小鼠精子发生与相关基因调控研究进展

精子发生是一个生殖细胞不断增殖和分化的特殊历程,此过程中精原细胞进行自我更新和分化,产生的精母细胞经历2次减数分裂形成了圆形精子,而圆形精子最终经过形态和细胞学变化成为长形精子。文章阐述了这一复杂而有序的过程中受生精细胞内众多基因的调节,这些基因具有时间和空间上阶段性表达特征,在同源重组、染色体联会、染色质浓缩和精子头尾形成等精子发生的特殊过程中起决定性作用。并就近年来许多基因在精子发生中重要作用进行综述。

基于单细胞RNA测序数据的基因调控网络推断算法综述

通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序(scRNA-seq)为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基因调控网络推断算法进行介绍,包括3种针对批量RNA测序数据的推断算法和23种针对scRNA-seq数据的推断算法(基于布尔网络的算法2种、基于微分方程的算法3种、基于伪时序基因相关性集成策略的算法5种、基于共表达基因的算法4种、基于细胞特异性的算法3种、基于深度学习的算法6种),详细描述了每类算法的方法原理和算法优缺点,对算法进行综合比较;然后分析了推断算法比较研究的相关成果,并使用scRNA-seq数据简单评估了26种算法的性能;最后探讨当前基因调控网络推断算法面临的机遇与挑战.

基因调控植物花器官发育的研究进展

花作为被子植物的繁殖器官,是植物的重要组成部分,也是研究植物进化、分类的重要依据。花器官的发育受到外部环境和内部生理等多种因素的影响,不同物种或同一物种间出现不同的性状,基因作为其中的关键因子,在整个过程中发挥着重要作用,其在花发育调控中的作用一直都是大家研究的热点。花器官的花萼、花冠、雄蕊、雌蕊、胚珠五轮结构分别受到AE花发育模型中A、B、C、D、E五类基因的调控,这些基因在花器官发育过程中形成了一个复杂的基因调控网络。各类基因的表达或沉默均会导致花器官的结构发生改变,但不同的物种之间又存在差异。本研究综述了MADS-box、AP2/ERF基因家族相关成员AP1、AP2、AP3、PI、AG、SEP、AGL6、SHP、STK及其他基因NAP、SPL、TGA、PAN、WOX等在花器官建成中的调控作用,从分子水平解析了基因在花器官发育中的影响,为进一步深入了解基因在各植物花器官发育调控中的作用提供参考。

基于t检验和逐步网络搜索的有向基因调控网络推断算法

为了克服基于条件互信息的路径一致算法(PCA-CMI)无法识别调控方向的缺陷,并进一步提高网络推断准确率,提出了一种基于t检验和逐步网络搜索的有向网络推断算法(DNI-T-SRS)。首先,对不同实验条件下的表达数据进行t检验以辨别基因调控的上下游关系,指导路径一致(Path Consensus)算法中条件基因的选取,根据CMI2(Conditional Mutual Inclusive Information)剔除网络中的冗余边,得到了基于t检验的有向调控关系推断算法CMI2NI-T(CMI2-based Network Inference guided by t-Test);然后,建立有向调控关系对应的米氏微分方程模型对数据进行拟合,根据贝叶斯信息准则进行逐步网络搜索以修正网络推断结果。利用CMI2NI-T推断DREAM6挑战中的两个测试网络,所得到的曲线下面积(AUC)分别为0.7679和0.9796,相较于PCA-CMI分别提高了16.23%和11.62%;通过进一步的数据拟合后DNI-T-SRS的推断准确率分别达到了86.67%和100.00%,相较于PCA-CMI分别提高了18.19%和10.52%。实验结果表明,所提DNI-T-SRS算法能够有效剔除间接调控关系并保留直接调控连接,得到精确的基因调控网络推断结果。

一个二维基因调控网络的稳定性和分岔分析

基于动力系统理论分析一个二维基因调控网络的稳定性和分岔。首先,给出系统平衡点存在的条件并分析平衡点的稳定性。其次,分析该系统经历余维1的Hopf分岔、Saddle-node分岔以及余维2的Bogdanov-Takens分岔的条件。最后,用余维1、余维2分岔图和相图验证了理论结果的正确性。

