苹果微型反向重复转座元件(MITE)的分离与鉴定

【目的】从苹果基因组中分离微型反向重复转座元件(MITE),研究其对苹果基因组进化的作用。【方法】利用PIF转座酶简并引物扩增苹果PIF转座酶基因,采用染色体步移技术获得PIF转座酶基因的未知侧翼序列,使用EMBOSS的Eiverted软件查找靶位点重复(target site duplication,TSD)和末端反向重复(terminal inverted repeat,TIR)序列。【结果】苹果MITEs拥有MITEs的典型特征,包括长度短,不具有潜在的编码能力,富含A+T,易插入非编码区,有TIRs和TSDs,有形成二级结构的可能。【结论】苹果MITEs属于Tourist家族,与苹果PIF DNA转座子相关;苹果MITEs与基因相连,在基因调节上起重要作用;苹果MITEs具有潜在的转座能力,对苹果遗传多样性、进化及育种有重要作用。

原生动物基因组转座元件的研究进展

转座元件是一类广泛分布于真核生物的可移动的遗传因子,可以引起基因重组和变异,在物种进化及遗传改良中起着重要作用。针对近年来原生动物全基因组序列中大量发现的转座元件,文章着重比较了转座元件在锥虫、利什曼虫、微孢子虫、变形虫和滴虫基因组序列中的存在种类、分布特征及其功能意义。原生动物转座元件以LINE和SINE为主,其次是DNA转座元件和LTR反转座元件,部分转座元件在高A+T含量区富集,预示着转座元件与基因组序列A+T含量有着紧密联系。根据不同种微孢子虫基因组之间转座元件的差异,推测在微孢子虫基因组进化过程中,至少经历了一次转座元件的丢失事件。最后对转座元件在原生动物寄生虫的进一步研究和应用作了展望。

枣树基因组中转座元件分析

转座子是基因组演化的重要因素。为了探明转座子在枣树(Ziziphus jujuba Mill.)基因组演化中可能的作用,采用生物信息学工具对枣树基因组中的转座元件进行分析。结果表明,所有转座元件占枣树基因组的23.38%,其中DNA转座子占8.60%(包括0.34%的MITEs)、LTR反转录转座子占12.23%、Non-LTR反转录转座子占2.30%、内源性反转录病毒占0.25%。系统进化树分析结果表明,MITEs和LTR反转录转座子在演化过程中进行过复制和扩增,这说明转座子的活动和枣树基因组的进化是相关的。本研究将有助于研究枣树基因组的遗传多样性及进行相关种质资源的鉴定。

雷蒙德氏棉PIF-like转座元件鉴定与特征分析

PIF-like转座元件在植物基因组中含量丰富,是植物DNA转座子的重要组成部分。利用基因组学和生物信息学的研究手段,系统研究了雷蒙德氏棉全基因组水平PIF-like转座元件的数量、染色体分布、结构特征、表达模式及相邻基因的种类和功能等,共鉴定了440条包含转座酶且插入位置明确的PIF-like转座元件。这些元件几乎均匀地分布在13条染色体上,上下游2 kb内共有171个相邻编码蛋白的基因,其中132个基因注释到了GO数据库中,且这些基因的功能分布广泛;部分PIF-like转座元件表达,且具有组织特异性。这些遗传信息为深入研究棉花PIF-like转座元件介导的基因和基因组的进化规律以及棉花基因的功能奠定基础。

植物转座元件及其表观遗传调控

植物的转座元件对于植物基因组的组成、进化和基因表达都具有重要影响.植物绝大部分的转座元件都处于沉默状态.植物机体通过一套识别转座元件并进行表观遗传沉默的有效机制,可逆地调控着转座元件的激活与沉默.本文综述了转座元件沉默和激活的表观遗传机制.

转座元件mariner

自mariner转座元件在Drosophilamauritiana中首次发现至今已经在包括人类在内的多种生物体中证实了mariner及类mariner元件(MLEs)的存在。MLEs属于mariner/Tc1超家族 II型转座元件中分布最广、种类最多的超家族之一。MLEs的转座酶都具有"D,D(34)D"的结构,并能催化MLEs通过"剪切和粘贴"机制进行转座。它们的宿主广泛和多样,能够进行种系传递,这都表明MLEs的转座不需要宿主特异元件的参与。MLEs对多种生物尤其对脊椎动物的成功转化更支持了它们的不依赖宿主的转座机制,而且让人们看到了它们作为转基因载体的巨大潜能。

