甲型流感病毒H5N1的siRNA设计

选用了甲型流感病毒10个毒株(全序列)和一个2004年越南毒株(部分序列)，采用自己编写的计算机程序sRNAFinder，对每个毒株的6个RNA片段的6个编码序列进行了siRNA设计．结合系统发育重建方法，利用sR-NAFinder的共有序列分析功能，对得到的6101个siRNA分子进行了计算机筛选．结果表明，设计的siRNA的分子，针对np和pb1应该是最有效的，而针对ha和na的siRNA分子设计，需要疾病流行期毒株的最新测序数据；从ns1的数据不能获得很保守的、可作为预防治疗药物的siRNA分子．图1表4参16     

34株假单胞菌的泛基因组分析

假单胞菌属在各种环境广泛分布且具有重要的生态应用价值,然而当前研究对其环境适应性遗传基础的解析尚不充分.选择33株有效发表且具有全基因组序列以及一株新分离的假单胞菌的全基因组进行泛基因组学分析.结果表明,选择的假单胞菌属菌株泛基因组含有173 271条蛋白序列,共有30 847个同源基因家族,包括1 505个核心基因,基因组呈开放型.通过分析不同基因组的基因组演化特征,发现通过基因水平转移获得的基因占整个基因组的比例为32%-48%,其平均基因岛数量为53个.发现假单胞菌属泛基因组的开发性与其频繁的基因水平转移事件和快速的基因进化有关.进一步分析表明,不同基因组中的功能基因家族按照菌株的环境分布进行聚类,表明对特殊环境的适应决定了假单胞菌的遗传特征.本研究初步揭示了假单胞菌属细菌遗传特征的共性与特性,结果可为解析假单胞菌属环境适应性的遗传基础与功能多样性的演化发生机制提供研究线索.(图8表1参37)     

茶树GH1基因家族鉴定及其在茶鲜叶萎凋过程的表达

糖苷水解酶第1家族基因(GH1)在茶叶香气形成中发挥着重要作用.为了解茶树GH1家族成员的进化特性及其在茶鲜叶萎凋过程的表达规律,基于茶树基因组数据库,对GH1基因家族进行全基因组鉴定,并对其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守基序及其在不同组织和茶鲜叶萎凋过程的表达模式进行分析.结果显示,茶树GH1基因家族共31个成员,分为5个亚家族,同一亚家族的GH1具有类似的保守基序,保守性较高.GH1基因编码142-871个氨基酸,GH1在细胞中分布很广,包括分泌通路、细胞核、胞浆等.GH1基因表达量从高到低依次为幼嫩茎段、幼根、幼果、成熟叶、嫩叶、顶芽、老叶和花.在茶鲜叶萎凋过程中,大部分GH1基因在鲜叶和萎凋减重10%阶段优势表达,而CsGH1BG6、CsGH1BG7和CsGH1BG26在茶鲜叶萎凋减重20%至60%之间上调表达,这是GH1基因参与白茶加工品质调控的关键时期.本研究表明上调表达的GH1基因对茶鲜叶的失水胁迫调控和萎凋过程香气的形成起到积极的作用,可作为进一步开展茶鲜叶萎凋过程品质形成研究的候选基因;结果可为茶叶加工品质调控奠定基础.(图5表2参30)     

中华猕猴桃EIN3/EIL转录因子家族的成员鉴定、系统进化和基因表达模式

EIN3/EIL家族是一类非常重要的转录因子,调控植物包括果实成熟在内的众多生长发育过程.对中华猕猴桃EIN3/EIL家族进行系统的生物信息学和比较基因组学研究,在中华猕猴桃基因组中鉴定得到8个EIN3/EIL转录因子;其蛋白序列包括1个酸性氨基酸富集区、1个脯氨酸富集区以及5-7个碱性氨基酸富集区.包括中华猕猴桃在内的20种植物的EIN3/EIL成员的系统进化树表明,EIN3/EIL基因在众多植物基因组中同时存在趋同和趋异的进化趋势.中华猕猴桃EIN3/EIL基因家族成员的增加主要源于其进化过程中发生的全基因组三倍化倍增事件.在果实成熟过程中,中华猕猴桃EIN3/EIL基因呈现组成型的高或低表达两种截然相反的基因表达趋势.本研究鉴定得到了中华猕猴桃EIN3/EIL家族的成员,系统揭示了其成员蛋白序列中的保守区域、在不同植物物种中的进化趋势,植物基因组倍增所导致的家族成员增加,以及果实发育过程中表现出的显著的基因表达水平差异,可为中华猕猴桃EIN3/EIL基因的功能研究提供候选基因以及数据基础.     

