基因化学修饰调控的研究进展

生物体内基因的表达主要通过基因的转录和mRNA的翻译.基因调控主要发生在DNA水平上的调控、转录控制和翻译控制3个方面.多细胞生物通过基因调控实现细胞分化,形态发生和个体发育;微生物则通过基因调控改变代谢方式以适应环境的变化.在基因工程中应用基因调控的原理可使外源基因表达,因此基因调控的研究具有生产实践意义.     

调控植物花发育的miRNAs的研究进展

花发育是高等植物生长发育过程中的重要事件,可剖分为开花诱导、花的起始和花器官发育3个阶段,是由多种基因参与的十分复杂的调控过程。20年来,人们应用克隆、诱变和突变体等研究技术从模式植物中分离和鉴定了大量调控花发育的功能基因或调控因子,其中,microRNA(miRNA)是本世纪初才发现的一类新的调控因子。miRNA是生物体内长度约为21个核苷酸的非编码小RNA,通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。大量研究证实miRNA在花发育中起着重要的作用。文章重点综述了植物miRNA的作用机制、其功能研究方法及7个miRNA家族在花发育中的生物功能,并对其未来的发展方向进行了展望。     

植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化途径研究进展

磷是构成许多关键性大分子的重要底物,在植物体内许多生理生化反应中都发挥着重要作用,磷供应不足会极大地限制作物的产量和品质。在漫长的进化过程中,植物形成了一系列适应低磷胁迫的机制,其中,蛋白质水平的泛素化修饰对植物响应低磷胁迫起重要作用。泛素化修饰可以改变靶蛋白的活性、稳定性及其在亚细胞的定位等。对关键蛋白的泛素化修饰在植物低磷胁迫响应中的调控功能和机制进行归类总结,综述植物蛋白质泛素化途径调控低磷胁迫的研究进展。蛋白质泛素化修饰研究主要从泛素、酶和靶蛋白3个组分方面进行。泛素由76个氨基酸组成,并以逐步共轭级联的方式与靶蛋白相连,形成泛素–蛋白质复合体,该复合体被运输至26S蛋白酶体内消化与降解,从而调控众多生理过程。蛋白质泛素化修饰通过改变根系形态构型,影响磷转运子和转录因子的活性和定位,从而促进或抑制植物对土壤磷的吸收以及向地上部的运输,进而调节磷稳态。最后,提出了对植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化需要进行的研究。     

植物翻译控制肿瘤蛋白研究进展

翻译控制肿瘤蛋白(TCTP)广泛存在于各类真核生物中,是一类在进化上高度保守的同源蛋白家族。植物TCTP具有促进细胞增殖、分化和再生、对抗生物或非生物胁迫等功能,其表达受转录和翻译水平的调节,调控机理较复杂。本文从TCTP的发现与命名、研究领域与分布、植物TCTP基因的结构特点、表达特性及功能等方面进行了简要综述,旨在全面了解植物TCTP的生理生化功能,以期为进一步研究其调控机理,调控植物生长发育和培育抗逆新品种提供一定的理论参考。     

拟南芥中类泛素化修饰分子(SUMO)在植物发育和免疫反应中的功能研究

DNA甲基化是真核生物中广泛存在的一类表观遗传学修饰。模式生物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中存在三类DNA甲基化修饰:MET1介导的CG类的DNA甲基化维持;CMT3介导的CHG类的DNA甲基化修饰;DRM2介导的依赖于小RNA的DNA甲基化修饰(RdDM)。组蛋白甲基化修饰是另外一类存在于真核生物中的表观遗传学修饰。这二者在调控重要的生物学过     

