高等植物helitron转座子的研究进展

作为重复序列的一种主要类型,转座子在高等植物基因组中具有相当丰富的DNA含量,在改变基因结构、调节基因表达、影响基因组进化,以及创造新基因的过程中扮演着重要的角色。Helitron转座子是DNA转座子的一种,在转座过程中经常捕获基因或基因片段,以及插入到基因附近或基因内部,因此在改变基因组构成、影响基因组的进化过程以及改变基因型和表型等方面起着重要作用。该文对国内外近年来有关植物基因组中helitron转座子的结构特征、鉴定和分类方法、基因组中的含量和在染色体上的分布,以及转座扩增和基因片段的捕获等方面的研究进展进行了综述,并对helitron转座子研究过程中存在的问题进行了讨论,对今后helitron相关的研究进行了展望。

玉米非自主性转座子rDt的体细胞转座序列特征

Dotted/rDt是玉米遗传学中最早发现的双元转座子系统之一。为了揭示玉米中非自主性转座子rDt在其自主性转座子Dt调控下的转座遗传特性,选取了a1-rDt;Dt和a1-m1::rDt;Dt2个rDt转座子插入突变等位基因,检测玉米籽粒紫色斑点表型差异的遗传基础,利用巢式PCR与特异性酶切相结合的方法检测并鉴定了这2种材料叶片组织中rDt体细胞转座的印迹序列类型。通过构建遗传杂交群体,统计分析各群体的后代籽粒表型以及A1野生型基因的回复突变频率。结果显示,在籽粒糊粉层紫色斑点大小均一但数目极低的a1-rDt;Dt材料中,仅检测到2种体细胞转座的印迹序列类型,其中1种是没有转座子插入前A1野生型。而在籽粒糊粉层紫色斑点大小不一、排列密集的a1-m1::rDt;Dt材料中可以检测到5种体细胞转座的印迹序列类型,其中3种类型均保持A1'回复突变基因的开放阅读框;同时,a1-m1::rDt;Dt材料中A1'的回复突变频率是a1-rDt;Dt材料的大约2.6倍。研究表明,rDt在a1插入位点体细胞转座后的修复产物序列组成相对简单,与Ac/Ds等hAT超家族转座子相似,且rDt体细胞转座产生的印迹序列类型及丰富度是两个a1基因插入突变体中A1'回复突变频率高低及玉米籽粒糊粉层表型差异的遗传基础。

干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系,以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性极端差异的自交系,开展基因组重测序分析和转座子插入鉴定;利用全基因组重亚硫酸盐测序(WGBS)方法分析不同水分处理下叶片和根系组织的DNA甲基化水平;同时利用转录组测序方法对相同样品的基因表达进行分析;通过比较分析获得2个材料间的转座子插入缺失变异、差异甲基化区域和差异表达基因,并综合分析这三者间的相关关系。针对前期克隆的玉米抗旱基因ZCN7,分析该基因区域转座子插入缺失变异介导的DNA甲基化和基因表达变化情况。【结果】在田间干旱处理下,自交系H082183的叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔均与正常处理没有显著差异,而旅28在所有试验材料中表现最低的叶片相对含水量和最大的散粉-吐丝间隔。利用H082183和旅28这两个抗旱性极端差异的玉米自交系开展基因组重测序和转座子插入分析,分别检测到333754和333296个转座子插入,其中,有89954个转座子插入在2个自交系间具有多态性。基因组DNA甲基化分析表明,转座子、内含子和启动子区域较外显子和非编码区呈现较高的CG和CHG甲基化水平,经差异甲基化分析,在2个自交系间共检测到41352个差异甲基化区域,其中60%的差异甲基化区域位于转座子插入缺失变异的上下游5 kb范围内。基因表达水平与基因的CG和CHG甲基化水平负相关,在2个自交系干旱下的叶片和根系中分别鉴定到4196和3500个差异表达基因,其中19.5%和19.7%与差异甲基化区域关联。通过对抗旱相关基因ZCN7的研究,发现该基因34 kb区间内的3个LTR类转座子插入,造成自交系旅28在干旱和正常处理下的CG和CHG甲基化显著高于抗旱自交系H082183,并且H082183中ZCN7表达量也显著高于旅28。【结论】揭示了转座子介导的表观遗传调控在玉米响应干旱胁迫中的重要作用,进一步扩展了转座子变异和DNA甲基化调控抗旱基因ZCN7表达的分子机制。

