药用植物虎耳草的DNA条形码鉴定及基因组大小评估

目的:通过对虎耳草(Saxifraga stolonifera)进行物种鉴定和基因组大小测定,以更全面地开发其植物资源的遗传信息。方法:通过对虎耳草DNA条形码引物的筛选,发现ITS2+matK条形码可确认待测的植物样本为虎耳草。进一步利用虎耳草及其近似物种的ITS2和matK条形码序列构建系统发育树。进化分析结果表明虎耳草与其同属物种的亲缘关系较远。结果:流式细胞术估测虎耳草基因组大小约为949.4 Mb。结论:本研究基于条形码序列对十堰武当山本地的虎耳草物种进行了鉴定,为虎耳草的基因组提供了特征信息,为后续虎耳草全基因组测序研究的物种选择和测序策略规划提供了参考。

药用植物虎杖的前世今生

以药用植物开发与利用为基础的中医药形成了我国独具特色的健康服务资源。2015年,中国科学家屠呦呦,因发现抗疟药物青蒿素获得2015年诺贝尔生理学或医学奖,这是中药现代化发展的历史丰碑,鼓舞着广大科研工作者关注药用植物和植物药的研发。据统计,中国中草药品种(含动物药和矿物药)多达12078种,2015版中国药典收载中药及中成药2598种。其中,虎杖(Polygonum cuspidatum Sieb.et Zucc.)既是其中一种常见的药用植物,也是重要的植物提取物植物原料。虎杖主要分布在我国的长江以南和陕西、湖北、四川等地,是秦巴山地区种植规模最大的特色药用植物之一,已被列为楚药特色药材及“鄂优十六味”,成为湖北省十堰市重要的特色药材,占有全国约30%的市场份额。近年来,随着分子生药学的发展,虎杖的研究进入了新的篇章。

药用植物鸦胆子的基因组调研及SSR分子标记开发

目的:基于基因组调研分析,开发药用植物鸦胆子基因组遗传资源。方法:本研究采用Illumina高通量测序技术,借助K-mer分析工具揭示鸦胆子基因组大小、杂合度和GC含量等分子遗传学特征,利用MISA方法开发SSR分子标记。结果:提取鸦胆子叶片基因组DNA,构建350 bp文库,利用Illumina测序平台获取56.78 Gb高质量的数据,分析结果显示,鸦胆子的基因组大小为1.14 Gb,基因组杂合度为0.15%,基因组的GC含量为32.90%,重复序列比例为71.58%。在350 bp文库中随机选取10000条单端reads,与NT库进行BLAST比对,发现在已公布序列信息的物种之中,鸦胆子与同科异属植物塞子木(Leitneria floridana)的reads数匹配率最高,达40.52%。此外,根据已测基因序列,预测和开发SSR分子标记,总计530867,其中,单、双、三核苷酸重复模体分别占比57.83%、31􀆰59%、9.20%。结论:鸦胆子基因组特征是重复序列比例高,序列比对分析结果提示鸦胆子与美洲原产植物塞子木的亲缘度高。基因组调研及SSR分子标记开发为开展鸦胆子资源保护、分子遗传和品种选育等工作提供了必要基础。

基于抗生素和除草剂敏感性筛选适宜裂叶地黄遗传转化系统的抗性标记

目的:筛选适宜裂叶地黄遗传转化系统的抗性标记。方法:以裂叶地黄的种子为材料,采用不同浓度抗生素和除草剂对裂叶地黄的种子外植体进行处理,对比不同浓度的卡那霉素、潮霉素和除草剂草铵膦(Basta)的筛选效果,为裂叶地黄遗传转化体系的构建提供基础。结果:裂叶地黄种苗对Basta和潮霉素敏感性的强度强于卡那霉素。Basta浓度为1 mg/L和2 mg/L时,地黄种苗培养30 d存活率为38.03%和5.07%,对裂叶地黄种苗生长有明显的抑制作用;浓度为5 mg/L时,完全抑制裂叶地黄种苗的生长,可作为遗传转化抗性苗筛选的选择压。潮霉素浓度为10 mg/L时,地黄种苗存活率为34.17%,对裂叶地黄种苗生长有明显的抑制作用;浓度为20 mg/L时,将裂叶地黄种苗全部致死,可作为抗性苗筛选的选择压。卡那霉素浓度为50 mg/L时,种苗白化率达到89.17%,种苗生长受到明显抑制。结论:Basta适宜筛选浓度为5 mg/L,潮霉素适宜筛选浓度为20 mg/L,卡那霉素适宜筛选浓度为不低于50 mg/L。

