基于模式基因提取的多值编码遗传算法性能改善

本文通过模式基因的提取,即根据种群个体的基因值在种群中的统计量确定统计模式基因,然后通过对统计模式基因的测试搜寻模式基因,并将其在种群中进行传播,有效改变种群搜索的方向,改善多值编码遗传算法的搜索性能。以组合优化的多重选择背包问题为对象验证了本方法的有效性。

保幼激素环氧水解酶基因在蠋蝽滞育过程中的表达模式及其功能研究

保幼激素(juvenile hormone,JH)缺乏是引发昆虫生殖滞育的主要原因,保幼激素环氧水解酶(JHEH)作为JH的主要降解酶,通过调控JH滴度水平在昆虫滞育中发挥重要作用。为研究JHEH在蠋蝽生殖滞育中的调控功能,克隆获得了蠋蝽JHEH基因(AcJHEH),该基因编码452个氨基酸,具有典型环氧水解酶结构特征,无跨膜结构域,存在1个信号肽位点。同源性及系统进化分析结果表明,AcJHEH在不同物种间具有较高保守性,与茶翅蝽(Halyomorpha halys)的JHEH相似性较高,达65.46%。利用RT-qPCR技术测定了AcJHEH在蠋蝽不同组织及滞育不同时期的表达量,发现AcJHEH表达量在滞育诱导期先下降后升高,滞育诱导20 d时表达量最低;滞育初期(诱导40 d)表达量最高,滞育维持期(诱导50~60 d)的表达量稳定在较高水平,与成虫初羽化时水平接近。AcJHEH在滞育蠋蝽的头部表达量最高,其次是中后肠和脂肪体,在卵巢中表达量最低。利用RNAi敲降蠋蝽初羽化成虫的JHEH基因表达后,雌虫体内的卵黄蛋白原(vitelliogenin,Vg)基因表达量上升,卵黄沉积明显,推测滞育诱导期高表达的JHEH基因可能通过抑制Vg基因的表达,抑制卵黄蛋白沉积和卵巢发育,从而促进蠋蝽的生殖滞育。本研究结果为解析JHEH在生殖滞育中的调控作用提供了参考依据。

铁皮石斛糖苷水解酶GH3基因家族鉴定及表达模式分析

利用生物信息学方法对铁皮石斛GH3基因家族成员进行筛选、鉴定,对其基因结构、蛋白理化性质、亚细胞定位、系统进化、蛋白质二级结构及跨膜预测、基序及染色体定位进行分析,同时分析GH3基因家族在不同组织以及低磷与正常磷水平下的表达模式。在铁皮石斛全基因组中筛选得到13个GH3家族基因,其中一个基因存在可变剪切,表达为14个GH3蛋白。GH3基因家族蛋白可分为3个亚家族,各亚家族中不同基因相对保守;各成员均含有内含子与外显子,内含子相位在0~2,13个基因分布在8染色体上。GH3基因家族在铁皮石斛的8个组织中均有表达,其中白根和花蕾表达量高,茎和唇瓣低,推测GH3基因家族可能参与铁皮石斛根系生长以及开花现蕾。低磷与正常磷水平表达结果表明,低磷水平下叶中基因LOC 110110392、LOC 110100144表达上调,根中基因LOC 110095762、LOC 110107269表达上调。该研究对铁皮石斛糖苷水解酶GH3基因家族成员生物信息学、在不同组织以及正常磷与低磷条件下的表达水平进行研究分析,筛选响应低磷信号的糖苷水解酶基因,为后期研究糖苷水解酶参与低磷条件下铁皮石斛多糖代谢调节机制提供研究基础。

