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翻译延伸的顺式调控机理与生物学效应
肇涛澜, 张硕, 钱文峰
遗传    2020, 42 (7): 613-631.   DOI: 10.16288/j.yczz.20-074
录用日期: 2020-07-07

摘要165)   HTML9)    PDF (932KB)(202)   

翻译延伸是核糖体将信使RNA (mRNA)蕴含的遗传信息解码为蛋白质的有序过程,是细胞维持基本代谢活动的核心步骤。多种人类疾病(如神经退行性疾病、癌症等)都与翻译延伸的异常有关。翻译延伸作为中心法则的关键步骤曾是现代分子生物学研究的重点内容,然而方法学上的限制却阻碍了对其动态过程以及调控规律的进一步研究。近年来,对翻译延伸调控相关方法的突破让与其相关的生命科学研究获得了长足的发展,尤其是近10年来的研究揭示了翻译延伸的复杂调控机理和多种生物学效应,为理解蛋白表达调控和疾病发生的关联提供了新的理论视角。本文在总结翻译延伸研究方法的基础上,重点探讨了顺式调控元件(mRNA与新生肽链序列)对局部翻译延伸速率的调控作用,同时列举了翻译延伸调控对模板mRNA和蛋白质产物功能的影响,包括mRNA稳定性、蛋白质的合成与降解、蛋白质亚细胞定位以及蛋白质共翻译折叠等,以期吸引生命科学各领域的学者共同参与翻译延伸领域的研究。

细胞内吞循环运输通路及其分子调控机制
林珑, 史岸冰
遗传    2019, 41 (6): 451-468.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-124
录用日期: 2019-06-06

摘要612)   HTML28)    PDF (4730KB)(389)   

内吞运输对于细胞与外界的物质信息交流至关重要,其过程涉及对胞外大分子、膜磷脂、膜蛋白内吞及分选的精细调控。在内吞运输系统中,循环运输通路负责将膜蛋白和磷脂等送回质膜,维持质膜组成的稳定,保障多种细胞生物学过程的正常进行,如营养吸收、细胞极性形成、细胞迁移、细胞分裂、突触可塑性、免疫应答、生长因子受体调控等。真核细胞中存在两大类循环运输通路,分别是网格蛋白依赖内吞货物蛋白的循环运输(CDE货物循环)和非网格蛋白依赖内吞货物蛋白的循环运输(CIE货物循环)。在体内具有重要生理功能的转铁蛋白受体TfR和低密度脂蛋白受体LDLR是CDE循环的代表性货物膜蛋白。近年,受CIE货物循环调控的重功能膜蛋白被逐步发现,如IL2 受体α-亚基、主要组织相容性复合体MHC ClassⅠ、葡萄糖转运因子GLUT4等。因而,对CIE货物循环调控机制的研究越来越受到学界关注,相关研究既有重要的细胞生物学理论意义,也能为诸如Ⅱ型糖尿病和癌症等重大疾病的诊疗策略提供科学依据和潜在治疗线索。相较于CDE货物循环,学界对CIE货物循环的研究开展较晚,对其调控机制的了解也较少。为此,本文在介绍内吞循环运输通路类型及其特点的基础上,着重关注CIE循环运输调控的分子基础,对CIE货物循环研究领域的新进展、新研究体系进行了归纳和说明。

γ-珠蛋白基因表达调控机制与临床应用
鞠君毅,赵权
遗传    2018, 40 (6): 429-444.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-021
录用日期: 2018-05-31

摘要1057)   HTML41)    PDF (610KB)(700)   

成人体内的血红蛋白是由2个 α-珠蛋白和2个β-珠蛋白组成的四聚体,负责氧气的运输。珠蛋白基因在基因组中成簇分布,其表达受到多种顺式作用元件和反式作用因子的共同调控,具有高度的组织特异性和发育时序性。β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血是两种最常见的由于β-珠蛋白基因突变引起的常染色体隐性遗传病。γ-珠蛋白是一种主要在胎儿时期表达的类β-珠蛋白,同样具有载氧功能,但编码该蛋白的基因在上述贫血患者中却保持完好。因此,临床上优选的治疗方案之一是重新激活患者体内沉默的γ-珠蛋白基因的表达来弥补缺损的β-珠蛋白,从而缓解临床症状。目前已有多种能提高γ-珠蛋白基因表达的药物,在临床上用于治疗β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血。随着基因组编辑技术的发展,针对这两种贫血的精准基因治疗研究也在进行中。本文着重介绍了参与γ-珠蛋白基因调控的转录因子和表观遗传修饰分子,以及目前相关的β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血的临床治疗药物和手段,以期为深入阐明γ-珠蛋白基因的转录表达分子调控机制提供参考。

