piggyBac转座子应用研究进展

转座子在转基因动物中的应用

转座子（ｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ）又称跳跃因子，其实质是基因组上不必借助于同源序列就可移动的ＤＮＡ片段，它们可以直接从基因组内的一个位点移到另一个位点。自１９５１年美国Ｍｃ－Ｃｌｉｎｔｏｃｋ在玉米中首先发现了ＤＮＡ转座子（ＤＮＡｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ）以来，转座子已成为各种生物的基因分析的有效工具之一。不仅利用转座子诱变已找到原核生物的单性生殖基因［３］；而且在真核生物中，Ｐ－转座子的发现和运用极大地促进了果蝇遗传学的发展。近来，一些其他的转座子元件，如ｈｅｒｍｅｓ，ｈｏｂｏ，ｍａｒｉｎｅｒ，ｍｉｎｏｓ和ｐｉｇｇｙＢａｃ已成功在Ｃｅｒａｔｉｔｉｓ、Ａｅｄｅｓａｅｇｙｐｔｉ、Ａｎａｓｔｒｅｐｈａｓｕｓｐｅｎｓｅ、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａｖｉｒｉｌｉｓ、家蚕（Ｂｏｍｂｙｘｍｏｒｉ）以及包括鱼类、禽类在内的多种生物转基因中获得应用，２００５年７月复旦大学的丁昇在《ｃｅｌｌ》杂志上发表关于运用ｐｉｇ－ｇｙＢａｃ转座子作载体成功制作转基因脊椎动物—— —小鼠，更加显示了转座子作为转基因载体的优势与潜力。 １转座子的类型和基本结构 １．１ＤＮＡ转座子ＤＮＡ转座子是以ＤＮＡ－ＤＮＡ方式转座的转座子，可通过ＤＮＡ复制或直接切出两种方式获得可移动片段，重新插入基因组ＤＮＡ中，导致基因的突变或重排。但一般不改变基因组的大小。根据转座的自主性，ＤＮＡ转座子又分为自主转座子（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｅｌｅｍｅｎｔ）和非自主转座子（ｎｏｎａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｅｌｅｍｅｎｔ），前者本身能够编码转座酶而进行转座，后者则要在自主转座子存在时才能够实现转座。玉米的Ａｃ／Ｄｓ体系就是典型的一例。活化子Ａｃ（Ａｃｔｉｖａｔｏｒ）属于自主转座子，解离子Ｄｓ（Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）属于非自主转座子，只有在Ａｃ存在时，Ｄｓ才能转座。 １．２反转录转座子反转录转座子不同于转座子，是以ＤＮＡ－ＲＮＡ－ＤＮＡ的途径来实现转座的，在整合酶的作用下新生成的以ＤＮＡ状态存在的反转录转座子整合到宿主基因组中。这样，反转录转座子在宿主基因组中的拷贝数得到不断积累，从而使基因组增大。由于反转录转座子带有增强子、启动子等调控元件，所以会影响宿主基因的表达，在生物进化过程中反转录转座子起着不可忽视的作用［４］。 根据是否具有编码反转录酶的能力，反转录转座子可以分为两个家族：自主性反转录转座子和非自主性反转录转座子O按照序列结构中有无长末端重复序列（ｌｏｎｇｔｅｒｍｉｎａｌｒｅ－ｐｅａｔｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＬＴＲ）又可分为有ＬＴＲ反转录转座子和无ＬＴＲ反转录转座子。