植物细胞重编程机制及其在苔藓植物中的研究进展

重编程在植物组织培养和干细胞治疗等领域有潜在的应用价值。目前,影响陆生植物重编程的分子机制还不清楚,而且缺少从进化-发育角度对重编程的研究。通过建立模式生物小立碗藓的再生体系,研究共有因子Pp CSP1/Lin28调控高等植物重编程的作用机制,并对今后的研究进行展望。

“仙药”地黄

地黄(RehmanniaglutinosaLibosch.)是玄参科多年生草本植物[1],一般以块根入药,临床应用广泛。依据炮制方式的不同,地黄可分为鲜地黄、生地黄和熟地黄三种。地黄秋季釆挖,除去芦头、须根及泥沙后鲜用,即为“鲜地黄”;将地黄缓缓烘焙至约八成干,习称“生地黄”;取生地黄,酒炖法或蒸法炮制则得“熟地黄”。鲜地黄味甘苦,性寒,能够清热生津,凉血,止血;生地黄味甘,性寒,能够清热凉血,养阴生津;熟地黄味甘,性微温,能够补血滋阴,益精填髓[2]。地黄制法不同,功效亦有差异,是中药生熟异治的典型体现。

虎杖粗提物对宫颈癌Hela细胞增殖与迁移作用机制研究

目的:探究虎杖粗提物对宫颈癌Hela细胞增殖和迁移的机制。方法:使用CCK-8(Cell Counting Kit-8)、ATP(Adenosine 5′-triphosphate)、LDH(Lactate dehydrogenase)试剂盒检测虎杖粗提物对Hela细胞增殖的影响;采用划痕实验检测虎杖粗提物对Hela细胞水平迁移能力的影响;采用流式细胞术检测虎杖粗提物对Hela细胞凋亡的影响;采用免疫印迹法(Western blotting)检测虎杖粗提物对Hela细胞caspase 1/3/8/9、PARP(poly ADP-ribose polymerase)以及GSDME(Gasdermin E)等蛋白表达的影响。结果:虎杖粗提物抑制了Hela细胞的增殖,显著抑制Hela细胞的迁移能力,诱导了Hela细胞凋亡,并显著增加了cleaved-caspase 3/8/9、PARP等Hela细胞中凋亡相关蛋白表达水平。结论:虎杖粗提物可以有效抑制Hela细胞的增殖和迁移,可能通过诱导细胞凋亡和导致线粒体功能障碍发挥作用。

药用植物益智的基因组调研及SSR分子标记开发

益智是中国著名的“四大南药”之一,也是海南省道地药材。本研究以Illumina高通量测序技术为基础,通过益智样品的基因组DNA构建350 bp文库,采用Kmer分析方法分析益智基因组大小、重复序列比例和杂合率;采用MISA方法分析可能的SSR分子标记;利用与NT库(Nucleotide Database)进行BLAST比对,分析益智物种多样性。结果显示:益智的基因组大小为2.06 Gb,重复序列比例为77.94%,基因组杂合度为0.38%;在基因组序列中,进行SSR分子标记分析,共鉴定出了409474个SSR,其中,单、双、三核苷酸重复模体的比例较高,分别占比68.16%、19.66%、10.68%;为分析益智的物种多样性,在测序构建的350 bp小文库中,任意筛选10000条单端reads与NCBI核酸数据库比对,发现在已公布的序列信息的物种中,小豆蔻(Elettaria cardamomum)和艳山姜(Alpinia zerumbet)上的reads匹配率较高,分别占比15.96%和10.44%。该研究表明,南药益智的基因组属于大基因组,高重复的复杂基因组结构特征;同时,也为益智的资源保护和遗传多样性分析及品种选育提供了遗传信息支撑。

DAAM2促进VHL的泛素化在肾癌发生发展中的作用

目的探讨蓬乱蛋白相关形态形成活化因子(DAAM2)在肾癌发生发展中的作用。方法采用定量PCR、Western blot、免疫共沉淀等技术系统研究DAAM2基因在肾癌组织中的表达及其对VHL(Von Hippel-Lindau)蛋白稳定性的调节作用;通过CCK8实验和Transwell实验研究DAAM2的过表达或干扰对肾癌细胞的增殖、迁移和侵袭等功能的影响;利用Kaplan-Meier法分析TCGA数据库中肾癌患者肾脏肿瘤组织DAAM2的表达与患者预后的关系。结果定量PCR结果显示DAAM2在肾癌细胞系以及肾癌组织中高表达。体外实验证实DAAM2的过表达促进肾癌细胞的增殖、迁移和侵袭,而抑制DAAM2的表达则产生相反的效应。进一步机制研究表明,在肾癌细胞中DAAM2与VHL相互作用,并促进VHL的泛素化降解;在肾癌细胞中共表达VHL能部分逆转DAAM2的作用。Kaplan-Meier曲线提示DAAM2的高表达与肾癌患者的不良预后相关。结论 DAAM2可能通过促进VHL降解在肾癌发生发展中发挥作用。

