植物顺式调控元件研究进展

顺式调控元件是具有调控功能的非编码DNA序列,确保植物在不同生长发育阶段和环境应答时相关基因正确的时空表达。目前,植物顺式调控元件的功能研究落后于动物,然而依托较完善的基因组注释信息和开放染色质技术,植物顺式调控元件研究取得了重要进展。文章综述了植物顺式调控元件的相关研究,发现活性顺式调控元件与染色质活性相关联,转录因子和顺式调控元件之间的相互作用决定了基因转录水平,高通量测序技术提供的不同分子层面的组学数据能高效鉴定到顺式调控元件,由转座子衍生的顺式调控元件调控农艺性状基因转录。精准鉴定和深入功能解析顺式调控元件是未来重要的研究方向。植物顺式调控元件的挖掘与功能解析有助于系统阐明农作物重要农艺性状基因的调控机制,更好助力于培育高产、优质、高抗、高效的优良新品种。

植物质体基因工程调控元件研究进展

随着植物合成生物学的发展,质体逐渐成为许多具有商业价值的次生代谢产物和治疗性蛋白异源生产的理想平台。与核基因工程相比,质体基因工程在外源基因高效表达和生物安全性等方面具有其独特优势。然而,外源基因在质体系统中的组成型表达或对植物生长不利,因此需进一步挖掘、设计调控元件实现对外源基因的精准调控。本文概述了质体基因工程调控元件的研究进展,内容包括操纵子设计与优化思路、多基因共表达调控策略及新型表达调控元件的挖掘等,为植物合成生物学的发展提供参考。

山羊PMEL基因启动子活性及转录调控元件分析

旨在筛选调控山羊毛色基因PMEL的启动子活性区域及转录因子,为探究该基因的表达调控机制提供理论依据,并为彩色山羊的育种和改良提供思路。以山羊基因组DNA为模板,PCR扩增PMEL基因不同长度的启动子缺失片段,定向克隆至pGL3-basic载体,将重组质粒转染到293T和A375细胞,通过双荧光素酶检测系统测定相对荧光素酶活性值;利用生物信息学方法对PMEL基因核心启动子区的转录因子结合位点进行预测,随后利用重叠延伸PCR分别对pGL3-327质粒上预测的转录因子结合位点进行点突变并构建突变载体,利用双荧光素酶检测系统进行活性验证。结果显示,本研究成功构建了7个不同长度的启动子片段,其中6个片段具有明显的启动子活性。经过双荧光素酶活性检测发现山羊PMEL基因-251/+76区域为核心启动子区域。通过不同长度的启动子片段的活性比较发现,-251/-62区域的缺失造成启动子活性从最高到消失,表明该区域对山羊PMEL基因转录调控有重要影响,生物信息学分析发现该区域存在5个转录因子结合位点,利用点突变构建了5个突变载体,经过双荧光素酶检测发现5个突变载体的活性均显著下降。提示这5个转录因子是山羊PMEL基因转录的正调控元件。本研究确定了山羊PMEL基因启动子核心区域为-251/+76,NF-1(-206/-197)、Sp1(-186/-174)、Sp1(-151/-139)、CREB(-91/-82)和Sp1(-82/-71)结合位点为山羊PMEL基因转录的正调控元件。

小RNA病毒蛋白翻译调控元件研究进展

真核生物的起始复合物并不是在起始AUG处形成 ,而是在mRNA的 5′末端形成 ,其识别信号就是 5′末端的帽子结构。小RNA病毒科成员RNA 5′末端没有帽子结构 ,而有一个病毒编码的小蛋白质与基因组共价相连。小RNA病毒的蛋白翻译起始于 5′非翻译区中的内部顺式调控元件 ,称为内部核糖体进入位点 (IRES)。口蹄疫病毒 (foot and mouthdiseasevirus,FMDV)是该科病毒的典型代表 ,引起偶蹄动物的急性接触性传染病。完整FMDV含有单链正股RNA、衣壳蛋白及少量装配过程中夹带的非结构蛋白和宿主细胞肌动蛋白 ,其基因组RNA全长约 8 5kb ,可直接作为信使RNA。对IRES的一、二级结构进行了比较 。

