“睡美人( Sleeping Beauty, SB) ”转座系统是Tc1/mariner 转座子超家族中的一员,已经失活了一千多万年。1997年，Ivics 等根据积累的系统发生数据,利用生物信息学的方法, 对其进行分子重建, 终于唤醒了其转座活性。近年来对“睡美人”转座系统的转座效率和转座机理进行的研究，已证明SB转座子在基因筛选，转基因及基因治疗等领域具有广阔的应用前景。文章重点论述了SB转座子在结构及其优化、转座机制和应用等方面的进展，同时对其研究中出现的各种问题进行了总结并提出了一些解决方案。

在NBL中建立初始悬浮培养物,再转移到AA2中建立原生质体分离用的胚性细胞悬浮系,利用这个方法成功地建立了Java14、毫梅、D.V.85、0242 8等的胚性细胞悬浮系。从Java14中分离的原生质体在KPR培养基中获得大量再生细胞团,并成功地实现了植株再生。通过渗透压的调整和培养过程中的加液处理,获得了0.8%较高的植板率。
Abstract:Embryogenic cell suspensions of Java 14,Haomei,D.V.85,02428 etc.were established via suspension methods of first establishing primary suspension cultures on NBL and then establishing embryogenic cell suspension for protoplast isolation on AA2 medium.A large number of clones were obtained when protoplasts of Java14 were cultured on KPR medium and plantiets were regenerated from clones.Plating efficiency was up to 0.8% by adjusting osmolality and lowing osmolality in protoplast culture.

精子发生(Spermatogenesis) 是一高度复杂的过程, 包括有丝分裂、减数分裂和精子形成。精母细胞经过独特而广泛的染色质与表观遗传修饰重塑之后, 最终分化产生了具有特定表观遗传修饰的精子。最近研究表明, 成熟精子中的表观遗传修饰在发育的胚胎中发挥了重要作用, 其表观遗传模式的改变会导致某些疾病风险提高, 如受精失败、胚胎发生机能障碍、早产、出生体重低、先天畸形、新生儿死亡以及其他在辅助生殖技术后代中发现的发生频率较高的妊娠相关并发症。文章通过评价成熟精子中DNA甲基化、保留组蛋白修饰、RNAs和精蛋白等表观遗传修饰的重要意义及其在胚胎发育过程中的潜在作用, 阐述了成熟精子中改变的表观遗传修饰与相关疾病之间的关系, 为不育症的防治、精子表观遗传质量评价以及降低辅助生殖技术后代表观遗传疾病风险等提供基础资料。

哺乳动物多能性因子, 主要包括Pou5f1/Oct4、Sox2、Klf4、Nanog等转录因子, 不仅能够维持胚胎干细胞的未分化状态, 同时也参与使分化细胞重编程回多能性状态的过程。目前对脊椎动物多能性因子在体(in vivo)功能研究报道极少。斑马鱼是研究脊椎动物早期发育分化的理想模型, 它能够为多能性相关因子的功能研究提供在体环境, 因而可以更准确地了解多能性因子的作用信息。近年来, 已在斑马鱼中发现了多种哺乳动物多能性因子的同源基因, 如oct4、nanog等。文章主要介绍了斑马鱼中多能性因子的相关研究进展, 并与其它动物中的研究作一比较。

生物学通路被广泛应用于基因功能学研究, 但现有的生物学通路知识并不完善, 仍需进一步扩充。生物信息学预测为通路扩充提供了一种有效且经济的途径。文章提出了一种融合蛋白质-蛋白质互作知识以及Gene Ontology(GO)数据库信息进行基因通路预测的新方法。首先选取目标基因在蛋白质-蛋白质互作层面上的邻居所在的Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)通路为候选通路, 然后通过检验候选通路中的基因是否在与目标基因关联的GO节点富集来判断目标基因的通路归属。分别利用Human Protein Reference Database (HPRD)和Biological General Repository for Interaction Datasets(BioGRID)数据库中的蛋白质-蛋白质互作信息进行预测。结果表明, 在两套数据中, 随着互作邻居个数的增加, 预测的平均准确率(在所有目标基因注释的通路中被成功预测的比例)及相对准确率(在至少有一个注释通路被成功预测的基因集中, 所有注释通路均被预测正确的基因所占的比例)均呈现上升趋势。当互作邻居个数达到22时, 预测的平均准确率分别达到96.2%(HPRD)和96.3%(BioGRID), 而相对准确率分别为93.3%(HPRD)和84.1%(BioGRID)。进一步利用新版数据库对旧版数据库中被更新的89个基因进行验证, 至少有一个更新通路被预测正确的基因有50个, 其中43个基因的更新通路被完全正确预测, 相对准确率为86.0%。这些结果显示该方法是一种可靠且有效的通路扩充方法。