白桦BpAMT基因家族鉴定及表达模式分析

[目的]鉴定白桦AMT基因家族成员,分析AMT基因的表达模式。[方法 ]本研究利用生物信息学方法鉴定了该家族成员并通过实时荧光定量技术分析其基因表达模式。[结果 ]从白桦基因组中鉴定了9个AMT家族成员,并将其分为AMT1和AMT2两个亚家族,分别命名为BpAMT1.1~1.4和BpAMT2.1~2.5;BpAMTs氨基酸残基数为384~522个,等电点为4.61~8.16,均定位于质膜与细胞器膜上;BpAMT基因不均匀的分布在5条染色体上,且成员间存在串联重复现象。BpAMT基因的表达具有组织部位特异性,呈现叶>根>茎趋势;同时发现,硝酸钾、氯化铵、茉莉酸甲酯、赤霉素、脱落酸、氯化镉、干旱、4℃和日变化等均可以影响BpAMT基因表达,且不同处理下家族成员的响应程度存在差异。[结论 ]从白桦中鉴定9个BpAMT基因,聚类为两个亚家族,在调节氮素吸收转运、响应激素信号及非生物胁迫中发挥不同的作用,该研究结果为深入解析BpAMT基因在白桦生长发育和抵抗逆境中的功能奠定基础。

磨牙牙根发育模式基因1在大鼠多脏器中的表达及其结构分析

目的了解磨牙牙根发育模式基因1（molar root patterning gene 1，Mrp1）的组织表达特征并对其结构进行预测、分析，从而为进一步研究磨牙牙根发育模式基因1的功能奠定基础。方法通过反转录聚合酶链反应（RT-PCR）方法对Mrp1基因的表达情况进行研究，并通过染色体分析、基因组定位及其他生物信息学手段对该基因进行结构分析。结果经RT-PCR检测发现，Mrp1 mRNA除了在大鼠磨牙牙胚组织表达外，在发育中的胰、肝、肺、肾组织中也有表达；生物信息学分析显示，Mrp1定位于大鼠18号染色体长臂18q12．3区，且Mrp1蛋白序列同尿道上皮细胞分化标志膜蛋白Uroplakin Ⅲb（p35）有37％的同源性，跨膜区分析及序列疏水性分析都印证了Mrp1蛋白质序列的第10～40位氨基酸间有一段跨膜序列及疏水区域。结论Mrp1基因编码产物可能是C端带有多个磷酸化位点的跨膜蛋白，且在多个脏器的发育中可能具有一定的生物学意义，值得进一步研究。

西安交大科研团队开发多阶段单细胞转录数据的动态表达基因识别统计方法

近日,西安交通大学公共卫生学院孙世权教授团队在《基因组生物学》(Genome Biology,IF=12.30)上发表了《用TDEseq高效准确检测多样本多阶段单细胞转录组学数据中的时间基因表达模式》(Powerful and accurate detection of temporal gene expression patternsfrom multi-sample multi-stage single-cell transcriptomics data with TDEseq),作者开发了一种高效灵活的非参数方法,用于检测多个时间点上的基因表达模式。

水稻WRKY80转录调节蛋白基因的分离与表达模式

【目的】分离水稻WRKY80,分析其编码蛋白的序列结构特征,了解其在各器官中以及病原接种、激素处理下的表达模式,为阐明其生物学功能奠定基础。【方法】基于水稻基因组数据库注释的Loc_Os03g63810基因的编码序列设计特异引物,用RT-PCR法从茉莉酸甲酯(MeJA)处理的水稻叶片中克隆WRKY80 cDNA序列,运用生物信息学手段对推定的蛋白和启动子序列进行分析,用Northern杂交或实时荧光定量PCR方法研究基因的表达模式。【结果】获得了WRKY80 cDNA序列,长1 392 bp,包含1个长1 164 bp的完整开放读码框,编码387个氨基酸。WRKY80具有1个典型的WRKY保守结构域,锌指类型为C2H2,归类于WRKY第Ⅱ组;C-端为酸性结构区,且含连续的6个谷氨酰胺和8个丝氨酸,提示具有转录激活活性;预测其定位于细胞核。WRKY80与玉米和高粱等单子叶植物WRKY的氨基酸序列同一性较高。WRKY80在各器官中组成性表达,在叶、根和穗中表达丰度较高,花中次之,在茎和颖果中丰度较低,且表达具有发育阶段相关性,在成熟叶、根中的表达分别高于幼叶和幼根;受稻瘟病菌、纹枯病菌、MeJA和乙烯利诱导表达,而水杨酸对其表达无影响。其表达模式与启动子顺式元件预测分析的结果基本一致。【结论】WRKY80具有转录因子的结构特征,推测其可能通过茉莉酸/乙烯介导的信号途径参与水稻的防御反应,也可能参与发育调控。