编码基因/非编码基因调控CD44在多种肿瘤耐药机制中的研究进展

多种肿瘤(胰腺癌,肺癌,结直肠癌等)长效耐药细胞显著增强其转移性,且诱导CD44蛋白表达.CD44是一种非激酶受体,在多种肿瘤中作为肿瘤干细胞标记物在侵袭和转移中发挥重要作用.早期联合一线化疗药和靶向CD44的药物、探索靶向CD44的合理给药时间点可能提升临床已转移的恶性肿瘤患者的总体生存率.从编码基因(转录因子、异质核糖核蛋白、上皮剪接调节蛋白、细胞因子以及蛋白激酶)和非编码基因(LncRNA、miRNA和circRNA)两方面介绍CD44上游调控因子介导的肿瘤耐药和转移机制.此外,还总结在耐药肿瘤细胞中CD44的亚型转换、表达调控、CD44下游效应分子的信号通路和CD44作为癌症治疗靶点的临床意义.

植物生物钟基因调控机制的研究进展

生物钟基因调控机制是植物生物钟研究的核心内容。通过对植物生物钟基因相关调控网络的研究,揭示了植物生物钟的分子机制和调控原理。研究植物生物钟基因调控模型,探讨了植物生物钟研究的发展趋势,展望了植物生物钟基因调控机制研究的前景,包括在农业生产、植物适应性进化等方面的应用潜力。该研究领域的发展将进一步揭示植物生物钟的神秘面纱,为植物科学和农业生产提供了理论基础和实践指导。

水稻通过关键基因调控小穗耐高温发育

近日,中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队发现一个耐高温的关键基因,该基因编码精氨酸甲基转移酶,该转移酶通过甲基化茉莉酸信号抑制子来调节茉莉酸信号强度,进而维持水稻小穗在高温等恶劣环境下的正常发育。相关研究成果发表在《分子植物(Molecular Plant)》。

生物体中的生物磁性纳米粒子及基因调控机制

生物磁性纳米粒子在所有三个生命领域的有机体中存在着,包括在原核生物、古细菌和真核生物中.这些生物体中的生物磁性纳米粒子具有相似的物理化学特性,也随着物种的不同存在着差别.在人体中的正常组织和病变组织中同样存在着生物磁性纳米粒子,这些粒子与其它物种中的生物磁性纳米粒子具有相似性和区别,人体病变组织中生物磁性纳米粒子数量的增多与人类神经退行性病变、癌症和动脉粥样硬化病等疾病有着密切的关系.基于比较基因组学研究方法,科学家认为生物体中生物磁性纳米粒子生物矿化过程有相似的基因调控机制,并给出了预测的基因调控机制模型.本文对以上内容做了简要描述,希望对有关研究提供借鉴.

木质素生物合成途径相关基因调控琯溪蜜柚汁胞粒化的研究

【目的】探究琯溪蜜柚果实汁胞粒化过程中木质素生物合成途径相关基因在果实发育过程中的表达特征,以揭示汁胞粒化过程中木质素合成的分子调控机制。【方法】选取2018年花后135、165、195、215 d 4个时期的琯溪蜜柚果实,测定汁胞粒化率及木质素含量以及分析转录组数据筛选到的木质素生物合成途径关键基因的差异表达和相关酶活性变化,并进行汁胞细胞壁木质素沉积的显微观察。【结果】在琯溪蜜柚花后195至215 d果实发育成熟期,木质素生物合成途径中CrPAL1、CrPAL3、CrC4H1、CrC4H2、Cr4CL、CrCCR3、CrCAD3、CrPOD2和CrPOD7等9个基因的表达量都显著增强,qRT-PCR验证结果与转录组数据一致。这期间果实汁胞粒化明显加速,木质素合成相关酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟基化酶(C4H)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、过氧化物酶(POD)的活性明显上升,木质素含量显著积累,番红染色显示木质素在蜜柚汁胞细胞壁中明显沉积。【结论】琯溪蜜柚木质素生物合成途径相关基因参与调控汁胞粒化过程中细胞壁木质素的合成。研究结果为今后琯溪蜜柚的品种改良和分子育种提供了理论基础。