固醇调控元件结合蛋白及其对乳脂合成的调节作用

固醇调控元件结合蛋白(SREBPs)广泛分布于哺乳动物的肝脏、白色脂肪组织、肾上腺、乳腺组织等处,与乳脂的合成关系密切,它可以调控脂类合成相关酶基因的表达,通过与目的酶基因启动子中的固醇调节元件(SRE)结合激活目的基因转录,从而调控脂类合成。SREBPs在自身合成过程中会在转录、翻译及翻译后水平上受到多重因素的调控。本文从SREBPs的结构功能、组织分布、合成调节及其与乳脂合成的关系等方面进行了综述。

脱落酸(ABA)诱导基因表达的调控元件

本文详细介绍了脱落酸 (ABA)诱导基因表达的各种调控元件及各调控元件间的相互作用和关系。综述了近年来对ABA诱导基因表达的调控元件的研究进展。

基于信息量的调控元件预测方法

设计基于信息含量的调控元件识别算法,对酵母的基因表达数据聚类结果进行分析,旨在预测共表达基因上游非编码区可能存在的转录因子结合位点。分析已知受相同调控因子作用的基因上游序列的结果表明,算法能正确识别具有单一保守核心序列的调控元件和具有间隔子(spacer)的保守序列。通过分析共表达基因,算法提取出的候选调控元件,部分可能具有生物学意义,这还有待于生物学实验的进一步验证。

用于检测转基因作物中调控元件的质粒标准分子的构建

为解决转基因农产品检测中阳性标准物质匮乏的问题,利用重叠PCR技术将检测过程中常用的调控元件Ca MV35S启动子、FMV35S启动子、PAT29启动子、Ubiquitin启动子、NOS启动子、35S终止子、NOS终止子和E9终止子依次连接获得融合片段,再利用分子克隆技术将融合片段转化到载体p MD-19T中,获得含有调控元件的标准质粒p MD-RG。PCR和测序结果验证了标准分子构建的正确性,并且标准质粒的均匀性和稳定性比较好,符合标准物质候选物的要求,可代替阳性标准物质用于转基因成分的检测和研究。该质粒可用于大多数已经批准的转基因作物的检测和监管工作中。

维管束特异表达启动子及其顺式调控元件

综述了维管束特异表达启动子及其顺式调控元件和基元序列调控基因表达的研究进展 ,它们在抗细菌、真菌性维管束病害的作物基因工程中具有广阔的应用前景。

拟南芥TCH4基因启动区转录调控元件的计算识别

TCH4基因在植物次生生长、疾病抵抗和逆境适应方面具有重要作用,能被多种激素、环境和机械信号诱导表达。利用拟南芥TCH4的直系同源基因和芯片数据进行了启动子序列分析,结果共识别出9个转录调控元件。它们均包含有已知元件序列,并且在部分共表达基因和对应的直系同源基因启动子中排列顺序一致。根据已有TCH4基因启动子研究,其中4个已被报道,另5个为本研究新发现。根据预测结果进行知识整合,构建了TCH4基因转录调控机制模型。

一种识别基因调控元件的新型优化算法

基因调控元件的识别是生物信息学中的重要研究课题之一。目前已有的算法大都存在容易过早陷入局部最优以及时间复杂度过高等问题。为此,提出一种识别基因调控的新型优化算法ACRR(ant-colony-regulatory-recognition)。该算法利用蚁群优化算法能够较快求解复杂优化问题的优越性来解决此问题,不仅提高了解的质量,而且大大地降低了算法的时间复杂度。实验结果表明,与其他类似算法相比,该算法所得结果的准确性更高,具有更快的识别速度。

