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Alu元件在染色质三维结构层次上的生物信息学分析
何超,沈文龙,李平,张彦,曾晶,殷作明,赵志虎
遗传    2019, 41 (3): 254-261.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-296
录用日期: 2019-01-14

摘要968)   HTML11)    PDF (423KB)(190)   

染色质在细胞核内三维高级结构包括最底层的核小体、核小体组成的“串珠”结构、螺线管纤维结构、染色质/DNA环结构(chromatin/DNA loop)、拓扑结构域(topologically associated domain, TAD)等多层次结构。其中,TAD因在不同的细胞类型中相对稳定且保守,被认为是染色质三维结构的基本单元。Alu元件是一种哺乳动物基因组中占据了较大比例的短散在重复元件,其广泛存在且种类繁多,目前关于Alu元件功能上的研究尚不透彻。本研究对Alu元件与染色质三维结构的关系进行研究,分析了Alu元件在染色质三维结构形成中的作用,并通过染色质三维结构上的距离关系对Alu元件子族的演化流程进行了探索。结果发现,Alu元件参与的染色质间相互作用在高强度的染色质相互作用中的比例随着强度增加而逐渐增高,表明Alu在染色质三维结构构建的过程中发挥了重要的作用。同时,研究还发现Alu元件在染色质上相互作用的强度与进化上的关系存在着一定的正相关性,表现在一维序列进化距离上比较接近的Alu元件在染色质的三维结构上也会彼此相互靠近。

Cas9蛋白变体VQR高效识别水稻NGAC前间区序列邻近基序
辛高伟, 胡熙璕, 王克剑, 王兴春
遗传    2018, 40 (12): 1112-1119.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-126
录用日期: 2018-09-25

摘要827)   HTML14)    PDF (606KB)(249)   

成簇的规律间隔短回文重复序列及CRISPR相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9, CRISPR/Cas9)系统是近年来发展起来并被广泛应用的第三代基因组编辑工具。但是,该系统的酿脓链球菌Cas9(Streptococcus pyogenes, SpCas9)仅能识别NGG前间区序列邻近基序(protospacer adjacent motif, PAM),极大地限制了基因组编辑的范围。SpCas9变体VQR(D1135V/R1335Q/T1337R)在水稻中可识别NGAA、NGAG和NGAT PAM,但尚不清楚是否能识别NGAC PAM。本研究利用改进后的CRISPR/VQR系统对水稻中3个相对低效的VQR靶位点NAL1-Q1、NAL1-Q2和LPA1-Q进行了编辑,结果表明改进后的CRISPR/VQR系统可以高效编辑这3个靶位点,编辑效率分别为9.75%、43.90%和29.26%。为了明确改进后的CRISPR/VQR系统对NGAC PAM的识别情况,本研究选择水稻叶片宽度调控基因NARROW LEAF 1 (NAL1)中的NAL-C位点和蜡质合成基因GLOSSY1 (GL1)中的GL1-C位点进行基因编辑,并获得57株转基因水稻。靶位点PCR扩增及测序结果表明,NAL1-C和GL1-C靶标位点突变的植株分别为27株和44株,突变率分别为47.36%和77.19%;其中NAL1-C/GL1-C双突变植株为26株,双突变率为45.61%。进一步分析表明,CRISPR/VQR系统造成的突变有4种类型,分别为杂合突变、双等位突变、嵌合体突变和纯合突变,其中以杂合突变和双等位突变为主。这些结果表明,改进的CRISPR/VQR系统可以高效编辑水稻NGAC PAM位点,并产生丰富的突变类型。本研究为水稻及其他植物相关基因NGAC PAM位点的编辑提供了理论依据。

利用CRISPR/Cas9敲除人源细胞系中LMNA基因的研究
刘恒, 李东明, 朱兰玉, 赖乐锦, 闫婉云, 陆玉双, 韦伊, 黄月琪, 方媚, 苏元港, 杨芳, 舒伟
遗传    2019, 41 (1): 66-75.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-146
录用日期: 2018-12-06

摘要794)   HTML17)    PDF (854KB)(251)   

LMNA 基因编码A型和C型核纤层蛋白,参与细胞核核膜的组织,影响基因组稳定性并对细胞分化产生影响。人类肿瘤中LMNA表达异常普遍存在,其突变造成多种核纤层蛋白病,如Emery-Dreifuss 肌营养不良症(Emery-Dreifuss muscular dystrophy, EDMD)、扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy, DCM)和儿童早老症(Hutchinson-Gliford progeria syndrome, HGPS)等。为进一步研究LMNA在细胞内的功能,本研究利用CRISPR/Cas9技术对体外培养的293T与HepG2细胞株的LMNA基因进行编辑,获得两株LMNA基因敲除(LMNA KO)的稳定细胞系。与野生型相比,LMNA KO细胞系增殖能力相对减弱,凋亡增加。同时,细胞形态上也发生显著改变,核膜凹凸不平。本研究首次报道了LMNA KO永生细胞系构建和形态研究结果,为后续LMNA基因功能研究和致病突变体研究奠定基础。

Y染色体微缺失人群中Y-STR等位基因缺失模式分析
王燕超,马晓燕,孙筱放,冼嘉嘉,李少英,何文智,王晓蔓,黎青
遗传    2019, 41 (3): 243-253.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-235
录用日期: 2019-01-14

摘要668)   HTML19)    PDF (928KB)(192)   

Y染色体短串联重复序列(Y-short tandem repeats, Y-STRs)已被广泛应用到DNA检验领域。然而,由于Y染色体存在较高的结构突变率,可能会导致部分Y-STR等位基因丢失甚至产生特殊的缺失模式,从而影响其在法医学中的应用。位于Y染色体长臂的无精子症因子(azoospermia factor, AZF)与精子发生有关,该区域微缺失可导致不育症。然而Y染色体微缺失人群是否存在特殊的Y-STR缺失模式仍有待研究。本文利用法医学上常用17个Y-STR探讨了85例Y染色体微缺失患者的Y-STR缺失模式。结果显示,单纯AZF a区缺失样本,均存在DYS439-DYS389I-DYS389II基因座无效扩增情况;单纯AZF b区或单纯AZF c区缺失样本存在DYS448基因座无效扩增;复合AZF b+c+d区缺失样本存在DYS385-DYS392-DYS448基因座无效扩增;复合AZF a+b+c+d区缺失样本存在DYS390-Y-GATA-H4-DYS385- DYS392-DYS448基因座无效扩增。因此,本研究结果提示Y-STR缺失模式与Y染色体微缺失有对应关系。

利用CRISPR/Cas9系统构建人HPRT1基因定点突变细胞株
张楷, 刘蔚, 刘小凤, 陈瑶生, 刘小红, 何祖勇
遗传    2019, 41 (10): 939-949.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-108
录用日期: 2019-07-09

摘要628)   HTML15)    PDF (832KB)(722)   

Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase1 (HPRT1)基因突变会导致次黄嘌呤和鸟嘌呤代谢异常,严重的代谢障碍被称为Lesch-Nyhan综合征,表现为智力低下,行为上出现强迫性自我毁伤,并伴随痛风或肾结石等症状。HPRT1基因具有多种突变模式,近年来对其突变谱的研究表明该基因具有一些“突变热点”。本研究选取了导致翻译提前终止的热点突变c.508C>T突变和c.151C>T突变,在HEK293T和HeLa细胞中,以单链寡核苷酸(single-stranded oligo-deoxyribonucleotides, ssODN)作为同源重组模板,利用CRISPR/Cas9技术构建了这两种突变的单克隆细胞株,发生定点突变的效率分别为16.3%和10%。进一步通过Western blot检测点突变的单克隆细胞的HPRT1蛋白表达水平,通过6-TG毒性实验检测点突变的单克隆细胞的次黄嘌呤/鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性,结果表明纯合突变的单细胞克隆不能正常表达HPRT1蛋白,其次黄嘌呤/鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性丧失;杂合突变的单细胞克隆的HPRT1蛋白表达量降低,仍具有部分次黄嘌呤/鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性。HPRT1基因定点突变细胞模型的建立可为今后建立其他HPRT1基因突变的细胞系或动物模型提供借鉴,为研究Lesch-Nyhan致病机制提供基础。

拟南芥CKI1基因上游转录调控因子筛选及鉴定
刘振宁, 袁黎, VenkatesanSundaresan, 余小林
遗传    2019, 41 (5): 430-438.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-314
录用日期: 2019-04-02

摘要622)   HTML14)    PDF (589KB)(472)   

