一种新的β-珠蛋白基因内含子Ⅱ碱基缺失和插入突变的基因型和表型分析

目的:分析β-地中海贫血的基因型,明确是否存在新的突变。方法:对病例进行血液学分析、血红蛋白(Hb)分析及荧光PCR及DNA测序分析地中海贫血基因突变类型。结果:共194例确诊为β-地中海贫血,其中1例为新的β-珠蛋白基因内含子Ⅱ基因突变杂合子。病例男患儿,2岁,临床有轻度贫血。Hb分析结果Hb A 92.9%,Hb A2、Hb F均升高,Hb A2为4.2%,Hb F为2.9%。基因分析显示为杂合子β-珠蛋白基因IVS-Ⅱ-561至IVS-Ⅱ-562有1个碱基缺失和13个碱基插入突变,基因突变类型为IVS-Ⅱ-561-562(-1 bp,+13 bp)。结论:新的β-珠蛋白基因IVS-Ⅱ-561至IVS-Ⅱ-562突变的杂合子导致β-地中海贫血,临床表现为轻度贫血,Hb A2水平升高。

牦牛MSTN基因内含子Ⅱ遗传多样性研究

利用PCR-SSCP技术研究了5个牦牛群体共计401头个体的MSTN基因第2内含子的多态性。结果表明:牦牛MSTN基因第2内含子存在多态性,测序发现该片段第192 bp处有一个A到G的单碱基突变。所检测的5个牦牛群体中,除新疆巴州牦牛群体未检测到AA基因型,其他4个群体中均发现AA、AB和BB 3种基因型,大通牦牛、甘南牦牛、青海高原牦牛群体中均以BB型为优势基因型,而天祝白牦牛和新疆巴州牦牛则以AB为优势基因型。不同牦牛群体中均检测到A,B两个等位基因,并且B基因频率均高于A基因频率,B等位基因为各牦牛群体中的优势等位基因。各群体经过χ2检验,在该基因座上,甘南牦牛、天祝白牦牛、青海高原牦牛3个群体处于Hardy-Weinberg平衡状态(P>0.05),大通牦牛、新疆巴州牦牛两个群体处于不平衡状态(P<0.05)。分析了5个牦牛群体的遗传结构,发现大通牦牛的基因杂合度、有效等位基因数、多态信息含量等均最低,分别为:0.171,1.207,0.157;而天祝白牦牛的基因杂合度,有效等位基因数、多态信息含量等均最高,分别为:0.490,1.961,0.370;新疆巴州牦牛的基因杂合度、有效等位基因数、多态信息含量等均略低于天祝白牦牛。

内含子Ⅱ的作用机制和演化

内含子是广泛存在于原核生物的叶绿体、线粒体以及真核生物基因组中的非编码DNA序列,但其含有的调控元件却常常影响基因的表达效率。内含子的自我剪接在mRNA的成熟过程中起着重要作用,内含子也可利用逆转录剪接作用插入到同源或异源DNA中,同时也常常通过“外显子改组”来促进基因进化。文章重点介绍了近年来在内含子Ⅱ作用机制及演化方面研究的最新进展。

绵羊GDF-8内含子Ⅱ的克隆及测序

在世界上首次对绵羊GDF - 8内含子Ⅱ进行了克隆及测序 .结果表明 ,绵羊GDF - 8内含子Ⅱ的全序列全长为 2 0 4 6pb ,与猪的内含子Ⅱ比较后发现 ,两者之间的同源性仅为 57% ,两者的序列长度相差 69bp .该序列已录入Genbank ,检索号为AF2 66758.

