在法医DNA分析领域，混合短串联重复序列(short tandem repeats，STR)图谱的分析一直是研究难点。当前，国内主要依靠法医进行人工分析，不仅效率低下，分析结果还存在着主观性偏好，难以满足日益增长的STR图谱分析的需求。本文提出一种新的混合STR图谱分析方法——全局最小残差法，不仅可以计算出分析结果，还可以预测出每个组分的混合比例。该方法首先给混合比例赋予了新的定义，然后对等位基因模型进行优化，进而综合考虑STR图谱中的所有基因座，将每个基因座的残差值进行累加求和，选择累加和最小的混合比例作为推断结果，并使用灰狼优化算法快速寻找混合比例的最优值。对于二组分STR图谱，全局最小残差法能够兼顾分析的准确性和分析速度，有利于实现大量的图谱分析。本文提出的算法在实际应用中取得了不错的效果，具有较高的应用价值，可为混合STR图谱分析领域的研究提供新的解决方案。
本研究拟建立检测CK19基因表达的数字PCR(digital PCR，dPCR)方法并测试其性能，以期利用该方法的超高敏感性和绝对定量优势进行循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTC)的定量分析。首先，根据CK19基因的mRNA序列进行引物探针设计，以看家基因ABL1作为内参，采用人乳腺癌MCF7细胞和健康人白细胞从13套引物探针之中筛选出了最佳的引物探针，测序结果证实扩增序列无误。其次，针对选定的引物探针进行反应条件的优化，以不同浓度的健康人白细胞cDNA为模板进行空白检测限(limit of blank，LOB)的分析，证实当ABL1基因拷贝数为20,000、15,000、10,000、5000、2500时，CK19的LOB分别为9.24、8.93、3.12、3.17和2.53拷贝。再次，采用MCF7细胞和健康人白细胞的cDNA模板进行不同浓度预混的检测限(limit of detection，LOD)分析，证实50%、10%、5%、1%、0.5%和0.1%的浓度配比下均可以有效检出CK19基因，线性R2值为0.9998。最终，临床样本的数字PCR检测结果发现晚期乳腺癌患者的CK19拷贝数高于健康人对照。上述结果说明本研究所建立的检测CK19基因的数字PCR方法具有敏感、特异和定量准确等优势，未来经过进一步验证之后有望用于乳腺癌的CTC定量分析，具有良好的应用前景。
脊髓性肌萎缩症(spinal muscular atrophy, SMA)是一种常染色体隐性遗传、儿童致死性神经系统疾病。SMA致病基因为运动神经元存活基因(survival motor neuron1, SMN1)。虽然检测SMN1基因拷贝数的方法众多,但目前适于大规模人群筛查的技术较少。为寻求一种快速准确的实验技术可以用于人群中SMA携带者的大规模筛查,了解区域人群携带情况及常见变异的分布,本研究应用多重竞争性PCR联合毛细管电泳技术检测12例SMA患者及其父母SMN1基因拷贝数,同时对江苏地区151例健康孕妇人群SMN1基因进行拷贝数检测,并通过多重连接依赖探针扩增(multiplex ligation-dependent probe amplification, MLPA)技术验证检测结果。多重竞争性PCR联合毛细管电泳技术结果与MLPA结果一致,显示12例SMA患者均为SMN1基因零拷贝,其父母的SMN1基因拷贝数均为单拷贝,151例健康人群中检测出SMN1基因单拷贝3例(即SMA携带者),占2.0%;SMN1基因双拷贝134例,占88.7%;SMN1基因大于双拷贝14例,占9.3%。因此,多重竞争性PCR联合毛细管电泳技术作为一种快速、简便和准确的检测技术具有着应用于人群中SMA携带者的大规模筛查的潜力。