温度休克中国对虾（Penaeus orientalis）的受精卵，结果表明，用0、6和9℃的低温休克，温度越低或休克时间越长，对细胞分裂的抑制作用也越强，孵化率也越低。用30和33℃的高温休克，温度越高或休克时间越长，对细胞的伤害也越大，孵化率表明显降低。低温和高温休克都能诱发三倍体。三倍体的最高诱发率，低率（9℃）为43.8%，高温（30℃）为32%，并获得三倍体蚤状幼体。对虾三倍体的诱发成功，为对虾的我多倍体育种提供了可能。
The fertilized eggs of Chinese prawn(penaeus orientalis),were treated with cold and heat shocks at various time intervals after spawning and various time continuations to induce triploidy.The results indicated that,with 0℃,6℃ and 9℃ cold shocks,the cell division was inhibited more intensely and the hatching rate became lower as the temperature got lower or the treating time lasted longer.With heat shocks at 30℃ or 33℃,the higher temperature was or the longer the tratment lasted,the more seriously the cells were damaged or the lower the inducing rate became.Both cold and heat shocks could induce triploid.The highest indueing rate was 32% with heat shock and 43.8% with cold shock respectively.The successful induction of chromosome triploidy in prawn provided probability for the polyploid breeding in these species.

通过对橡胶树10 778条EST序列进行拼接, 共得到Unigene 3 090条, 从中发掘出分布于353条Unigene的430个EST-SSR位点, SSR发生频率为11.42%, 平均分布距离为3.93 kb。在橡胶树EST-SSR中, 二核苷酸和三核苷酸重复是主要的重复类型, 分别占63.49%、32.09%。TC/AG、CT/GA和CTT/GAA、AAG/TTC、AGA/TCT是二、三核苷酸的优势重复类型。利用PRIMER5.0设计引物148对, 随机挑选21对引物进行合成, 并用其中15对扩增较好的引物, 通过变性聚丙烯酰胺凝胶结合银染的方法对44个橡胶树无性系进行了遗传多样性检测, 构建了聚类分析树状图。研究结果表明, 从橡胶树EST中开发SSR标记是有效、可行的, 文章所开发的EST-SSR引物可用于橡胶树遗传分析研究。

外泌体(Exosomes)是一种大小为30~100 nm的细胞外膜囊泡,与细胞的生物学功能及细胞间的信号传递有着密切的关系,尤其在癌症的诊断及治疗等领域发挥重要作用。为将外泌体更好地应用于乳腺癌肿瘤传递机制的研究,本文首先通过分子克隆手段将近红外荧光蛋白iRFP682基因和外泌体标记蛋白CD63基因克隆到含腺相关病毒(Adeno-associated virus,AAV)末端倒置重复序列(Inverted repeat terminal,ITR)的质粒载体上,构建融合表达近红外荧光蛋白和CD63蛋白的重组真核表达载体。然后再与辅助质粒共转染AAV-293细胞,包装重组腺相关病毒、纯化测量滴度后用于感染乳腺癌细胞,最后通过荧光筛选出稳定表达近红外荧光蛋白的乳腺癌细胞株。通过对乳腺癌稳定株的分离、纯化及鉴定,最终得到一个新型生物标记物：iRFP682标记的乳腺癌细胞来源的外泌体,为后续研究外泌体在乳腺癌肿瘤微环境中的分布及信号传递提供保障。