拟南芥CKI1 (cytokinin independent 1)是双组分信号系统中一个组氨酸激酶蛋白,通过作用于下游组氨酸磷酸转移蛋白激活双组分信号通路,在调控胚囊中央细胞命运分化和发育过程中具有重要作用。然而目前对于CKI1基因上游转录调控因子还知之甚少。本研究分析了不同长度的CKI1启动子在拟南芥胚囊中的活性,并利用酵母单杂交技术对CKI1上游转录调控因子进行了筛选和鉴定。结果表明,位于内含子区域中的F5/R2片段表现出与CKI1启动子全长相一致的表达活性。进一步选取3个串联重复的F5/R2片段用于构建诱饵表达载体,同时,选取拟南芥雌蕊构建cDNA文库,通过酵母单杂交筛选获得226个阳性克隆。去除低质量及冗余重复的序列后共获得66条可读序列,其中8条序列对应的基因编码具有DNA结合功能的蛋白。研究结果为进一步揭示CKI1基因的转录调控机制提供了重要参考信息。

乳腺癌癌旁组织特异性表达基因分析
禹奇超,宋彬,邹轩轩,王岭,刘德权,李波,马昆
遗传    2019, 41 (7): 625-633.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-099
录用日期: 2019-05-23

摘要601)   HTML30)    PDF (1251KB)(294)   

癌症研究中常用癌旁组织(normal tissues adjacent to the tumour, NAT)作对照,而癌旁组织与无肿瘤的正常组织的基因表达谱是有差异的。癌旁组织特异性表达基因的存在通常会干扰传统的转录图谱研究,然而目前关于癌旁与无肿瘤组织的基因表达谱差异的研究相对较少。本研究对14例乳腺癌患者的癌组织、癌旁组织和对侧正常乳腺组织样本进行高深度RNA测序和分析,发现癌旁组织相比对侧正常乳腺组织有102个差异表达基因。基因富集和蛋白-蛋白互作分析揭示这些差异表达基因显著富集在肿瘤坏死因子(tumour necrosis factor, TNF)和上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)等癌症相关的基因集中。通过比较癌旁组织与癌组织、癌旁组织与对侧正常乳腺组织的转录图谱,发现23个癌旁组织特异性高表达的基因,即癌旁特异性激活(tumour-adjacent speci?c activation, TASA)基因。这些基因显著富集在TNF基因集中,其中15个是新发现的基因。结果表明,TASA基因在乳腺癌癌旁组织中普遍存在,并且与免疫系统的TNF信号有关。癌旁中存在类肿瘤型表达模式的基因,这些基因可能与肿瘤形成有关,但是往往在肿瘤-癌旁成对研究中被遗漏。

基于CSSLs群体定位和图位克隆水稻长芒基因GAD1-2
杨德卫, 郑向华, 程朝平, 叶宁, 黄凤凰, 叶新福
遗传    2018, 40 (12): 1101-1111.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-044
录用日期: 2018-08-03

摘要572)   HTML8)    PDF (1221KB)(216)   

水稻是世界上最早驯化的重要粮食作物之一。水稻芒可以保护水稻种子不被鸟琢食,是水稻重要的驯化性状之一。芒在野生稻中普遍存在,对野生稻的生存和传播至关重要,然而在驯化和人工选择过程中该性状逐渐被淘汰。定位和克隆水稻长芒相关基因是研究水稻芒驯化遗传机制的基础。本研究以籼稻恢复系东南恢810为受体、漳浦野生稻为供体构建的146个染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSLs)为研究材料,调查了146个CSSLs株系和双亲的芒长,结果表明在4个置换系中检测到1个控制水稻芒长主效基因GAD1-2,位于水稻第8号染色体;利用重叠代换作图法,将GAD1-2定位在Ind8-10和RM4936标记之间,遗传距离约为4.75 Mb。选择分离群体中的显性单株,利用开发的标记,最终将GAD1-2 基因定位在两个 Indel 标记之间,两者间的物理距离约为27 kb,该区域内只有两个候选基因Os08g0485500Os08g0485400。经测序和分析表明,Os08g0485500GAD1-2的候选基因,GAD1-2在保守的ORF区域存在6个碱基缺失,导致丝氨酸和半胱氨酸这两个氨基酸缺失,从而表现长芒的性状;在Os08g0485500基因位点已克隆了1个控制水稻芒长的GAD1基因,推测GAD1-2GAD1为等位基因本研究为进一步理解水稻起源演化和水稻芒长发育基因的遗传机制奠定了基础。

利用CRISPR/Cas9和piggyBac实现果蝇基因组无缝编辑
王珏, 黄娟, 许蕊
遗传    2019, 41 (5): 422-429.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-345
录用日期: 2019-03-29

摘要559)   HTML14)    PDF (816KB)(287)   

CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9)是第三代基因组编辑技术。在sgRNA引导下,Cas9核酸内切酶作用于特定基因组序列,产生DNA双链断裂(double-stranded breaks, DSBs),利用同源定向修复(homology-directed repair, HDR)可实现对靶基因的特异性基因敲除(knock-out)或敲入(knock-in)。传统的技术方案将CRISPR/Cas9技术与Cre/loxP或FLP/FRT系统联用,可实现高效的基因打靶,也易于移除打靶过程中引入的筛选标记。然而,筛选标记移除过程中会在基因组中残留34个碱基的标签序列。因此,对基因组进行精确编辑的同时不引入无关序列仍有一定难度。在人工诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)的基因组编辑中,CRISPR/Cas9技术和piggyBac转座酶联用的两步法策略能够实现这一目标:首先运用CRISPR/Cas9技术,利用同源定向修复原理引入基因突变及筛选标记,然后利用piggyBac转座酶将筛选标记精确移除。借鉴该方法的技术原理,本研究对果蝇(Drosophila melanogaster) CG4894基因进行了无缝编辑(seamless genome editing),成功将该基因第18外显子上第21位的酪氨酸(tyrosine, Y)突变为半胱氨酸(cysteine, C),且测序结果显示基因组中除设计位点之外并无其他外源序列残留。CRISPR/ Cas9技术和piggyBac转座酶联用策略为果蝇基因组的精确编辑提供了更多选择。

基于基因家族大小的比较研究脊椎动物的适应性进化
孟玉,杨若林
遗传    2019, 41 (2): 158-174.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-225
录用日期: 2019-01-14

摘要557)   HTML14)    PDF (1242KB)(221)   

同源基因家族的拷贝数在不同物种间普遍存在差异,这种差异是由不同的基因得失速率引起。众所周知,基因拷贝数变异是特定物种表型创新的可能原因。本研究选取具有代表性的脊椎动物主要类群并跨约6亿年进化时间的64个物种,鉴定了它们的同源基因家族,揭示了脊椎动物基因家族大小的进化模式。结果表明:在推断的存在于脊椎动物最近共同祖先的6857个基因家族中,有6712个都在至少一个种系中发生了大小的变化,而且基因家族在大多数种系中都是收缩的;其中,霍氏树懒(Choloepus hoffmanni)中有最高的基因家族收缩水平,而在斑马鱼(Danio rerio)中则相反。基于脊椎动物基因家族大小进化的高度动态性,本研究从基因家族大小变化的角度鉴定了一些可能与特定脊椎动物类群进化有关的基因组信号。结果观察到在现存真骨鱼类最近共同祖先基因组中出现了可能因全基因组复制所导致的高比例的基因家族扩增现象,随后在后裔物种中发生基因收缩事件。此外,本研究还发现了硬骨鱼特异性的orphan基因可能对这些鱼类在水生环境中的适应性进化有所贡献的证据,如在有些硬骨鱼中orphan基因与鳍、尾巴、肾脏等发育有关。本研究结果有助于深入了解脊椎动物基因家族大小的进化,同时为理解脊椎动物基因组进化与表型多样性的联系提供了理论证据。

拟南芥APX家族基因在植物生长发育与非生物逆境胁迫响应中的作用分析
李泽琴,李锦涛,邴杰,张根发
遗传    2019, 41 (6): 534-547.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-026
录用日期: 2019-06-12

摘要546)   HTML28)    PDF (1743KB)(320)   