绵羊MyoG基因内含子Ⅱ多态性及其与生长性状的关联分析

【目的】分析肌细胞生成素(myogenin,MyoG)基因内含子Ⅱ的多态性及其对绵羊生长性状的影响,筛选对绵羊生长发育有显著影响的分子标记,以期为绵羊的分子育种提供参考。【方法】选取大尾寒羊、小尾寒羊、豫西脂尾羊、湖羊、杜泊羊5种绵羊为研究对象,采用PCR-RFLP技术对MyoG基因内含子Ⅱ(Eco72Ⅰ)进行基因分型,利用PopGene32软件计算绵羊MyoG基因内含子Ⅱ的群体遗传多样性,利用SPSS 17.0软件对不同基因型与绵羊生长性状进行关联分析。【结果】小尾寒羊、杜泊羊、湖羊群体中MyoG基因内含子Ⅱ均存在3种基因型:AA(368/540 bp)、AB(908/368/540 bp)和BB(908 bp);大尾寒羊和豫西脂尾羊群体中仅检测到2种基因型:AB(908/368/540 bp)和BB(908 bp)。大尾寒羊、小尾寒羊、豫西脂尾羊、湖羊、杜泊羊的AB基因型频率分别为0.845、0.633、0.917、0.706和0.811,BB基因型频率分别为0.155、0.033、0.083、0.176和0.054,AA基因型频率分别为0、0.333、0、0.118和0.135。小尾寒羊的杂合度最低(0.455),杜泊羊的杂合度最高(0.497),表明杜泊羊的遗传多样性要高于其他群体;5个群体多态信息含量(PIC)均为中度多态(0.25<PIC<0.5)。关联分析发现,小尾寒羊MyoG基因内含子ⅡBB基因型个体胸围、胸宽、头长、颈长均显著低于AA、AB基因型(P<0.05)。【结论】MyoG基因内含子ⅡEco72Ⅰ位点可作为影响绵羊生长性状的分子标记,结果可为今后绵羊生长性状的分子标记辅助选择提供参考。

Ⅱ型内含子序列统计规律分析及二级结构预测

选取20条线粒体和10条叶绿体intron RNA domain(内含子RNA区域)为I1的Ⅱ型内含子一级序列进行序列比对和统计规律分析,结果表明:线粒体和叶绿体Ⅱ型内含子一级序列的长度总体来说基本一致,两者嘌呤的含量明显高于嘧啶的含量。统计两者的Ⅱ型内含子一级序列的保守序列片段的规律,并预测出Ⅱ型内含子的二级结构。

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Introns)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(groupⅡintron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质(内切核酸酶活性和逆转录酶活性).本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径.

Ⅱ型内含子介导的基因打靶技术及应用前景

Ⅱ型内含子除具有核酶的特性之外,还可作为一种可移动的元件特异性地转移到基因组序列中,其转移过程需要内含子RNA和内含子编码蛋白质(IEP)来识别靶标位点,内含子已经作为一种新型的基因打靶工具应用于原核生物的基因插入失活和特定的基因敲除,并在真核生物基因组的功能基因组学和基因治疗中展现了广阔的应用前景。

内含子编码蛋白Mg2+结合位点功能分析及验证

旨为筛选并构建II型内含子编码蛋白Mg2+结合位点突变体,验证该位点突变对II型内含子“归巢”效率的影响。利用生物信息学技术筛选关键位点,利用定点突变技术构建突变体,利用Targetron及蓝白斑计数法验证其“归巢”效率。结果显示,筛选到D308和D309两个位点是II型内含子编码蛋白Mg2+结合的核心催化位点,并成功构建该位点的三种突变体,包括两个单点突变体(D308A和D309A)和一个双点突变体(D308A/D309A),大肠杆菌体内实验结果表明,三种突变体均完全失活了II型内含子的“归巢”功能。证实了II型内含子编码蛋白Mg2+结合位点是其发挥功能的核心催化位点。

高等植物细胞器Ⅱ类内含子剪接的研究进展

Ⅱ类内含子是一类自我剪接内含子,存在于真菌、细菌及古细菌中,在植物细胞器中尤为普遍。典型Ⅱ类内含子的剪接与剪接体内含子类似,由内含子RNA及其编码的成熟酶介导完成。高等植物细胞器中,Ⅱ类内含子成熟酶的结构发生变异,导致自剪接功能丧失,需要核编码蛋白因子辅助完成其剪接过程。自第一个参与叶绿体Ⅱ类内含子剪接的核编码蛋白被发现以来,越来越多的参与高等植物细胞器Ⅱ类内含子剪接的核编码蛋白因子被报道。本文就高等植物细胞器Ⅱ类内含子的分布、结构、剪接方式,尤其参与它们剪接的核编码蛋白因子作一综述。

