基于高通量基因表达数据库筛选系统性红斑狼疮妊娠并发先兆子痫的关键基因

目的应用生物信息学方法筛选系统性红斑狼疮(SLE)妊娠并发先兆子痫(PE)的关键基因,并分析其生物学功能。方法从高通量基因表达(GEO)数据库下载SLE妊娠并发PE相关数据集GSE108497,利用R软件筛选差异表达基因(DEGs)。采用在线分析工具对DEGs进行基因本体(GO)功能注释和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。利用蛋白质相互作用数据库STRING构建DEGs编码蛋白的相互作用(PPI)网络,并筛选关键基因。绘制受试者工作特征(ROC)曲线评估关键基因对SLE妊娠并发PE的诊断效能。结果从GSE108497数据集中筛选出162个DEGs,其中105个上调,57个下调。GO分析显示,DEGs主要参与T淋巴细胞活化与分化、中性粒细胞介导的免疫调节和脱颗粒等生物学过程。KEGG分析表明,DEGs主要调控原发性免疫缺陷、糖酵解和抗原呈递等通路。PPI网络分析获得9个关键基因:HMGN2、EEFIB2、RPL32、BTF3、MRPLI1、EEFID、EEFIA1、RPL6和RPLPI。ROC曲线提示这些基因对SLE妊娠并发PE具有较高诊断价值,ROC曲线下面积(AUCROC)均大于0.9。结论利用生物信息学方法从GEO数据库筛选并鉴定出9个与SLE妊娠并发PE相关的关键基因,为该病的诊断和治疗提供了新的潜在标志物和靶点。

薄壳山核桃CiSPL2基因克隆、亚细胞定位及表达分析

【目的】克隆薄壳山核桃SQUAMOSA启动子结合蛋白(SPL)转录因子基因CiSPL2,并对其进行亚细胞定位及表达分析,为探究该基因在薄壳山核桃雌花发育过程的分子机制提供理论依据。【方法】根据薄壳山核桃基因组数据,采用RT-PCR方法克隆CiSPL2基因编码区(CDS)序列,利用生物信息学软件分析其序列特征和蛋白理化性质,构建pCAMBIA1300-CiSPL2-GFP融合表达载体,瞬时转化烟草后观察荧光信号确定亚细胞定位情况。基于转录组数据和实时荧光定量PCR检测CiSPL2基因在不同组织及不同雌花芽分化时期的表达模式。【结果】薄壳山核桃CiSPL2基因CDS长度为1398 bp,共编码465个氨基酸残基,相对分子量为51.78 kD,理论等电点(p I)为8.28,不稳定系数为49.89,脂肪酸氨基酸指数为64.62,平均亲水性平均值(GRAVY)为-0.617,为不稳定的亲水性蛋白,含有SBP结构域(位于第183~257位氨基酸),亚细胞定位于细胞核。CiSPL2蛋白的二级结构主要由α-螺旋(17.42%)、延伸链(13.55%)、β-转角(1.72%)和无规则卷曲(67.31%)组成。薄壳山核桃CiSPL2蛋白与核桃JrSPL2蛋白氨基酸序列的相似性最高,为95.05%,其次是光皮桦BlSPL2蛋白,相似性为70.83%。CiSPL2蛋白与核桃JrSPL2蛋白亲缘关系最近。CiSPL2基因启动子中含有植物激素响应、干旱胁迫响应和分生组织表达元件。CiSPL2基因在雌花和果实中的表达水平显著高于其他组织(P<0.05),在雌花芽分化各阶段均有表达,在雌花序形成期表达水平最高。【结论】CiSPL2基因含有SPL转录因子家族典型的SBP保守结构域,推测其参与调控薄壳山核桃雌花芽分化和发育过程。