高效固氮大豆根瘤菌SMH12的全基因组测序及比较基因组分析

费氏中华根瘤菌SMH12(Sinorhizobium fredii SMH12),生长代时较短,属于快生型大豆根瘤菌. SMH12具有高效固氮、宿主范围广、匹配性强、遗传物质稳定等特点,为充分开发该菌应用潜力和研究价值,有必要解析SMH12的基因组序列.采用Illumina Hiseq与Pacbio测序技术相结合对SMH12菌株进行全基因组测序.进一步使用相关软件对测序数据进行基因组的组装、基因预测与功能注释、COG/GO聚类分析以及比较基因组分析.测序结果显示,SMH12基因组包含1条染色体和2个质粒,染色体大小为4 022 924 bp,质粒pSfSMH12a大小为2 394 395 bp,质粒pSfSMH12b大小为556 376bp,序列已提交至GenBank数据库,登录号为CP035038-CP035040.基因预测与rRNA、tRNA查找显示,SMH12基因组含有6 836个基因,有9个rRNA和55个tRNA.比较基因组分析的直系同源基因比对与共线性分析显示,SMH12与S. fredii HH103大部分基因相同,亲缘关系最密切;只有约17%的基因不同.COG分类比较分析显示,SMH12中转座因子和碳水化合物的转运与代谢这两类相关基因的占比明显高于Bradyrhizobium diazoefficiens USAD110.本研究首次报道SMH12基因组序列并分析了其基因组基本特征,与其他代表性大豆根瘤菌进行了比较基因组分析.结果丰富了根瘤菌基因组数据库,也为构建高效固氮的大豆根瘤菌工程菌提供了一定依据和基因资源.(图6表2参35)     

苯急性暴露对Sprague-Dawley大鼠全基因组DNA甲基化的影响

现有文献表明,DNA甲基化异常与肿瘤的发生密切相关,其中全基因组DNA甲基化水平的改变已经被认为是癌症发生的生物标志物;同时,大量遗传毒理学实验证明苯可以引起DNA突变和断裂,然而苯暴露引起全基因组DNA甲基化异常的现象,目前鲜有文献报道。为了揭示苯引起全基因组DNA甲基化变化的致毒机制,本实验中,Sprague-Dawley（SD）雄性大鼠经口灌胃急性暴露于以500 mg.kg-1（以体质量计）的苯中,在暴露6、12、24、30 h后采集SD雄性大鼠体内血液、肝脏、肾脏和肺,利用高效液相色谱分析方法检测全基因组DNA甲基化水平。结果表明,SD雄性大鼠血液和肝脏的全基因组DNA甲基化水平显著下降,而在肾脏和肺中没有显著地变化,表现出组织特异性。本实验率先报道了苯的暴露可以引起全基因组DNA甲基化水平的异常,从表观遗传学的角度解释了苯影响人体健康的机制。     

不同糖发酵条件下酿酒酵母组成型启动子和诱导型启动子评价

木糖是秸秆等纤维素类生物质原料中含量仅次于葡萄糖的第二丰富的糖,构建可高效发酵木糖的酿酒酵母菌株是提高原料利用率、降低纤维素燃料乙醇生产成本的基础.外源基因的高效表达以及本源基因的调控都需要选择表达强度合适的启动子.基于比较转录组,在全基因组水平上比较解析酿酒酵母所有基因在发酵葡萄糖、发酵木糖、发酵混合糖(葡萄糖和木糖)条件下的表达强度,拟为构建木糖利用菌株提供一系列备选的启动子库.结果表明,碳源种类对酿酒酵母启动子的强度有显著影响,绝大多数启动子强度受碳源影响显著,有67个启动子的强度在不同碳源条件下保持了相对稳定;启动子P_(TEF1)和P_(TEF2)、P_(ADH1)、P_(CCW12)和某些核糖体蛋白基因启动子可在构建木糖利用菌株时作为组成型强启动子,另有中、弱强度的组成型启动子可用于基因表达优化;启动子P_(YNR071C)、P_(PUT1)、P_(DSF1)等可作为利用木糖时的诱导型启动子,使基因在有需要的时候才进行表达.本研究在系统解析全基因组启动子强度和碳源种类的关系基础上,为构建利用不同碳源的酿酒酵母菌株提供了具有不同表达特征的候选启动子库.(图1表6参24)     