小菜蛾热休克蛋白基因的鉴定及其表达模式分析

热休克蛋白(heat shock protein,HSP)在昆虫应对外界胁迫刺激时起着重要作用。为了系统研究小菜蛾Plutella xylostella HSP基因家族,根据家蚕的HSP蛋白序列,采用本地Blast程序对小菜蛾全基因组数据库进行同源序列检索,从小菜蛾基因组数据库中鉴定了25个HSP基因,包括2个HSP90、8个HSP70和15个sHSP(small heat shock protein,sHSP)基因。小菜蛾、家蚕Bombyx mori、黑腹果蝇Drosophila melanogaster和赤拟谷盗Tribolium castaneum的HSP系统进化分析显示,昆虫的小分子量热休克蛋白sHSP具有很强的种属特异性,HSP70家族的保守性比sHSP强。小菜蛾HSP基因表达模式分析显示,与敏感品系对比,抗性品系(抗毒死蜱和抗氟虫氰品系)中HSP基因具有不同的表达模式。小菜蛾1,2和3龄幼虫HSP基因表达模式较为接近,而与4龄幼虫中的表达模式相差较大;4龄幼虫和蛹中的表达模式相近;雌成虫和雄成虫中的表达模式显著不同,与果蝇精子形成有关的两个热休克蛋白HSP23和HSP27基因[分别为CCG003980.1(Px23.5)和CCG005412.2(Px27.5)],在小菜蛾雄成虫中的表达量显著高于雌成虫。研究结果表明小菜蛾HSP基因不仅在杀虫剂抗性、发育分化,甚至在生殖上均可能起着重要的作用。本研究为深入研究小菜蛾HSP与生长发育、抗逆行为的相互关系奠定了基础。

模式生物基因组研究进展

我们重点介绍了模式生物基因组计划的研究进展情况 ,以阐明其基因组的结构、功能以及生物进化关系间的普遍规律 ,从而揭示生命的本质及生物间的相互联系。同时明确模式生物在比较基因组学研究中的地位和作用 ,为研究高等生物特别是人类的生、老、病。

2型糖尿病相关基因在人和食蟹猴外周血白细胞中的表达模式

2型糖尿病(T2DM)是一种多因素相关的复杂的代谢性疾病。采用实时PCR技术了解51个T2DM相关基因mRNA在健康和糖尿病人/食蟹猴外周血白细胞中的表达模式。结果表明,与健康组相比,糖尿病猴中有34个基因表达量差异显著(P<0.05),约为66.7%,其中24个基因表达上调(P<0.05);而糖尿病人中有26个基因表达量差异显著(P<0.05),约为50.1%,其中16个基因表达上调(P<0.05),这些基因表达受到糖代谢、脂肪代谢、炎症等方面的影响。糖尿病人与食蟹猴样本中有18个基因都存在差异性表达(P<0.05),表达模式基本一致。因此,食蟹猴可以作为研究糖尿病的较理想的模式动物,外周血白细胞基因的表达模式可以为糖尿病早期诊断和预后评价提供重要指标。

cDNA微阵列检测萌发期水稻重要代谢基因表达模式

使用含 2 2 0 0条水稻表达序列标签的 c DNA微阵列检测了萌发期水稻胚芽、胚轴 (含糊粉层和盾片 )、胚根的基因表达模式 ,得到 10 32个有效的基因表达数据。其中 ,在胚芽、胚根、胚轴中特异表达的基因数分别为 5 5、10 6和 36个。以胚轴为参比 ,70个基因在胚芽、胚根中均表达上调 ,包括延伸因子 1和多个核糖体蛋白基因 ,这些基因与顶端生长点的细胞分化和生长有关。胚轴特异表达的基因有 36个 ,大部分参与胚乳贮藏物质的代谢 ,如聚泛蛋白基因。