lncRNA及其生物学功能

长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度＞200 nt、生物来源广泛、二级及三级结构高度保守的RNA分子.lncRNA生物学功能丰富,广泛参与生物体各类重要生理过程,在转录、转录后表观遗传水平上对靶基因的表达进行调控,其精细的分子调控机制已在染色体剂量补偿、基因组印记、靶目标模仿、功能性蛋白质转运等生物学过程中被广泛揭示.随着lncRNA生物学作用机制不断被揭示,研究者发现,高度保守的lncRNA二级、三级结构对其生物学功能的发挥至关重要.目前研究者主要采用计算机手段和数学方法对lncRNA高级功能结构域进行预测,从结构上阐明其生物学调控机制.关于lncRNA相关研究方法也在近年来得到了飞速的发展,比较成熟的技术例如RNA纯化的染色质分离(chromatin isolation by RNA purification,ChIRP)和RNA结合蛋白免疫沉淀(RNA-binding protein immunoprecipitation,RIP)已逐渐成为该领域内研究lncRNA与染色质、lncRNA与蛋白质之间相互作用的热门技术.本文主要就lncRNA来源、分类标准、生物学功能、高级结构预测及相关研究方法进行了综述,旨在为更好地理解和研究lncRNA在生物体内的作用提供参考.     

染色质改构因子BRG1降低UV照射引起的细胞凋亡

生命体的遗传物质基础是DNA分子,多种因素可以作用于细胞内的DNA分子,导致多种类型的DNA损伤。若受损的DNA得不到及时和有效的修复,细胞将走向凋亡或发生变异。染色质改构复合物（chromatin remodeling complex）在基因表达调控和DNA复制等方面扮演着重要角色。依赖ATP的染色质改构复合物SWI/SNF的核心亚基Brahma Related Gene1（BRG1）在染色质结构调整和基因转录调控等多个细胞进程中具有重要作用,仅有有限的文献报道BRG1参与到DNA的损伤修复过程。因此,进一步研究与验证BRG1在调控DNA的损伤修复进而挽救细胞凋亡中的作用十分重要。本文通过利用不同强度的UV照射检测细胞凋亡的情况,初步建立了DNA损伤修复的实验体系。将BRG1表达质粒瞬时转染到SW13（BRG1-/-）细胞系中,并利用30J/m2的UV照射,分别在0h、6h和24h检测细胞早期凋亡程度。结果表明,SW13（BRG1-/-）细胞中瞬时表达BRG1可以明显降低由UV照射引起的细胞凋亡,其中UV照射后24h的细胞表现最明显。我们进一步在HeLa细胞中通过瞬时表达BRG1验证了上述结果。由于BRG1通过染色质改构在基因的转录调控、复制和重组等方面起着重要的作用,我们推测BRG1可能通过染色质改构参与了DNA的损伤修复过程,进而影响了细胞凋亡。     

鸡SCD基因表达调控特性分析

硬脂酰辅酶A去饱和酶(stearyl-CoA desaturase,SCD)是生物体内单不饱和脂肪酸生物合成的关键酶,在脂质合成和氧化的动态平衡调节过程中发挥重要的作用。本实验室前期工作显示,SCD基因可能与鸡(Gallus gallus)肝脏的脂质代谢过程相关。为了进一步研究该基因的表达调控规律及其生物学功能,本研究利用qRT-PCR分析了鸡SCD在不同组织和不同发育时期中的表达规律,并从个体和细胞水平分析雌激素对SCD的表达调控作用。结果表明,SCD基因在各组织中广泛表达,且在包括肝脏、腹脂和肾脏在内的与脂代谢相关组织中的表达水平相对较高;性成熟以后(产蛋期)SCD基因在鸡肝脏、腹脂和肾脏中的相对表达水平都显著升高(P0.05);雌激素处理的10周龄青年鸡肝脏、腹脂和肾脏中SCD的表达均显著升高(P0.05);雌激素处理的肝脏原代细胞中,SCD的表达也显著升高(P0.05)。研究结果表明鸡SCD基因的表达受雌激素调控,这一发现为进一步理解鸡脂肪代谢调控机制奠定了基础。     