核糖体蛋白25(RPS25)通过调节c-Myc促进肾透明细胞癌的发生发展

目的探讨核糖体蛋白25(RPS25)基因在肾透明细胞癌(ccRCC)中的作用。方法利用定量PCR、Western blot和双荧光素酶报告系统检测RPS25基因在ccRCC组织和肾癌细胞系中的表达以及c-Myc基因启动子活性;通过MTS实验和Transwell实验研究RPS25及其下游基因的过表达或干扰对肾癌细胞的增殖、迁移和侵袭等功能的影响;利用Kaplan-Meier法分析TCGA数据库中ccRCC患者中RPS25的表达与预后的关系。结果定量PCR检测发现RPS25在肾癌细胞系和ccRCC组织中的表达上调(P<0.05)。RPS25的下调可抑制肾癌细胞的增殖、迁移和侵袭(P<0.001)。在肾癌细胞中过表达RPS25可通过翻译和转录途径增加c-Myc的表达,且共表达c-Myc能够降低由RPS25干扰导致的肿瘤抑制作用(P<0.01)。Kaplan-Meier曲线显示RPS25的高表达与ccRCC患者的不良预后相关(P<0.01)。结论RPS25作为一个癌基因在ccRCC中发挥功能,对ccRCC的临床诊疗和预后评估具有重要价值。

荧光泛素化细胞周期指示系统及其应用

细胞周期(cell cycle)是细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程,细胞周期分为间期和分裂期。具体来说,分为DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)与分裂期(M期)。肿瘤细胞能进行无限的增殖与分裂,主要与细胞周期失控有关,使其不受正常的生长调控。因而,关注肿瘤细胞周期的监测,对肿瘤的防治非常重要。根据药物与细胞周期的关系,可分为细胞周期依赖性药物(如博来霉素、依托泊苷、紫杉醇等)和细胞周期非依赖性药物(如环磷酰胺、顺铂、氮芥等)。将细胞阻滞在G2期的药物博来霉素,可以达到肿瘤的放疗增敏作用。荧光泛素化细胞周期指示系统(fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator,FUCCI)是将细胞周期特异性蛋白与荧光蛋白融合,通过荧光颜色标记细胞周期,可以实时观察活体细胞周期,在肿瘤细胞生物学中得到广泛的应用。

大黄素抗肿瘤的表观遗传药理学研究进展

表观遗传指不涉及DNA序列改变,却导致可遗传表型变化的现象。表观遗传学调控机制主要包括以下四种形式:DNA甲基化、组蛋白翻译后修饰、染色体结构调控以及非编码RNA调控(noncoding RNA)[1]。染色质修饰(DNA甲基化,组蛋白翻译后修饰)与染色质结构调控经常协同发挥功能,同属于染色质相关的表观调控机制。

虎杖RGF多肽的系统进化分析及其在根发育中的功能研究

目的鉴定与分析了虎杖中RGF多肽序列特征,阐明虎杖RGF多肽对植物根型的调控作用,为虎杖优形优质新品种奠定了理论研究基础。方法利用生物信息学的方法鉴定了虎杖RGF编码基因,并对其基序进行了比对、偏好性分析及系统进化分析。利用模式植物拟南芥根发育的体系,研究了虎杖PcRGF对根发育的影响。结果从虎杖基因组中鉴定出5个RGF基因(PcRGF1-5),系统进化分析表明PcRGF2-5与拟南芥AtRGF1、AtRGF4的亲缘关系较近,聚类为一族。PcRGF1与其他虎杖PcRGF较为分散,同拟南芥AtRGF9、AtRGF6的亲缘关系较近。与对照组相比,PcRGF2及PcRGF5影响根的重力反应,抑制了根的波浪(waving)表型。PcRGF4处理后主根长度相对于对照组显著增加,表明其促进根的生长。结论揭示了虎杖RGF家族的序列特征和系统进化关系,初步探究了虎杖PcRGF的生物学功能,发现虎杖PcRGF具备调控根发育的保守功能。