硅对镉胁迫下水稻苗期抗氧化酶系统及镉离子吸收和转运相关基因表达水平的影响

【目的】探究在镉(Cadmium,Cd)胁迫下,外源硅(Silicon,Si)对水稻株高、干物质量、抗氧化酶系统及对Cd^(2+)相关基因表达水平的影响,以期为阐明Si缓解Cd对水稻毒害作用机理提供理论依据。【方法】以辐品36(FP36)和中嘉早17(ZJZ17)为研究对象,通过设置不同Cd胁迫浓度(0、5μmol/L)和Si处理(0、10μmol/L、1 mmol/L)进行水培实验,重点分析处理后水稻农艺性状和抗氧化酶活性,以及Cd^(2+)吸收、转运相关基因表达水平的差异。【结果】Cd胁迫可以显著抑制水稻株高、干物质量和抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)活性;但Si能有效缓解Cd毒害,显著提高水稻生物量,增强抗氧化酶活性,其中1 mmol/L Si缓解效果更佳。此外,Si还能有效增加可溶性蛋白并降低MDA含量。Cd胁迫显著增加了FP36和ZJZ17不同组织的重金属含量,其中,根系中Cd积累量显著高于地上部。在添加较低浓度Si(10μmol/L)后,水稻根系和地上部Cd含量无显著差异;但1 mmol/L Si能显著降低水稻根系和地上部Cd含量。OsNRAMP1、OsNRAMP5、OsIRT1、OsHMA2、OsHMA3等Cd^(2+)吸收和转运相关基因的表达水平在镉胁迫和Si处理后呈不同的变化趋势。其中,OsNRAMP1、OsIRT1、OsHMA2的表达量受Cd胁迫影响有所上调,OsNRAMP5表达量呈下调趋势,而OsHMA3则无显著变化。而外源添加1 mmol/L Si可显著下调上述Cd^(2+)吸收和转运相关基因的表达水平,重金属镉积累量下降。【结论】Si通过改善水稻的农艺性状、激活抗氧化系统,以及调控重金属Cd^(2+)吸收和转运相关基因的表达水平来缓解镉对水稻的毒害作用。

冬瓜WRKY基因家族鉴定及表达分析

【目的】WRKY转录因子家族在植物生长发育、抵御胁迫等过程起着至关重要的作用。挖掘参与冬瓜(BenincasahispidaCogn.)非生物胁迫的WRKY基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于冬瓜基因组数据库鉴定冬瓜WRKY成员,利用生物信息学的方法系统分析其WRKY基因家族成员的蛋白理化性质、系统发育、保守基序、顺式作用元件,通过qPCR分析冬瓜WRKY的表达情况。【结果】冬瓜WRKY基因家族有57个成员,氨基酸数目在126~650之间,相对分子质量在13.92~71.68 kD之间;蛋白等电点在4.61~9.69之间。根据系统进化树将该家族分为3个类群,第二类群又分为5个亚组。冬瓜WRKY外显子有2~6个。染色体定位分析发现,有56个基因定位在12条染色体上,1个基因未定位在染色体上。保守基序分析显示,Motif1和Motif3存在于56个基因,且同一类群具有类似的保守基序结构。同时,冬瓜WRKY基因的启动子上均含有应激反应相关元件、激素响应元件。WRKY在冬瓜不同组织和果实发育时期特异表达。RT-PCR结果表明非生物胁迫和激素处理冬瓜可诱导部分WRKY基因的表达。【结论】共鉴定出57个冬瓜WRKY基因,同亚组的成员具有类似的保守基序结构。冬瓜WRKY基因在不同组织中的表达存在差异,其中,BhWRKY2、BhWRKY5、BhWRKY39、BhWRKY11、BhWRKY31、BhWRKY53参与不同的胁迫响应。