大豆HGm1 helitron转座元件的鉴定与生物信息学分析

[目的]helitron转座元件是近年来发现的一种结构新颖和转座方式独特的DNA转座子。我们从全基因组水平上对大豆基因组中拷贝数最多的helitron HGm1家族进行深入分析,旨在为后续进一步明确helitron转座元件在大豆及其近缘种基因和基因组演化中所起的作用提供帮助。[方法]利用基因组学和生物信息学的研究手段,我们对大豆HGm1家族的数量、结构特征、染色体分布、插入基因情况,基因片段的捕获及表达模式等进行了详细的研究。[结果]从公开发表的大豆基因组序列中共鉴定出254个HGm1转座元件。这些元件的3'末端十分保守,主要由GC含量较高的碱基组成。HGm1元件主要分布在AT丰富的区域,并在重组受到显著抑制的异染色质区域富集。研究还发现,68个元件被83个外源的转座元件插入;64个元件插入到编码蛋白的基因附近(<2 kb);115个元件携带154个完整的外源基因;52个元件有潜在的转录活性,在根、茎、叶、花和种子中,以及干旱胁迫和组织培养条件都有所表达。[结论]与玉米中有关helitron的研究结果相似,HGm1家族在大豆基因组中经常以巢式的结构存在,具有频繁插入到基因附近和捕获基因的现象,并且部分成员具有潜在的转录活性。而与玉米helitron不同的是,大豆HGm1 helitron家族主要分布在基因贫乏的异染色质区域。因此,HGm1家族在改变大豆基因结构和调节基因表达以及影响大豆基因组的演化过程中具有较为重要的作用。

菜豆CACTA转座元件注释、标记开发及其在品种鉴定中的应用

[目的]本文旨在对菜豆(Phaseolus vulgaris)基因组中CACTA转座元件进行鉴定,分析其序列特征、插入位点特征、进化关系、基因结构和功能基因并进行标记开发,为CACTA转座元件功能研究和应用奠定基础。[方法]基于菜豆的全基因组数据,采用生物信息学方法进行序列鉴定和分析;基于所鉴定的CACTA转座元件插入位点多态性,随机设计51对引物;利用筛选的11对引物,对24个菜豆品种进行亲缘关系分析和分子身份证构建。[结果]菜豆基因组中共鉴定出来源于20个家族的1645个插入位置明确的CACTA转座元件。这些元件DNA总长度约4.71 Mb,占整个基因组DNA的0.9%左右。CACTA转座元件均匀分布在11条染色体上,与功能基因的分布没有相关性。插入偏好性分析提示,菜豆CACTA转座元件更倾向于插入AT富集区域。系统进化分析表明,菜豆CACTA转座元件可以划分为4个进化支。CladeⅠ和CladeⅣ进化支分别拥有最多的家族数量(50.0%)和元件数量(57.7%),但各进化支家族数量与元件数量差异较大。与功能基因的关系分析表明,有390个CACTA转座元件插入功能基因的内部或基因的临近区域(<2 kb);有258个元件捕获完整的基因或基因片段。标记开发结果显示,材料间遗传相似系数为0.28~1.00,平均遗传相似系数为0.64,并在遗传相似系数0.53水平上可以将24个品种分为4类。[结论]本研究从全基因组水平上系统鉴定和注释了菜豆基因组中的CACTA转座元件,并明确了其在基因组中的分布规律、插入偏好性、系统进化关系和与基因之间的关系;构建了菜豆品种特异的分子身份证,可用于菜豆品种的系统分类、亲缘关系和品种鉴定。

基于蓝藻全基因组原始数据的转座元件挖掘及组成分析

二代测序技术及全基因组多样性比较是现代生物学及信息科学研究的热点,对基因组中转座元件(Transposable element)的分析已成为基因组比较分析的重要组成部分。目前对于转座元件的种类、数量和组成的挖掘和分析一般是基于完全拼接后的全基因组序列,对在此之前的海量短片段序列后期处理及拼接仍是目前基因组研究的盲点,以转座元件为主的重复序列在拼接过程中也存在着不可避免的拼接误差或丢失,给转座元件系统的分析带来不确定。文章旨在建立一套分析流程,对铜绿微囊藻NIES 843全基因组构建的罗氏(Roche)公司454测序随机模拟原始数据集的转座元件(主要类型为插入序列:Insert sequence,IS)组成进行分析,结果表明,采用对核酸探针扫描后备选序列分成3组,并分设氨基酸检测阈值的方案分析得到的结果较为可靠,结果显示铜绿微囊藻NIES843的蓝藻转座元件占基因组比例的10.38%,归属于14个IS家族,66个IS亚家族。与之前基于完整拼接基因组数据的两套不同分析流程得到的结果相比,在丰度及家族/亚家族组成上无显著差异,在转座元件序列水平上也显示了高比例的相似性序列重叠,证实了本研究流程在基于高通量测序原始数据的转座元件分析方面具可靠性及实用性。