肌肉生长抑制素(myostatin, MSTN)是一种骨骼肌生长发育的负调控因子,可以抑制成肌细胞的增殖,是动物品种改良的重要候选基因,该基因突变能够引起骨骼肌的广泛性增生与肥大,产生“双肌”症状,导致动物脂肪分化减少、肌肉含量增加,从而满足市场动物肉品质消费的需求。为了获得“双肌”表型的MSTN基因突变克隆山羊,本研究在山羊MSTN基因第一外显子序列设计并构建TALENs表达载体,转染山羊胎儿成纤维细胞,经嘌呤霉素筛选获得抗性细胞株,通过PCR检测和基因测序筛选MSTN基因突变细胞株作为供核细胞进行山羊体细胞核移植,并鉴定MSTN基因突变类型;通过组织切片分析MSTN基因突变山羊肌肉组织形态结构,监测不同月龄克隆山羊体重并分析其不同生长发育阶段的体重增长趋势。结果表明,共获得109株MSTN基因突变细胞株,突变效率达到79.0% (109/138),其中46株为双等位基因突变,占细胞株总数的33.3% (46/138)。选取4株生长状态较好的MSTN基因突变细胞株(1株为双等位基因纯合突变,3株为非纯合突变)进行体细胞核移植至12只受体山羊,30 d时B超检查出受孕母羊4只,受孕率为33.3% (4/12),妊娠到期分娩2只克隆山羊,测序结果表明M-1克隆山羊MSTN双等位基因中的一个等位基因未产生突变,另一个等位基因缺失3 bp;M-2克隆山羊MSTN双等位基因中的一个等位基因产生1 bp碱基插入,另一个等位基因缺失13 bp,两种突变均造成MSTN在突变位点之后的蛋白序列丢失。此外,M-1克隆山羊肌纤维排列紧密且粗大,每月体重均高于普通野生型山羊,但与普通野生型山羊生长趋势一致,且能够健康发育至成年。本研究利用TALENs技术成功介导山羊MSTN基因定点修饰,并获得MSTN基因突变的山羊胎儿成纤维细胞,将其作为供核细胞成功生产MSTN基因突变克隆山羊,为培育“双肌”表型山羊新品系奠定了技术基础,也为将来其他转基因动物的制备提供了参考方法。
昼夜节律是指生命活动以24小时为周期的内在性节律。为了适应昼夜环境周期性的变化,地球上几乎所有生物体,包括藻类、细菌、植物、动物等,都演化出一个特殊的系统——生物钟,用以指挥不同组织与器官来适应环境的昼夜交替,维持机体的生理稳态和行为与环境昼夜变化同步。生物钟是指由内源性分子时钟控制的日周生理振荡过程,人类生命活动的各个层面,包括行为、生理、代谢等都受到生物钟的调控,并表现出明显的昼夜节律,如睡眠与苏醒、警觉程度与运动能力、体温波动、泌尿系统、激素分泌、免疫调节以及细胞因子释放等。昼夜节律紊乱可能影响各种疾病的发生、发展、治疗和预后。因此在机体的发育、衰老及疾病的发生、发展过程中评估昼夜节律是否异常具有重要的意义。结合本课题组相关研究,本文较为系统性地讨论了几种适用不同目的鉴别昼夜节律行为异常的方法,分享了具体的实验操作以及分析思路,包括利用代谢笼测量活动节律、自由跑轮活动监测、倒时差、长光照、骨骼光周期以及T7-cycle,并解释了不同行为学方法背后的生理意义。除此之外,本文还探究了不同遗传背景以及不同来源小鼠的昼夜节律在适应外界环境变化上的可能差异,为相关研究提供了可行的参考。根据这些原则及方法,以期帮助相关科研人员选择合适的实验来评估遗传因素、环境因素或疾病对昼夜节律行为的影响。
微卫星作为重要的分子标记之一,已被证明在大熊猫种群规模评估、亲子鉴定和遗传多样性分析方面是有效的。目前微卫星标记在大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)染色体上物理定位方面的报道较少,而且缺乏微卫星基因分型系统的效能评估以及PCR扩增条件的优化。本研究基于大熊猫基因组参考序列(ASM200744v2),分析了34个大熊猫微卫星位点的染色体定位特征并评价了位点的应用价值。通过优化34个STR-PCR反应体系和扩增程序,结合微卫星的染色体定位数据确定了Ame-μ10标记的较低应用价值以及gpz-6重新筛选引物的必要性。本研究有助于提高基因分型结果的重复性和可靠性,对促进《大熊猫种群遗传档案建立技术规程》规范化应用和制定大熊猫保护策略具有重要意义。
蛋白酪氨酸硫酸化(protein tyrosine sulfation, PTS)是一种重要的翻译后修饰,调控生命活动中多种生理和病理过程,但由于PTS状态不稳定且目前缺乏有效的富集方法,因此在生物样品中难以进行有效地检测。本研究以模式动物斑马鱼(Danio rerio)为研究材料,利用Orbitrap Exploris 480高分辨质谱仪检测了斑马鱼胚胎发育早期总蛋白的酪氨酸硫酸化修饰水平,通过该方法共计检测到26种蛋白(包括膜蛋白、分泌蛋白、胞质蛋白和核蛋白等)存在潜在的29个酪氨酸硫酸化修饰位点。本研究建立了斑马鱼胚胎发育早期蛋白酪氨酸硫酸化修饰的检测方法,为探索生物体蛋白硫酸化修饰的作用机制奠定了技术基础。