S-亚硝酰化：重要的植物蛋白修饰方式

蛋白的S-亚硝酰化修饰作用是典型的基于氧化还原势的信号机制，是一种非常重要的翻译后修饰方式。对该作用的研究最早出现在动物研究领域，近年来，对植物蛋白S-亚硝酰化修饰作用的研究越来越深入，研究表明S-亚硝酰化作用在植物生物学尤其是在植物抗病性等方面发挥着重要作用。     

奶山羊ESCO2基因克隆及其功能的初步研究

乙酰基转移酶2 (establishment of sister chromatid cohesion N-acetyltransferase 2,ESCO2)主要作用为调控姐妹染色单体的凝聚,在细胞DNA双链断裂损伤修复中发挥着重要的作用.本研究以关中奶山羊(Capra hircus)作为实验材料,利用PCR、qRT-PCR、生物信息学、免疫荧光染色等方法,分析其基因序列以及表达规律,克隆ESCO2基因,同时构建真核表达载体pESCO2-IRES2-AcGFP并转染奶山羊雄性生殖干细胞(mGSCs-I-SB细胞).结果表明,奶山羊ESCO2基因(GenBank登录号:KP341998.1)全长为1 834bp,编码612个氨基酸.与其他物种相比,均具有较高的同源性,与牛(Bos taurus)的同源性高达97.82％.ESCO2基因在奶山羊的多个器官中广泛表达,尤其在心脏、肺部表达较高,肝、脾、睾丸次之.ESCO2基因从山羊出生后开始持续高表达,且表达量随山羊年龄增加而升高,一岁时达到最高,随之开始下降.转染pESCO2-IRES2-AcGFP表达载体的mGSCs-I-SB细胞的减数分裂相关基因表达量明显提高,证明ESCO2基因在奶山羊减数分裂和精子发生过程中发挥了重要的作用.本研究结果为进一步研究奶山羊精原细胞减数分裂的精密调控提供了分子基础.     

辣木叶黄酮对采后金桔青霉病的防治及机理研究

为考察辣木叶黄酮对采后金桔青霉病的防治效果,以意大利青霉菌为试验菌种,采用体外平板接菌试验和体内损伤接种试验研究辣木叶黄酮对金桔果实采后青霉病的抑制效果及其抑制机理。结果表明,辣木叶黄酮对意大利青霉菌具有良好的抑菌活性,其最小抑菌浓度(MIC)及最小杀菌浓度(MFC)分别为4.00和8.00 mg·mL^-1。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,辣木叶黄酮会引起意大利青霉菌菌丝体的扭曲,明显改变青霉菌菌丝的形态,而胞内超微结构显示辣木叶黄酮会破坏其膜结构和细胞器,导致胞内内容物外流,胞内空洞化,进而引起菌体死亡;损伤接种结果表明,辣木叶黄酮处理可显著降低金桔的病斑直径并保持金桔硬度(P<0.05),同时提高苯丙氨酸解氨酶(PAL)和几丁质酶相关防御酶的活性,使果胶酶保持较低的活性,增强果实的抗病性。本研究结果对辣木叶黄酮在柑橘类水果采后贮藏保鲜的应用具有重要意义。     

甘露醇和蔗糖对菊花低温离体保存的影响

离体保存技术在植物种质资源保存方面具有独特优势和重要意义。为改善菊花离体保存技术,本研究以4个不同生长势的菊花品种为试验材料,在7±2℃条件下研究渗透调节物质甘露醇和蔗糖对不同菊花品种离体保存的影响,观察统计不同浓度蔗糖和甘露醇处理下菊花离体保存试管苗不同阶段的存活率和绿叶数,并对保存后试管苗的叶和茎段的组织结构、恢复生长能力和遗传稳定性进行了观察和鉴定。结果表明,保存12个月后,在MS培养基中添加15 g·L^-1甘露醇处理对南农橙乒乓和小洋菊试管苗的离体保存效果最佳,存活率分别达86.67%和93.33%;20 g·L^-1甘露醇处理对蒙娜丽莎黄和橙安娜保存效果最优,存活率分别达到80.00%和93.33%。60 g·L^-1蔗糖处理,南农橙乒乓和小洋菊保存12个月存活率均达到70%以上,但相比甘露醇处理,其绿叶数少、生长状况差;高浓度蔗糖(45～90 g·L^-1)对蒙娜丽莎黄和橙安娜保存效果不佳。保存12个月后,20 g·L^-1甘露醇处理的蒙娜丽莎黄和橙安娜、15 g·L^-1甘露醇处理的小洋菊和南农橙兵兵的叶片和茎段细胞间隙减小,细胞密度增加,试管苗恢复正常培养45 d后不同品种菊花生长良好,株高、叶片数、茎粗、节间长等形态指标及SSR分子标记图谱与对照相比无显著差异,保持了良好的遗传稳定性。本研究为菊花种质资源的低温离体保存提供了理论依据与技术支撑。     