重庆地区肝细胞癌P53基因突变模式的研究

目的 从分子流行病学角度上分析重庆地区肝细胞癌致病因素。方法 采用PCR RFLP ,PCR SSCP和PCR双链测序技术检测肝细胞癌基因突变模式。结果 在 135例肝细胞癌中发现 2 5例存在P5 3基因第 2 49例密码子第 3碱基GT的颠换突变 ,突变率为 18 5 % ;P5 3基因 5、6、7和 8外显子总的突变率为 5 0 % (14/ 2 8) ,其突变模式为突变散在于各外显子。结论 重庆地区肝细胞癌的发病有AFB1的参与 ,但AFB1暴露于易感人群的量不太高 。

DAPK基因甲基化模式在白血病诊断中的价值初步研究

目的:筛选抑癌基因DAPK特异的甲基化模式并评价其作为白血病诊断分型标志物的价值。方法:通过亚硫酸氢盐测序法(BSP)分析DAPK基因启动子区Cp G岛在正常人外周血白细胞和HL-60、U937及Jurkat白血病细胞株中甲基化的状态及模式,选择特异的甲基化位点应用甲基化特异性PCR法(MSP)在白血病细胞株和患者外周血标本中验证DAPK基因异常甲基化模式诊断白血病的效能。结果:DAPK基因Cp G岛不同细胞基因组甲基化模式图谱显示,在正常细胞基因组中去甲基化程度高于白血病细胞株,各白血病细胞株甲基化模式存在差异,能找到特异的Cp G甲基化位点并应用MSP检测区分HL-60与其它3种细胞,而临床标本中MSP检测可区分急性非淋巴细胞白血病(ANLL)与其他类型白血病,其诊断的灵敏度、特异度和准确度分别为59.1%、100%和82.7%,没有发现MSP甲基化诊断与临床病理分型之间的关系。结论:DAPK基因启动子区异常甲基化模式作为白血病诊断分型的潜在肿瘤标志物之一,丰富了白血病诊断的方法,为今后寻找各类肿瘤甲基化标志物提供了思路并奠定了研究基础。

补肾、活血类复方对老年大鼠T细胞凋亡相关基因表达调控模式的比较研究

目的 :探讨两个补肾复方 (右归饮和补肾益寿胶囊 )及活血复方下调老年大鼠T细胞凋亡的基因调控模式。方法 :用TUNEL标记的流式细胞检测和荧光实时定量RT PCR技术 ,研究老年大鼠和年轻大鼠T淋巴细胞抗凋亡和促凋亡基因 (Fas、FasL、Bcl 2、Bax、TNFR1、TNFR2 )的表达以及凋亡级联反应中半胱氨酸蛋白酶 (如Caspase8和Caspase3)活性的差异 ,及比较两个补肾复方和活血复方对老年大鼠T细胞抗凋亡和促凋亡基因表达的调控以及对Caspase活性的影响。 结果 :两个补肾复方均能够有效地降低老年大鼠T细胞的过度凋亡 ,下调FasL及TNFR1基因的转录和Caspase8及Caspase3的活性。而活血复方对于T细胞的过度凋亡无显著作用。结论 :激活诱导的T细胞过量凋亡与肾虚密切相关 ,两个补肾复方均可下调促凋亡基因FasL和TNFR1的转录 ,从而抑制老年大鼠过度的T细胞凋亡 ,是补肾法所特有的对老年T细胞凋亡相关基因的调控模式。

地中海仙客来叶纹变异及其基因控制模式

为了探索地中海仙客来叶纹遗传及选育优良新品种,对6个不同叶纹的类型进行了自交测定,根据其子代分离情况,对其叶纹基因组成进行了研究。结果表明:B型、M型自交后代,100%均为B型及M型,F型、H型、X型、L型则出现性状分离,其分离规律说明地中海仙客来叶纹性状受微效多基因控制,每一位点由一对等位基因RL或RB占据,其中RL基因使叶片表现型为绿色,RB使叶片表现型为银白色。当某一位点的基因型为RLRL时,叶片表现为深绿色;基因型为RLRB,叶片表现为绿色;基因型为RBRB,叶片表现为银白色,各位点的集合图案则形成了不同类型的叶纹。叶纹变异的基因控制模式是未来选育地中海仙客来优良新品种的基础。