人参CLE多肽的系统鉴定及其功能分析

CLE(CLAVATA3/Embryo surrounding region-related)多肽对植物根的生长发育具有重要调控作用。本研究采用生物信息学方法对人参CLE基因进行鉴定,对其基序进行了比对、偏好性分析,并采用全长进行了系统进化分析,对人参CLE基序在根的生长发育功能进行初步研究。结果表明,从人参基因组及转录组对应的蛋白库中鉴定出15种人参CLE多肽序列,对应21个基因,命名为PgCLE+数字,其中11种多肽序列为首次报道;多序列比对及偏好性分析表明,人参PgCLE与拟南芥CLE的同源多肽较为一致,但是部分人参CLE在第3位氨基酸上表现出了对A氨基酸的偏好性;系统进化树表明,PgCLE1、PgCLE3、PgCLE5、PgCLE6、PgCLE25a/b、PgCLE26、PgCLE27、PgCLE45a/b/c/d聚类在一起,PgCLE9、PgCLE12、PgCLE14a/b、PgCLE16、PgCLE20、PgCLE41、PgCLE44a/b聚类在一起,均同拟南芥对应的CLE亲缘关系较近;采用人参不定根系统研究发现,PgCLE9、PgCLE14、PgCLE16、PgCLE20、PgCLE26和PgCLE44对人参不定根分支数存在抑制作用,而PgCLE5具有促进作用;采用拟南芥初生根系统研究发现,PgCLE1、PgCLE9、PgCLE14、PgCLE16、PgCLE20和PgCLE26抑制初生根生长显著,而拟南芥bam双突变体则对以上6种PgCLE不敏感,表明受体激酶BAM可能为这6种PgCLE的受体蛋白。本研究对人参的CLE家族序列特征和系统进化关系进行分析,初步探究了人参PgCLE对根生长发育的功能,为人参根型的调控提供理论依据。

南药胆木的基因组调查及SSR分子标记分析

胆木(Nauclea officinalis Pierre.ex Pitard)是中国著名南药,它有着悠久的用药历史。本研究采用Illumina Hi-Seq高通量测序技术,基于K-mer分析手段来研究胆木基因组的大小及杂合度,利用MISA方法分析可能的SSR分子标记。结果表明,胆木的基因组大小为788.38 Mb,杂合度为0.28%,重复序列比例为50.56%。在基因组序列中,进行SSR分子标记分析,共鉴定出了237398个SSR,其中,单、双核苷酸重复模体的比例较高。通过对传统南药胆木的基因组大小、杂合度调查及SSR分子标记分析,为胆木的道地性形成和资源保护及品种选育提供了遗传信息。

基于Illumina高通量测序技术的草豆蔻基因组研究

目的对药食同源植物草豆蔻Alpinia katsumadai进行基因组调研分析,完善草豆蔻基因组遗传信息。方法研究采用Illumina高通量测序技术,基于K-mer分析手段来研究草豆蔻基因组的大小及杂合度,利用MISA方法分析可能的SSR分子标记。结果草豆蔻的基因组大小为1.60 Gb,基因组杂合度为0.44%,重复序列比例为72.72%;在基因组序列中,进行SSR分子标记分析,共鉴定出了364 395个SSR,其中,单、双、三核苷酸重复模体的比例较高,分别占比64.25%、24.05%、10.31%;从测序得到的350 bp文库中,随机取10 000条单端reads,与NT库进行BLAST比对,发现草豆蔻的近缘物种艳山姜Alpinia zerumbet和小豆蔻Elettaria cardamomum上的reads数分别占比对上NT库reads数的12.89%和12.36%。结论通过对草豆蔻植物的基因组大小、杂合度调查及SSR分子标记分析表明,草豆蔻物种基因组属于高重复、大基因组的复杂基因组,这为草豆蔻的资源保护和遗传多样性分析及品种选育提供了遗传信息支撑。

固醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)的剪切机制研究及其在肿瘤中的作用

固醇调节元件结合蛋白1(Sterol regulatory element binding proteins 1,SREBP1)是主要参与胆固醇合成吸收及脂肪酸合成的关键核转录因子,调节体内脂质代谢水平。当胞内固醇水平不足,SREBP1/SCAP复合物由内质网转移至高尔基体进行剪切,释放出bHLH-Zip区域进入核内,与靶基因结合并促进下游胆固醇等相关基因的转录;反之,胞内固醇水平充足,SREBP1/SCAP复合物被滞留在内质网膜上,从而维持脂代谢稳定。