非洲猪瘟病毒(African swine fever virus, ASFV)是近年来流行的一种主要致病病毒,对我国的国民经济生活造成了严重影响。本研究以非洲猪瘟病毒的编码保守蛋白p54基因序列片段为检测目标,结合点亮 Spinach RNA适配体的开关功能,设计了Spinach-p54的嵌合式RNA适配体。其特异地结合目标序列并产生荧光,实现了在RNA水平上对非洲猪瘟病毒的快速检测。研究结果表明,核酸适配体浓度200 nmol/L,反应温度为37 ℃,该方法检出限为200 nmol/L,线性范围为200~400 nmol/L。该方法特异性强,操作简单,灵敏度高等特点,可用于市场和养殖场的现场快速检测。
转基因玉米双抗12-5具有良好的抗虫性和除草剂耐受性,是我国第一批获得安全证书的转基因玉米之一,具有广阔的应用前景。本研究利用重组酶聚合酶扩增技术(recombinase polymerase amplification, RPA)建立转基因玉米双抗12-5的现场快速检测方法。针对转基因玉米双抗12-5的转化体特异性序列片段,设计引物和探针,通过引物筛选实验得到最佳引物与探针组合。荧光RPA扩增结果可以在蓝光下直接进行可视化分析。结果表明,建立的转基因玉米双抗12-5可视化检测体系特异性强,检测灵敏度达到10拷贝。进一步研究发现RPA的扩增体系对温度有很强的适应性,样品在34℃~46℃之间都能得到扩增,据此,本研究利用市面上常见的自发热暖贴代替常规的加热仪器来激发RPA。结果表明,自发热暖贴满足RPA扩增体系对温度的需要。最终,本研究将自发热暖贴加热法与RPA可视化检测体系结合,对转基因玉米双抗12-5进行现场检测,并与qPCR方法检测结果作比较,检测结果表明,本研究建立的现场可视化检测方法与qPCR方法检测结果一致,并且可视化检测方法时间短,检测结果清晰易分辨。本研究建立的转基因玉米双抗12-5现场快速可视化检测方法,其特异性强、灵敏度高、方便、快捷,不仅满足了转基因玉米双抗12-5的现场快速检测的需要,也为其他现场快速检测方法的开发提供了新思路。
胰高血糖素样肽1 (glucagon-like peptide 1, GLP-1)作为一种肠促胰岛素,主要由肠道L细胞分泌,由于其能够有效促进胰岛素的释放从而降低血糖,因此GLP-1及其类似物在2型糖尿病的治疗上具有良好的应用前景。本研究优化了慢病毒感染类器官的方法,利用该方法成功构建了GLP-1过表达的小鼠小肠类器官(organoids)。结果显示该类器官分泌的GLP-1能够有效地提高野生型及糖尿病小鼠的葡萄糖耐受能力。因此,本研究构建的GLP-1过表达类器官可以为2型糖尿病的治疗提供一种新的策略。
孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)是一种遗传相关的神经系统发育性疾病,患者主要呈现社交缺陷、沟通障碍、重复刻板行为和学习记忆障碍等核心症状。小鼠模型是探究孤独症谱系障碍的致病机理和寻找潜在治疗方法的重要工具,而小鼠行为学的观测和分析可以帮助人们更好地了解不同遗传操作对相应孤独症表型的影响,从而阐释疾病机理。本文列举了针对孤独症患者核心缺陷的相关小鼠行为学分析方法,包括检测社交缺陷的三厢社交实验、居住者-入侵者实验、筑巢实验和超声波检测;检测重复刻板行为的Y迷宫自主选择实验、捋毛实验、刻板行为分析实验和弹珠埋藏实验;检测焦虑行为的旷场实验、高架十字迷宫实验和明暗穿梭实验;检测学习和记忆障碍的新事物选择实验和水迷宫实验。本文详细描述了这些行为学实验的标准操作流程、注意事项以及规范的数据分析方法,可以帮助研究人员进行相关实验设计。同时本文对已知孤独症小鼠遗传模型中的各项行为学表型进行了汇总和比较,为相关研究人员提供系统参照。