小鼠甲胎蛋白基因顺式调控元件的选择性克隆重组及功能研究

目的构建并选择肝癌特异性甲胎蛋白(AFP)基因启动元件。方法采用PCR方法从小鼠肝脏克隆AFP基因增强子I、抑制子和启动子,经过不同组合构建了两个真核表达载体:pEGFP-1-EP(含调控序列I:增强子I+启动子)和pEGFP-1-ERP(含调控序列II:增强子I+抑制子+启动子)。通过瞬时转染,采用荧光显微镜观察和流式细胞仪检测所构建调控序列分别在小鼠肝癌细胞株Hepa1-6、黑色素瘤细胞株B16和成纤维细胞株NIH3T3的活性。结果所得AFP基因增强子I、抑制子和启动子序列与Genebank中公布的相关序列一致;荧光显微镜下:pEGFP-1-EP和pEGFP-1-ERP转染Hepa1-6细胞呈强阳性反应,pEGFP-1(空载体)转染Hepa1-6和三种质粒转染的B16、NIH3T3细胞均呈阴性反应;流式细胞仪检测结果显示:pEGFP-1-EP转染Hepa1-6阳性细胞率和平均荧光强度高于pEGFP-1-ERP转染Hepa1-6细胞,两者阳性细胞率和平均荧光强度均高于pEGFP-1转染Hepa1-6细胞;pEGFP-1转染Hepa1-6和三种质粒转染B16、NIH3T3阳性细胞率和平均荧光强度均较低。结论我们所构建小鼠AFP基因调控序列I和调控序列II的启动活性均具有肝癌特异性,且前者高于后者,并选择调控序列I在下一步肝癌特异性基因治疗中使用。

重组人甲胎蛋白基因顺式调控元件功能的研究

将６种含有人甲胎蛋白（ＡＦＰ）基因启动子、增强了和／或沉寂子不同组合的荧光素酶报告基因真核表达载体分别转染３种人肝癌细胞系及１种肺腺癌细胞系，测定瞬时表达的荧光素酶活性。结果显示６种重组人ＡＦＰ基因顺式作用元件在ＡＦＰ阳性肝癌细胞均具有特异启动活性，而在ＡＦＰ阴性的肝癌细胞和非肝癌细胞无启动活性。在这６种重组人ＡＦＰ顺式元件中，以２．２ｋｂ的调控元件（去除了ＡＦＰ基因沉寂子。保留其启动子和增强子序列）启动活性最高，从而为下一步的靶向性肝癌基因治疗提供了较理想的肝癌细胞特异性启动元件。

转基因大豆Roundup Ready调控元件在食品加工过程中降解变化的研究

35S启动子可能会通过基因的水平转移插入到某一致癌基因上游 ,活化并导致癌症的发生。为了解转基因植物中调控元件的安全性问题 ,以转基因大豆RoundupReady为实验材料 ,针对Roundupready转基因大豆中CaMV35S启动子及NOS终止子的序列 ,设计了不同长度片段的引物 ,通过对CaMV35S启动子和NOS终止子的PCR扩增 ,研究了豆腐、豆奶、豆粉 3种大豆加工食品中磨浆、煮浆、调配、均质、杀菌、喷雾干燥等关键工艺对RoundupReady大豆中调控元件的影响。结果表明调控原件在食品加工过程中的降解变化与其所处位置有较大关系。扩增长度相近的 2个片段 ,包含大豆基因组DNA序列的片段受加工过程的影响较小 ,在 3种豆制品的所有加工过程中均能检测到。而只包含CaMV35S启动子序列的片段仅能在原料中检测到 ,原料经过磨浆后 ,片段大小降至 2 0 0bp以下。NOS终止子受食品加工工艺的破坏和影响较小 ,在被检测食品的每一个加工过程中都能够检测到NOS终止子片段。