谷子高效离体再生基因型和培养基的筛选

谷子离体再生和遗传转化困难,极大地限制了其作为模式植物在功能基因组学研究和品种遗传改良中的应用。为筛选高效离体再生的谷子基因型,选取90份国内外的谷子种质资源,利用其成熟胚作为外植体进行离体再生培养。结果表明,不同基因型谷子出愈率、芽分化率和再生率差异较大;不同基因型的谷子出愈率在17.67%~93.67%之间,芽分化率在0%~78.89%之间,再生率在0%~40.00%之间。从中筛选出3份高效离体再生种质资源,分别为Y41、Y176和Y145,其离体再生效率分别为40.00%、37.33%和36.00%。3份种质资源在CIM3培养基上的出愈率最高,且愈伤质量较好,CIM3培养基配方为4.43 g·L^-1MS + 30 g·L^-1蔗糖 + 4 g·L^-1phytagel + 2 mg·L^-12,4-D + 0.5 mg·L^-1KT。本研究结果为谷子离体再生和遗传转化,以及推动谷子作为C₄禾谷类模式植物的进程奠定了一定的理论基础。     

高粱病程相关基因非表达子1(NPR1)基因家族鉴定及胁迫应答分析

非表达因子基因(NPR1)是植物系统获得抗性的激活子,也是植物响应病原菌侵染过程中的核心因子之一,在植物抗病性方面发挥着非常重要的作用。为明确高粱NPR1基因家族成员及SbNPR1的表达特性,本研究通过生物信息学及实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法,对高粱NPR1基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明,共鉴定到5个高粱NPR1基因SbNPR1~SbNPR5,其氨基酸序列长度介于480~621 aa之间,理论分子量介于50.496 81~67.648 06 kDa之间,理论等电点介于5.64~6.11之间;系统进化分析显示,SbNPR1与甘蔗Sh253P03亲缘关系最近;基因结构分析表明,该家族各个成员之间的外显子和内含子数量差异变化较小;RT-qPCR分析表明,SbNPR1基因在高粱不同器官中的表达具有组织特异性;经激素独脚金内酯(GR24,1 μmol·L^-1)和水杨酸(SA,1 mmol·L^-1)处理后,SbNPR1的表达分别被抑制和诱导;20%的聚乙二醇(PEG6000)和250 mmol·L^-1的NaCl处理下,SbNPR1的表达呈现先升高后降低的趋势,在0.5 h表达量达到最大值,之后下调;而经甘露醇(D-mannitol,300 mmol·L^-1) 处理后,SbNPR1基因表达量在3 h后开始下降;高粱经病原相关分子模式(PAMPs)flg22(100 nmol·L^-1) 和几丁质(Chitin, 8 nmol·L^-1)处理后,SbNPR1受到flg22的诱导表达,在12 h时表达量最高,而在Chitin作用下,SbNPR1的表达受到抑制。本研究为进一步探索NPR1家族在调节高粱抗性、信号转导、植物激素以及胁迫调控等过程中的作用提供了基础。     