细菌Ⅱ组内含子(GroupⅡ intron)的转移机制

约14年前在真核生物中发现的Ⅱ组内含子不仅具有催化功能,而且是可移动的逆转录元件。近年来研究发现细菌中也有可移动的Ⅱ组内含子,它们能够逆转录归巢进入同源无内含子的等位基因位点或者逆转录转座进入非等位基因位点。本文试图从细菌Ⅱ组内含子编码蛋白的活性功能域的组成与Ⅱ组内含子转移发生途径之间的联系,综述已知细菌Ⅱ组内含子主要的移动机制。同时,依据作者多年来研究海洋蓝细菌Ⅱ组内含子编码蛋白对Ⅱ组内含子剪接机理的结果,探讨了海洋蓝细菌Ⅱ组内含子是否会发生转移以及可能的转移方式,探讨了Ⅱ组内含子在生物基因组中发生转移的生物学意义。

Ⅱ型内含子及其生物技术应用研究进展

型内含子(groupⅡintrons)是一类具有自我剪接功能的核酶,能够通过“归巢”(retrohoming)机制高频插入到DNA靶位点。Ⅱ型内含子对DNA靶位点的识别和剪接具有高度专一性和高效性,这种特性使其在基因工程中具有重要的应用价值。文中首先综述了Ⅱ型内含子基因打靶原理及其在微生物遗传改造中的应用;然后,根据Ⅱ型内含子“归巢”特点及其依赖高浓度Mg2+的特性,分析了Ⅱ型内含子在多功能基因编辑及真核生物应用中的局限性;最后,以笔者课题组研究工作为基础,结合Ⅱ型内含子自身结构特点,分析了Ⅱ型内含子在新型基因编辑工具开发方面的潜能,为Ⅱ型内含子生物技术应用提供借鉴。

嗜热Ⅱ型内含子Tel3c/4c-RT结构域活性位点分析

【背景】嗜热Ⅱ型内含子是一类由内含子RNA和内含子编码蛋白(intron encoded protein,IEP)组成且在高温条件下能够在染色体上高频移动的反转录转座子,目前已被开发为高效基因打靶工具Thermotargetron,阐明其活性催化位点,对深入研究其“归巢”机制及开发新型遗传工具具有重要意义。【目的】筛选嗜热Ⅱ型内含子Tel3c/4c-RT结构域关键活性位点,并获得失活反转录功能的内含子编码蛋白突变体。【方法】先利用生物信息学技术分析并筛选可能影响Tel3c/4c-RT反转录功能的关键氨基酸位点;然后对筛选到的关键氨基酸位点进行定点突变,并以Thermotargetron质粒为基础构建失活反转录功能的突变型嗜热Ⅱ型内含子打靶系统;最后以大肠杆菌lacZ基因为例,通过蓝白斑计数分析突变型Thermotargetron系统的打靶效率,体内验证Tel3c/4c-RT结构域关键活性位点突变对嗜热Ⅱ型内含子打靶效率的影响。【结果】共筛选到15个可能影响反转录活性的氨基酸位点,包括D194、I195、S196、G197、C198、F199、Q241、G242、R274、Y275、A276、D277、D278、L324和G325。其中,当G242和R274这2个位点突变后,嗜热Ⅱ型内含子Tel3c/4c的“归巢”效率几乎完全丧失,表明G242和R274是影响嗜热Ⅱ型内含子Tel3c/4c-RT结构域反转录功能的最核心催化位点。【结论】筛选并获得影响嗜热Ⅱ型内含子Tel3c/4c-RT结构域反转录功能的关键催化位点,为深入研究嗜热Ⅱ型内含子的“归巢”机制及其功能应用开发奠定了良好的基础。

perR基因的敲除对丙酮丁醇梭菌摇瓶发酵的影响

为了提高丙酮丁醇梭菌对分子氧的耐受能力,降低厌氧发酵环境,构建了超氧化物阻遏蛋白(PERR)基因敲除的工程菌株。应用Ⅱ组内含子敲除系统,PCR克隆perR-Targetron基因与载体连接构建敲除质粒pSYperR,电转化丙酮丁醇梭菌C.acetobutylicum ATCC 824,PCR筛选验证获得突变菌株C.acetobutylicum ATCC 824-ΔperR,采用摇瓶发酵对其突变菌株进行发酵性能研究。结果表明:静止状态发酵丁醇C.acetobutylicum ATCC824-ΔperR比C.acetobutylicum ATCC 824丁醇产量提高7.89%,摇床转速为200 r/min时,C.acetobutylicum ATCC824-ΔperR的丁醇产量是C.acetobutylicum ATCC 824的3.34倍。研究表明,通过Ⅱ组内含子敲除系统,构建的C.acetobutylicum ATCC824-ΔperR在发酵过程中降低了氧分子的伤害,不需要严格的厌氧条件,从而降低发酵成本。

Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因插入失活载体的构建

合成气/富CO废气发酵制乙醇是一项新的乙醇生产技术。该技术能以生物质、有机废物气化产生的合成气(主要成分CO,CO2和H2)或炼钢厂的废气为原料,利用特殊的微生物将其发酵为乙醇,因而在生物质、富CO废气及一些有毒或难降解的有机废物利用上将发挥重要作用。Clostridium ljungdahlii是最早发现也是研究得最多的合成气乙醇发酵菌株,其全基因组序列已报道。乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶是Clostridiumljungdahlii乙醇合成过程中催化乙酸/乙醛转化的一个重要的酶。本研究根据Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因序列设计了Ⅱ型内含子插入识别位点及相关引物,其最适插入位点为基因的有义链第360与361位核苷酸之间,之后采用重叠延伸PCR法扩增了内含子的IBS,EBS1d和EBS2序列,在质粒pMTL007的基础上构建了用于Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因插入失活的质粒pMTL007-Clj-aor-360s,经酶切和DNA测序验证,再转化含质粒pMCljS的大肠杆菌E.coli XL1-blue,利用氯霉素和奇霉素双抗性筛选获得了经甲基化修饰的目的质粒,可用于下一步电转化Clostridium ljungdahlii以构建Clostridiumljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因失活的基因工程菌。

大肠埃希菌JM109表面抗原Ag43基因敲除与鉴定

目的敲除大肠埃希菌JM109表面抗原43(Ag43)基因并对其进行鉴定。方法采用Sigma公司的TargeTron基因敲除系统和Ag43基因特异设计的PCR引物扩增获得突变Ⅱ组内含子RNA蛋白复合体(RNP)基因序列,然后将这段基因序插入表达RNP的质粒pACD4K-C中,获得Ag43特异的重组RNP质粒pACD4K-Ag43。最后将pACD4K-Ag43转化JM109,经过IPTG诱导表达将Ⅱ组内含子插入Ag43特异的部位。结果通过软件分析发现插入Ⅱ组内含子的最佳位点位于碱基1 812和1 913之间,琼脂糖凝胶电泳发现PCR扩增的突变Ⅱ组内含子RNP基因序列分子量大小和预期值(350bp)相一致,用NheⅠ和HindⅢ二种酶切分析重组质粒pACD4K-Ag43结果和预期值相符,PCR扩增相应产物和基因测序显示Ⅱ组内含子特异地插入Ag43基因碱基序列的1 812/1 913位点。结论成功地将大肠埃希菌JM109中的基因敲除,为更进一步深入研究Ag43基因的功能和将其作为制备重组Ag43嵌合蛋白的宿主菌奠定了基础。

L1.LtrB内含子编码蛋白反转录结构域关键催化位点分析及功能验证

【目的】筛选影响Ll.LtrB内含子编码蛋白(Intron encoded protein,IEP)反转录功能的关键催化位点,并获得无反转录活性的IEP突变体。【方法】首先,利用NCBI数据库,通过序列比对及同源建模方法筛选影响IEP反转录功能的关键氨基酸催化位点;然后,对筛选获得的关键催化位点进行定点突变,同时以Targetron载体为模板,构建无反转录功能的突变型Targetron打靶系统;最后,以大肠杆菌lacZ基因为例,体内验证IEP突变体的功能及其对Ⅱ型内含子"归巢"效率的影响。【结果】筛选到C164和G214两个位点是影响内含子编码蛋白反转录功能的关键氨基酸残基,并获得C164K和G214W两个突变体。体内功能分析表明,此两个位点突变完全失活了Ⅱ型内含子的"归巢"功能。【结论】筛选并获得了失活反转录功能的Ll.LtrB内含子编码蛋白突变体,为深入研究Ⅱ型内含子的结构和"归巢"机理奠定了基础。