水稻耐低温逆境研究:分子生理机制及育种展望
刘次桃, 王威, 毛毕刚, 储成才
遗传    2018, 40 (3): 171-185.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-007
录用日期: 2018-02-26

摘要1538)   HTML52)    PDF (706KB)(1754)   

低温严重影响水稻的地理分布、生长发育及产量。水稻在低温逆境下会产生一系列的生理及代谢变化,如:叶绿素荧光的改变,电解质渗漏增加,活性氧、丙二醛、蔗糖、脂质过氧化物、脯氨酸等代谢物含量升高,植物内源激素ABA和GA的改变等。了解水稻在低温逆境下的生理代谢变化及低温应答分子机理对水稻耐低温性状的遗传改良具有重要的意义。本文系统总结了水稻在低温逆境下的生理代谢变化、已定位和克隆的耐低温基因/QTL,以及水稻应答低温逆境信号转导机制的最新研究进展,以期为水稻的耐低温育种提供参考。

哺乳动物生物钟的遗传和表观遗传研究进展
岳敏, 杨禹, 郭改丽, 秦曦明
遗传    2017, 39 (12): 1122-1137.   DOI: 10.16288/j.yczz.17-350
摘要1093)   HTML40)    PDF (1091KB)(1016)   

生物钟对生物机体的生存与环境适应具有着重要意义,其相关研究近年来受到人们的广泛关注。生物钟的重要性质之一是内源节律的周期性,当前的研究认为这种周期性是由生物钟相关基因转录翻译的多反馈环路构成核心机制调控着近似24 h的节律振荡。哺乳动物的生物钟系统存在一个多层次的结构,包括位于视交叉上核的主时钟和外周器官和组织的子时钟。虽然主时钟和子时钟存在的组织不同,但是参与调节生物钟的分子机制是一致的。近年来,通过正向、反向遗传学方法和表观遗传学的研究方法,对生物钟的分子机制的解析和认知愈发深入。本文在简单回顾生物钟基因发现历史的基础上,重点从遗传学和表观遗传学两个方面,从振荡周期的角度,对哺乳动物生物钟分子机制的研究进展进行了综述性介绍,以期为靶向调节生物钟来改善机体的稳态系统的研究提供参考,同时希望能促进时间生物学领域与更多其他领域形成交叉研究。

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酿酒酵母染色体设计与合成研究进展
徐赫鸣,谢泽雄,刘夺,吴毅,李炳志,元英进
遗传    2017, 39 (10): 865-876.   DOI: 10.16288/j.yczz.17-199
摘要555)   HTML20)    PDF (578KB)(883)   

随着合成生物学的蓬勃发展,基因组学的研究正在由读取基因组信息拓展到以编写基因组信息为主的合成基因组学时代。2009年,由Jef D. Boeke教授提出的人工合成酵母基因组计划(Sc2.0)旨在合成世界上首个真核生物基因组。在美、中、英、法、澳大利亚、新加坡等多国科学家的努力下,目前已经完成1/3的酵母染色体的人工合成。本文从合成基因组学领域的发展历程出发,介绍了Sc2.0计划中酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)染色体设计与合成的最新进展,包括酿酒酵母9号染色体右臂、3号染色体、2号染色体、5号染色体、6号染色体、10号染色体和12号染色体的设计与合成过程,阐述了其各自的合成策略以及生物学意义,以期为合成基因组学的深入开展提供借鉴与参考。

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泛素化修饰调控脱落酸介导的信号途径
于菲菲,谢旗
遗传    2017, 39 (8): 692-706.   DOI: 10.16288/j.yczz.17-043
摘要784)   HTML1)    PDF (479KB)(1072)   

泛素化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,通过调节蛋白的活性和稳定性等影响其功能的发挥,在真核生物的生命过程中具有非常重要的作用。泛素化修饰通过精细地调控植物激素脱落酸(abscisic acid, ABA)的合成和信号转导过程的关键因子,影响植物对ABA的响应,参与植物生长发育过程及对干旱、盐和冷胁迫等不良环境的应答。本文概述了植物中泛素化修饰的相关组分(包括泛素连接酶E3、泛素结合酶E2、26S蛋白酶体)和内膜运输相关蛋白,以及这些蛋白调控ABA合成和信号转导过程的最新研究进展,提出该研究领域需要解决的新问题,以期为相关领域的科研人员进一步了解翻译后修饰如何调控激素信号的转导途径提供参考。

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用模式生物青鳉概观硬骨鱼性别决定及性分化研究进展
亢逸,关桂君,洪云汉
遗传    2017, 39 (6): 441-454.   DOI: 10.16288/j.yczz.17-140
摘要856)   HTML13)    PDF (678KB)(1138)   