松墨天牛肌球蛋白轻链2基因的鉴定及表达模式

为阐明松墨天牛肌肉收缩机理和相关基因表达模式,用构建c DNA文库方法,从松墨天牛c DNA中克隆到松墨天牛肌球蛋白轻链2基因,命名为Ma MLC-2（Gen Bank：KM371003）。该基因c DNA为882 bp,其中开放阅读框（ORF）为618 bp,编码205个氨基酸,推测的蛋白等电点为4.66,分子量为22.26 k Da。Ma MLC-2的氨基酸序列与赤拟谷盗同源性最高,为96%,与东方蝼蛄等8种昆虫同源性为85%-88%。松墨天牛与赤拟谷盗处在系统发育树的同一分支上。Ma MLC-2属于亲水性氨基酸,存在2个EF-hand结构域,长度均为29个氨基酸,其中第1个EF-hand结构域含有Ca2＋结合位点。SWISS-MODEL预测结果显示,Ma MLC-2有2个螺旋-环-螺旋结构。用RT-q PCR分析了Ma MLC-2基因的相对表达量,结果显示：蛹和幼虫的表达量高于成虫;成虫中足表达量最高,腹部表达量最低,各部位均有表达,且有显著差异（P〈0.05）。

全基因组范围禾本科植物GPX基因家族的进化分析和表达模式研究

【目的】研究禾本科植物谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）基因家族的序列及其在正常生长和胁迫条件下的表达差异,为揭示GPX基因在植物抵抗逆境胁迫中的作用奠定基础。【方法】利用生物信息学方法,分析水稻、短柄草、高粱中18个GPX基因的序列特点、基因结构和系统进化关系;采用反转录PCR（RT-PCR）方法,分析18个GPX基因在正常生长以及1-氯-2,4-二硝基苯（CDNB）、双氧水（H2O2）、莠去津（Atrazine）和水杨酸（SA）处理后,水稻、短柄草和高粱的根、茎、成熟叶、幼叶、叶鞘,以及正常生长条件下发芽2d后幼苗根和芽中的表达情况。【结果】从水稻、短柄草和高粱基因组中分别鉴定出6,5,7个GPX基因,这些基因编码长度为168-251个氨基酸的蛋白,分子质量介于18.44-27.42ku。系统发生分析发现,3个物种至少有7个最近的共同祖先GPX基因,物种分化之后水稻和短柄草分别丢失1个和2个GPX基因。序列相似性分析发现,3个物种GPX蛋白具有较高的序列相似性,介于38.0%-95.2%,且不同基因簇中GPX序列的分化速率不同。3个物种GPX基因具有保守的基因结构,但SbGPX7发生了内含子插入事件,预示着其与其他GPX基因之间功能的分化。表达模式分析发现,3个物种的18个GPX基因中有15个在所有检测样品中均为组成型表达,3个GPX基因（水稻2个、高粱1个）为选择性表达,表达模式的分化预示着功能的分化。【结论】作为植物保护细胞免受氧化损伤的重要酶类,禾本科3个物种的GPX基因在进化过程中发生了功能分化。

基因表达模式分析及软件系统

研究和实现了 4种基因表达模式的聚类方法 ,开发了基因表达模式分析软件系统 .该软件包含了两两平均连锁聚类法、系统聚类法、自组织特征映射法和模糊聚类等聚类算法 ,其中模糊聚类算法是首次用于基因表达模式分析 .该软件同时具有数据过滤、多种相似性度量选择、聚类方法选择和结果可视化等功能 .对于同一组基因表达数据 ,可通过不同的聚类算法的组合 ,提供更多的基因分类信息 。

籽鹅卵巢组织中雌激素受体基因表达模式的研究

雌激素是重要的生殖激素之一，其作用的发挥受雌激素受体（estrogen receptor，ESR）介导。因此，研究雌激素受体表达的动态变化规律对阐明鹅卵巢发育和产蛋的分子调控机制具有重要意义。研究利用实时定量PCR技术检测发育期和产蛋期籽鹅卵巢组织中雌激素受体1（ESR1）和雌激素受体2（ESR2）表达的动态变化，为鹅卵巢组织中雌激素及其受体调控机理的研究奠定基础。