番茄Mi-1基因调控元件及同源基因进化分析

为阐明Mi-1基因转录调控元件及同源基因进化特点,从番茄品种京番308中克隆Mi-1基因起始密码子上游序列,选取转录起始位点上游1432 bp的序列进行启动子顺式调控元件分析,分析结果表明,Mi-1启动子除了含有核心元件外,还含有光响应元件、脱落酸响应元件、茉莉酸甲酯响应元件、低温响应元件、防御与胁迫响应元件等。Mi-1同源基因进化分析结果表明,Mi-1同源基因既包括旁系同源基因,也包括直系同源基因。当同源指数为0.70时,番茄、马铃薯、辣椒中含有Mi-1同源基因,与辣椒相比,番茄与马铃薯的亲缘关系更近。结果可为进一步研究Mi-1基因的调控表达和进化规律奠定基础。

负调控元件——沉默子

负调控元件———沉默子陈妍王金发（中山大学生物系，广州５１０２７５）ＮｅｇａｔｉｖｅＲｅｇｕｌａｔｏｒｙＥｌｅｍｅｎｔ———ＳｉｌｅｎｃｅｒＣＨＥＮＹａｎＷＡＮＧＪｉｎｆａ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｌｏｇｙ，ＺｈｏｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ...

初步建立真核基因调控元件模块的搜索方法

依据基因调控知识对现有方法进行了综合及改进:(1)在序列搜索方面,结合多序列低分值查询与多个保守片段搜索两种方法获得匹配序列,然后序列相互打分,最后进行聚类分析;(2)在位点搜索方面,综合应用位置权重矩阵、成对寡核苷酸及Smith-Waterman等方法;(3)在分析系统方面,采用面向对象的程序设计方法建立跨平台、可扩展、基于数据库的分析系统。本方法对MHC基因家族的初步分析结果表明,能较准确地找到一些基因调控元件模块所在的区域。

基因非编码区与转录调控元件的识别研究

随着后基因组时代的到来,非编码区的研究已经成为科学家面临的挑战,对基因非编码区的一个主要研究方向就是对调控元件的研究。识别转录调控元件是理解基因转录机制和表达模式的关键。较全面地介绍了基因非编码区以及调控元件,包括功能和作用,常用识别算法,并对常用数据库进行介绍,提出可能的研究方法和发展方向。

NMD作用的顺式调控元件

真核生物利用无义介导的mRNA降解 (nonsense mediatedmRNAdecay ,NMD) ,对含有提前终止密码子(prematureterminationcodons ,PTC)的异常转录产物进行快速清除 ,防止毒害性截短蛋白 (truncatedproteins)的产生 ,是真核生物重要的mRNA监视机制。NMD作用的启动与多种顺式调控元件有关 ,它们包括 :提前终止密码子的标识 ;PTC下游特定位置的序列元件 ,在酵母细胞称为DSE (downstreamsequenceelement,DSE) ,在哺乳动物细胞主要为内含子剪接依赖性序列元件 (exon exonjunction ,EEJ) ;稳定作用元件 (stabilizerelements ,STE)对NMD作用的阻抑调节 ;以及其他与NMD作用相关的序列 ,如 poly(A)延长、5′ UTR的uORF(upstreamopenreadingframe ,uORF)和程序化核糖体移码 (programmed 1ribosomalframeshift, 1PRF)信号序列等。

姜黄素对HepG2细胞固醇调控元件结合蛋白-2表达的影响

目的研究姜黄素对人肝癌细胞株(Human hepatocellular liver carcinoma cell line,HepG2)固醇调控元件结合蛋白-2(sterol regulatory element-binding protein-2,SREBP-2)基因表达的影响,从信号调控通路水平进一步探讨姜黄素的降胆固醇作用机理。方法分别利用蛋白免疫印迹和实时荧光定量聚合酶链反应(Polymerase Chain Reactionm,PCR)技术研究姜黄素对HepG2细胞SREBP-2核片段碱性螺旋-环-螺旋蛋白(basic helix-loop-helix protein,bHLH)表达及SREBP-2 mRNA的影响。结果20 mol/L姜黄素可以促进HepG2细胞SREBP-2核片段bHLH增多,而对SREBP-2mRNA表达无影响。结论姜黄素可以通过促进HepG2细胞SREBP-2核片段bHLH的增多,上调低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor,LDL-R)的表达,起到降低血清胆固醇的作用。