转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的集合。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构, 揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。RNA-Seq作为一种新的高效、快捷的转录组研究手段正在改变着人们对转录组的认识。RNA-Seq利用高通量测序技术对组织或细胞中所有RNA反转录而成的cDNA文库进行测序, 通过统计相关读段(reads)数计算出不同RNA的表达量, 发现新的转录本; 如果有基因组参考序列, 可以把转录本映射回基因组, 确定转录本位置、剪切情况等更为全面的遗传信息, 已广泛应用于生物学研究、医学研究、临床研究和药物研发等。文章主要介绍了RNA-Seq原理、技术特点及其应用, 并就RNA-Seq技术面临的挑战和未来发展前景进行了讨论, 为今后该技术的研究与应用提供参考。

常染色体显性脊髓小脑型共济失调(Autosomal dominant spinocerebellar ataxias, ADCAs)是一种神经系统退行性疾病, 具有高度的遗传异质性, 其中脊髓小脑型共济失调3型(Spinocerebellar ataxias type 3, SCA3)是一种常见的类型。文章通过PCR扩增广西一个脊髓小脑共济失调家系SCA3/MJD基因片段, 用毛细管电泳和测序方法检测了SCA3/MJD基因的CAG重复序列大小、传递特点以及SCA3/MJD基因的变异。结果显示：家系的所有4名患者和3名无症状携带者(Asymptomatic carrier)的SCA3/MJD基因第10外显子中存在异常扩增的CAG重复序列, 重复次数为64~71次; CAG重复次数在具有cgg等位基因的正常个体间传递时保持不变, 提示cgg等位基因不是正常个体两代间CAG重复序列稳定性的影响因素。SCA3/MJD基因中另有两个单碱基点突变, 一个是内含子区的杂合性突变(IVS9-113 T>C), 另一个是外显子区域的错义突变(220 G>A, 220 Glu>Gly)。这两个点突变为首次报道, 但尚不能明确这两个新的点突变对SCA3表型的影响。

MicroRNA是一类内源性的非编码小分子RNA, 通过下调蛋白编码基因的表达而对不同的细胞发育过程起到重要的调控作用。分析组织或细胞样本中microRNA的表达可为研究这类分子的生物学功能提供重要的信息。近年来, 研究者发展了许多方法检测不同的生理和病理学过程中microRNA的表达差异, 并发现microRNA的异常表达与癌症、神经紊乱和心脏疾病等的发生相关。文章系统地介绍了最新发展的microRNA定量检测方法, 详细阐述了基于探针杂交技术的Northern blotting法、微阵列芯片法、纳米金标记法、桥连同位素标记法, 以及基于扩增技术的定量PCR检测法、滚环扩增法、引物入侵法和新一代大规模高通量测序法等, 并对这些方法的优缺点进行了分析比较。

By using genome in situ hybridization (GISH) on root somatic chromosomes of allotetraploid derived from the cross Gossypium arboreum × G. bickii with genomic DNA (gDNA) of G. bickii as a probe, two sets of chromosomes, consisting of 26 chromosomes each, were easily distinguished from each other by their distinctive hybridization signals. GISH analysis directly proved that the hybrid G.arboreum×G. bickii is an allotetraploid amphiploid. The karyotype formula of the species was 2n = 4x = 52 = 46m (4sat) + 6sm (4sat). We identified four pairs of satellites with two pairs in each sub-genome. FISH analysis using 45S rDNA as a probe showed that the cross G. arboreum×G. bickii contained 14 NORs. At least five pairs of chromosomes in the G sub-genome showed double hybridization (red and blue) in their long arms, which indicates that chromatin introgression from the A sub-genome had occurred.

近年来, 众多研究小组开展了大量的全基因组关联研究(Genome-wide association studies, GWAS), 发现并鉴定了许多与复杂疾病/性状相关联的遗传变异, 为复杂疾病发病机制的研究提供了重要线索。由于GWAS的结果存在假阳性、假阴性、检测到的单核苷酸多态性很少位于功能区以及对稀有变异和结构变异不敏感等问题, 导致了其应用的局限性。而新一代测序技术的进步, 促进了全基因组测序和全基因组外显子测序的快速发展, 为解决上述问题提供了契机。全基因组外显子测序是利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。由于其具有对常见和罕见变异高灵敏度, 能发现外显子区绝大部分疾病相关变异以及仅需要对约1%的基因组进行测序等优点, 促使全基因组外显子测序成为鉴定孟德尔疾病的致病基因最有效的策略, 也被运用于复杂疾病易感基因的研究和临床诊断中。