转座元件、表观遗传调控与细胞命运决定

转座元件是哺乳动物基因组内含量最多的元素。尽管转座元件的存在对基因组稳定性具有潜在的危险,但它们同时还是潜在的基因调控序列、蛋白质编码序列和染色质结构序列,并参与物种进化过程。因此,基因组中转座元件的有害性和有益性保持着谨慎的平衡,并且这种平衡主要由表观遗传修饰来调控。本文详细介绍了异染色质类型表观遗传修饰如H3K9me3和DNA甲基化在转座元件沉默中的功能;转座元件作为增强子元件富集激活型表观遗传修饰如H3K4me1和H3K27ac,以及作为转录因子结合靶点、染色质构象锚点等方式参与基因表达调控的模式;从体内胚胎发育到体外细胞命运转变,阐述了转座元件在细胞命运决定中的潜在功能及作用方式;最后,对转座元件领域研究存在的挑战及潜在解决方法提出了见解。总之,本文对转座元件与表观遗传、基因表达调控以及细胞命运决定等方面的研究及存在的问题进行了较全面的综述,旨在为相关领域的研究人员提供参考。

微孢子虫转座元件的研究现状

转座子是基因组中可以从一个位点转移到另一个位点并进而影响到与之相关的基因功能的遗传因子,是造成基因组内突变的主要原因之一。本文针对兔脑炎微孢子虫、蝗虫微孢子虫、家蚕微孢子虫、比氏肠细胞内原虫、Spraguea lophii、Edhazardia aedis以及Brachiola algerae等物种的已发布的转座元件序列进行概括性总结,并对转座元件在微孢子虫基因组进化中的作用进行了分析。

转座元件在植物生长发育中的作用

转座元件依据转座机制通常分为反转座子和DNA转座子2类。将关于反转座子、DNA转座子对于基因表达和植物生长发育的影响的研究进行总结,发现转座元件主要通过以下4种方式影响基因表达:第一,通过插入基因内部,破坏基因的完整结构从而使基因失活,如插入到基因的外显子、内含子及5′UTR区;第二,通过插入到基因的调控区而影响基因的表达水平,包括插入到基因的启动子、增强子、衰减子区,或为基因表达提供新的启动子或cis作用位点作为增强子;第三,通过一系列表观遗传机制影响基因的表达,如DNA甲基化及Si RNA;第四,通过染色体重组、基因复制、基因丢失等机制影响基因的拷贝数及表达水平,甚至产生新的基因。

植物转座元件注释及生物学功能研究进展

转座元件是指在基因组中能够移动、复制并重新整合到基因组新位点的DNA片段。在植物中,多种类型的转座元件,特别是占比较高的LTR类逆转录转座元件,可以通过产生新基因和转录本、提供调节元件、改变基因结构等多种途径广泛调控基因表达,最终多维度有效推动基因组进化。同时,基因组测序组装技术的快速发展也为转座元件的检测、注释提供了良好契机。本文从结构分类、全基因组检测、功能研究、基因组进化4个方面对当前植物转座元件的研究进展进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。

转座元件在前列腺癌中的研究进展

由于基因组序列与编码基因之间数目极度不匹配,探究基因组非编码区的潜在功能具有重要意义。转座元件作为基因组非编码区最主要的组成部分,通过转位、顺式调控元件、RNA与蛋白质产物等多种方式,在DNA、RNA、蛋白质、三维基因组等多个层面影响宿主基因的生理和病理表达,从而参与肿瘤的发生发展。本文结合近年来前列腺癌方向转座元件相关的研究结果,阐述了前列腺癌基因组工作中的转座元件相关研究部分,并探讨转座元件在前列腺癌临床诊断、临床预后、临床治疗等方面的潜在应用前景。

转座元件介导的苯胺代谢基因簇的筛选和鉴定

利用苯胺不完全降解时中间代谢产物,如邻苯二酚等的显色反应,建立了简便快速的苯胺代谢途径相关基因的功能筛选方法.从苯胺降解菌株AD9的基因组文库中筛选得到3个阳性重组子pDA1,pDB2和pDB11.AD和C23O酶活测定结果表明,pDA1和pDB11分别含有功能完整的苯胺双加氧酶或邻苯二酚双加氧酶编码基因.经核苷酸序列分析和拼接获得一个大小为24.7kb,含25个可读框的苯胺代谢基因簇,其中含有17个基因与苯胺代谢有关,包括调控基因tadR,苯胺双加氧酶基因簇tadQTA1A2B,邻苯二酚间位裂解途径酶系基因簇tadD1C1D2C2EFGIJKL.苯胺代谢基因簇两侧含有转座酶和IS1071序列.