苏云金芽胞杆菌YBT-1520中SigL及其增强子结合蛋白的结构与功能分析

为揭示SigL及其增强子结合蛋白(EBPs)在苏云金芽胞杆菌(Bt)中的调控功能,在全基因组测序的基础上,采用生物信息学方法,对YBT-1520菌株的SigL及其EBPs的结构和功能进行深入分析.结果表明,YBT-1520基因组中存在1个SigL和6个EBPs,而且EBPs在结构上具有丰富的多样性,包含了EBPs的所有可能的结构域组织类型.SigL所调控的基因涉及11个假定的COG代谢途径,其中包括能量代谢、氨基酸代谢、翻译与细胞周期等.根据EBPs在基因组的位置推测,YBT-1520的EBPs参与γ-氨基丁酸代谢途径、精氨酸代谢途径、支链脂肪酸降解途径、多糖分解代谢等代谢途径的调控.本研究将为揭示Bt杀虫晶体蛋白大量表达的调控机制提供新的思路.     

基于叶绿体基因组的浮萍亚科系统进化

由于浮萍形态高度退化,其系统进化研究较为困难,基于叶绿体基因组研究浮萍亚科系统进化对解决该问题具有重要意义.通过过滤全DNA数据(即包含细胞内的核DNA、叶绿体DNA和线粒体DNA的测序数据)和直接提取叶绿体DNA测序两种方法组装叶绿体基因组,然后分别基于rbc L基因和叶绿体全基因组序列构建浮萍亚科系统发育树,并比较浮萍叶绿体基因组大小.经比对发现,通过两种方法得到的Landoltia punctata ZH0051叶绿体基因组完全一致,全长均为171 013 bp,序列相似度100%.基于叶绿体全基因组序列构建浮萍亚科系统发育树的节点置信值都达到了1,确认了浮萍亚科的进化次序为多根紫萍属、少根紫萍属、绿萍属、扁平无根萍属、芜萍属.浮萍亚科中叶绿体基因组最大的为少根紫萍属(171 kb),最小的为绿萍属(166 kb).本研究表明过滤全DNA数据组装出的浮萍叶绿体基因组是可靠的;浮萍叶绿体基因组大小虽有所差异,但随进化没有明确的扩张或收缩的趋势.     

转座子挽救法克隆鞘氨醇单胞菌CDS-1中呋喃丹水解酶相关基因

用含Tn5转座子的自杀性质粒pSC123诱变呋喃丹降解菌Sphingomonas agrestis CDS-1,获得失去呋喃丹降解功能的突变株CDS-M1.以pMD18-T为载体在E.coli DH5α中构建了CDS-M1的基因组文库,采用转座子挽救法对Tn5插入位点两侧翼的序列进行克隆与测序,根据测序结果(共4 551个碱基)设计引物,从CDS-1的基因组中扩增到同样大小的片段,把该片断克隆到广宿主载体pPZP201上,得到重组质粒pCDZ1,通过三亲接合的方法把pCDZ1导入CDS-M1中进行功能互补实验,结果显示CDS-M1的呋喃丹水解功能得到了恢复,表明该片断中包含呋喃丹水解酶相关基因.图7表1参14     

F-RNA噬菌体及其作为水中肠道病毒指示物的研究进展

城市污水的再生利用是缓解水资源紧张、减少水污染和改善生态环境的有效途径。污水及其回用水中的肠道病毒对人体健康的风险日益受到关注。直接检测水中肠道病毒的操作复杂、安全性差、时间长、需要专门的技术和设备，因此需要寻找合适的指示生物，以实现对水中肠道病毒的及时检测和风险评价。F-RNA噬菌体是通过性菌毛感染雄性大肠杆菌的一类RNA细菌病毒，在污水中普遍存在，在大小、形态结构及对环境条件和水处理过程的抗性与肠道病毒相似，被认为是水中肠道病毒的合适的指示生物。文章介绍了F-RNA噬菌体在环境及污水中的分布、存活和去除特性、检测方法及作为水中肠道病毒指示生物的研究进展。     