活性氧造成的氧化胁迫是植物主要非生物逆境胁迫之一。在不利的生长条件下,植物细胞内的各种代谢过程不协调可导致过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)含量增加,从而对细胞造成多种威胁和伤害。抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)是植物中清除H2O2的一种重要酶,拟南芥(Arabidopsis thaliana) APX家族包括8个成员:APX1~APX6、sAPX和tAPX。本研究以拟南芥野生型和突变体为材料,对拟南芥不同发育时期和不同逆境胁迫下的8种APX基因表达模式进行了分析,同时研究了其相应的缺失突变体对盐、干旱和热胁迫的耐受性。mRNA差异表达模式分析显示:在拟南芥生长的第4~8周,APX1表达量最高,APX2表达量最低,APX4sAPXtAPX随着生长发育的时间进程表达量逐渐减少,但APX6表达量不断增加;在非生物胁迫下,APX1APX2APX6受热胁迫诱导表达明显,sAPX响应盐胁迫,APX3APX5对盐、干旱和热胁迫均表现出明显的诱导表达应答。盐和干旱胁迫耐受性分析结果表明:无论是在拟南芥的萌发期还是成熟期,任何一个APX基因缺失均使抗逆性降低;在萌发期,与盐胁迫相比,突变体对干旱胁迫更敏感;在成熟期,与野生型和其他突变体相比,apx1apx6对盐和干旱胁迫更加不耐受。生理指标检测结果显示:干旱胁迫10 d后,所有突变体植株中的H2O2含量均明显高于野生型,其中apx1sapxtapx中最高;盐胁迫5 d后,突变体中丙二醛(malondialdehyde, MDA)的含量显著高于野生型;热胁迫2 h就会导致apx1apx2apx6中H2O2和MDA含量大幅增加,其中在apx2中最高。本研究结果表明,拟南芥APX基因家族的8个成员均不同程度地参与植物生长发育及非生物胁迫响应的过程,在不同发育时期或逆境响应过程有特定的一种或几种APX发挥主要作用。

基于转录组数据的网络分析挖掘鼻咽癌与口腔鳞癌的共享功能模块
陈应坚,廖苑君,林帆,孙胜南,赵小蕾,覃继恒,饶绍奇
遗传    2019, 41 (2): 146-157.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-215
录用日期: 2018-12-06

摘要525)   HTML14)    PDF (751KB)(153)   

鼻咽癌和口腔鳞癌是两种在临床上高度相关的疾病,从分子层面系统性研究这两种疾病的相互关系却鲜见报道。本研究通过大规模的转录组数据分析识别鼻咽癌和口腔鳞癌的共享功能模块及其核心基因(一因多效模块和基因),以期阐明这两种疾病共享的分子机制。从GEO数据库获取这两种癌症的两套转录组数据,应用倍数法和经验贝叶斯方法筛选出鼻咽癌差异表达基因1279个,口腔鳞癌差异表达基因1293个,其中两者共享基因278个。以共享基因为种子,通过蛋白质-蛋白质互作知识引导构建基因网络,其中最大子网包含1290个基因和1766互作对。应用Newman算法提取了15个共享功能模块。对这些模块进行拓扑学分析,挖掘出58个核心基因,包括已知的与鼻咽癌或口腔鳞癌相关的基因(如PCNACDK1STAT1CCL5MMP1等)和鲜有报道的基因(如MELKNME1RACGAP1INHBANID1等)。通路富集分析发现鼻咽癌和口腔鳞癌的共享功能模块参与多个生物学通路,包括p53信号通路、ECM受体相互作用、黏着斑、细胞周期等。本研究表明鼻咽癌和口腔鳞癌具有相似的致癌机制,所挖掘的共享模块可能是这两种疾病演化的核心分子相互作用机制。

染色体10q24.31片段重复导致先天性缺指/缺趾畸形的一个家系致病机理分析
张秀泉,王建,熊符,吕伟标,周远青,杨少民,张玉婷,田小燕,连蔚,徐湘民
遗传    2019, 41 (8): 716-724.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-125
录用日期: 2019-07-09

摘要435)   HTML10)    PDF (478KB)(288)   

先天性缺指/缺趾畸形表现为手足指/趾骨发育不全等症状,会严重影响患者生活中的精细操作及心理健康。本研究对一个患有先天性缺指/缺趾畸形家系进行了基因变异检测,分析总结了该疾病分型与基因变异之间的关联关系,并探讨了对此类疾病患者开展遗传咨询及基因诊断的策略。首先,采用临床体检及四肢X线检查的方式,对患者表型进行分析。然后,应用D10S1709、D10S192、D10S597、D10S1693和D10S587等5个位点对外周血DNA进行了单倍型分析,并利用Array-CGH检测基因重复片段。最后,通过基于家系调查和基因分析探讨先天性手足裂畸形的致病原因。研究结果显示,先证者为典型的先天性手足裂畸形,表现为双侧食、中指缺失,拇指短,左手无名指畸形与缺失中指的皮肤相连成蹼状;双足正中裂开至足中部,第2和3趾缺失,第4和5趾融合。家系中其他患者表型变异较大。其外周血基因单倍型分析表现为染色体10q24.31-10q24.32区域有一个至少610 kb的重复,Array-CGH分析结果为10q24.31(102 832 650~103 511 083)×3。对先证者及其弟弟和父母进行单倍型分析,确认该家系的致病基因为10q24.31-10q24.32基因重复,单倍型165-251-289-219-102为该病的等位基因。研究结果提示,该家系缺指/缺趾畸形乃由于染色体10q24.31 (102 832 650~103 511 083)×3引起,其单倍型165-251-289-219-102可作为检测10q24.31-10q24.32等位基因的疾病标 志物。

cgVEGF164基因对小鼠毛囊生长的影响
张豪, 张志鹏, 郭晓东, 马敏, 敖月, 刘旭, 马小燕, 梁浩, 郭旭东
遗传    2019, 41 (1): 76-84.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-136
录用日期: 2019-01-14

摘要433)   HTML11)    PDF (899KB)(96)   

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种二聚体糖蛋白,能够诱导毛囊血管内皮细胞的增殖和迁移,调节毛囊周围毛细血管生成,进而影响毛囊的生长发育。已知cgVEGF164是绒山羊VEGF-A基因的一种主要剪接变体,但cgVEGF164基因是否具有调控毛囊生长发育的作用目前尚不清楚。为初步探究cgVEGF164基因对毛囊生长的影响及其机制,本研究通过原核显微注射制备cgVEGF164转基因过量表达小鼠。通过HE染色法比较转基因小鼠和非转基因对照小鼠毛囊的直径和密度,利用Western Blot检测小鼠背部皮肤中信号蛋白ERK1/2、AKT1、LEF1的磷酸化水平。本研究成功获得5只阳性cgVEGF164转基因小鼠(雌雄比为4:1,阳性率8.5%);与非转基因对照小鼠相比,转基因小鼠毛囊直径增大、密度增加;经检测转基因小鼠中ERK1/2、AKT1、LEF1的磷酸化水平均上调。结果表明,cgVEGF164基因具有促进小鼠毛囊生长的作用,推测该功能可能与cgVEGF164影响ERK1/2、AKT1和LEF1等信号蛋白的磷酸化有关。

敲降VPS28基因对中国荷斯坦奶牛乳脂合成的调控
刘莉莉, 郭爱伟, 吴培福, 陈粉粉, 杨亚晋, 张勤
遗传    2018, 40 (12): 1092-1100.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-134
录用日期: 2018-12-06

摘要407)   HTML17)    PDF (678KB)(134)   

本课题组前期通过GWAS研究,发现VPS28基因在荷斯坦奶牛乳腺组织中特异性高表达,且其5′-UTR的突变位点-58C>T与乳脂性状关联,但其对乳脂性状的调控机理尚未明确。本研究为了明确VPS28基因及其突变位点-58C>T对乳脂的调控机理,首先利用启动子活性分析检测突变位点-58C>T对VPS28基因的影响,发现该突变位点显著降低VPS28基因启动子活性;然后利用RNA干扰技术敲降奶牛原代乳腺上皮细胞中VPS28基因表达量,检测VPS28通路和乳脂合成相关基因mRNA表达量以及细胞中脂肪滴形态,分析结果发现敲降VPS28基因可降低泛素化-溶酶体和泛素化-蛋白酶体通路基因和乳脂合成相关基因的表达量,并提高细胞中甘油三酯的合成,预示VPS28基因可能通过泛素化-溶酶体和泛素化-蛋白酶体途径调控乳脂生成。本研究结果在转录组水平揭示VPS28基因对乳脂合成的调控机制,为奶牛乳脂性状的分子育种研究提供参考依据。

牛SNP芯片分型检出率和分型错误率对基因型填充准确率的影响
李智,何俊,蒋隽,Richard G. Tait Jr.,Stewart Bauck,过伟,吴晓林
遗传    2019, 41 (7): 644-652.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-319
录用日期: 2019-05-28

摘要401)   HTML14)    PDF (451KB)(175)   