酿酒酵母转座子介导外源基因的整合效率

为了比较分析酿酒酵母不同转座子对外源基因整合效率的影响,构建了转座子Ty1、Ty2和Ty4介导的G418表达盒及酿酒酵母BY4741重组菌BY-Ty1、BY-Ty2、BY-Ty4。研究发现,Ty2介导的整合型表达G418的BY4741重组菌转化平均菌落数为122,整合效率为93.33%,均高于Ty1和Ty4。Ty2介导的G418抗性重组菌BY-Ty2,比BY-Ty1和BY-Ty4对G418抗耐受性更强,基因拷贝数更高。结果表明,转座子Ty2更适合在酿酒酵母中介导外源基因整合。

DNA转座子异源活性的大规模调查揭示其功能多样性并扩展基因工程工具箱

自1948年美国科学家Barbara McClintock首次报道转座子以来[1],这类跳跃遗传元件对宿主演化的重要意义逐渐被揭示[2~5]。其中,DNA转座子作为主要类型之一,长期以来备受关注。然而,由于以往多为个案研究,DNA转座子活性的决定因素与进化模式的一般规律尚不清晰。尽管DNA转座子可作为基因工程工具用于插入诱变或转基因载体[6,7],但目前只有Sleeping Beauty(SB)等少数几种转座子得到了开发和广泛应用。因此,系统挖掘具有不同功能特点的转座子工具的工作亟待开展[8]。

IS200/IS605转座子家族编码的核酸酶OgeuIscB基因编辑体系的优化

目的提升来源于IS200/IS605转座子家族的RNA引导的核酸内切酶OgeuIscB的基因编辑效率。方法利用OgeuIscB蛋白已解析的晶体结构,计算氨基酸与核酸之间的原子距离,将距离小于10的非正电荷氨基酸残基突变为精氨酸(arginine,R)以提高OgeuIscB与核酸的亲和力,通过人胚肾293T细胞内源性位点验证不同突变体的基因编辑效率。结果经过两轮迭代突变,发现Q376R-S456R和A401R-S456R这2个双突变体在不同细胞系的多个内源性位点上均能显著提升OgeuIscB的基因编辑效率。结论基于结构对OgeuIscB蛋白进行理性蛋白质工程化改造,能够提升OgeuIscB核酸内切酶活性,为将其作为一种有效的基因编辑工具提供了实验依据。

Trigger转座子衍生蛋白1对肝癌细胞生长的影响

细胞周期失调是肿瘤重要的标志之一,生物信息学分析结果表明,Trigger转座子衍生蛋白1(TIGD1)在临床肝癌组织中高表达且与细胞周期相关,但相关机制未知。为了探究TIGD1调控肝癌细胞生长的具体机制,首先,利用shRNA质粒构建靶向敲低TIGD1的肝癌细胞系Hep3B,并分析TIGD1敲低对肝癌细胞生长的影响,结果表明细胞生长受阻;接着,通过细胞流式技术分析TIGD1敲低对肝癌细胞周期进程的影响,结果显示,TIGD1敲低的Hep3B细胞系的细胞周期进程主要阻滞于G2/M期;然后,通过免疫沉淀(IP)实验验证TIGD1可能发生相互结合的蛋白分子,结果表明,TIGD1可能与Aurora激酶相互作用蛋白1(AURKAIP1)存在相互结合,进一步的Co-IP实验证实了TIGD1和AURKAIP1之间的相互作用。已知AURKAIP1可调控Aurora激酶A(AURKA)的蛋白酶体降解途径,AURKA是一种有丝分裂调控蛋白,与细胞周期进程密切相关。文中进一步探究TIGD1对AURKA蛋白水平的影响,实验结果表明,在TIGD1敲低的情况下,AURKA在Hep3B细胞系中的蛋白水平明显下调,mRNA水平没有明显变化。综上所述,TIGD1可能通过调控AURKA在肝癌细胞中的转录后水平来影响细胞周期进程,从而影响肝癌的发生发展。