系统性硬化症合并肺间质病变患者外周血单个核细胞全基因组DNA甲基化和转录组表达谱

目的:分析系统性硬化症(systemic sclerosis,SSc)合并肺间质病变(interstitial lung disease,ILD)患者外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)全基因组DNA甲基化和转录组表达谱,并进一步探讨DNA甲基化对Wnt/β-catenin信号通路和趋化因子信号通路的影响。方法:收集19例SSc患者(SSc组)及18例健康人(对照组)外周血PBMCs。SSc患者中有10例合并ILD(SSc合并ILD亚组)、9例未合并ILD(SSc未合并ILD亚组)。采用Illumina 450K甲基化芯片和Illumina HT-12 v4.0基因表达谱芯片分析全基因组DNA甲基化和基因表达水平,研究DNA甲基化对Wnt/β-catenin和趋化因子信号通路的影响。结果:全基因组DNA甲基化分析发现:与SSc未合并ILD亚组比较,SSc合并ILD亚组存在71个高甲基化位点,98个低甲基化位点。转录组分析发现:与SSc未合并ILD亚组相比,SSc合并ILD亚组有164个基因表达上调,191个基因表达下调。SSc组患者PBMCs中Wnt/β-catenin信号通路中有35个低甲基化基因,其中卷曲同源物1(frizzled-1,FZD1)、丝裂原活化蛋白激酶9(mitogen-activated protein kinase 9,MAPK9)、母亲DPP同源物2(mothers against DPP homolog 2,SMAD2)、转录因子7类似物2(transcription factor 7-like 2,TCF7L2)和无翅型MMTV整合位点家族成员5B(wingless-type MMTV integration site family,member 5B,WNT5B)mRNA在SSc组中的表达显著高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。与SSc未合并ILD亚组比较,SSc合并ILD亚组中Dickkopf相关蛋白2(dickkopf homolog 2,DKK2)、FZD1、MAPK9等多个基因的mRNA表达虽上调,但差异均无统计学意义(均P>0.05)。趋化因子信号通路中有38个低甲基化基因,其中β-抑制蛋白1(β-arrestin 1,ARRB1)、C-X-C基序趋化因子配体10(C-X-C motif chemokine ligand 10,CXCL10)、C-X-C基序趋化因子配体16(C-XC motif chemokine ligand 16,CXCL16)、FGR、中性粒细胞胞浆因子1C(neutrophil cytosolic factor 1C,NCF1C)mRNA在SSc组中的表达显著高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。与SSc未合并ILD亚组比较,SSc合并ILD亚组中ARRB1、CXCL10、CXCL16等多个基因的mRNA表达上调,但差异均无统计学意义(均P>0.05)。结论:SSc合并ILD与SSc无ILD患者存在DNA甲基化和转录组表达谱的差异,且SSc患者PBMCs中存在Wnt/β-catenin和趋化因子信号通路多个基因表达上调,这可能与SSc的发病机制有关。

普通烟草KCS基因家族的鉴定及非生物胁迫表达模式分析

【目的】为探究烟草KCS基因在非生物胁迫下所起的作用。【方法】采用生物信息学方法对烟草KCS基因进行系统进化、共线性和表达模式等分析。【结果】从普通烟草中鉴定出41个KCS基因;拟南芥和新鉴定的烟草KCS基因可划分为8个亚组,大部分亚组均含拟南芥和烟草成员;10个NtKCS成员源自全基因组复制事件,NtKCS10和NtKCS11是AtKCS02的同源基因,可能具有相似的生物学功能;普通烟草KCS基因启动子含多个与胁迫相关的顺式作用元件,其成员的表达具有一定的组织特异性;在盐和干旱胁迫下,NtKCS09、NtKCS11和NtKCS16表达量均有提高,可能参与烟草胁迫响应等信号传导过程。【结论】本研究对普通烟草KCS家族成员进行了系统的鉴定与分析,为深入研究烟草KCS家族基因的生物学功能奠定理论基础。

大麦不同抗旱品种抗氧化酶活性及其相关基因表达分析

干旱是影响大麦生产的主要环境胁迫因子。为了解干旱胁迫下大麦抗氧化酶活性及相关基因表达变化规律,本试验以大麦抗旱品种ZDM5430和干旱敏感品种IL-12为材料,在大麦苗期进行干旱胁迫21 d后复水7 d处理,研究不同大麦品种在干旱胁迫及复水后叶片中抗氧化酶活性及基因表达的差异。结果表明,与对照相比,干旱胁迫下两个大麦品种的叶片相对含水量(RWC)和叶绿素(Chl)含量显著下降,丙二醛(MDA)、超氧阴离子自由基( O_(2)^(-·))和过氧化氢(H_(2)O_(2))含量显著升高,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)活性显著增加。与抗旱品种ZDM5430相比,干旱胁迫下敏感品种IL-12的RWC和Chl含量降幅更大,MDA、 O_(2)^(-·)和H_(2)O_(2)含量增幅更大,二者间SOD、POD、APX和CAT活性差异不显著。干旱胁迫下,抗旱品种ZDM5430的抗氧化基因GPX4、CAT、Cu/Zn-SOD、2-Cys POD、Cyt-APX和DHAR表达水平高于干旱敏感品种IL-12;复水后,ZDM5430和IL-12各生理指标均表现出不同程度的补偿效应,RWC和Chl含量升高,MDA含量、 O_(2)^(-·)含量、H_(2)O_(2)含量、SOD活性、POD活性、APX活性和CAT活性下降,GPX4、CAT、Cu/Zn-SOD、2-Cys POD、Cyt-APX和DHAR基因表达量均显著下降。