高通量的基因型分析和芯片技术的发展使人们能够进一步研究哪些遗传差异最终影响基因的表达。通过表达数量性状座位(eQTL)作图方法可对基因表达水平的遗传基础进行解析。与传统的QTL分析方法一样, eQTL的主要目标是鉴别表达性状座位所在的染色体区域。但由于表达谱数据成千上万, 而传统的QTL分析方法最多分析几十个性状, 因此需要考虑这类实验设计的特点以及统计分析方法。本文详细介绍了eQTL定位过程及其研究方法, 重点从个体选择、基因芯片实验设计、基因表达数据的获得与标准化、作图方法及结果分析等方面进行了综述, 指出了当前eQTL研究存在的问题和局限性。最后介绍了eQTL研究在估计基因表达遗传率、挖掘候选基因、构建基因调控网络、理解基因间及基因与环境的互作的应用进展。

转录水平的调控是基因调控的重要环节, 其中转录因子(Transcription Factor, TF)和转录因子结合位点(Transcription Factor Binding Site, TFBS)是转录调控的重要组成部分。为了解析基因转录调控过程中TF与其TFBS相互作用的分子机理, 鉴定TFBS及构建基因转录调控网络, 需要对已发现的TF及其TFBS信息进行系统的收集、整理和分析。目前, 国际上已经出现不少关于TF及其TFBS的专业数据库, 这些数据库对基因转录调控及TF相关的分子生物学、系统生物学及生物信息学的研究非常重要, 对这些领域的研究起到了显著的推进作用。文章对7个目前比较著名的TF及其TFBS相关数据库, 包括TRANSFAC、JASPAR、TFDB、TRRD、TRED、PAZAR、MAPPER的特点、数据种类和数量及使用方法进行了详细综述, 并简要介绍了其他相关数据库。

长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)通过多种机制发挥其生物学功能, 这些机制包括基因印记、染色质重塑、细胞周期调控、剪接调控、mRNA降解和翻译调控等。lncRNA通过这些作用机制在不同水平进行基因表达调控。在研究lncRNA功能的过程中, 研究方法的建立和应用起着非常重要的作用。目前用于lncRNA研究的主要方法有：微阵列、转录组测序、Northern印迹、实时荧光定量逆转录-聚合酶链反应、荧光原位杂交、RNA干扰和RNA结合蛋白免疫沉淀等。文章着重介绍了3种前沿方法, 即：在线快速预测RNA与蛋白质相互作用的catRAPID、RNA纯化的染色质分离(Chromatin isolation by RNA purification, ChIRP)以及非编码RNA沉默与定位分析技术(Combined knockdown and localization analysis of non-coding RNAs, c-KLAN)。

表观遗传学是研究基因表达发生了可遗传的改变, 而DNA序列不发生改变的一门生物学分支, 对细胞的生长分化及肿瘤的发生发展至关重要。表观遗传学的主要机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰及新近发现的非编码RNA。非编码RNA 是指不能翻译为蛋白的功能性RNA分子, 其中常见的具调控作用的非编码RNA包括小干涉RNA、miRNA、piRNA 以及长链非编码RNA。近年来大量研究表明非编码RNA在表观遗传学的调控中扮演了越来越重要的角色。文章综述了近年来生物细胞非编码RNA调控的表观遗传学研究进展, 以有助于理解哺乳动物细胞中非编码RNA及其调控机制和功能。

DNA甲基化是一种在原核和真核生物基因组中常见的复制后修饰, 参与体内多种重要生理过程, 主要包括:调节基因表达, 基因印记, 维持染色体完整性以及X-染色体灭活等。依据结构和功能的不同, 哺乳动物中DNA甲基转移酶(Dnmts)主要分为两大类: DNA甲基化维持酶Dnmt1以及DNA从头甲基化酶Dnmt3a、, Dnmt3b和Dnmt3L等。此外, Dnmt2也具有弱的DNA甲基转移酶活性, 近年来发现它可以甲基化tRNA^Asp反密码子环处38C。这些Dnmts对于哺乳动物的生长发育是十分重要的, 它们的功能异常将导致胚胎发育障碍, 癌症等多种疾病。因此, Dnmts可能成为一个重要的分子靶标, 在疾病的治疗和预防中发挥重要作用。文章就Dnmts的分类、功能以及研究进展进行综述。

