及25个GO功能中显著富集（P-value < 0.05）。靶基因蛋白按功能分为12类,其中信号转导功能的磷蛋白（phosphoprotein）和DNA结合蛋白（dna-binding）占主要部分。靶基因与前期筛选的E.coli F18感染抗性相关的调控基因（GEO登录号：GSE26854）取交集,发现DLG5、ALCAM、FRMD4B、MIPOL1和ZFHX3 等5个基因为miR-192和miR-215的重要靶基因,其中DLG5为维持小肠上皮细胞结构完整性的重要因子。【结论】miR-192与miR-215是参与维持断奶仔猪肠道正常功能与抗F18大肠杆菌感染的重要因子,DLG5可能是miR-192和miR-215靶向调控E.coli F18菌株感染中关键的靶基因,今后需要进一步验证其能否作为梅山猪抗F18大肠杆菌的有效遗传标记。     

陆地棉BGLU基因家族成员的全基因组鉴定与表达分析

植物BGLU基因在生物和非生物胁迫防御中起着重要作用,利用生物信息学手段对陆地棉（Gossypium hirsutum） BGLU家族成员进行全基因组鉴定,对序列特征、保守域结构、染色体定位、启动子元件等家族特征进行了分析,并进一步结合转录组数据和qRT-PCR分析了BGLU基因家族的病菌胁迫响应模式。结果表明,共鉴定出53个陆地棉BGLU基因,根据系统发育进化关系分为6个亚族,部分基因在病菌胁迫下特异性表达。荧光定量和转录组测序结果表明,GhBGLU5、GhBGLU14、GhBGLU18、GhBGLU26、GhBGLU34在抗病棉花中的表达水平显著高于感病品种,推测这些基因正向调控棉花黄萎病抗性。上述结果为进一步分析棉花BGLU家族基因的功能以及分子机制提供一定的理论基础。     

苹果LysM基因家族的生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LysM,通过基因聚类分析、染色体定位、结构分析以及组织表达分析,为苹果LysM的功能研究和利用奠定基础。【方法】利用已公布的苹果基因组数据库GDR和FEM-IASMA,鉴定苹果LysM基因家族成员,并对其进行编号。MdLysM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,亚细胞定位的预测利用WoLF PSORT进行。采用MEGA5软件构建了进化树。应用Plaza程序绘制基因结构,染色体定位信息取自GMDO,鉴定出的39个基因的染色体定位作图使用MapInspector完成;另外,通过实时荧光定量RT-PCR对各基因的组织表达特性进行分析,差异显著性分析通过SPSS完成。【结果】系统地鉴定了39个苹果LysM家族成员。这39个MdLysM蛋白包含241至1 119个不等的氨基酸残基,等电点分布在4.70-9.60范围内。亚细胞定位结果表明,苹果LysM蛋白在细胞核、细胞质、叶绿体、液泡、胞外基质中均有分布。根据聚类分析可将这些基因分为A、B和C 3组,且A组又可进一步被分为Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 3个亚族,说明它们的功能可能已经发生了分化。MdLysM蛋白结构域的预测结果及基因结构分析结果均与进化树聚类结果吻合。染色体定位表明,MdLysM分布在苹果17条染色体中的13条上,且此家族的基因在13条染色体上的分布为非均匀的,其中以4号染色体上分布最多,达到了9个,而1、5、7和8号染色体上则未见分布。在苹果LysM家族中鉴定出了10对和1组旁系同源基因,MdLysM基因间存在串联重复和片段重复,它们是苹果LysM家族扩张的主要动力。对39个基因在根、茎、叶、花、果5个组织器官中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,5个器官中均能检测到MdLysM的表达,这些基因的组织表达模式具有多样性,表明它们在不同组织中可能扮演不同的角色。【结论】苹果LysM基因家族拥有39个成员,进化上可分为3组,基因结构的复杂程度与进化树聚类存在联系。39个基因分布于13条染色体上,存在重复事件。这些信息为今后苹果LysM基因家族的功能研究奠定了基础。     