SNP芯片已被广泛应用于动植物的遗传研究和生产实践,其基因分型的准确性至关重要。但在实际应用中,常有一定数量的基因型因缺失而需要去估计(填充)。此外,由于各种原因,又常常需要在不同芯片的基因型之间相互填充彼此没有的SNP基因型,或从低密度SNP填充到高密度SNP基因型。因此,基因型填充准确率直接影响后续数据分析的准确性和可靠性。为深入了解基因型填充准确率的影响因素,本研究利用20 116头美国荷斯坦牛的50K SNP芯片基因分型数据,在SNP分型检出率与错误率存在相关和没有相关两种情形下,分别评估了上述两个因素对下游基因型填充准确率的影响。当两者不相关时,模拟的SNP分型检出率从100%降低到50%,SNP分型错误率由0%提升到50%。当两者存在相关时,基因分型的检出率和错误率之间的关系是基于一个实际数据中这两个变量之间的线性回归方程来确定,即模拟的SNP分型检出率从100%降低到50%,SNP分型错误率从0% 升高到 13.35%。最后,采用5折交叉验证的方法评估基因型填充的准确率。结果表明,当原始数据的SNP分型检出率与错误率彼此独立发生时,基因型填充的错误率受原始SNP分型检出率影响不大(P>0.05),却随着原始SNP分型错误率的升高而显著提高(P<0.01)。当原始数据的SNP分型检出率与错误率存在负相关时,基因型填充的错误率随着原始SNP分型检出率的降低而显著提高(P<0.01)。在这两种情形下,建议SNP分型检出率应在90%以上,基因型填充准确率才能不低于98%。该结果可为提升实际的SNP分型和下游数据分析的质控提供参考依据。

CSN4基因干扰对乳腺癌MDA-MB-231细胞增殖和凋亡的影响
余同露,蔡栋梁,朱根凤,叶晓娟,闵太善,陈红岩,卢大儒,陈浩明
遗传    2019, 41 (4): 318-326.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-278
录用日期: 2019-03-15

摘要395)   HTML7)    PDF (722KB)(302)   

乳腺癌目前是危害女性常见的恶性肿瘤,研究发现COP9复合体中的各个亚基与恶性肿瘤的发生发展密切相关,且CSN4亚基对整个复合体具有很重要的调节作用。为探讨CSN4基因在乳腺癌细胞中的生物学功能及其分子作用机制,本研究首先在乳腺癌细胞MDA-MB-231中,成功建立了慢病毒介导的CSN4基因的干扰表达体系,并通过细胞表型实验、CCK8实验和细胞克隆形成实验证实CSN4基因表达的干扰能显著抑制乳腺癌MDA-MB-231细胞的增殖速率和克隆形成能力。流式细胞检测结果表明,干扰CSN4的表达能显著增加Sub G1期乳腺癌MDA-MB-231细胞比例;凋亡检测结果表明,干扰CSN4的表达能显著增加早期凋亡和晚期凋亡细胞的比例,这证明干扰CSN4的表达能够促进乳腺癌细胞凋亡。最后,通过Western blot实验证实CSN4能调控CDK6和Caspase3蛋白的表达,激活Caspase3切割PARP,揭示CSN4可调控CDK6和Caspase3 的表达从而影响乳腺癌细胞的增殖和凋亡。本研究结果进一步加深了人们对乳腺癌细胞凋亡和细胞生长的分子机制的认识,同时也进一步揭示了CSN4在肿瘤生物学中的作用和机制。

多组学关联分析揭示表观等位基因在拟南芥环境适应性进化中的作用及机制
梅志超, 位竹君, 于佳慧, 冀凤丹, 解莉楠
遗传    2020, 42 (3): 321-331.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-348
录用日期: 2020-03-16

摘要393)   HTML26)    PDF (1225KB)(207)   

表观等位基因一般是指仅由DNA甲基化差异引起的表达量不同的等位基因,对植物形态结构和各种生理过程具有重要影响。但自然条件下环境因素对植物表观等位基因的影响还不清楚,同时表观等位基因在植物环境适应性进化中的作用和机制还亟待探究。为了在全基组水平鉴定拟南芥(Arabidopsis thaliana)中与特定环境因素相关的表观等位基因,并分析它们参与拟南芥环境适应性进化的可能机制,本研究利用623株拟南芥生态型的转录组、甲基化组和种源地气候数据进行多组学关联分析,并同时进行了蛋白互作网络和基因富集分析。以春季和夏季降水量为例,本研究最终鉴定到5个基因(AGL36AT2G34100AT4G09360LSU4AT5G56910)可能具有相应的表观等位基因,基因内部或附近特定区域不同甲基化水平对它们的表达可能具有调控作用。其中与种子发育有关的印记基因AGL36首次被发现可能作为表观等位基因参与拟南芥环境适应性进化,其他4个基因均与生物胁迫响应有关。自然条件下降水量能影响当地病虫害的严重程度,而DNA甲基化能通过影响这4个免疫基因的表达来影响拟南芥免疫能力。在长期演化过程中有利于个体适应当地降水模式的表观等位基因受到正向选择,这可能是这些表观等位基因参与拟南芥降水适应性进化的潜在机制。通过蛋白互作网络、GO功能分析和KEGG通路分析,本研究还首次发现LSU4可能与LSU基因家族其他成员一样参与硫代谢网络,并通过影响硫代葡萄糖苷代谢参与拟南芥生物胁迫响应。

水稻典型品种日本晴和IR24根系微生物组的解析
胡雅丽, 戴睿, 刘永鑫, 张婧赢, 胡斌, 储成才, 袁怀波, 白洋
遗传    2020, 42 (5): 506-518.   DOI: 10.16288/j.yczz.20-070
录用日期: 2020-04-26

摘要388)   HTML24)    PDF (1366KB)(351)   

植物的各项生命活动与其根系微生物组密不可分,且根系微生物组的组成易受到植物生长环境和基因型的影响。为进一步探究中国北方地区种植的不同品种水稻根系微生物组的差异及其相互作用机制,本研究以种植于北京昌平和上庄农场的水稻典型品种日本晴(Nipponbare)和IR24为研究对象,基于16S rRNA基因扩增子测序技术获得根系微生物组序列,利用多样性分析、组成型分析、机器学习的随机森林和网络分析等方法,对旺盛生长期的两种不同品种的水稻根系微生物组进行详细比较。研究发现,种植地点和水稻基因型显著影响了水稻根系微生物组的群落结构,不同基因型导致了根系微生物组在物种分类组成上以及细菌间相互关系的差异,而且根系微生物组能作为生物标记跨地点区分宿主的基因型。本研究结果为深入理解我国北方种植的水稻根系微生物组的组成规律以及从根系微生物与植物互作的角度对品种进行改良提供了数据和理论基础。

MKL1基因多态性与高原环境适应性的遗传关联研究
张晴,平杰,张昊翔,康波,李元丰,周钢桥
遗传    2019, 41 (7): 634-643.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-049
录用日期: 2019-05-23

摘要371)   HTML16)    PDF (438KB)(167)   

高原环境适应性与遗传因素密切相关,已有多个基因被报道与高原环境适应性显著相关。巨核细胞白血病因子1(megakaryoblastic leukemia 1,MKL1)是一种转录调节因子,在平滑肌细胞的表型调变中发挥重要作用。为探讨MKL1基因是否与高原环境适应性相关,本研究进行了MKL1基因多态性与高原环境适应性的遗传关联分析。本研究招募了世居青藏高原的藏族人群(n = 595)和世居平原地区的汉族人群(n = 442),并采用MassARRAY阵列图谱技术对MKL1基因的多态性位点rs59098711进行基因分型,比较了其基因型及等位基因型在两组人群中的分布是否存在显著差异。结果发现,在藏、汉两组人群间rs59098711位点的基因型和等位基因型频率存在显著差异(P<0.05)。进一步通过与公共数据库比较发现,藏族人群中rs59098711的基因型及等位基因型的频率分布与其他人种存在显著差异(P<0.05)。生物信息学分析表明,rs59098711位点位于MKL1基因增强子区域,与MKL1基因表达的调控密切相关。同时,基于公共数据集进行的基因差异表达分析发现,MKL1基因在低压性缺氧环境中显著上调。以上研究结果表明,MKL1基因的多态性位点rs59098711与人类的高原适应能力存在相关性。

转录组测序揭示细胞周期通路参与鸡腹脂沉积
陈家辉, 任学义, 李丽敏, 卢诗意, 程湉, 谭量天, 梁少东, 何丹林, 罗庆斌, 聂庆华, 张细权, 罗文
遗传    2019, 41 (10): 962-973.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-098
录用日期: 2019-08-26

摘要360)   HTML19)    PDF (1639KB)(319)   