细胞内所有的蛋白质和大多数的细胞外蛋白都在不断的进行更新, 即它们在不断地被降解, 并被新合成的蛋白质取代。细胞内蛋白的降解主要通过两个途径, 即自噬和泛素蛋白酶体系统。自噬是一种由溶酶体介导的细胞内过多或异常蛋白质的降解机制。在细胞内主要有3种类型的自噬, 即分子伴侣介导的自噬、微自噬和巨自噬。泛素蛋白酶体系统是由泛素介导的一种高度复杂的蛋白降解机制, 它参与降解细胞内许多蛋白质并且这个过程具有高度特异性。细胞内蛋白质的降解参与调节许多细胞过程, 包括细胞周期、DNA修复、细胞生长和分化、细胞质量的控制、病原生物的感染反应和细胞凋亡等。许多严重的人类疾病被认为是由于蛋白质降解系统的紊乱而引起的。文章综述了自噬和泛素化途径及其分子机制, 以及蛋白质降解系统紊乱的病理学意义。

CRISPR/Cas系统广泛存在于细菌及古生菌中, 是机体长期进化形成的RNA指导的降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统。对Ⅱ型CRISPR/Cas系统的改造使其成为继锌指核酸酶(ZFNs)和TALE核酸酶(TALENs)以来的另一种对基因组进行高效定点修饰的新技术, 与ZFNs和TALENs相比, CRISPR/Cas系统更简单, 并且更容易操作。文章重点介绍了Ⅱ型CRISPR/Cas系统的基本结构、作用原理及这一技术在基因组定点修饰中的应用, 剖析了该技术可能存在的问题, 展望了CRISPR/Cas系统的应用前景, 为开展这一领域的研究工作提供参考。

Restriction-site associated DNA sequencing(RAD-seq)技术是在二代测序基础上发展起来的一项基于全基因组酶切位点的简化基因组测序技术。该方法技术流程简单, 不受有无参考基因组的限制, 可大大简化基因组的复杂性, 减少实验费用, 通过一次测序就可以获得数以万计的多态性标记。目前, RAD-seq技术已成功应用于超高密度遗传图谱的构建、重要性状的精细定位、辅助基因组序列组装、群体基因组学以及系统发生学等基因组研究热点领域。文章主要介绍了RAD-seq的技术原理、技术发展及其在基因组研究中的广泛应用。鉴于RAD-seq方法的独特性, 该技术必将在复杂基因组研究领域具有广泛的应用前景。

高通量测序技术的发展衍生出一系列微生物组(microbiome)研究技术,如扩增子、宏基因组、宏转录组等,快速推动了微生物组领域的发展。微生物组数据分析涉及的基础知识、软件和数据库较多,对于同领域研究者开展学习和选择合适的分析方法具有一定困难。本文系统概述了微生物组数据分析的基本思想和基础知识,详细总结比较了扩增子和宏基因组分析中的常用软件和数据库,并对高通量数据下游分析中常用的几种方法,包括统计和可视化、网络分析、进化分析、机器学习和关联分析等,从可用性、软件选择以及应用等几个方面进行了概述。本文拟通过对当前微生物组主流分析方法的整理和总结,为同领域研究者更方便、灵活的开展数据分析,快速选择研究分析工具,高效挖掘数据背后的生物学意义提供参考,进一步推动微生物组研究在生物学领域的发展。

研究核酸－蛋白质的互作是揭示生命活动机理的基础, 文章简要综述了用于研究核酸－蛋白质互作的各种生物化学方法。从体内、体外两个研究角度, 针对核酸、蛋白以及复合物3个研究水平, 概述了硝化纤维膜过滤实验、足迹法、EMSA、Southwestern杂交等经典分析方法的原理、发展和运用。还着重介绍了最近在表观遗传学领域中广泛运用的nChIP、xChIP等基本染色质免疫沉淀(ChIP)技术及其衍生出的ChIP-on-chip等方法。