自主性反转录转座子包括内源性反转录病毒（ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓｒｅｔｒｏｖｉｒｕｓｅｓ，ＥＲＶ）、ＬＴＲ反转录转座子及长散在元件（ｌｏｎｇｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｅｄｎｕｃｌｅａｒｅｌｅｍｅｎｔｓ，ＬＩＮＥｓ）O非自主性反转录转座子包括短散在元件（ｓｈｏｒｔｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｅｄｎｕｃｌｅａｒｅｌｅｍｅｎｔｓ，ＳＩＮＥｓ）及修饰性反转录假基因（ｐｒｏｃｅｓｓｅｄｒｅｔｒｏｐｓｅｕ－ｄｏｇｅｎｅ）。 ２转座子的转座机制 转座子都具有编码与转座作用有关的酶—— —转座酶的基因，而末端大多数都是反向重复序列。转座酶既识别转座子的两末端，也能与靶位点序列结合。转座作用的机制是转座子插到新的位点上产生交错切口，所形成的突出单链末端与转座子两端的反向重复序列相连，然后由ＤＮＡ聚合酶填补缺口，ＤＮＡ连接酶封闭切口，交错末端的产生与填补说明了靶ＤＮＡ在插入位点存在正向重复，两条链上切口之间的交错取决于正向重复的长度，因此，每个转座子所特有的靶重复序列，反映了切割靶ＤＮＡ的酶的几何形状。 ３主要运用于动物的几种转座子 ３．１Ｐ－转座子Ｐ－转座子最初于果蝇中发现，并研究了其结构与功能，建立了Ｐ－转座子和转座酶辅助系统。该转座子能只在果蝇中作用。但该系统为以后的转基因动物提供了理论和实验基础。Ｐ－转座子长度为２．９ｋｂ，具有３１ｂｐ的末端反向重复序列（ＩＲＴ）。中间有编码转座酶的可转录单位，以此产生转座子的精确切出和准确插入另一染色体位点（切出—粘贴反应）。Ｐ—转座子的功能还受其他核因子的影响，这些因子可能是不同昆虫中转座子发挥功能与否的条件。３．２Ｍｉｎｏｓ转座子Ｍｉｎｏｓ转座子是从海德尔果蝇Ｄ．ｈｙｄｅｉ中分离得到的，并首先应用与果蝇以外的昆虫转基因。Ｍｉｎｏｓ转座子长度位１．４ｂｐ，具有较长的１００ｂｐ的末端反向重复序列（ＩＲＴ）。可转录单位为１个内含子。以地中海果蝇白眼基因为报告基因的研究表明，Ｍｉｎｏｓ转座子的转座效率在ＧＯ带１～３％，并能在双翅目核鳞翅目昆虫细胞及按蚊Ａｎｃｐｈｅｌｅｓｓｔｅｐｈｅｎｓｉｉ和大果蝇Ｄ。Ｖｉｒｉｌｉｓ昆虫个体中实现转座。３．３Ｍｏｓｌ（ｍａｒｉｎｅｒ）转座子Ｍｏｓｌ（ｍａｒｉｎｅｒ）转座子是从马里塔尼亚果蝇Ｄ。Ｍａｕｒｉｔｉａｎａ中发现的。长度２８ｂｐ的末端反向重复序列（ＩＲＴ）和特意性的ＴＡ目标结合位点。Ｍｉｎｏｓ转座子是至尽为止研究最深入的转座子之一。 ３．４ｈｏｂｏ转座子因为Ｐ转座子只能在果蝇中实现转座，因此寻找其他转座子系统十分必要。Ｈｏｂｏ转座子就是其中 转座子在转基因动物中的应用 刘冬 （山西农业大学研究生学院，太谷０３０８０１） 摘要：转座子是发现新基因和基因功能分析的有效工具之一，作为插入突变原和分子标签已被广泛用于基因的分离和克隆，一些转座子已作为转化载体用于制备转基因动植物。转座子对多种生物尤其是对脊椎动物的成功转化让人们看到了他们作为转基因载体的巨大潜能。 关键词：转座子；转基因动物；昆虫；鱼类；哺乳动物 专论与综述 畜牧兽医科技信息２００７．０７ １８