近年来,随着生长性状和饲料转化率的提高,中国地方品种肉鸡腹脂率不断增加,大大降低了肉鸡的品质。过多的腹脂沉积不仅降低了肉鸡的屠宰率和抗病力,而且由于脂肪较难处理,导致其被随意丢弃,污染环境。为了挖掘与中国地方品种肉鸡腹脂沉积相关的基因和调控通路,本研究对杏花鸡分别进行高脂和普通饲料的喂养,检测腹脂沉积情况,并利用转录组测序检测高脂饲养对肝脏和腹脂组织中基因表达的影响。结果表明,喂养两周后高脂组肉鸡腹脂重和腹脂率显著增加,且腹脂细胞的直径和面积也显著增大。对两组鸡的腹脂和肝脏进行转录组测序,发现在腹脂中显著差异表达基因主要富集于细胞周期通路、PPAR (peroxisome proliferator- activated receptor)信号通路和ECM (extracellular matrix)受体信号通路中;而在肝脏中,显著差异表达基因同样显著富集于细胞周期通路中,同时也显著富集于类固醇生物合成和PPAR信号通路中。通过分析腹脂和肝脏组织中共同差异表达的基因,发现这些基因同样显著富集于细胞周期中。进一步以鸡肝癌细胞系LMH (chicken hepatoma cell)细胞和鸡前脂肪细胞系ICP (immortalized chicken preadipocytes)细胞进行体外验证,利用高脂培养基和普通培养基进行培养,结果发现48 h后,高脂培养基可显著促进细胞周期进程,增加处于S期的细胞数。同时,qRT-PCR结果发现高脂培养基可显著促进细胞周期相关基因的表达。综上所述,本研究通过基因表达差异分析,发现高脂饲养可能通过激活鸡脂肪组织的细胞周期来促进前脂肪细胞增殖,进而增加腹脂沉积。该研究结果为进一步了解优质肉鸡腹脂沉积的机制提供了理论依据。

基于迁移学习的MHC-I型抗原表位呈递预测
胡伟澎, 李佑平, 张秀清
遗传    2019, 41 (11): 1041-1049.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-155
录用日期: 2019-10-08

摘要356)   HTML11)    PDF (526KB)(352)   

基于新抗原的肿瘤免疫治疗,抗原呈递的准确预测是筛选T细胞特异性表位的关键步骤。质谱鉴定的表位数据对建立抗原呈递预测模型具有重要价值。尽管近年来质谱数据的积累持续增加,但是大部分人类白细胞抗原(human leukocyte antigen, HLA)分型所对应的多肽数量相对较少,无法建立可靠的预测模型。为此,本研究尝试利用迁移学习的方法,先利用混合分型的表位数据建立模型以识别抗原表位的共同特征,在此预训练模型的基础上再利用分型特异性数据建立抗原呈递预测模型Pluto。在相同的验证集上,Pluto的平均0.1%阳性预测值(positive predictive value, PPV)比从头训练的模型高0.078。在外部的质谱数据独立评估上,Pluto的平均0.1% PPV为0.4255,高于从头训练模型(0.3824)和其他主流工具,包括MixMHCpred (0.3369)、NetMHCpan4.0-EL (0.4000)、NetMHCpan4.0-BA (0.3188)和MHCflurry (0.3002)。此外,在免疫原性预测评估上,Pluto相对于其他工具也能找到更多的新抗原。Pluto开源网址:https://github.com/weipenegHU/Pluto。

猪早期胚胎发育中SOX2基因启动子活性分析
赵剑超, 柴壮, 郭诗萌, 刘忠华
遗传    2019, 41 (10): 950-961.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-045
录用日期: 2019-07-04

摘要345)   HTML5)    PDF (1119KB)(156)   

转录因子SOX2 (sex determining region Y-box2)在早期胚胎发育第一次谱系分化以及内细胞团多能性维持等方面具有重要的作用。但是目前有关SOX2基因启动子的系统研究较少,尤其是在猪(Sus scrofa)中尚无相关报道。为系统分析猪SOX2基因启动子在早期胚胎中的活性,本研究通过优化显微注射体系中绿色荧光蛋白表达载体种类和注射时间,构建了适合猪SOX2基因启动子活性分析的参照体系和显微注射体系;对猪SOX2基因翻译起始位点上游5000 bp区域进行转录因子结合位点的预测,发现该区域存在4个转录因子结合位点簇;针对上述区域设计并构建相应的缺失型SOX2基因启动子报告载体,利用建立的显微注射体系将其导入胚胎,通过mCherry荧光强度以及qRT-PCR定量分析SOX2基因启动子中不同转录因子结合位点簇对启动子活性的影响。结果表明,与全长SOX2基因启动子相比,SOX2基因翻译起始位点上游2254~2442 bp区域缺失后,猪4-细胞和8-细胞胚胎中SOX2基因启动子活性下降至17.8%,该缺失区域中仅包含两个NF-AT(nuclear factor of activated T cells)转录因子结合位点。因此,本研究结果推测猪SOX2基因启动子中NF-AT转录因子结合位点是影响猪早期胚胎SOX2基因启动子活性的关键位点。本研究为揭示猪早期胚胎发育中SOX2基因表达调控机制提供了数据支持。

染色质架构蛋白CTCF调控UGT1基因簇的表达
郑晓飞,黄海燕,吴强
遗传    2019, 41 (6): 509-523.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-072
录用日期: 2019-05-27

摘要344)   HTML19)    PDF (1277KB)(211)   

尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyltransferase, UGT)是一类重要的Ⅱ相药物代谢酶,通过葡萄糖醛酸接合反应代谢大量内外源小分子化合物,对机体维持内部动态平衡具有重要意义。UGT基因突变或表达异常会造成高胆红素血症等多种疾病、影响药物疗效或减弱代谢药物能力,因此探索UGT表达调控机制将会为人类疾病的预防和个体化医疗以及精准医学提供科学依据。脊椎动物UGT分为UGT1UGT2两个亚家族,UGT1基因簇结构与原钙粘蛋白(protocadherin, Pcdh)、免疫球蛋白或B细胞受体(immunoglobulin or B-cell receptor)、T细胞受体(T-cell receptor)基因簇类似,但与UGT2结构不同,分为可变区和恒定区,可变区包含成串排列的外显子,任意一个外显子都可以被可变剪接到下游同一套恒定区外显子上,形成9种UGT1信使RNA并翻译成不同UGT1葡醛酸转移酶亚型。本实验室前期工作发现,染色质架构蛋白CTCF结合DNA的方向性在染色质三维结构构建中发挥重要作用。基于此,为了进一步解析UGT1复杂基因簇的三维转录调控机制,本研究分析和比较了人和小鼠UGT1基因簇的CTCF结合位点(CTCF binding site, CBS)的方向性分布,发现人和小鼠的UGT1基因簇中CBS分布差异很大。以人肺癌细胞系A549为模型,通过RNAi敲低细胞中CTCF和SMC3 (cohesin亚基),证明了CTCF和cohesin蛋白参与调控人UGT1基因簇的转录表达。进一步采用CRISPR介导的DNA片段编辑技术对hCBS1进行了原位反转(in situ inversion)和删除,并通过RNA-seq分析技术发现hCBS1删除能够显著降低UGT1A6UGT1A7UGT1A9的表达水平,然而hCBS1反转仅仅显著降低UGT1A7的表达水平。上述研究表明hCBS1参与UGT1A6UGT1A7UGT1A9的转录调节,是人UGT1基因簇的潜在转录调控元件。本研究为未来进一步探索UGT1基因簇的三维基因转录调控机制提供了实验基础。

早产相关基因的挖掘与特征分析
刘玄石, 李巍
遗传    2019, 41 (5): 413-421.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-078
录用日期: 2019-05-11

摘要337)   HTML16)    PDF (830KB)(288)   

早产(preterm birth, PTB)指胎儿在完成37周妊娠前出生,是新生儿死亡的主要原因,与多种新生儿疾病和成年发生的慢性病相关。据双生子和家系研究报道,遗传因素约占早产风险的15%~35%,然而早产的分子流行病学机制目前尚不明确。本研究通过挖掘文献数据库和疾病数据库中与早产相关的文献,并结合两重过滤的方法,筛选出355个与早产相关基因。富集分析发现早产相关基因主要分子功能包括:受体配体活性、细胞因子受体结合、细胞因子活性和生长因子活性等;主要通路包括KEGG中富集的糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、Chagas病和IL-17信号通路和TNF信号通路等,以及Reactome中富集的多个与免疫相关的通路。早产相关基因与基因组其他基因相比较,转录本数量有差异(α = 0.1, P = 0.06),但在GC含量和基因长度上没有明显差异。本研究结果提示早产基因大多集中在免疫相关通路,具备与免疫过程密切相关的分子功能,为早产的遗传机制研究提供了重要资源。