猪干扰素IFNE1基因克隆及重组表达载体的构建

依据电子延伸序列设计一对克隆引物,用RT-PCR法从猪胃组织扩增出猪干扰素epsilon1(IFNE1)基因的完整编码区并进行序列分析;再根据克隆的序列设计一对表达引物,用PCR法从重组克隆载体中扩增出EcoRI/XhoI酶切位点的猪IFNE1片段,插入原核表达栽体,转化至宿主菌,诱导表达,SDS-PAGE鉴定融合蛋白.结果表明,克隆的猪IFNE1基因包含完整的开放阅读框架,长为586bp.ORF为582bp,编码193个氨基酸,与人、小鼠的同源性分别为83.6%和69.2%,推测的氨基酸序列与人、小鼠的同源性分别为76.2%和55.2%,表达的融合蛋白分子量约为47kD.     

闵行地区PRRSV的分离鉴定及N基因序列分析

采集闵行地区规模猪场疑似PRRS阳性病料,在Marc-145细胞上进行病毒分离,采用RT-PCR扩增PRRSV高度保守的N基因并测序。结果表明,成功分离到6株PRRSV,为研究闵行地区PRRSV流行株分子变异和致病机理提供了良好的生物素材。     

PRRSV非结构蛋白2-半胱氨酸结构域的原核表达及抗原表位预测

为了获得PRRSV非结构蛋白2-半胱氨酸结构域的高纯度原核表达蛋白以及了解该蛋白的抗原表位,试验以从PRRSV-VR2332毒株上提取的病毒全基因组RNA为模板,通过RT-PCR扩增非结构蛋白2-半胱氨酸结构域(Nsp2pro)基因,连接构建原核表达载体SUMO-Nsp2pro,转入宿主菌Rosetta2,经IPTG诱导,获得高浓度的可溶蛋白Nsp2pro,经亲和层析His-Bind后得到高纯度的目的蛋白。同时,运用生物信息学方法对Nsp2pro二级结构及抗原表位进行预测。结果显示,Nsp2pro的α螺旋及β折叠区域较多,转角区域较少,结构较为复杂,位于蛋白分子表面且亲水的区段很可能是B细胞表位的优势区段。获得较高纯度的蛋白,将为后续进一步研究Nsp2pro基因编码的蛋白在病毒复制过程中的作用奠定基础。     

小麦全基因组中YABBY基因家族的筛选与特征分析

YABBY家族是植物特有的转录因子,在植物侧生器官极性建立和发育过程中起重要的调控作用。从全基因组水平鉴定小麦YABBY家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究小麦YABBY家族基因的功能奠定基础。根据已经报道的拟南芥和水稻YABBY基因,在小麦基因组数据库中执行本地BLAST程序鉴定小麦基因组中的YABBY基因,采用MEGA、GSDS、MEME和PlantCARE等软件进行生物信息学分析,并利用已公开的RNA-seq数据绘制不同发育时期和不同组织的表达谱。结果表明,在小麦基因组范围内鉴定得到18个YABBY基因家族成员,分成5个亚家族。Motif分析表明小麦YABBY蛋白均具有C2C2锌指结构域及YABBY结构域; Ta YABBY启动子区检测到与植物生长发育、激素诱导和逆境胁迫有关的顺式作用元件。RNA-Seq表达谱发现小麦YABBY基因具有明显的组织表达特异性。     

花生CEM1基因的克隆及表达载体构建

通过规模测序和生物信息学分析,从花生荚果不同发育时期全长cDNA文库中筛选出MADSbox家族的一个cDNA全长序列,命名为CEM1基因(GenBank登录号为EY396043)。该基因全长1 061 bp,包含762 bp的开放阅读框,编码253个氨基酸,蛋白质的分子量为29.405 ku,等电点(pI)为9.18。蛋白质信号肽分析和疏水性分析表明,该基因编码的蛋白质信号肽剪切的可能性很小,具有亲水性。同时构建CEM1基因的VIGS表达载体,为进一步研究该基因的功能奠定了基础。