一种利用Tol2转座子快速获得牙鲆稳转细胞的方法

脂质体转染是分子生物学中研究基因功能和基因表达调控的常规手段。然而,在海水硬骨鱼细胞中,脂质体转染效率低下且很难通过转染后直接筛选的方式获得稳转细胞。本研究以pminiTol2为模板,在末端反向重复序列中间添加了CMV启动子、EGFP荧光蛋白、新霉素抗性基因等功能区域,构建了CMV-EGFP-pminiTol2重组载体。CMV-EGFP-pminiTol2和pCS-TP质粒经脂质体包裹共转染至牙鲆(Paralichthys olivaceus)卵巢颗粒细胞后,仅需2~3周的新霉素(G418)筛选即可获得稳定转染的细胞。本实验首次探究了利用Tol2转座子系统快速筛选获得牙鲆稳转细胞的方法,其研究成果可应用于牙鲆分子生物学研究,并为其他硬骨鱼类稳转细胞构建及筛选提供新思路。

德氏乳杆菌与嗜热链球菌ISL3家族转座子的比较与分析

对存在于德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)和嗜热链球菌(Lactobacillus delbrueckii)中的3类ISL3家族转座子进行了筛选和定位,确定了各自的反向重复序列(IRs)和其外部的正向重复序列(DRs).观察到3类转座子的IRs有部分相同(5’-GGCTCTATAATTT-3’//5’-TTGACAAAGAGCC-3’),碱基A和T丰富的8 bp的DRs中保守碱基均为第5位T.3类转座子中,转座酶之间约30%的相同性,与IRs的部分相同性以及对最保守碱基的识别有关.分析结果为后续进行相关的分子实验与研究或建立简单转座子的数据库打下基础.

V(D)J重排酶RAG与转座子及转座子基因编辑工具的关系

V(D)J重排是高等脊椎动物产生特异性抗体和受体的基础事件,是适应性免疫的特征,其关键酶重组激活基因(RAG)及V(D)J重排如何起源是免疫学中的一个基础问题。多种证据表明RAG和V(D)J重排可能起源于转座事件。本文就V(D)J重排酶RAG的功能,及其和原始RAG转座子的关系进行论述,同时思考RAG转座子和转座子基因编辑工具的联系,旨在为新型基因编辑工具研发和利用提供参考。

金葡菌转座子测序文库的构建及促蛋白酶的活性基因鉴定

背景金黄色葡萄球菌能产生多种蛋白酶引起侵袭性感染,转座子测序技术是发掘基因功能的有力工具,从基因组层面分析促进金葡菌蛋白酶活性基因对其预防及治疗具有重要作用。目的构建能用于转座子测序的突变文库,筛选及鉴定促进蛋白水解活性基因。方法采用基因合成及无缝克隆技术构建带有mariner转座酶的质粒pSATn,并使用脱水四环素红霉素诱导转座并富集形成突变文库。通过牛奶平板对金葡菌蛋白酶水解活性相关基因进行筛选并使用半随机PCR对转座子插入位点进行鉴定。结果成功构建转座子末端均带有MmeⅠ酶切位点金葡菌转座子突变文库,共筛选出26株蛋白酶缺陷克隆菌株,涉及22个基因。其中,新基因pde2转座子插入株显示蛋白水解活性减弱,生物被膜形成能力显著增强,大蜡螟幼虫致死能力显著降低的特征。结论本研究构建的转座子突变文库为后续转座子测序技术的开展奠定基础,为了解金葡菌蛋白水解活性调控的分子基础提供了新的见解,新筛选的基因pde2有望成为控制金黄色葡萄球菌感染的新靶标。