Bmal1对小鼠胚胎期皮层神经元放射状迁移和轴突投射的影响
李芳,黄青芸,刘斯佳,郭忠信,熊欣欣,桂林,束会娟,黄绍明,谭国鹤,刘媛媛
遗传    2019, 41 (6): 524-533.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-123
录用日期: 2019-06-05

摘要314)   HTML14)    PDF (612KB)(117)   

大脑皮层的发育是脑结构形成与功能建立的重要基础,在此过程中,皮层神经元放射状迁移及胼胝体区的轴突投射是必不可少的关键环节,该环节受基因转录的调控,但相关的分子机制目前仍不明确。转录因子BMAL1 (brain and muscle Arnt-like protein1)是体内重要的生物钟节律因子之一,最新研究发现其还参与调节海马神经祖细胞增殖,提示其与神经发育存在潜在的相关性。为明确Bmal1基因在大脑皮层发育中的具体作用,本研究首先通过RT-PCR和Real-time PCR检测Bmal1基因在神经系统中的表达情况。结果表明,Bmal1基因在神经系统中表达丰富,并且在发育期的大脑内呈现特定的表达规律:在胚胎后期和出生后早期脑内表达水平相对较高,以出生后第3 d为高峰。进一步通过联合使用小鼠子宫内胚胎电转和RNAi干扰方法敲减脑内神经元中Bmal1的表达水平,结果发现胚胎期皮层神经元的放射状迁移发生了延迟,延迟程度与RNAi的敲减效率呈正相关,存在一定的基因剂量-效应关系。进一步观察发现,在胚胎期脑内神经元中降低Bmal1表达水平以后,胼胝体轴突向对侧大脑半球的投射也出现了明显的缺陷。上述研究结果表明,BMAL1是大脑皮层神经元的放射状迁移以及轴突投射发育过程中的一个重要的调控分子,为从转录因子角度深入理解大脑皮层发育的分子调节机制和寻找调控靶点提供了新的线索。

中国汉族人群脸部特征相关SNP位点研究
刘明, 李祎, 杨亚芳, 晏于文, 刘凡, 李彩霞, 曾发明, 赵雯婷
遗传    2020, 42 (7): 680-690.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-355
录用日期: 2020-05-21

摘要313)   HTML14)    PDF (1772KB)(186)   

脸部形态是人类重要的生物特征之一,了解脸部形态特征的遗传基础在群体遗传学、发育生物学和法庭科学中具有重要意义。本研究针对中国汉族成年男性人群1177名个体,在高分辨率三维人脸图像的17个脸部特征点中提取出136组欧几里德距离(Euclidean distance)表型。结合3×低深度测序数据,用线性回归分析了125个已报道的与脸部形态显著相关的SNP位点和136组脸部表型之间的相关性。结果表明,在经过多重校正后,来自10个不同基因区域的12个SNP位点与一个或多个脸部特征显著相关(显著性阈值P<1.35×10 -3),解释了年龄和BMI指数校正后3.89%脸部表型差异。相关SNP位点包括TEX41 rs17479393,PAX3 rs974448、RAB7A/ACAD9 rs2977562、DCHS2 rs9995821、DCHS2 rs2045323、C5orf50 rs6555969、SUPT3H/RUNX2 rs1852985、MSRA rs11782517、EYA1 rs10504499、GSC rs2224309、DICER1 rs7161418和DHX35 rs2206437。本研究结果对揭示中国汉族人群脸部形态的遗传机制和脸部特征的遗传推断提供了参考数据。

MEK抑制剂PD0325901显著提高猪胎儿成纤维细胞ssODN介导的HDR效率
欧浩,李国玲,王豪强,黄广燕,蔡更元,李紫聪,吴珍芳,张献伟
遗传    2019, 41 (4): 327-336.   DOI: 10.16288/j.yczz.18-294
录用日期: 2019-03-25

摘要298)   HTML16)    PDF (852KB)(103)   

基因组DNA发生双链断裂(double strand break, DSB)后主要通过同源定向修复(homologous-directed repair, HDR)和非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ)两种途径进行修复,其中单链寡聚核苷酸(single-stranded oligodeoxyribonucleotide, ssODN)介导的同源定向修复是动物基因组常用的基因组定点修饰技术,具有较大的科研和应用价值。为提高猪基因组ssODN介导HDR效率,本研究以猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts, PFFs)为研究对象,利用丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase, MEK)抑制剂PD0325901培养细胞,研究其对HDR效率的影响及作用分子机理。结果显示,PD0325901能显著提高PFFs的G2期和S期细胞群百分比,减少G1期细胞群比率,促进HDR修复因子的表达。在最适浓度250 nmol/L时,PD0325901使ssODN介导的GFP报告载体的修复效率提高了58.8%;同时使PFFs基因组位点DMDROSA26定点修饰效率分别提高了48.16%和17.64%。本研究表明,MEK抑制剂PD0325901能显著提高猪基因组ssODN介导的同源定向修复效率,为高效制备定点基因修饰动物模型提供了新思路。

小拟南芥MKK基因家族全基因组鉴定及进化和表达分析
李晓翠, 康凯程, 黄先忠, 范永斌, 宋苗苗, 黄韵杰, 丁佳佳
遗传    2020, 42 (4): 403-421.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-388
录用日期: 2020-03-27

摘要288)   HTML16)    PDF (2412KB)(259)   

丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase, MAPKK或MKK)是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)级联的重要组成部分,在植物的生长发育和胁迫应答过程中发挥重要作用。目前,已在多种植物中鉴定了MKK基因家族,但在十字花科植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)中MKK基因家族的系统鉴定与分析尚未见报道。为了探索小拟南芥MKK基因家族的进化和功能,本研究通过全基因组分析鉴定了小拟南芥中16个MKK基因,散布于小拟南芥的10条染色体上。基于系统发育分析和多重序列比对,将这些基因分为5个亚族:A亚族(5个)、B亚族(2个)、C亚族(4个)、D亚族(3个)和E亚族(2个)。分子进化和共线性分析表明小拟南芥中存在7对复制基因,分别是ApMKK1-1/1-2ApMKK2-1/2-2ApMKK3-1/3-2ApMKK4-1/4-2ApMKK5-1/5-2ApMKK9-1/9-2ApMKK10-1/10-2,其中ApMKK1-1/1-2在复制事件之后发生了加速进化。结合ApMKKs启动子区的顺式元件分布和ApMKKs在成熟叶片、茎、花和果实以及盐胁迫下的表达模式,结果发现复制基因的表达具有组织特异性和功能多样性。部分复制基因在组织中的表达模式存在差异,但在盐胁迫下的表达模式却基本相同。本研究结果为解析MKK介导的小拟南芥发育过程和非生物胁迫信号转导通路的复杂机制奠定了基础。

HPV阳性口咽癌患者预后与T细胞浸润和新抗原负荷相关性分析
卢涣滋,王迪侃,王智
遗传    2019, 41 (8): 725-735.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-135
录用日期: 2019-08-05

摘要285)   HTML8)    PDF (679KB)(170)   

口咽癌是头颈鳞癌中重要的癌种之一,与人类乳头瘤状病毒(human papillomavirus, HPV)感染有关,其发病率逐年上升。但在临床治疗过程发现,HPV阳性口咽癌患者整体预后好于HPV阴性患者。目前,导致这一现象发生的分子机制尚不明确。本研究利用TCGA数据库,对HPV阳性和阴性患者的免疫细胞浸润和效应功能以及新抗原负荷进行了生物信息学分析。结果发现,HPV阳性患者的总体生存率比HPV阴性患者显著提高。对肿瘤组织中的免疫细胞相对丰度进行分析显示,HPV阳性患者的CD8 + T细胞较HPV阴性患者显著提高,其效应分子IFN-γ和Granzyme B表达量显著升高。同时对新抗原数目进行分析发现,HPV阳性患者肿瘤组织中新抗原较HPV阴性患者低。本研究结果为HPV相关口咽癌的治疗提供了一定的基础理论支撑。

脱发相关差异表达基因的生物信息学分析
向虹, 阳小胡, 艾亮霞, 潘燕平, 胡勇
遗传    2020, 42 (2): 172-182.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-214
录用日期: 2019-12-23

摘要270)   HTML21)    PDF (1695KB)(152)   