番茄组蛋白修饰基因家族鉴定及表达分析

【目的】植物组蛋白的功能修饰包括乙酰化修饰和甲基化修饰,在植物生长发育及逆境响应的过程中发挥着重要作用。番茄组蛋白修饰(Histone modification,HM)基因家族的生物学功能及分子机制尚不清楚,该文旨在进一步明确番茄HM基因的生物学功能,为其分子机制研究及番茄遗传改良奠定基础。【方法】基于番茄基因组数据库鉴定番茄HM成员,利用生物信息学的方法系统分析其HM基因家族成员的系统进化、基因结构、染色体定位,通过在线转录组数据分析番茄HM基因家族时空表达模式。【结果】共鉴定到148个番茄HM基因,其中32个编码组蛋白乙酰转移酶(Histone acetyltransferase,HAT),11个编码组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC),50个编码组蛋白甲基转移酶(Histone methyltransferase,HMT),55个编码组蛋白去甲基化酶(Histone demethylase,HDM)。148个基因不均匀地分布在12条染色体上,其中3号染色体上分布最多、有21个基因,12号染色体上分布最少、有4个基因。基因结构特征分析表明,番茄HM基因之间外显子的差异较大,最多可达34个、最少仅有1个。蛋白质结构域分析结果显示,Solyc07g064130、Solyc11g005670、Solyc10g006480仅含有Ubl结构域,Solyc07g062100、Solyc10g077110和Solyc03g083310仅含有Zn-finger结构域,另有10个成员含有Bromo结构域、48个成员含有SET结构域,其他成员还包含PLN02529、PRMT5等结构域。此外,番茄HM与拟南芥和水稻中的同源蛋白关系均较远,且与水稻相比,番茄HM序列与拟南芥同源蛋白序列亲缘关系较近。根据聚类分析,将番茄HM分成HAT、HDAC、HMT、HDM 4个家族。组织表达分析表明,HAT家族在发芽后30 d的花(F30)、开花后10 d的果实(10 DPA)、花(fr)、根(rr)、未成熟的果实(Plgfr)中高表达;HDAC家族在发芽后30 d的花(F30)和未成熟果实(Plgfr)中高表达;HMT家族在发芽后30 d的花(F30)、在全株50%的花开放时的花(F45)、花蕾(br)、3 cm果实(3fr)、未成熟5 cm果实(PB+5fr)中高表达;HDM家族在发芽后30 d的花(F30)、在全株50%的花开放时的花(F45)、花蕾(br)、花(fr)、根(rr)、3 cm果实(3fr)、未成熟5 cm果实(PB+5fr)中高表达。【结论】不同番茄HM的基因结构差异较大,包含多种功能结构域。番茄HM与拟南芥、水稻HM的同源关系较远,且在植物不同生长发育阶段及不同器官组织中均有一定的表达,表明该类基因可能参与番茄多种生长发育过程。