小麦幼苗活性LTR反转录转座子筛选及其对非生物胁迫的响应

LTR(长末端重复,long terminal repeat)反转录转座子占小麦基因组的60%以上,筛选小麦基因组中具有转座活性的LTR反转录转座子,并分析其在非生物胁迫下的响应,对研究反转录转座子在小麦抗逆境胁迫中的作用具有重要意义。本研究通过生物信息学分析,从转座子数据库(TREP database)中筛选出4个具有完整结构的LTR反转录转座子Fatima、Wis、Angela和Babara;同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、甲基化特异PCR(methylmion specific PCR,MSP)和转座子展示(transposon display,TD)技术分别分析了它们在盐、ABA、H2O2和干旱等处理的小麦幼苗期(二叶一心)叶和根中的表达水平、甲基化水平和转座活性变化。结果表明,这4个反转录转座子在正常条件下均存在基础水平的转录,并且能够响应上述4种胁迫而发生转录水平的变化,且在相同胁迫条件下表达水平变化趋势一致。Fatima、Angela和Babara在非生物胁迫处理下表达水平的提高与其甲基化水平的降低有关,Wis则相反。反转录转座子LTR序列含有胁迫响应顺式作用元件,但在非生物胁迫条件下顺式作用元件对这4个反转录转座子的调控作用不显著。与叶相比,这4个反转录转座子在根中对胁迫的响应程度更高,且在盐和ABA处理下转座活性更强。本研究将有助于进一步揭示LTR反转录转座子对非生物胁迫的响应规律,为进一步研究利用反转录转座子进行小麦抗逆育种的遗传改良积累资料。

影响转座子介导耐药基因传播因素的研究进展

转座子是一种可移动的遗传元件,它不仅是耐药基因的载体,还会使耐药基因在不同菌属之间水平转移,造成耐药多样性现象。转座子在细菌耐药性传播过程中发挥着重要的作用。因此,了解影响转座子介导细菌耐药性传播的因素,可为深度解析细菌耐药机制,从而有效遏制细菌耐药性的传递,以及研发新型抗菌药物提供思路。对不同转座子在细菌耐药性传播中发挥的作用及其影响因素进行综述,以期为细菌耐药性的防控提供参考。

用Sleeping Beauty转座子筛选肺癌相关基因及功能研究

目的探讨睡美人(SB)转座子筛选肺癌相关基因的应用。方法采用Sleeping Beauty转座子插入T2/Onc盒子(T2/Onc cassette)诱变人支气管上皮细胞(HBEC)的模型,挑选阳性克隆,高通量测序筛选共同插入位点(CIS)及候选基因。在非小细胞肺癌(NSCLC)细胞系NCI⁃H1299中验证筛选出的COL11A1基因功能,采用CCK⁃8细胞增殖实验等检测NCI⁃H1299细胞系敲低COL11A1前后的增殖能力及其对顺铂的敏感性变化,采用Transwell细胞迁移、侵袭实验比较其迁移、侵袭能力变化。结果使用转座子筛选中通用的蒙特卡洛模拟法确定CIS,以P<0.05为界,共找到252个CIS,包括675个候选基因。结果显示,筛选出的COL11A1基因可以促进NCI⁃H1299细胞系增殖(P<0.01)、迁移(P<0.001)、侵袭(P<0.001)并介导其顺铂耐药(P<0.001)。结论本研究证明了使用SB转座子插入T2/Onc诱变HBEC的模型能够很好地筛选出肺癌相关基因,并证实了COL11A1可以促进NSCLC细胞增殖、迁移、侵袭并介导顺铂耐药及上皮间质转换。