CRISPR相关转座元件的研究及应用进展

CRISPR-Cas的基因编辑能力引发了人们对该系统的研究热潮。除了实现基因的敲除和插入,CRISPR-Cas系统还可以被应用于基因簇重组、单碱基编辑和基因转录调控,推动了生物工程领域的发展。然而,有限的同源重组效率使CRISPR-Cas系统的应用受到了一定的限制。与CRISPR-Cas系统相比,移动遗传元件(mobile genetic elements,MGE)在转座酶的调控下,不需要依赖同源重组即可将指定DNA片段定向插入到细胞染色体中。近几年,人们发现了具有转座机制的CRISPR相关的转座元件,它可以介导DNA靶向整合,同时其出色的重编程能力为该领域的研究带来了新的发展。本文主要介绍近年来CRISPR-Cas系统相关转座元件的研究方向和应用进展,以及人工融合的dCas9-transposase系统的应用策略。文中还提出了CRISPR相关转座元件未来的应用前景和潜在挑战,为基因编辑工具的发展方向提供了参考意见。

转座元件对植物基因组进化、表观遗传和适应性的作用

转座元件是基因组内可移动的DNA序列,其结构和转座机制具有广泛的多样性.转座元件普遍存在于植物基因组中,特别是反转录转座子.转座元件的扩增、插入可能会改变宿主原本基因组的稳定性,因此宿主进化出了各种沉默机制防御转座元件的转座.随着对转座元件研究的不断深入,越来越多的证据表明,转座元件的插入所带来的并不完全是破坏,它们可能是基因组多样性的驱动力,甚至在作物驯化方面起重要作用.另外,转座元件与宿主之间可能相互影响,尤其是在环境胁迫条件下.本文概述了植物基因组转座元件的相关研究,介绍了植物中常见的转座元件,并探讨了转座元件在植物基因组进化、表观遗传调控中发挥的作用以及在环境胁迫下转座元件与宿主之间存在的合作关系.

转座元件在不同人类基因组数据库中分布情况的研究

在人类基因组中,大多数的基因都含有转座元件,但是转座元件在蛋白质编码区所占的比例大约只有1%。1%这个比例很可能是被低估的。我们系统分析了转座元件在不同的人类基因组注释数据库中的变化情况。在Ref Seq数据库中,0.43%的蛋白质编码序列被转座元件覆盖,但在Ensembl数据库中,这一比例达到了1.30%。对于Ensembl特有的蛋白质编码区,转座元件的覆盖率达到了15.3%,远远高于在Ref Seq中所对应的比例(0.43%)。这些结果表明,未被识别出的蛋白质编码序列比现有的蛋白质编码序列含有更多的转座元件,这也预示着这些蛋白质编码序列将会更加难以被识别出来。

利用转座子TnYLB-1构建枯草芽孢杆菌的突变体文库

为了鉴定枯草芽孢杆菌定殖和促进植物生长相关基因,用携带转座子TnYLB-1的穿梭载体pMarA转化枯草芽孢杆菌OKB105菌株。高温诱变条件下,筛选了2 000个转座子插入突变的单克隆,构建了OKB105菌株的突变体文库。对随机挑选的15个突变体采用PCR及Southern杂交验证,结果表明:转座子TnYLB-1以单拷贝、随机方式插入到OKB105菌株的染色体上。

自私遗传元件

自私遗传元件(SGEs)采用对自身有利的方式进行传递,它们在生物中广泛存在,在生物进化中具有不可替代的重要作用。SGEs被认为是生物基因组的重要部分,它们以低拷贝数长期稳定地寄生在宿主及其基因组中。SGEs的种类很多,所熟知的有转座元件、Wolbachia、B染色体、减数分裂驱动元件、限制-修饰系统和Medea基因等。为了加强自身的传播,这些元件通过许多方法操控宿主配子发生过程或宿主生殖,如诱导减数分裂驱动或胞质不亲和性和雌性化、雄性致死或雄性不育等。它们对宿主的调控和宿主基因组对这种调控的反应可能暗含着性别决定的进化、物种形成等重要机制。本文对SGEs的种类及其作用的研究进展进行了综述。