鱼类性别决定和性分化呈多元性,既有雌雄同体也有雌雄异体。性腺的雌雄性分化过程受遗传和环境因素(如温度、光照、激素和pH值等)影响,具有可逆可塑性。随着生物技术和基因组学的迅速发展,近年来脊椎动物性别决定和性分化的研究有了重大进展和显著突破。本文通过聚焦青鳉及其他硬骨鱼纲保守存在的dmrt1gsdfamh等雄性因子,探讨硬骨鱼普遍存在的雌雄性别可塑可逆信号通路,并介绍了新的基因组编辑和性控育种技术,为单性选育等水产养殖技术的研发提供参考。

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CRISPR/Cas9在丝状真菌基因组编辑中的应用
李红花,刘钢
遗传    2017, 39 (5): 355-367.   DOI: 10.16288/j.yczz.17-115
摘要2093)   HTML16)    PDF (479KB)(2047)   

丝状真菌(filamentous fungi)通常指那些菌丝体较发达且不产生大型肉质子实体结构的真核微生物。丝状真菌不仅在自然界物质循环中发挥着重要作用,还与人类健康和工农业生产有着紧密的联系。然而,对丝状真菌进行遗传操作相对困难,极大地妨碍了丝状真菌的遗传学研究。成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(clustered regulatory interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9, CRISPR/Cas9)是近年来发现的一种存在于细菌和古菌中保守的获得性免疫防御机制。最近,CRISPR/Cas9被开发成为了一种方便灵活的基因组编辑技术。目前,该技术已经广泛应用在不同物种的基因组编辑中。本文概述了CRISPR/Cas9在丝状真菌基因组编辑中的应用进展,旨在为开展该领域的研究工作提供参考。