果蝇限制端粒转座子的分子机制

端粒是保护线性染色体末端的核酸-蛋白复合物。与常见的真核生物短重复序列组成的端粒不同,黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)端粒DNA由反转座子组成,其转座行为被果蝇宿主严格限制在端粒,既实现延长端粒的功能,也减少转座子跳跃对基因组的损伤。但果蝇宿主是如何完成如此精确调控的机制尚不明确。目前已知的全基因组范围抑制转座子表达包括H3K9me3参与的异染色质形成途径和piRNA路径,而近期研究发现果蝇端粒保护蛋白参与端粒反转座子的特异调控。本文主要综述了端粒保护蛋白在调控端粒转座子中的具体功能。对果蝇端粒转座子调控的研究有利于更好地理解宿主与转座子协同进化的分子机制。

基于数量性状转座子数据鉴定焦虑障碍易感基因的研究

目的鉴定焦虑障碍的风险基因。方法基于因果基因集精细映射法,整合来自英国生物银行关于焦虑障碍疾病的全基因组关联研究数据与来自大样本人脑表达数量性状转座子数据来寻找和焦虑障碍相关的风险基因。结果和结论该研究筛选出了FAM167A、MSRA、TDH等12个基因作为潜在的可能导致焦虑障碍的风险基因,证明了它们与焦虑障碍疾病的相关性,也为后续开发焦虑障碍的临床诊疗靶点提供了可能的方向。

科学家研究解析苹果转座子插入调控等位基因特异性表达

中国农业科学院果树研究所苹果资源与育种创新团队联合国内外科研机构,从全基因组层面上阐释了苹果转座子(TE)在调控等位基因特异性表达(ASE)方面的重要作用。相关研究成果发表在《植物生物技术杂志》。

植物转座子及其在功能基因组学中的应用

转座子作为插入突变原或分子标签被广泛应用于基因的分离和克隆，且因其独特的性质已成为发现新基因和基因功能分析的有效工具。本文综述了植物转座子及其作为基因分离和克隆工具的研究进展，并讨论其在植物基因功能研究方面的应用。

水稻转座子研究进展

转座子是植物基因组的重要组成部分,对于研究植物基因组进化等具有重要意义。随着水稻全基因组测序计划的开展和完成,水稻转座子研究取得了极大进展,目前已经在水稻基因组中发现了几乎所有类型的转座子,约占水稻基因组的35%。在正常情况下,大多数水稻转座子不具有转座活性,但是在特定的条件下(如组织培养或辐射等),水稻基因组中沉默的转座子可以被激活,从而可能导致插入突变并影响基因的表达。在水稻中已鉴定出6个有活性的转座子,其中Tos17已被应用到水稻功能基因组研究中。转座子序列的新的分子标记转座子展示(transposon display,TD)现已被开发,并在水稻遗传作图和遗传分化研究中得到应用。

白菜和甘蓝基因组转座子表达及其对基因调控的潜在影响

转座子或转座元件是大多数真核生物基因组的主要组成成分。甘蓝(Brassica oleracea)基因组比白菜(B.rapa)大主要是转座子的扩增差异造成的。然而,这两个芸薹属近缘物种转座子表达水平以及对基因的调控和功能的影响目前还不清楚。文章对白菜和甘蓝叶、根、茎3个器官的转录组数据进行了初步分析。结果显示,转座子的表达量很低,转录组reads中有1%来自转座子的转录本;转座子的表达存在器官差异,且不同类别和家族的转座子表达量相差很大,相同类别和同一家族的转座子在白菜和甘蓝基因组中的表达活性也不相同。进一步鉴定到转录读出的LTR反转座子,其与下游基因距离小于2 kb的有41个,小于100 bp的有9个,这些LTR的转录读出很可能通过正义或反义的转录本激活或干扰下游基因的表达。同时,具有转录读出的intact LTR比solo LTR具有更强的读出活性。通过深入分析转座子的插入位点发现,白菜基因组中转座子插入基因内部的频率比甘蓝基因组中的高;与反转座子相比,DNA转座子更偏向于插入或保留在基因的内含子当中。这些结果为认识转座子对其他蛋白编码基因的影响提供了基础。