基于阴阳与基因调控关系辨治胃黏膜上皮内瘤变

胃黏膜上皮内瘤变是胃癌前病变,具有发展为胃癌的危险。阳主动,阴主静,文章基于阴阳理论,衷中参西,微观辨证与宏观辨证结合,以阴阳消长失调和基因调控紊乱的关系为出发点,认为胃黏膜上皮内瘤变发生时胃黏膜细胞凋亡周期紊乱和细胞异常增殖分化是阴阳消长失衡在细胞基因调控水平上的体现,进而探讨胃黏膜上皮内瘤变的病因病机以及辨证论治过程,为中医药治疗胃黏膜上皮内瘤变提供更多的理论依据,丰富治疗该病的临床手段。

ADRB2基因调控区多态性对SABA治疗儿童哮喘急性发作疗效的影响

目的探究ADRB2基因调控区多态性对短效β2受体激动剂(SABA)治疗儿童哮喘急性发作疗效的影响。方法选取2016年10月-2020年10月就诊于中国人民解放军北部战区总医院的急性轻中度发作且接受SABA治疗7 d的支气管哮喘患儿127例,检测其基因型分布,比较不同基因型患儿治疗后肺功能指标的改善情况和疗效,并考察基因多态性高阶交互作用对疗效的影响。结果127例患儿中,rs2895795位点TT、TA、AA型分别有80、44、3例,rs11168070位点CC、CG、GG型分别有93、32、2例,rs12654778位点GG、GA、AA型分别有41、64、22例,均符合Hardy-Weinberg平衡(P>0.05)。治疗后,rs2895795位点TA型患儿的最高呼气流量占预计值百分比(PEF%pred)、用力呼气75%肺活量时的瞬间流量占预计值百分比(FEF75%pred)改善率均显著低于TT型(P<0.05);rs11168070位点CG型患儿的PEF%pred、FEF75%pred改善率均显著低于CC型(P<0.05);rs12654778位点GA、AA型患儿的PEF%pred改善率均显著低于GG型(P<0.05)。各位点不同基因型患儿治疗前后呼出气一氧化氮差值比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。rs2895795位点TT型患儿的显效比例是TA+AA型患儿的2.358倍(P<0.05),ADRB2基因多态性高阶交互作用对哮喘患儿的疗效没有明显影响(P>0.05)。结论支气管哮喘患儿ADRB2基因调控区多态性与SABA用于哮喘患儿急性发作的疗效相关,rs2895795、rs11168070、rs12654778位点野生型患儿的肺功能改善更明显,且rs2895795位点TT型患儿接受SABA治疗的效果更好。

参数全局耦合的基因调控网络建模研究

系统生物学中,基于隐马尔可夫模型的非齐次动态贝叶斯网络(HMM-DBN)能够合理推断出周期性基因表达数据中的调控关系,是重构基因调控网络的重要方法之一。但其通常假设调控参数具有完全独立性(每个时间段的参数需要独立推断),而参数假设(完全独立)等于忽略了自然界生物进化过程的连续性,这会影响网络重构精度。针对上述问题,结合多变点过程,提出了参数全局耦合的HMM-DBN(GCHMM-DBN)。GCHMM-DBN模型通过在HMM-DBN的基础上增加了全局耦合超参数,在所有时间段中共享具有相似高斯分布的噪声方差超参数和信噪比超参数,实现了回归参数的全局耦合,最终提高了基因调控网络的重构精度。在酿酒酵母(酵母)数据集和合成RAF数据集上进行实验,结果表明,与经典的同类型HMM-DBN模型相比,GCHMM-DBN模型拥有更高的基因调控网络重构精度。