利用生物信息学方法分析脱发相关差异表达基因,有望帮助了解脱发发生发展的分子机制。本研究从NCBI的子数据库GEO中选择基因表达谱GSE45512和GSE45513数据集,利用R语言limma工具包,筛选出两个物种斑秃样本与正常样本的共同显著差异表达基因。对这部分基因进行功能注释和蛋白互作网络分析,同时对全部差异表达基因进行基因集富集分析。结果发现,人头皮斑秃样本共筛选出225个差异表达基因;C3H/HeJ小鼠自发斑秃皮肤样本共筛选出337个差异表达基因;两个物种的共同显著差异表达基因有23个。GO功能富集分析和蛋白互作网络分析显示,这部分差异基因显著富集于免疫相关功能,并且彼此间存在蛋白互作关系。基因集富集分析显示两个物种的差异基因都能显著富集到趋化因子信号通路、细胞因子受体相互作用、金葡菌感染及抗原加工与呈递通路;而且人的下调差异基因不仅映射到了人类表型数据库的脱发表型,也映射到皮肤附属物病理相关表型。综上所述,本研究通过生物信息方法分析脱发皮肤组织与正常皮肤组织的差异表达基因,最终筛选出23个在人和小鼠中共同存在的显著差异表达基因;此外,分析发现脱发与免疫过程及皮肤附属物病变密切相关,这些结果为脱发的诊断和治疗提供了新思路。

利用SNP芯片信息评估新疆近交牛基因组纯合度
师睿, 张毅, 王雅春, 黄涛, 卢国昌, 岳涛, 卢振西, 黄锡霞, 卫新璞, 冯书堂, 陈军, 乌兰·卡格德尔, 茹先古丽·阿不力孜, 努尔胡马尔·木合塔尔
遗传    2020, 42 (5): 493-505.   DOI: 10.16288/j.yczz.20-071
录用日期: 2020-05-09

摘要259)   HTML4)    PDF (1274KB)(174)   

新疆近交牛是经45年近亲繁育形成的近交群体,但由于繁育记录缺失,其原始亲本品种未知。为了明确新疆近交牛的遗传背景,并探索利用基因组信息评价牛群近交水平的可行性,本研究利用该群体及荷斯坦牛、新疆褐牛和哈萨克牛等16个国内外牛品种的SNP芯片数据,应用主成分分析和Admixture方法对塔城地区新疆近交牛的群体结构进行分析;通过进一步计算新疆近交牛、荷斯坦牛、新疆褐牛和哈萨克牛的群体遗传学参数以及基因组近交指标评估各群体近交程度;结合新疆近交牛的体型分类和基因组近交指标信息,探讨了个体近交程度与体型表现的关系;最后,基于对新疆近交牛和哈萨克牛高频长纯合片段区域的筛选,鉴定了新疆近交牛基因组特征区域。研究结果显示,新疆近交牛的遗传背景与哈萨克牛基本一致,近交牛基因组纯合程度明显高于其他群体,且基因纯合率越高的近交牛其体型越小,在一定程度上呈现了近交衰退对体型的影响。本研究还鉴定到与新疆近交牛基因组特征区域相关的6个基本生物学通路以及与重要经济性状相关的32个数量基因座(quantitative trait loci, QTL)。本研究结果为新疆近交牛这一特殊遗传资源的育种规划及未来该群体的开发利用提供了科学依据。

微生物源果胶酶在猪PK15细胞中异源表达及其酶学性质分析
莫健新,王豪强,黄广燕,蔡更元,吴珍芳,张献伟
遗传    2019, 41 (8): 736-745.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-087
录用日期: 2019-08-01

摘要255)   HTML6)    PDF (1247KB)(92)   

果胶是植物细胞壁组分之一,是畜禽饲料中主要的抗营养因子,影响畜禽对日粮中能量和氮的利用效率。果胶酶在自然界中广泛存在于细菌、酵母和丝状真菌等微生物中,对解除果胶的抗营养作用、提高饲料利用率具有良好的效果。为了探索在猪细胞中表达微生物源果胶酶基因的可行性,本研究通过脂质体转染法将微生物源果胶酶基因pg5apgIpga3ApgaA导入猪PK15细胞中进行异源表达,利用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid, DNS)法测定这4种基因编码果胶酶的酶活力。结果显示,4种果胶酶基因均能在猪PK15细胞中转录出mRNA,但只有pg5apgI适应猪细胞表达系统。其中,果胶酶PG5A的最高酶活为0.95 U/mL,最适作用pH为pH4.0,在pH4.6~6.0范围内维持46%以上的酶活;PGI在pH5.0处获得最高酶活,为0.30 U/mL,在pH4.0~6.0范围内维持35%以上的酶活。消化蛋白酶耐受实验结果显示,PG5A和PGI对胃蛋白酶和胰蛋白酶均有较强的耐受能力,用1 mg/mL的猪胃蛋白酶处理2 h后,PG5A和PGI的剩余酶活分别为76%和71%;用1 mg/mL的猪胰蛋白酶处理2 h后,PG5A和PGI的剩余酶活分别为44%和93%。综上所述,果胶酶基因pg5apgI能在猪细胞中正常表达,其编码的果胶酶对猪消化道pH条件和消化蛋白酶具有较强的耐受能力,可作为制备转果胶酶基因猪的候选基因。

中国西南地区藏族人群遗传亚结构研究
王小娟, 钱恩芳, 李悦, 宋正阳, 赵慧, 谢何鑫, 李彩霞, 黄江, 江丽
遗传    2020, 42 (6): 565-576.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-330
录用日期: 2020-04-17

摘要246)   HTML7)    PDF (1031KB)(165)   

藏族为中国西南地区典型的少数民族,分为卫藏、康巴、安多和嘉绒等多个支系。然而,对藏族支系人群的遗传结构,特别是各分支人群的父系、母系遗传结构却缺乏深度解析。本研究基于个体水平的常染色体、父系来源的Y染色体和母系来源的线粒体3个类别遗传信息,对西藏地区卫藏藏族、四川甘孜地区康巴藏族、青海地区安多藏族和四川阿坝地区嘉绒藏族共4个藏族群体进行研究,以揭示其遗传亚结构关系。采用微测序技术检测各位点分型,利用PowerPlex ?Y23和DNATyper TM Y26试剂盒检测Y-STRs基因座分型,通过热图和主成分分析、祖先成分分析、单倍群频率统计、网络图及多维尺度分析等探讨其遗传亚结构。结果表明,常染色体和Y染色体遗传标记可将4个藏族人群分为3类:青藏高原的卫藏藏族为一类,高原周边地区的康巴藏族和安多藏族的遗传结构类似分为一类,“藏彝走廊”中嘉绒藏族的遗传结构与其他藏族人群差异显著而为一类。不同藏族分支人群在线粒体遗传信息方面无明显差异性。上述多类别遗传信息的分析结果为深入了解藏族不同分支人群的遗传亚结构提供了新视角。

大熊猫源致病大肠杆菌CCHTP全基因组测序及耐药和毒力基因分析
邓雯文, 李才武, 赵思越, 李仁贵, 何永果, 吴代福, 杨盛智, 黄炎, 张和民, 邹立扣
遗传    2019, 41 (12): 1138-1147.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-243
录用日期: 2019-11-27

摘要215)   HTML8)    PDF (566KB)(146)   

致病性大肠杆菌是引起动物泌尿系统感染的重要病原菌,本研究对泌尿生殖道感染出现潜血的大熊猫尿液中分离的一株致病性大肠杆菌(Escherichia coli CCHTP)进行全基因组测序,检测其中耐药基因和毒力因子的情况,同时对基因岛上耐药和毒力基因及其基因环境进行研究。研究发现,大肠杆菌CCHTP中存在多种类型的耐药基因,其中外排泵系统基因数量最多,包括mdfA、emrE和mdtN等介导多重耐药外排泵的基因。此外,该菌还携带166种毒力因子及563个相关毒力基因,其中属于黏附与侵袭类的毒力因子及相关基因数量最多。对19个基因岛分析发现,基因岛GIs011和GIs017中各有一段包含耐药和毒力基因的序列,两侧与可移动遗传元件(转座酶和插入序列)相连,这些结构可能介导耐药及毒力基因水平转移。本研究通过全基因组测序分析了大熊猫源致病性大肠杆菌中存在的耐药及毒力基因情况,对大熊猫相关疾病的科学治疗、合理用药有重要意义。

高油酸花生发芽期低温胁迫转录组及差异表达基因分析
张高华, 于树涛, 王鹤, 王旭达
遗传    2019, 41 (11): 1050-1059.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-097
录用日期: 2019-10-29

摘要199)   HTML16)    PDF (1079KB)(215)   