金鸡菊(Coreopsis drummondii)的抗TMV活性物质

采用活性跟踪法从金鸡菊根中分离获得抗病毒活性物质,经质谱和核磁共振分析,鉴定该物质为1-苯基-1,3,5-三庚炔.采用半叶枯斑法、叶圆盘法测定了该物质对烟草花叶病毒的抑制效果,结果表明,0.2 mg/mL的该化合物对TMV表现出较好的体外抑制侵染和增殖活性,其对TMV侵染和复制的抑制率分别为73.5%和84.3%.实时荧光定量PCR测定结果表明,该化合物对TMV外壳蛋白基因的表达有明显的抑制作用,0.2 mg/mL的该化合物对TMV外壳蛋白基因表达的抑制率为79.8%.图6表1参19     

Nucleic acid concentrations and enzyme activities as correlates of growth rate of the saithe Pollachius virens: growth-rate estimates of open-sea fish

The aim of this study was to estimate the growth rate of saithe, Pollachius virens L., in wild populations collected from around the Beryl Alpha oil platform in October 1988 and from Loch Ewe on the west coast of Scotland in August 1989, by comparing the concentrations of various growth-rate indicators in the white muscle with those of laboratory-maintained individuals of known growth rates. There were significant correlations between the individual growth rates of laboratory-maintained saithe and concentrations of white muscle RNA expressed as g RNA mg^-1 protein, mg RNA mg^-1 DNA and as mg RNA g^-1 muscle. Growth rate was also correlated with the activities of the enzymes citrate synthase, cytochrome oxidase and lactate dehydrogenase. RNA concentrations decreased with increasing body size, and weight-corrected estimates of RNA concentrations for a standard-sized individual were determined from the scaling relationships. RNA concentrations expressed in three different ways gave similar estimates of the growth rate for two samples of wild saithe, one from around an oil platform and the other from the west coast of Scotland. RNA concentrations were correlated with aerobic enzyme levels in oil-platform fish, although the growth rate estimates of the same wild fish were lower when expressed as a function of aerobic enzyme levels than when expressed as a function of lactate dehydrogenase concentration. It is concluded that the capacity for protein synthesis of white muscle expressed as RNA concentrations in relation to wet or dry weight may be used as an estimate of instantaneous growth rate and that additional confidence in such estimates may be gained from measurement of the levels of aerobic enzymes.     

瞬时表达比较马铃薯X病毒CP基因3种结构对RNA沉默的诱导效果

RNA沉默是植物抵御病毒侵染的一种防卫机制,病原来源的抗性(pathogen-derived resistance,PDR)被认为是通过RNA沉默起作用的.转化的核酸片段在基因组中的位置、长短和不同排列结构等均影响RNA沉默的效率.用全长马铃薯X病毒(PVX)CP基因构建非翻译的正义、反义和反向重复结构转基因的植物表达载体,通过农杆菌渗入法瞬时表达测试了这些转基因对RNA介导抗性的诱导效率和有效性.结果表明,反向重复的PVXCP是更为有效的RNA沉默诱导因子,同时也证明让目的基因在受试植物中瞬时表达,在转化植物之前能比较快速地检测转基因的表达情况以及表达产物的功能,从而节约时间和资源,并减少盲目性.图3表2参21     

Chromosomal mapping of major ribosomal rRNA genes in the hard clam (<Emphasis Type="Italic">Mercenaria mercenaria</Emphasis>) using fluorescence in situ hybridization

Karyotype and chromosomal location of the major ribosomal RNA genes were studied in the hard clam (Mercenaria mercenaria Linnaeus) using fluorescence in situ hybridization (FISH). Metaphase chromosomes were obtained from early embryos. Internal transcribed spacers (ITS) between major RNA genes were amplified and used as FISH probes. The probes were labeled with digoxigenin-11-dUTP by polymerase chain reaction and detected with fluorescein-labeled anti-digoxigenin antibodies. FISH with the ITS probes produced two to four signals per nucleus or metaphase. M. mercenaria had a haploid number of 19 chromosomes with a karyotype of seven metacentric, four metacentric or submetacentric, seven submetacentric, and one submetacentric or subtelocentric chromosomes (7M + 4M/SM + 7SM + 1SM/ST). Two ITS loci were observed: one located near the centromere on the long arm of Chromosome 10 and the other at the telomere of the short arm of Chromosome 12. FISH signals on Chromosome 10 are strong and consistent, while signals on Chromosome 12 are variable. This study provides the first karyotype and chromosomal assignment of the major RNA genes in M. mercenaria. Similar studies in a wide range of species are needed to understand the role of chromosomal changes in bivalve evolution.     