燕麦sHSP基因家族的鉴定及其响应高温及老化的表达分析

小热激蛋白(sHSPs)是植物体中普遍存在的由核基因编码的一类蛋白,具有保守的ACD结构域,能够在高温、干旱以及老化等胁迫刺激中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在燕麦基因组中鉴定得到24个HSP20(AsHSP20.1~AsHSP20.24)基因,并对AsHSP20家族成员的理化性质、蛋白结构、亚细胞定位、系统进化、保守基序和保守结构域、基因染色体位置以及响应高温及老化基因的表达等进行系统分析。研究发现AsHSP20基因分布在17条染色体上。编码氨基酸数目136~529 aa,分子量大小14.9~58.1 kDa,理论等电点5.30~8.79。HSP20成员多定位在核、胞质和叶绿体上,部分定位在质膜、线粒体、过氧化物酶体以及胞外。蛋白质二级结构和三级结构分析表明AsHSP20成员确定有β-折叠结构。根据保守基序组成与系统发育关系分析,AsHSP20基因家族被分为11个亚组,同一亚组成员之间具有相似或相同的保守基序,表明这些蛋白之间具有功能的相似性。进一步分析自然老化和人工老化处理下AsHSP20基因的表达情况,结果表明AsHSP20.20、AsHSP20.24基因在自然老化处理与人工老化处理下共同下调表达,推测AsHSP20.20和AsHSP20.24在两种老化方法下共同参与调控燕麦种子活力降低的过程,可作为燕麦种子寿命及抗老化种质育种研究的候选基因。研究为AsHSP20基因家族在燕麦种质老化过程中的调控机制提供了有价值的信息,也为进一步探究燕麦HSP20基因的功能及种子抗衰老分子机制提供了理论支撑。

Tet-off系统对小鼠骨髓基质细胞中人IFN-γ基因表达的调控作用

背景与目的:本实验室已成功构建了质粒pTre-IFN-γ,并证实四环素基因调控系统(Tet-off system)能在体外调控人γ-干扰素(interferon-gamma,IFN-γ)基因在小鼠骨髓基质细胞(marrow stromal cells,MSCs)中的表达。本实验进一步研究Tet-off系统体外调控的可逆性,以及其对小鼠MSCs中人IFN-γ基因表达的调控作用。方法:脂质体介导pTet-off和pTre-IFN-γ质粒共转染小鼠MSCs。用ELISA法检测MSCs培养液中人IFN-γ蛋白的分泌量。把共转染后的MSCs回输给BALB/c裸小鼠,用实时荧光定量RT-PCR方法检测各组BALB/c裸小鼠脾组织中的IFN-γmRNA含量。结果:用ELISA法可检测到共转染后的MSCs培养液中有IFN-γ蛋白分泌,分泌高峰在前72h内;共转染后84h加入含300ng/mL盐酸四环素的培养液培养12h,每1×107个细胞的分泌量为(67.11±22.14)pg,无四环素处理组为(319.96±29.04)pg,两组相比差异有统计学意义(P<0.001);去除四环素后,IFN-γ蛋白分泌显著增加(P=0.032)。用实时荧光定量RT-PCR可检测到回输共转染MSCs的各组BALB/c裸小鼠脾组织中均有IFN-γmRNA转录,不用四环素处理组最高,达(1.5±0.7)×105copy·(100mg)-1,定期四环素处理组为(6.9±5.3)×102copy·(100mg)-1(P<0.001),接受1次四环素处理组表达量介于前两者之间,差异均有统计学意义(P<0.01)。结论:Tet-off系统在体外和体内都可以迅速、有效地调控人IFN-γ基因在小鼠MSCs中的表达,而且调控是可逆的。

茉莉花TCP基因家族全基因组鉴定及其表达分析

为探讨茉莉花TCP基因家族在其生长发育过程中的作用,基于茉莉花的基因组数据,利用生物信息学方法对茉莉花TCP(JsTCP)基因进行了全基因组鉴定及分析,并分析了TCP基因家族在花发育不同时期和花粉-柱头互作中的表达水平。结果显示,茉莉花全基因组中共鉴定出27个TCP基因家族成员,命名为JsTCP1~JsTCP25,其蛋白包含208~539个氨基酸残基,分子量为22.95~56.96 ku,等电点为5.70~9.97,均为不稳定的亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,JsTCPs均位于细胞核内。染色体定位结果显示,JsTCPs不均匀分布在10条染色体上。基因结构分析结果显示,JsTCPs具有1~5个外显子以及0~4个内含子。蛋白保守基序和系统进化分析结果显示,JsTCPs均含保守的TCP结构域,可分为ClassⅠ和ClassⅡ2个亚类。启动子顺式作用元件的分析结果显示,JsTCPs启动子上含有多个植物激素响应、胁迫响应和生长发育相关等元件。表达模式分析结果显示,24个JsTCPs基因在茉莉花花发育不同时期表达,22个基因在花粉-柱头互作中表达。总之,本研究鉴定了27个茉莉花TCP基因家族成员,并发现家族成员在花发育不同时期和授粉后不同时期特异表达。