高油酸花生(Arachishypogaea L.)油具有优异的营养成分和热氧化稳定性,有利于人体健康和工业生产。但是高油酸花生在发芽期间对温度比较敏感,限制了其在低温地区的引种。为了进一步了解高油酸花生在发芽期响应低温胁迫的分子机制,本研究选用田间试验中耐寒表现不同的4种高油酸花生品种,分析其在发芽期低温胁迫下的全基因组水平调控。通过转录组高通量测序共获得139 429条Unigene,其中两组耐寒与不耐寒高油酸花生品种在低温胁迫下共产生差异表达基因(differentially expressed gene, DEG) 3520个,且耐寒花生中上调表达的DEG数目大于下调表达的数目。GO分析表明,耐寒高油酸花生中有关细胞膜代谢与完整性以及细胞外周蛋白差异表达基因的数量较多;KEGG通路分析表明,植物病原相互作用和植物激素信号转导通路在抗寒中起着重要作用。进一步筛选出4个低温诱导蛋白基因——时钟调控蛋白基因(TIC) 、AGO4蛋白基因(AGO4)、组蛋白-赖氨酸N甲基类转移酶ATX3基因(ATX3)、FERONIA类受体蛋白激酶基因(FER)和3个转录因子基因——bHLH、3R-1MYBEREB,采用qRT-PCR检测这些基因在低温胁迫下的表达量。结果显示,在低温处理3 h后TICATX3AGO4以及转录因子基因bHLH、MYBEREB的表达量明显升高,FER在胁迫12 h后也有明显升高,表明这些基因在花生萌发期响应低温胁迫。本研究为深入了解高油酸花生发芽期低温胁迫转录调控机制和筛选花生抗寒基因提供了数据资源。

互花米草NAC转录因子家族的鉴定与表达分析
王涛涛, 杨勇, 魏唯, 林辰涛, 马留银
遗传    2020, 42 (2): 194-211.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-250
录用日期: 2020-02-07

摘要194)   HTML10)    PDF (3469KB)(126)   

互花米草(Spartina alterniflora)作为一种海岸带盐生植物,高度耐盐胁迫,但因为缺少参考基因组,其耐盐的分子机制却尚未见报道。NAC家族蛋白是植物特有的转录因子,调控植物的生长发育和胁迫应答。为了鉴定互花米草NAC蛋白(SaNAC)并探究它们与互花米草生长发育及胁迫响应之间的关系,本研究以互花米草三代全长转录组数据为参考,通过与水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和玉米(Zea mays)NAC蛋白序列进行比对,并结合保守功能域进一步筛选,最终找到62个SaNAC蛋白。从蛋白序列比对、进化、motif预测、同源性比较、亚细胞定位、组织表达以及非生物胁迫下的基因差异表达等方面分别对互花米草NAC家族成员进行分析,结果发现SaNAC蛋白均含有保守的NAM结构域,且在进化上与水稻NAC家族具有一定的相似性;SaNAC家族中的两个蛋白SaNAC9和SaNAC49在细胞核表达;另外,本研究还发现互花米草SaNAC基因表达具有高度组织和胁迫应答差异性。这些结果表明互花米草NAC转录因子家族不仅具有保守的功能域,而且在调控互花米草的生长发育和非生物胁迫响应过程中具有重要的作用。

tPA/gGH双基因转染山羊乳腺上皮细胞表达分析
宋绍征, 于康英, 张婷, 陆睿, 潘生强, 周鸣鸣, 成勇
遗传    2020, 42 (4): 380-387.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-299
录用日期: 2020-02-27

摘要192)   HTML3)    PDF (692KB)(77)   

人组织纤溶酶原激活剂(tissue-type plasminogen activator, tPA)是一种被广泛应用于临床的溶栓药物。双基因共整合入生物体内能够产生协同作用,从而提高目的基因的表达水平。但是目前,利用gGH基因与tPA基因共整合以期提高tPA表达水平的相关研究较少。为筛选获得tPA高表达的tPA/gGH双基因整合的单克隆转基因山羊乳腺上皮细胞株,本研究以β-casein基因作为调控序列,构建乳腺特异性表达载体PCL25/gGH,并通过电转染将tPAgGH双基因共转染山羊乳腺上皮细胞;通过G418筛选获得抗性细胞株,经PCR检测获得转基因单克隆细胞株;利用催乳素诱导tPA表达,收集48 h后细胞诱导液进行ELISA()和Western blotting检测并分析其tPA表达水平。结果表明,共获得142株抗性单克隆细胞,其中有53株tPA单基因整合细胞株,34株tPA/gGH双基因整合细胞株,双基因整合率达23.9% (34/142)。共检测出29株细胞能够表达tPA,其中单基因表达细胞为12株,表达率为22.6% (12/53);双基因表达细胞为17株,表达率为50.0% (17/34);且单基因细胞表达tPA含量为7.5~52.0 μg/mL,而双基因细胞表达tPA含量为40~360 μg/mL,明显高于单基因表达水平。本研究通过电转染的方式成功获得了tPA/gGH双基因整合的单克隆山羊乳腺上皮细胞株,并证明双基因整合的细胞株表达tPA水平明显提高,为后期制备高表达转基因山羊奠定了基础。

PAI-1过表达促进食管鳞癌细胞的侵袭和迁移
王迪, 杨荔艳, 刘奏, 余竟, 张敏杰, 张钰, 蔡岩, 徐昕, 郝佳洁, 王明荣
遗传    2020, 42 (3): 287-295.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-334
录用日期: 2020-02-27

摘要188)   HTML20)    PDF (996KB)(145)   

食管癌是常见的恶性肿瘤之一。由SERPINE1基因编码的纤溶酶原激活物抑制因子1 (plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1)已被报道在多种类型癌症患者的肿瘤组织中存在高表达并参与癌症进展。为探讨PAI-1蛋白在食管鳞癌中的作用及其分子机制,本研究首先利用Western blot实验和酶联免疫吸附实验(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)检测各食管鳞癌细胞系中PAI-1的表达和分泌水平,结果显示,PAI-1高表达的食管鳞癌细胞系分泌至细胞外的PAI-1水平相对较高。进一步选取PAI-1表达及分泌水平均较高的KYSE150和KYSE450细胞系作为研究模型,通过siRNA(小干扰RNA)瞬时转染和Transwell实验证实敲降SERPINE1可显著抑制食管鳞癌KYSE150和KYSE450细胞的侵袭和迁移。同时,构建了慢病毒介导的SERPINE1稳定敲降细胞株KYSE150和KYSE450,将SERPINE1稳定敲降的细胞培养基中外源加入PAI-1蛋白进行 Transwell回复实验,结果表明PAI-1过表达可增强食管鳞癌细胞的侵袭和迁移能力。体内实验结果显示,降低PAI-1表达可显著抑制食管鳞癌细胞的成瘤和肺转移能力。分子水平检测表明PAI-1过表达可激活AKT和ERK信号通路,免疫共沉淀(co-immunoprecipitation, Co-IP)实验结果进一步显示PAI-1可能与膜受体LRP1 (LDL receptor related protein 1)存在相互作用。上述研究结果表明,PAI-1可能通过与LRP1相互作用进而促进食管鳞癌细胞的侵袭和迁移。

DNMT3a通过提升基因内部甲基化介导紫杉醇诱导的LINE-1异常表达
王昕源, 张雨, 杨楠, 程禾, 孙玉洁
遗传    2020, 42 (1): 100-111.   DOI: 10.16288/j.yczz.19-258
录用日期: 2020-01-07

摘要185)   HTML12)    PDF (1188KB)(106)   

药物诱导的长散在重复序列LINE-1异常激活可促进细胞基因组不稳定,而基因组不稳定是促进肿瘤发生发展和耐药表型形成的重要因素。因此,探索LINE-1异常激活的分子机制具有重要的理论和临床意义。DNA甲基化是调控基因表达的重要方式,已知DNA甲基转移酶家族成员DNMT3a不仅能通过促进基因启动子甲基化抑制基因表达,还可通过增强基因内部甲基化上调基因表达。本实验室前期研究发现,将乳腺癌细胞暴露于化疗药物可诱导LINE-1异常高表达,但LINE-1启动子甲基化水平并无显著改变。本研究进一步探讨了在化疗药物压力下DNMT3a是否可通过增强LINE-1基因内部甲基化水平促进LINE-1在乳腺癌细胞中的异常高表达。ChIP实验和甲基分析结果显示,用化疗药物紫杉醇(PTX)处理乳腺癌细胞,不仅可以诱导DNMT3a表达,而且可以促进DNMT3a与LINE-1基因内部区域的结合,提升其基因内部甲基化水平, 进而上调LINE-1的表达水平。利用表达载体增加细胞内DNMT3a的表达水平,可显著上调LINE-1基因内部的甲基化及基因的表达水平,而下调DNMT3a的表达可有效抑制LINE-1表达。上述研究结果表明,DNMT3a介导的基因非启动子区甲基化在药物诱导的LINE-1异常激活中发挥重要作用,为认识LINE-1在乳腺癌化疗耐药性形成过程中异常激活的机制提供了新思路。