组蛋白共价修饰作为表观遗传修饰的重要部分, 主要包括乙酰化和甲酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和SUMO化等, 它们形成一个复杂的网络共同调控基因的表达, 其中组蛋白甲基化修饰成为研究的热点, 甲基化主要发生在赖氨酸残基上。近年来, 随着有关植物组蛋白赖氨酸甲基化修饰研究的不断深入, 发现其通过改变自身赖氨酸残基的甲基化状态和甲基化程度, 形成转录激活或者转录抑制标记, 调控基因的表达, 在植物开花和逆境胁迫的响应过程中起着至关重要的作用。H3组蛋白的赖氨酸甲基化修饰能够调控FLC基因和有关抗性基因的表达, 具体表现为：H3K4的三甲基化促进FLC的表达, H3K27的三甲基化则抑制FLC的表达; H3K4me3作为转录激活标记, 可激活PtdIns5P基因的表达, 启动响应干旱的脂质合成信号通路, 响应干旱胁迫; 相反, H3K27me3作为一种转录抑制标记, 低水平的H3K27me3诱导COR15A和ATGOLS3基因表达, 它们分别编码叶绿体低温保护蛋白Cor15am和肌醇半乳糖合成酶GOLS, 以抵抗寒冷胁迫。文章主要综述了植物组蛋白赖氨酸甲基化修饰参与DNA甲基化、开花过程以及应答逆境胁迫的分子机制。

基因拷贝数变异是指DNA片段大小范围从kb到Mb的亚微观突变, 是一可能具有致病性、良性或未知临床意义的基因组改变。Fosmid末端配对序列比较策略、比较基因组杂交芯片是当前较多使用的检测手段。染色体非等位的同源重排、非同源突变和非b DNA结构是造成基因组拷贝数变异的重要原因。拷贝数变异可导致不同程度的基因表达差异, 对正常表型的构成及疾病的发生发展具有一定作用。文章在总结基因拷贝数变异的认识过程和研究策略的基础上, 分析了拷贝数变异的形成和作用机制, 介绍了第一代人类基因组拷贝数变异图谱, 阐述了拷贝数变异研究的临床意义, 提示在探索疾病相关的遗传变异时不能错失拷贝数变异这一基因组多样性的新形式。

发现和正确解读疾病相关突变是遗传病分子诊断和临床指导的关键。尽管二代测序技术的应用显著改善了突变检测效率,但解读突变的生物学效应仍然存在挑战。目前对基因检测结果的解读更多地关注突变对蛋白质结构和功能的影响,而忽视了基因变异对RNA剪接的影响。越来越多的证据显示引起RNA剪接异常的基因变异在疾病发生中发挥重要作用。本文对影响RNA剪接的主要突变类型和确认方法进行介绍,以期为准确判断突变的遗传效应提供参考。

2005年, Science杂志首次报道了有关人类年龄相关性黄斑变性的全基因组关联研究, 此后有关肥胖、2型糖尿病、冠心病、阿尔茨海默病等一系列复杂疾病的全基因组关联研究被陆续报道, 这一阶段被称为人类全基因组关联研究的第一次浪潮。文章分别介绍了全基因组关联研究统计分析的方法、软件和应用实例; 比较了关联分析中多重检验的P值调整方法, 包括Bonferroni、递减的Bonferroni校正法、模拟运算法和控制错误发现率的方法; 还讨论了人群混杂对关联分析结果可能产生的影响及原理, 以及全基因组关联研究中控制人群混杂的方法的研究进展和应用实例。在全基因组关联研究的第一次浪潮中, 应用经典的遗传统计方法发现了许多基因-表型之间的关联并且能够对这些关联做出解释, 其中包括许多基因组中的未知基因和染色体区域。然而, 全基因组关联研究的继续发展需要进一步阐述基因组内基因之间相互作用、基因-基因之间的复杂作用网络与环境因素的相互作用在复杂疾病发生中的作用, 现有的统计分析方法肯定不能满足需要, 开发更为高级的统计分析方法势在必行。最后, 文章还给出了全基因组关联研究统计分析软件的相关网站信息。