二穗短柄草SPL家族基因的鉴定、系统发育和表达分析

植物特异性SPL家族基因编码SBP(squamosa promoter-binding protein-like)保守结构,参与调节植物的生长和发育。为了解二穗短柄草中SPL家族基因的分布、结构及功能,对二穗短柄草全基因组中SPL家族成员进行了系统分析。结果表明,在二穗短柄草全基因组中鉴定出17个BdSPL基因,在5条染色体上呈不均匀分布,bd03号染色体上分布最多;根据系统发育树,17个BdSPL被分为6个组,同组成员有保守的结构和基序;其中6对BdSPL基因发生基因复制事件;在BdSPL基因启动子区域发现了各种顺式元件,如ABRE、CGTAC-motif和LTR。转录组数据和qRT-PCR分析显示,BdSPL基因在二穗短柄草花中表达量较高,而在根系中表达量较低,在不同植物激素处理下表达量有差异。

杜仲HSF基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

热休克转录因子(Heat shock transcription factors,HSFs)在植物的生长发育和响应非生物胁迫过程中发挥着重要作用,为了解杜仲HSF基因家族成员信息,揭示其结构特征及表达模式,通过生物信息学方法和qRT-PCR对杜仲HSF基因家族的理化性质、蛋白质结构、系统进化、基因结构、保守域、启动子顺式作用元件及EuHSFs基因在杜仲叶片不同发育时期和不同非生物胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,从杜仲中共鉴定到21个EuHSFs基因,它们在蛋白质性质上存在差异,氨基酸数目、理论分子质量、等电点和不稳定系数分别介于68~369个、7.72~42.06 ku、4.31~9.22、7.05~67.28,且以酸性、亲水、不稳定的核蛋白为主。系统进化分析显示,EuHSFs被分成了3个亚组,包括ClassⅠ(1个)、ClassⅡ(7个)和ClassⅢ(13个)。通过启动子顺式作用元件分析发现,EuHSFs基因中存在大量的光响应元件和激素响应元件。EuHSFs基因在杜仲叶片不同发育时期均有表达,但表达模式存在显著差异。通过qRT-PCR检测发现,EuHSFs均能响应不同的非生物胁迫(高温、低温、高盐、干旱),如大部分EuHSFs在高温胁迫下随处理时间的延长表达量升高,且对高温和低温响应强烈。综上,杜仲HSF基因家族具有调控植物响应非生物胁迫的功能。

白灵侧耳ACC基因克隆及表达分析

通过克隆白灵侧耳(Pleurotus tuoliensis)乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)基因,采用生物信息学方法预测白灵侧耳ACC的理化性质、信号肽、跨膜结构域、亚细胞定位、二级结构、三级结构和保守结构域;基于白灵侧耳ACC与灰盖鬼伞(Coprinopsis cinerea)、糙皮侧耳(P.ostreatus)、香菇(Lentinula edodes)、刺芹侧耳(P.eryngii)等16个物种的氨基酸序列,采用邻接法构建系统发育树;通过荧光定量PCR测定pH为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12时的白灵侧耳ACC的相对表达量。结果表明:白灵侧耳ACC DNA长度为7366 bp,包含12个内含子和13个外显子,cDNA长度为6696 bp,共编码2231个氨基酸残基,相对分子质量为247400,白灵侧耳ACC为酸性、不稳定的亲水蛋白质,不具有信号肽和跨膜结构域,可能存在于细胞质、细胞核或过氧化物酶体中,主要由α螺旋、无规卷曲、β折叠和β转角组成,含有ACC中心区、生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白质和羧基转移酶4个保守结构域;系统发育树表明,白灵侧耳ACC的氨基酸序列与担子菌中的刺芹侧耳相似度较高;与对照组(pH5.42)相比,pH为6、7、8、9、10、11时,ACC相对表达量显著增加(P<0.05)。