体外模拟消化芝麻蛋白产生抗氧化肽的分离纯化与构效研究

为研究芝麻蛋白在胃肠道中产生抗氧化肽的结构与构效关系,本试验采用体外模拟消化水解芝麻蛋白,通过超滤水解液,制备液相分离,利用液质联用仪进行结构鉴定,合成相应多肽以验证活性,并对抗氧化活性最高的多肽开展构效关系研究和安全性预测。结果表明,芝麻蛋白经分离纯化与结构鉴定,共获得19条芝麻抗氧化肽,其中17条来自芝麻贮藏蛋白,2条来自芝麻非贮藏蛋白。源自非贮藏蛋白的HLFLSGVACFG具有最强的抗氧化活性,其活性中心可能位于His1,Phe3,Cys9。缩小Cys9羧基端取代基团,增大Leu2区域的取代基,增强N端带正电取代基和C端带负电取代基,有利于提高HLFLSGVACFG的抗氧化活性。经预测,该多肽无毒性与致敏性。上述结果表明,作为蛋白主体的芝麻贮藏蛋白生成抗氧化肽的同时,低含量的芝麻非贮藏蛋白因能产生高活性的抗氧化肽,也是重要的抗氧化肽前体。活性和安全性较高的HLFLSGVACFG具有研究利用价值。本研究初步揭示了芝麻蛋白在人体内产生抗氧化肽的规律、抗氧化肽组成及构效关系,深化了芝麻抗氧化肽的研究,为抗氧化肽结构修饰研究提供了理论参考。     

MpCYS4基因对苹果褐斑病病原菌侵染的响应表达及其转化株系抗性鉴定

为探究半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)基因MpCYS4在苹果响应苹果褐斑病病原菌侵染过程中的功能,以苹果矮化砧木M26野生型和MpCYS4过表达株系#1、#3、#4为材料,利用实时荧光定量PCR分析苹果褐斑病病菌侵染后MpCYS4基因在苹果叶片中的表达变化;同时,对转MpCYS4基因苹果叶片的褐斑病抗性进行鉴定,并对MpCYS4融合蛋白进行体外诱导纯化和抑菌活性分析。结果表明,MpCYS4基因的表达受褐斑病侵染诱导,其过量表达提高了苹果叶片对褐斑病的抗性,且经体外纯化的MpCYS4融合蛋白能够有效抑制褐斑病病原菌孢子的萌发和菌丝生长,表现出显著的抑菌活性。本研究结果为进一步探索MPCYS4的生物学功能及其抗病作用机制奠定了基础。     

青花菜乙烯反应传感蛋白基因BoERS的克隆与表达分析

乙烯反应传感蛋白在乙烯信号转导中起着重要作用,可作为负调控因子使下游的CTR1失活,并激活之后的一系列反应。为明确青花菜ERS基因的序列特征和表达特点,本研究以青花菜为试验材料,在克隆乙烯反应传感蛋白基因BoERS的基础上进行表达分析,以明确其在核盘菌和根肿菌侵染下的表达模式。结果表明,BoERS的基因组DNA全长为1 928 bp,含有1个长度为68 bp的内含子;编码区全长为1 860 bp,编码619个氨基酸,编码蛋白有4个跨膜结构域、1个GAF结构域和1个HisKA结构域。序列比对结果表明,BoERS与芸薹属ERS序列的差异最小,在系统发育树上处于同一分支,但与萝卜属、盐芥属和拟南芥属植物ERS序列的差异较大,在系统发育树上处于不同的分支。实时荧光定量PCR结果表明,BoERS的表达受核盘菌的诱导,36 h时表达量最大,为对照的3.53倍,但BoERS的表达不受根肿菌的诱导。本研究结果为进一步开展BoERS基因功能鉴定和应用研究奠定了理论基础。     