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2015年中国微生物遗传学研究领域若干重要进展
谢建平, 韩玉波, 刘钢, 白林泉
遗传    2016, 38 (9): 765-790.   DOI: 10.16288/j.yczz.16-305
摘要1149)      PDF (428KB)(967)   
中国微生物遗传学研究在2015年取得了重要进展。本文回顾了2015年度中国本土科研团队在微生物遗传学领域取得的若干重要科研进展,扼要介绍了若干重点论文,展示了中国科学家在本领域的学术贡献。在基础微生物遗传学领域,明确了调控基因表达的一系列重要生物大分子的组成、结构和功能,解析了微生物免疫系统识别外源核酸片段的分子基础,阐明了多个微生物来源重要活性物质的生物合成途径及新颖的酶学反应过程,发现了微生物基因表达调控的新机理,在微生物发育、进化与群体行为生物学方面也取得一定进展。在工业微生物遗传学方面,阐明了微生物制造及其分子基础。在病原微生物遗传学方面,研究了多个致病菌的遗传调控,明晰了致病菌-宿主相互作用的遗传机制,在基因组水平解析了微生物耐药、新发病原和环境微生物的遗传机理,为致病菌防控新措施的研发提供了基础。在微生物多样性与环境微生物遗传学方面,展示了利用微生物遗传多样性的特点通过催化获得特定手性的化合物具有较好应用前景,肠道微生物组学研究方兴未艾。
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植物重力反应的分子调控机制
武迪, 黄林周, 高谨, 王永红
遗传    2016, 38 (7): 589-602.   DOI: 10.16288/j.yczz.16-127
摘要768)      PDF (579KB)(982)   
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因子。植物感受到重力刺激后可以通过重力反应来协调自身各个器官的生长方向与重力方向之间的最适角度。植物重力反应过程分为重力信号的感受、重力信号的转导、生长素不对称分布的形成和重力反应器官的弯曲生长4个阶段。近年来,随着大量重力反应缺陷突变体的鉴定及其控制基因的功能解析,重力信号的感受和生长素不对称分布的分子机制等方面的研究取得了重要进展。作为植物适应环境变化的重要手段之一,重力反应还可以通过调节水稻(Oryza sativa L.)的分蘖角度实现对水稻株型和产量的调控。因此,研究植物的重力反应,不仅有助于解析植物生长发育的调控机制,对于作物株型的改良也具有重要的指导意义。然而,重力反应的分子机制及其调控网络仍不清楚。本文综述了近年来植物重力反应的调控机理及其调控水稻分蘖角度的作用机制,并对该领域未来的研究方向和热点进行了展望。
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2015年中国动物遗传学研究领域若干重要进展
张博, 陈晓芳, 黄勋, 杨晓
遗传    2016, 38 (6): 467-507.   DOI: 10.16288/j.yczz.16-205
摘要729)      PDF (900KB)(974)   
2015年中国科学家在动物遗传学领域的研究成果斐然。据不完全统计,2015年围绕线虫(Caenorhabditis elegans)、果蝇(Drosophila melanogaster)、斑马鱼(Danio rerio)、爪蛙(Xenopus)和小鼠(Mus musculus)等5个模式动物发表的论文中涉及中国的论文数约占总论文数的1/5,众多具有原创性的研究成果在国际高影响力的期刊上发表。例如:首次鉴定出潜在的磁受体MagR,为磁感应遗传与分子机制的研究带来了重大突破;揭示了褐飞虱(Nilaparvata lugens)翅多型性的遗传基础;首次证明在果蝇基因组中存在腺嘌呤的N6-甲基化;揭示了哺乳动物树突棘修剪与成熟的新的分子机制;发现CRTC2介导的信号通路调控肝脏脂代谢;发现神经递质多巴胺能够调节炎症反应;发现Gasdermin蛋白家族具有诱导细胞焦亡的功能;发现小清蛋白阳性的兴奋性视觉通路能够触发小鼠的恐惧反应等。2015年中国科学家在TALEN和CRISPR/Cas基因组靶向编辑技术领域同样做出了重要贡献。据不完全统计,其中涉及中国的论文占比多于1/5,覆盖了从线虫到灵长类的多种动物、多种基因组修饰方法,并且在世界上首次成功编辑了人类早期胚胎。中国在基因组序列测定与分析研究领域一如既往地保持世界领先,2015年中国科学家在动物基因组方面绘制了家鹅(Anser cygnoides)、壁虎(Gekko japonicus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)和大黄鱼(Larimichthys crocea)的基因组序列图谱,完成了69头中国地方猪(Sus scrofa)的基因组重测序,分别分析了这些动物所独有的生理病理特征以及环境适应能力的遗传基础。本文首次尝试对以中国本土科研团队为主的动物遗传学领域若干重要科研进展进行年度回顾,并选取若干重点论文进行简要介绍,以彰显中国科学家在动物遗传学领域的科研实力和重要贡献。
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2015年中国医学遗传学研究领域若干重要进展
李元丰, 韩玉波, 曹鹏博, 孟金凤, 李海北, 秦庚, 张锋, 靳光付, 杨勇, 邬玲仟, 平杰, 周钢桥
遗传    2016, 38 (5): 363-390.   DOI: 10.16288/j.yczz.16-174
摘要1171)      PDF (434KB)(1332)   
2015年中国医学遗传学稳步发展,众多具有原创性的研究论文在国际顶级杂志上发表。中国科学家在医学遗传学的诸多领域,如罕见疾病的致病基因、复杂疾病的易感基因、癌症的体细胞突变、遗传学新方法新技术、疾病相关微小RNA(microRNA,miRNA)、疾病相关长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)、疾病相关竞争性内源RNA(Competing endogenous RNA,ceRNA)、疾病相关可变剪接和分子进化等研究领域均取得了突破性的进展。中国科学家在医学遗传学研究中逐步从常见变异延伸到罕见变异,从遗传学现象的描述到功能机制的确证,从单组学分析扩展至多组学数据整合,从基础研究走向临床应用。同时,中国科学家的研究成果引起了国际同行的高度关注。本文概括性综述了2015年中国科学家在医学遗传学领域取得的若干重要研究进展,旨在追踪当前中国医学遗传学领域发展的前沿,与国内读者分享我国科学家在该领域取得的重要成果以及研究思路。
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RNA表观遗传修饰:N6-甲基腺嘌呤
张笑, 贾桂芳
遗传    2016, 38 (4): 275-288.   DOI: 10.16288/j.yczz.16-049
摘要1367)      PDF (907KB)(4175)   
N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m6A)是真核生物信使RNA(Messenger RNA, mRNA)上含量最多的化学修饰之一。类似于DNA和组蛋白化学修饰,m6A修饰也同样是动态可逆的,可在时间和空间上被甲基转移酶和去甲基酶调控。哺乳动物体内m6A甲基转移酶复合物中有一部分成分已被解析,主要有METTL3 (Methyltransferase-like protein 3)、METTL14 (Methyltransferase-like protein 14)和WTAP (Wilms tumor 1-associating protein)。m6A去甲基酶肥胖蛋白FTO (Fat mass and obesity associated protein)和ALKBH5 (AlkB homolog 5)依赖α-酮戊二酸(α-Ketoglutaric acid, α-KG)和Fe(Ⅱ)对m6A进行氧化去甲基化反应。m6A在生物体内由m6A结合蛋白识别,并介导其行使功能。目前发现的m6A结合蛋白有YTH结构域蛋白YTHDF1 (YTH domain-containing family protein 1)、YTHDF2 (YTH domain-containing family protein 2)、YTHDC1 (YTH domain-containing protein 1)和核内HNRNPA2B1 (Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins A2B1)。本文综述了m6A的分布和相关蛋白介导的m6A功能研究,以期全面理解m6A这一RNA表观遗传新修饰在生命进程中的重要调控作用。
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