不同组成型启动子对乳酸菌表达系统外源基因表达影响的比较

【目的】构建不同组成型启动子的乳酸菌表达载体系统,评价不同启动子驱动外源基因表达的活性,筛选出强表达的启动子,为后续研究乳酸菌作为活菌载体表达外源抗原或功能性蛋白提供理论依据。【方法】以大肠杆菌-乳酸菌穿梭载体pPG为骨架,将表达载体中启动子序列分别替换为组成型强启动子Pldh、PHH和Phce,利用PCR方法扩增报告基因增强型绿色荧光蛋白(EGFP)和氨苄青霉素抗性基因(Ampr),并在下游多克隆位点中分别插入荧光素酶(LUC)、EGFP和Ampr报告基因,构建9种乳酸菌表达质粒,电转入副干酪乳杆菌HLJ-27感受态细胞,筛选获得9株重组乳酸菌。通过实时荧光定量PCR检测报告基因在重组菌中的mRNA转录水平,利用Western blotting和间接ELISA检测蛋白的表达量,并检测表达蛋白的活性,以评估3个启动子的活性强弱。【结果】PCR成功扩增出大小约720 bp的EGFP基因和850 bp的Ampr基因。Western blotting结果显示,在9株重组乳酸菌中,分别成功表达出了58 ku的LUC蛋白、26 ku的EGFP蛋白和28 ku的Ampr蛋白。实时荧光定量PCR和间接ELISA检测结果显示,启动子Pldh启动外源基因转录水平和驱动外源蛋白表达水平均显著高于启动子PHH和Phce(P<0.05;P<0.01)。报告基因检测结果显示,启动子Pldh驱动LUC、EGFP和Ampr外源蛋白的活性显著高于启动子PHH和Phce(P<0.05;P<0.01)。【结论】本研究成功构建了3种启动子报告基因表达系统,确定了3种启动子活性强弱依次为Pldh、PHH和Phce,探究出一种启动子活性筛选的优势筛选系统——Ampr报告系统,为高表达乳酸菌载体系统的建立提供了必要的依据。

陆地棉HD-Zip家族全基因组鉴定及响应非生物胁迫的表达分析

【目的】HD-Zip(Homeodomain and Leucine zipper)家族是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育、逆境响应中发挥重要作用。从陆地棉全基因组范围内鉴定GhHDZ基因家族成员,分析相关基因表达特点,为后续深入研究提供支撑。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉TM-1基因组中鉴定出GhHDZ基因家族成员,并对其理化特性、系统进化关系、染色体定位、基因复制、基因结构和启动子区顺式作用元件等进行分析。利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction, RT-qPCR)分析GhHDZ家族基因在不同非生物胁迫下的表达模式。采用烟草瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况,通过转基因过表达方法验证目标基因功能。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定到205个GhHDZ基因,系统发育分析将GhHDZ家族划分为4个亚组。片段复制是GhHDZ基因家族进化的主要原因,且该基因家族经历了强烈的纯化选择。在转录组分析基础上,对其中10个GhHDZ基因在4种非生物胁迫下的RT-qPCR鉴定分析表明,GhHDZ12、GhHDZ46、GhHDZ119正向响应冷胁迫,GhHDZ15、GhHDZ188负向响应冷胁迫;GhHDZ15、GhHDZ46、GhHDZ50、GhHDZ76、GhHDZ116、GhHDZ146、GhHDZ176、GhHDZ188正向响应热胁迫;GhHDZ15、GhHDZ50、GhHDZ76、GhHDZ116、GhHDZ119、GhHDZ146、GhHDZ176、GhHDZ188正向响应盐胁迫;GhHDZ12、GhHDZ15、GhHDZ50、GhHDZ116、GhHDZ119、GhHDZ176、GhHDZ188正向响应干旱胁迫,GhHDZ76负向响应干旱胁迫,且发现上述基因对各种胁迫的响应时间各有差异。进一步对GhHDZ146的功能研究发现,该基因定位于细胞核,在拟南芥中异源过表达显著增强了对盐胁迫的耐受性。【结论】在全基因组范围内从陆地棉中系统鉴定出205个GhHDZ家族成员。不同基因对各种胁迫的响应不一,且表达模式存在差异。GhHDZ146对盐胁迫具有正向响应功能。