绿竹花发育相关BoAG-like基因的克隆与表达特性分析

AG基因属于MADS-box家族,在决定花分生组织特性和花器官发育中起着重要的作用。为阐明竹类植物AG基因的表达特性,本研究以绿竹开花试管苗花芽为植物材料,采用cDNA末端快速扩增技术(RACE),获得了完整的cDNA序列,命名为BoAG-like。序列分析结果表明,BoAG-like长度为792 bp,具有AG基因特有的AG Ⅰ区和AG Ⅱ区;BoAG-like与水稻OsMADS58、玉米ZAG1和毛竹PhMADS3的AG-like同源蛋白所编码的氨基酸序列同源性达到80%以上,均属于C类基因的eu-AG系;蛋白的三级结构预测结果表明,BoAG-like与水稻OsMADS58和二穗短柄草BdMADS18最为接近,但也存在明显差异;实时荧光定量PCR结果表明,BoAG-like基因在花器官的表达量明显高于营养器官的表达量,且其表达量随着绿竹花发育进程呈上升趋势;BoAG-like的表达量在绿竹花芽不同部位存在显著差异,其中在雌蕊中最高,外稃中最低。本研究结果为进一步深入研究竹子花发育的分子机制奠定了一定的理论基础。     

墨鱼缠卵腺糖蛋白的抗氧化及抑菌活性研究

为了探究墨鱼缠卵腺糖蛋白(CGG)的抗氧化活性及抑菌活性,本试验通过测定CGG的超氧阴离子自由基清除率、DPPH自由基清除率、羟基自由基清除能力、小鼠体内过氧化氢酶(CAT)活性及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性等研究CGG体内外抗氧化活性,并通过抑菌试验探讨了CGG的抑菌活性。结果表明,随着CGG浓度的增大,超氧阴离子自由基清除率从17.51%增加至55.84%,DPPH自由基清除率从5.7%增加至19.5%,羟基自由基清除能力从10.38%增加至57.94%;与对照组相比, 低、中、高剂量组小鼠体内的CAT 活性分别提高了21.91%、126.29%、135.63%,GSH-PX活性分别提高了2.04%、24.69%、28.13%。抑菌试验结果表明,当CGG浓度为14 mg·mL^-1时,大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、假单胞菌(Pseudomonadaceae)的抑菌圈分别为15.7、13.6、12.5 mm,MIC分别为1.25、7、7 mg·mL^-1,MBC分别为14、28、14 mg·mL^-1。综上表明,CGG具有一定的抗氧化和抑菌活性,但抑菌效果较弱。本研究结果为墨鱼缠卵腺的合理利用提供了一定的理论基础,同时对提高水产资源利用率有一定的参考价值。     

禾谷镰刀菌Fgap1转录因子调控Tri基因表达及DON毒素合成

DNA序列同源比对分析预测出镰刀菌氧胁迫调控因子Fgap1在DON合成基因簇的Tri5和Tri10基因上有结合位点。为阐明Fgap1转录因子在禾谷镰刀菌的Tri基因表达和DON产生中的作用,本研究以野生型PH-1和突变株⊿Fgap1为试验材料,通过菌落形态观察、菌丝生长速率、菌丝结构观察分析氧压敏感性,通过实时荧光定量PCR技术分析Tri基因在不用氧化压力下的表达量,并采用HPLC法测定DON毒素含量。结果表明,过氧化氢、甲耐醌、过氧化叔丁醇、重铬酸钾4种氧化剂均可抑制镰刀菌生长;通过同源重组构建的Fgap1基因缺失突变株对氧化压力更加敏感,明显抑制了镰刀菌的菌丝生长。在氧化胁迫下野生型PH-1菌株中DON毒素含量大量增加,Fgap1基因缺失突变株的DON毒素含量没有明显增加;在氧化胁迫下野生型PH-1菌株的Fgap1基因和Tri基因的表达量大幅上调,而基因缺失突变株⊿Fgap1中未检测到Fgap1基因表达,Tri基因的表达没有明显上调。本研究明确禾谷镰刀菌中Fgap1转录因子能够感受并传递氧化压力信号,为调控Tri基因的表达和DON毒素的合成提供了一定的理论依据。