分子生物学 转座子 相关

第十五章转座子 基因组是通过获得新序列以及原有序列重排发展而来的。 新序列的意外引入改变基因组间承载信息的能力。染色体外元件(Extrachromosomal element)通过调节基因的长度(通常是很短的)来转移信息。在细菌中，质粒是通过接合作用(见12章)，而噬菌体则是通过感染来转移信息(见第11章)。噬菌体和质粒都会在其复制子(Replicon)中偶尔携带一些宿主基因。有些细菌中有通过转化作用直接转移DNA的现象。真核生物中，一些病毒(尤其是逆转录病毒)能够在感染周期内转移遗传物质。 重排(Rearrangement)是由基因组内部程序发起的，例如非互惠(Nonreciprocal)重组是由同源重组时错配导致的。非互惠重组导致座位的复制或重排(见第4章)。基因组的序列复制是产生新序列的主要来源。复制可能继承原来的功能或可能产生新功能，而且，在分子水平上发现独立基因组间差异明显，是由于重组导致了这些多态性(Polymorphism)。在第4章已经讨论过，微卫星间重组可调整其长度以便使每个基因组都是独特的。 多态性的另一个主要原因是由转移元件转座(Transposon)产生的：它们是基因组中可移动的不连续序列，可在基因组内从一个座位转到另一个座位。转座子特征是它们并不利用独立元件(如噬菌体或质粒DNA)，而只是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点，与大多数基因组重构的其它程序不同，转座子不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。转座子非常严格地自我转座到同一基因组的新位点，有时增加一些序列，因此它们可作为基因组间序列转移的内部载体，是基因组内突变的主要来源。 转座子可分两种类型。本章讨论的转座子与编码蛋白质的DNA序列共存并操纵这些DNA以便使其在基因组内复制自我。下章讨论的转座子与逆转录病毒相似。它们通过将RNA转录成DNA拷贝的能力而迁移；DNA拷贝同时被整合进基因组的新位点。 通过DNA移动的转座子在真核和原核生物中都已发现。每种细菌的转座子都携带编码其自身转座所需酶的基因，但也需要它所驻留基因组的辅助功能(如DNA聚合酶或DNA促旋酶)。类似的系统也存在于真核生物中，但其有关酶的功能还很清楚。一个基因组可同时包含功能元件和非功能元件。通常真核基因组中的主要元件是有缺陷的，它们失去了独立转座的能力，但它们仍可被功能性转座子产生的酶识别而被动专座。 转座元件可直接或间接启动基因组的重排。 ?转座元件本身可导致序列的缺失、插入或将宿主序列转到一个新的位点。 ?转座子作为细胞重组系统的底物是通过“同源便携区(Portable region of homology)”的功能实现的。在不同座位(或不同染色体)上同一转座子的两个拷贝可能为相应的重组提供位点。这种交换会产生缺失、插入、倒置或转座。 转座子的间歇活动似乎为自然选择提供了一个模糊的目标。这支持了以下观点：转座元件既对表型有积极的作用也有消极作用。它构成所谓“自私(Selfish)DNA”，只顾自身繁殖。实际上，转座可作为一个事件考虑，转座子是驻留在基因组内的独立实体，这是与其它细胞重组系统的区别所在。

转座子的研究进展

转座子及其相关技术的研究 摘要：转座子是一类在细菌的染色体,质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分,是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列，转录组的活动对生物体基因组的转录以及演变存在着严重影响，本文就转座子的基因机理及特征、转座子沉默、转座子的标签技术以及其在植物中的运用进行阐述。 转座子是存在于DNA上可自主复制和移位的基本单位。MclCintockl’嗜次在玉米中的发现改变了人们对基因组序列稳定性的认识，打破了遗传物质在染色体上呈线性固定排列的传统理论。目前认为，多数生物体有自发突变且有重要表型效应出现的原因源于转座子的可动性，并且可以导致宿主基因组发生从点突变到染色体重排的一系列变化，转座子在进化上为建立宿主基因特性起着重要作用。 1.转座子特征与分类 基因转座时发生的插入作用中受体分子都有一段3-12bp的靶序列DNA会自我复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。转座子可以分为两大类：以DNA-DNA方式转座的转座子和反转录转座子。第一类转座子可以通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移片段,重新插入基因组DNA中。第二类转座子又称为返座元，在结构和复制上与反转录病毒类似，它通过转录合成mRNA,再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座。 2转座子相关技术 2.1转座子分离方法 有4种方法用来分离转座子:(l)转座子诱捕法，此法适用于分离具有相当高的整合和切割频率的转座子。(2)Southern杂交法，此种方法需要有适当的探针，用于检测已知的转座子。(3)重复DNA序列鉴定法，适用于高拷贝数的无论是否有活性的转座子。(4)PcR扩增法，对己知序列的转座子可以设计引物直接PCR扩增。