碳源对manA基因突变大肠杆菌代谢的影响

ManA基因编码的甘露糖-6-磷酸异构酶在大肠杆菌中催化D-甘露糖和D-果糖的异构化,促进大肠杆菌对碳源的代谢吸收。本文通过研究manA基因突变大肠杆菌对碳源的利用和编码糖代谢基因情况,探讨甘露糖-6-磷酸异构酶对大肠杆菌糖代谢的影响。采用Ⅱ型内含子逆转录突变方法构建manA基因突变大肠杆菌,分析manA基因突变大肠杆菌对不同碳源的利用情况和manA基因突变对大肠杆菌糖代谢相关基因表达的影响,结果显示,大肠杆菌BL21(DE3)ΔmanA以甘露糖、果糖为碳源时,菌株生长受到显著抑制;以淀粉为碳源时,BL21(DE3)ΔmanA菌株的生长显著优于野生型大肠杆菌;以葡萄糖为碳源时,manA基因突变对大肠杆菌的生长无显著影响。通过基因表达分析,发现大肠杆菌BL21(DE3)ΔmanA中甘露糖代谢相关基因的表达显著性降低;果糖代谢途径中6-磷酸果糖激酶Ⅰ亚基的编码基因(pfkA)显著下调表达;水解淀粉的α-淀粉酶编码基因(malS)显著性上调表达。ManA基因突变影响大肠杆菌甘露糖、果糖和淀粉代谢途径中相关基因的表达,从而影响大肠杆菌对碳源的利用。

大肠杆菌Targetron基因打靶载体构建及应用

目的:构建基于细菌Ⅱ型内含子的Targetron基因打靶载体,并在大肠杆菌中验证其功能。方法:以构建的pSY7载体为基础、以大肠杆菌lacZ基因为例,选择lacZ-1683a和lacZ-1874s位点为靶位点,利用在线设计软件设计打靶引物,通过重叠延伸PCR方法获得特异性打靶序列,并将其克隆到pSY7载体,获得pSY7-lacZ-1683a和pSY7-lacZ-1874s打靶载体,转化大肠杆菌后利用异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)诱导插入型内含子的表达,最后利用菌落PCR和蓝白斑计数法验证其功能及打靶效率。结果:成功构建了pSY7-lacZ-1683a和pSY7-lacZ-1874s两种Targetron打靶载体,通过0.5 mmol/L IPTG诱导45 min后,菌落PCR显示Ⅱ型内含子能特异性插入到lacZ-1683a、lacZ-1874s位点,蓝白斑计数显示lacZ-1683a位点的打靶效率为(14.299±1.271)%,lacZ-1874s位点的打靶效率为(9.217±1.024)%。结论:构建的Targetron打靶载体能够特异性的插入大肠杆菌染色体靶位点。

温度诱导Targetron系统用于大肠杆菌高效基因失活

构建基于Te I3c/4c嗜热二型内含子的温度诱导Targetron基因失活系统(Thermotargetron),并应用于中温微生物基因编辑。在大肠杆菌HMS174(DE3)基因组中,选择Subunitofflagellum基因(fliC)和C4dicarboxylate orotate:H+symporter基因(dctA)为靶基因。根据Te I3c/4c DNA识别规则,在fliC和dctA基因中选择fliC489a、fliC828s、fliC1038s和dctA2a位点为基因打靶位点。使用重叠延伸PCR方法,基于pHK-TT1A质粒构建打靶载体。打靶载体转化HMS174菌株,对数期转化子培养液48℃热激1h后涂布于氯霉素抗性LB平板上。使用菌落PCR和DNA测序检测突变株并计算基因失活效率。获得突变株后,通过琼脂穿刺和碳源代谢实验,鉴定ΔfliC、ΔdctA突变株表型变化。菌落PCR测序结果表明,Te I3c/4c插入到fliC和dctA基因设计位点,且打靶效率高达100%。突变株表型验证实验表明,ΔfliC突变株运动能力显著下降,ΔdctA突变株苹果酸代谢能力缺失。综上所述,文中建立了一套适用于嗜中温微生物的温度诱导型、高效基因失活系统,该系统可通过控制宿主菌在48℃保温时间实现高效、靶向、精准基因失活。