Genetically informed captive breeding of hybrids of an extinct species of Galapagos tortoise

Hybridization poses a major challenge for species conservation because it threatens both genetic integrity and adaptive potential. Yet, hybridization can occasionally offer unprecedented opportunity for species recovery if the genome of an extinct taxon is present among living hybrids such that selective breeding could recapture it. We explored the design elements for establishing a captive-breeding program for Galapagos tortoises (Chelonoidis spp.) built around individuals with admixed ancestry involving an extinct species. The target individuals were hybrids between the extinct species from Floreana Island, C. niger, and an extant species, C. becki, which were recently found in the endemic range of C. becki, from Wolf Volcano on Isabela Island. We combined genotypic data from 35 tortoises with high ancestry from C. niger with forward-in-time simulations to explore captive breeding strategies that maximized overall genetic diversity and ancestry from C. niger while accommodating resource constraints, species biology, and the urgency to return tortoises to Floreana Island for facilitating ecosystem restoration. Overall genetic diversity was maximized when in the simulation tortoises were organized in relatively small breeding groups. Substantial amounts of the C. niger genome were captured despite limited resources available for selectively breeding tortoises in captivity. Genetic diversity was maximized when captive-bred offspring were released to the wild rather than being used as additional breeders. Our results provide genetic-based and practical guidance on the inclusion of hybrids with genomic representation from extinct taxa into species restoration programs and informs the ongoing debate on the value of hybrids in biodiversity conservation.     

榨菜线粒体DNA雄性不育相关片段克隆及序列分析

研究了榨菜(Brassica juncea var．tumida Tsen and Lee)细胞质雄性不育性(CMS)与线粒体基因组的关系,以榨菜细胞质雄性不育系及其保持系线粒体DNA(mtDNA)为模板,设计合成引物进行PCR扩增,从榨菜胞质雄性不育系mtDNA上扩增得到与雄性不育相关的特异片段T1170,点杂交分析表明,T1170仅与榨菜胞质雄性不育系mtDNA有杂交信号,而保持系的mtDNA则无,序列测定该片段全长1173bp,编码389个氨基酸,其中疏水氨基酸占35％。图4参9。     

水稻OsGPCR基因的克隆及遗传转化分析

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCR)基因家族是目前已知最大的膜受体超家族,参与生物的生长发育调控和激素应答.通过RT-PCR分离了水稻中一个具有7次跨膜(Seven transmembrane,7TM)结构域的OsGPCR候选基因;分析该基因启动子序列,发现它含有赤霉素GA应答相关元件.为分析其功能,分别构建OsGPCR过表达和RNA干涉载体,并通过农杆菌介导法转化获得转基因水稻植株.实验结果表明,较之野生型,过表达转基因植株对赤霉素反应更敏感,RNA干涉植株则反之.     

Identification and expression analysis of the HvENOD93 gene family in barley北大核心CSCD

早期结瘤素93(ENOD93)蛋白在植物根瘤形成初期扮演着重要的角色.基于大麦基因组信息鉴定大麦ENOD93基因家族成员,分析其理化特性、进化关系、基因结构、蛋白质结构和启动子顺式作用元件;并分析ENOD93家族在不同组织和不同基因型(籽粒大小)的表达情况.结果显示,大麦ENOD93基因家族有16个成员,均含有ENOD93基因家族特有的保守结构域;编码区长度在207-627 bp之间,外显子数量有1-4个,平均2.75个,且大部分位于细胞膜上;进化树结果表明与水稻、小麦和玉米等禾本科植物ENOD93基因的亲缘关系较近;启动子顺式元件主要有植物生长发育响应元件、胁迫响应元件以及激素响应元件;大部分HvENOD93基因在灌浆期籽粒和大粒材料中表达量较高.推测大麦HvENOD93基因在籽粒大小形成中起关键性作用;另外,结合其他物种相关基因研究结果,共筛选出3个同源基因.(图4表2参45)     

D.radiodurans kat A和kat B基因的结构分析与功能鉴定

以简并引物PCR获得的Cat酶基因片段探针，结合生物信息学方法，探明了耐辐射奇球菌（D.radiodu-rans)基因组中存在两个编码过氧化氢酶（Catalase,Cat)的基因：katA和B.katA和katB基因长2277bp和1611bp，各编码758和536个氨基酸，用pKK223-3表达载体连接katB基因，转入Cat酶缺陷型大肠杆菌（E. coliUM2)进行表达.katB基因表达产物具有Cat酶活性，电泳迁移位置与D.radiodurans CatB酶位置相符，并可重建E.coliUM2对低浓度H2O2损伤的耐受力。