RNA干扰(RNA interference, RNAi) 是生物界普遍存在的一种抵御外来基因和病毒感染的保守进化机制, 其本质是siRNA与靶向mRNA特异结合、并由RISC介导其降解, 从而阻止mRNA的翻译, 导致基因沉默。因此, RNAi可以作为基因功能研究、基因治疗等的新工具。但是, 随机设计的siRNA之间沉默效应差别很大。如何针对靶基因设计特异、高效的siRNA就成了一个关键的问题。文章对siRNA设计原则的研究进展进行了总结论述。

基于CRISPR/Cas9系统介导的第三代基因组编辑技术,已成功应用于动物、植物和微生物等诸多物种的基因组改造。如何提高CRISPR/Cas9技术的基因组编辑效率和最大限度降低脱靶风险一直是本领域的研究热点,而使用高效且特异的sgRNA(Small guide RNA)是基因组改造成功的关键性因素之一。目前,已有多款针对CRISPR/Cas9技术的sgRNA设计和/或脱靶效应评估软件,但不同的软件各有优缺点。本文重点对16款sgRNA 设计和脱靶效应评估在线和单机版软件的特点进行了阐述,通过制定38项评估指标对不同软件进行了比较分析,最后对11种用于检测基因组编辑效率和脱靶的实验方法,以及如何筛选高效且特异的sgRNA进行了归纳总结。

表观遗传学是指基于非基因序列改变所致基因表达水平的变化, 如DNA甲基化和组蛋白修饰等; 表观基因组学则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容, 人类表观基因组计划的最终目标是绘制出人类基因组中甲基化可变位点图谱。随着研究的不断深入, 各种研究方法被开发出来以满足不同类型研究的需要。文章主要介绍目前已有的表观基因组学研究方法, 并对其进行简要分析和总结。

叶绿素(Chlorophyll, Chl)合成是决定植物光合效率的重要性状, 是决定作物产量的重要因素。参与植物Chl合成、分解代谢及信号调控的基因数目众多, 其中任何一个基因发生突变都有可能引起Chl含量的变化, 从而表现为各种叶色异常甚至导致植株死亡。自然或人工创造突变体, 对于Chl相关基因的功能分析非常必要。目前, Chl突变体己广泛应用于基础研究和生产实践。文章就该研究领域内的最新研究进展进行了概述。

将染色质免疫共沉淀技术(ChIP)与下一代高通量测序技术相结合的染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq), 已成为功能基因组学、特别是基因表达调控领域研究的关键技术。ChIP-seq实验带来的海量数据向生物信息学研究人员提出了新的挑战。由于此领域数据处理技术的发展大大滞后于实验技术进步, 有必要系统地介绍和回顾ChIP-seq数据处理的各个方面, 以便更多研究人员进入此领域设计或改进相应的算法。文章结合实例详细介绍了ChIP-seq数据整个流程, 并重点讨论了其中的主要问题和关键环节, 为这一研究领域的科研人员提供一个快速而深入的认识。

2005年至今, 全基因组关联研究(Genome-wide association study, GWAS)发现了大量复杂疾病/性状相关变异。近来, 科学家们关注的焦点又集中在了如何利用GWAS数据进行深入分析, 期待发现更多复杂疾病/性状的易感基因。一些新的策略和方法已经被尝试应用到复杂疾病/性状GWAS的后续研究中, 例如深入分析GWAS数据; 鉴定新的复杂疾病/性状易感基因/位点; 国际合作和Meta分析; 易感区域精细定位及测序; 多种疾病共同易感基因研究; 以及基因型填补, 基于通路的关联分析, 基因-基因、基因-环境交互作用和上位研究等。这些策略和方法的应用弥补了经典GWAS的一些不足之处, 进一步推动了人类对复杂疾病/性状遗传机制的认识。文章对上述研究的策略、方法以及所面临的问题和挑战进行了综述, 为读者描绘了GWAS后期工作的一个简要框架。