茶树海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)基因家族鉴定与表达分析

【目的】海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是植物体内海藻糖生物合成通路中的关键酶。对茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]TPS基因家族进行鉴定和分析,并研究其在逆境胁迫下的表达模式,为开展TPS基因功能验证提供基础。【方法】利用生物信息学方法鉴定茶树CsTPS基因家族成员,分析其编码的蛋白理化特性、保守基序与结构域、染色体定位、系统进化关系和启动子顺式作用元件等生物学信息,利用转录组数据结合RT-qPCR技术分析CsTPS家族成员在干旱、盐和低温胁迫下的表达模式。【结果】在茶树基因组中鉴定到16个TPS基因家族成员,系统发育分析将它们划分为Class I和Class II两个亚族。同一亚族成员具有相似的motif组成和基因结构。共线性与进化分析表明,CsTPS基因在茶树基因组内发生了基因复制事件,且它们在进化过程中经历了纯化选择作用。RT-qPCR结果显示,6个候选基因CsTPS3、CsTPS5、CsTPS6、CsTPS9、CsTPS11和CsTPS14均被PEG、NaCl和低温胁迫诱导,且表达模式与转录组结果一致。【结论】从茶树全基因组中系统鉴定出16个TPS家族成员。茶树CsTPS3、CsTPS5、CsTPS6、CsTPS9、CsTPS11和CsTPS14基因对干旱、盐和低温胁迫均有响应,但其敏感性水平各不相同。

黄梁木 CesA/Csls 基因家族的鉴定与表达分析

为探究黄梁木(Neolamarckia cadamba)纤维素合酶(cellulose synthase,CesA)和纤维素合酶样(cellulose-synthase-like,Csl)基因在细胞壁合成中的作用以及CesA/Csls基因对林木生长发育及抗逆的影响,利用生物信息学方法对黄梁木的CesA/Csls基因家族进行鉴定,并对该家族开展详细的生物学分析。结果表明,黄梁木中共有47个CesA/Csls家族成员,基于进化树分析将其分为8个亚家族(CesA、CslA、CslB、CslC、CslD、CslE、CslG和CslJ)。黄梁木CesA/Csls家族在基因结构、染色体分布和定位、系统发育和蛋白质序列方面具有不同的特征,表明它们通过不同的进化过程产生。启动子顺式作用元件分析表明,黄梁木CesA/Csls基因家族的启动子富含光响应、激素响应和逆境响应的元件。基因表达模式分析表明,黄梁木CesA/Csls基因具有不同的组织特异性表达模式。纤维素合酶基因超级家族研究有助于提高生物质能源、农林废弃物利用、动物饲料和工业应用等领域的效率与效果。

我国科学家开发精准可控的哺乳动物细胞基因表达系统

哺乳动物细胞中,精确调控基因线路对于细胞适应环境、稳态维持和发育分化等生理功能至关重要。关键基因表达过量或不足都可能导致癌症等疾病,而多个细胞命运决定因子的表达剂量也是重塑细胞命运分化和发育的关键因素。但在哺乳动物细胞中,基因表达受到基因顺序、基因组位置等多种复杂因素的影响,使得精确控制基因表达剂量变得非常困难。因此,亟需开发模块化、不受细胞类型影响且可编程的基因表达系统。

人工合成的黑曲霉NRRL3135菌株植酸酶基因在毕赤酵母系统中的高效表达

本文以黑曲霉 (Aspergillusniger)NRRL3135菌株植酸酶基因为对象 ,通过基因人工合成的方法去除了该基因的内含子与信号肽编码序列 ,换用在毕赤酵母 (Pichiapastoris)中使用频率较高的密码子以优化其表达。该人工合成植酸酶基因 (PhyA as)以N端融合的方式正确插入到毕赤酵母表达载体pPICZαA。通过电击将重组表达载体整合入酵母染色体DNA中得到重组转化子。SDS PAGE结果与表达产物酶学性质研究表明植酸酶得到分泌表达 ,且与天然产物性质基本一致。筛选得若干株高产基因工程菌 ,其中SPAN Ⅲ菌株达到了在摇床培养条件下 ,每毫升发酵液产生 16 5 0 0 0u植酸酶的水平 。