曲萌研究员团队等揭示昼夜节律基因调控肝细胞癌的分子机制

2023年1月3日,浙江大学医学院附属第四医院“/一带一路”国际医学院/国际健康医学研究院曲萌研究员团队和美国南加州大学Steve A.Kay教授合作在《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了题为“Circadian regulator BMAL1::CLOCK promotes cell proliferation in hepatocellular carcinoma by controlling apoptosis and cell cycle”的研究论文(DOI:10.1073/pnas.2214829120),报道了生物节律核心转录因子复合体BMAL1::CLOCK对肝细胞癌的促进作用。

非齐次基因调控网络模型研究综述

在生物信息学领域中,基因调控网络的构建至关重要。近年来,非齐次动态贝叶斯网络已成为从基因表达时间序列数据中学习基因调控网络的一种常用建模工具。针对这一研究领域,梳理了基于齐次动态贝叶斯网络的基因调控网络建模方法,并从时间片划分方式和基因调控网络参数学习,综述了近十几年提出的非齐次动态贝叶斯模型,主要内容包括:时间片划分方式,包括自由分配、连续变点过程、离散变点过程以及基于隐马尔可夫的变点过程;基因调控网络参数学习,主要包括顺序耦合参数和全局耦合参数。之后对非齐次动态贝叶斯网络模型的性能进行了分析,着重介绍了这些模型对于基因调控网络建模的准确性和可靠性,以及模型之间的区别与联系。最后指出了基因调控网络构建的困难和挑战以及非齐次动态贝叶斯网络模型未来的一些研究方向。

菠萝开花诱导与基因调控研究进展

菠萝是一种营养价值高的经济热带水果。由于自然条件下成花的菠萝稳定性差产量低,在实际的生产过程中,常通过人工诱导的手段促进菠萝稳定开花结果。系统介绍了利用不同的激素种类和含量诱导菠萝人工开花的技术手段。此外,菠萝成花受到各种外源或内源信号的影响,对响应菠萝成花可能存在的光周期途径、春化途径、环境温度途径、赤霉素途径、自主途径、年龄途径等机制进行阐述,以期能够为研究菠萝成花内源基因调控提供新思路。

参数边缘耦合条件下的基因调控网络建模研究

针对基于隐马尔科夫模型的非齐次动态贝叶斯网络(HMM-DBN)中因基因调控作用强度过度灵活而造成的网络重构精度降低的问题,提出了用参数边缘耦合方式改进HMM-DBN的方法。首先对基因调控数据进行时间分段;其次利用边缘耦合算法判断当前分段是否应该与前一段的信息交互;再次根据是否进行信息交互判断每个分段的回归参数是否耦合,结合回归参数和时间分段推断基因调控关系;最后重复上述过程直到MCMC(马尔科夫链蒙特卡洛算法)迭代完成,输出网络结构。改进后的HMM-DBN在酵母数据集与合成RAF(RAF原癌基因丝氨酸/苏氨酸-蛋白激酶)数据集上的实验结果显示,其网络重构精度达到了0.76以上,证明了该方法的有效性。

基于回归理论恢复基因调控网络

基因之间的调控关系隐含在基因表达数据里,需要分析该数据从而揭示基因调控网络的拓扑结构。由于静态基因表达数据的样本较少,因此本文提出基于距离相关性扩充样本数据量的方法。接着,本文提出恢复基因调控网络拓扑结构的方法,基于距离样本数据根据回归理论建立基因调控网络线性回归模型,对模型应用最小二乘估计和假设检验判断基因之间是否存在调控关系。此外,提出可以控制假阳性的方法,利用统计检验控制错误发现率提高模型预测的准确性。最后,在DREAM3数据集上验证方法的可行性。

MALAT1基因调控的信号通路在癌症发生发展中的作用

肺腺癌转移相关转录物1(MALAT1)可通过调节选择性剪接、基因转录以及充当miRNA海绵发挥其分子作用,并与人类肿瘤的转移、临床分期、复发、预后及化疗耐药机制密切相关。该文主要综述MALAT1基因表达调控的信号通路在癌症发生、发展中的作用。

四环素基因调控系统的研究进展

四环素基因调控系统(Tet系统)是迄今为止基因治疗研究中使用最广泛的系统,该系统通过改变培养基、体内四环素或其衍生物(如强力霉素)的浓度,诱导或抑制目标基因的表达。