通过导入特定的转录因子可将分化的体细胞重编程为诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPS cells), 这项技术避免了干细胞研究领域的免疫排斥和伦理道德问题, 是生命科学领域的一次巨大革命。与胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ES cells)一样, iPS 细胞能够自我更新并维持未分化状态, 在体内可分化为3 个胚层来源的所有细胞, 进而参与形成机体所有组织和器官。在体外, iPS 细胞可定向诱导分化出多种成熟细胞。因此, iPS 细胞在理论研究和临床应用等方面都极具应用价值。文章对iPS细胞诱导的最新研究进展、iPS细胞诱导的不同方法, 如何提高iPS细胞的制备效率和安全性, iPS细胞在基础研究以及临床研究等方面的应用进行了全面综述, 并探讨了iPS细胞研究领域面临的问题以及该技术在转基因动物研究中的发展前景。

Polycomb group (PcG) 蛋白是一组通过染色质修饰调控靶基因的转录抑制子, 从生化和功能上它可以分成两个主要的核心蛋白复合体PRC1(Polycomb repressive complex 1)和PRC2(Polycomb repressive complex 2)。研究发现PcG蛋白不仅控制个体正确的发育模式, 而且与细胞的增殖、分化和肿瘤发生有关。文章就PcG蛋白的组成、作用机制及功能进行综述, 并对PcG未来的研究方向进行展望。

单分子DNA测序技术是近10年发展起来的新一代测序技术,也称为第三代测序技术,包括单分子实时测序、真正单分子测序、单分子纳米孔测序等技术。文章介绍了单分子实时(Single-molecule real-time,SMRT)测序技术的基本原理、性能以及应用。与Sanger测序法和下一代测序技术相比,SMRT测序具有超长读长、测序周期短、无需模板扩增和直接检测表观修饰位点等特点,为研究人员提供了新选择。同时,SMRT测序的低准确率备受争议(约85%),其中约93%的错误是插入缺失,因此,其数据应用于基因组组装前需先对数据进行纠错处理。目前,SMRT测序在小型基因组从头测序和完整组装中已有良好应用,并且已经或将在表观遗传学、转录组学、大型基因组组装等领域发挥其优势,促进基因组学的研究。

赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1(Lysine specific demethylase 1, LSD1) 的发现, 表明组蛋白的甲基化修饰是一个动态可调节的过程。结构分析显示, LSD1 是一个黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin adenine dinulcleotide, FAD) 依赖性胺氧化酶, 它能够特异性脱去单甲基化和二甲基化组蛋白H3第4位赖氨酸(H3K4) 和H3K9 位点上的甲基基团。功能研究显示, LSD1 定位于细胞核内, 调控着基因转录的激活和抑制, 被誉为细胞深处的基因“开关”, 在胚胎发育和肿瘤发生过程中起着重要的作用。文章主要综述了LSD1 的结构、作用机制及其调控作用研究的新进展。

植物AP2/ERF是一个庞大的转录因子基因家族, 含有由60~70个氨基酸组成的AP2/ERF结构域而得名, 存在于所有的植物中。AP2/ERF转录因子参与多种生物学过程, 包括植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损伤、病菌防御、高盐、干旱等环境胁迫响应等。AP2/ERF类转录因子参与水杨酸、茉莉酸、乙烯、脱落酸等多种信号转导途径, 而且是逆境信号交叉途径中的连接因子。文章对国内外近年来有关植物AP2/ERF类转录因子的分类、生物学功能、基因调控等方面的研究进行了综述。

染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitaion, ChIP)技术是分析细胞内生理状态下DNA结合蛋白与基因组DNA相互作用的技术。ChIP与高密度芯片(ChIP-chip)或高通量测序(ChIP-Seq)相结合能产生大量的研究数据, 在细胞的基因表达调控网络研究中发挥重要作用。文章主要介绍ChIP、ChIP-chip和ChIP-Seq的技术特点以及发展趋势, 重点讨论了ChIP-Seq数据分析方法及相关的应用实例。

密码子偏性是指生物体中编码同一种氨基酸的同义密码子的非均衡使用的现象，由于这一现象与遗传信息的载体分子DNA和生物功能分子蛋白质相关联，所以具有重要的生物学意义；本文概述了密码子偏性研究方面的基本理论和常用分析方法，归纳了密码子使用分析的常用软件和提供在线分析网站，介绍了与密码子偏性相关的生物学领域及最新的研究进展，并对深入研究进行展望。