RNA干涉的研究进展及应用前景

RNA干涉的研究进展及应用前景 摘要：RNA干涉是广泛存在于生物体中的一种转录后基因沉默( post-transcriptional gene silencing ,PTGS )，它是由双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)介导的同源mRNA高效特异性降解，从而导致基因表达沉默。从RNAi现象发现以来，进行了许多的研究，对其的基本作用机制有了初步的了解。作为一种阻断基因表达的新手段,RNAi 技术日趋成熟完善,开辟了一条基因治疗的新途径。RNAi技术在很多人类疾病的基因治疗上都有应用，如肿瘤、癌症、病毒性感染疾病等方面。 关键字：RNA干涉；基因沉默；机制；应用 RNA干涉（RNA interference, RNAi），是真核生物中普遍存在的一种自然现象，在生物体内双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)诱发同源mRNA高效特异性降解，从而导致基因表达沉默。dsRNA可以抑制不同类型细胞的靶向基因表达, 用特异性的抗体几乎检测不到靶向基因所表达的蛋白质。因此,RNA技术又被形象的称为基因敲除(knockout) 或基因沉默(gene silencing),RNAi是一种典型的转录后基因调控方法,又称转录后基因沉默( post-transcriptional gene silencing ,PTGS )[1]。它广泛存在于生物界，是生物体抵御病毒或其他外来核酸人侵而保持自身遗传稳定的保护性机制[2]。 1. RNAi的发现历史 九十年代初期,科学家在向牵牛花转导色素合成基因时,观察到“共抑制”(cosuppression)现象。Jorgensen 等将产紫色素基因导入矮牵牛属植物中, 希望花的紫色更深, 却发现转基因后部分花的颜色不但没有加深, 反而变成白色, 这表明外源和内源产紫色素基因的表达都受到抑制, 他们将这一现象称为共抑制(cosuppression)[3]。所谓共抑制是指内源基因在转基因或病毒感染的诱导下发生的基因沉默现象，大部分是转录后水平的基因沉默(PTGS)[4]。1994年，意大利的Cogoni[5]将类胡萝卜素合成所需基因转入到粗糙红色链胞酶中,结果导至30%的转化细胞中的霉菌自身基因失活，他们叫这种基因失活现象为压制（Quelling）。1995年，Guo[6]等发现注射正义RNA和反义RNA均能有效并特异性地抑制秀丽新小杆线虫par-1基因的表达，该结果不能使用反义RNA技术的理论做出合理解释。直到1998年，Fire[7]等证实Guo等发现的正义RNA抑制同源基因表达的现象是由于体外转录制备的RNA中污染了微量dsRNA而引发，并将这一现象命名为RNAi。在后来的研究中，不断发现由dsRNA介导的RNAi现象出现在多种真核生物中，如真菌、果蝇、拟南芥、锥虫、水螅、涡虫、斑马鱼等。 2.RNAi的作用机制 根据现有研究显示，可能的作用机制可分为三个阶段：起始阶段、效应阶段和循环放大阶段。效应阶段即当病毒基因、人工转入基因及转座子等外源性基因随机整合到真核宿主细胞基因组内,并利用宿主细胞进行转录时,常常产生一些与这些基因的mRNA同源的dsRNA。

转座子标签法克隆分离植物基因的研究进展

转座子标签法克隆分离植物基因的研究进展 胡英考 (首都师范大学生物系,北京100037) 摘　要:　转座子标签法是克隆与分离植物基因的一项十分有效的方法。概述了转座子标签技术克隆与分离植物基因的基本原理与方法,介绍了可用于转座子标签技术的转座子,对于转座子标签系统以及在克隆与分离异源植物基因方面的主要成就进行了综述,并对将来的研究方向进行了讨论。 关键词:　转座子　转座子标签　基因克隆 Progress of Plant G enes Cloning and Isolation by T ransposon T agging Hu Y ingkao (Biology Depart ment of Capital Normal U niversity,Beiji ng100037) Abstract:　Transposon tagging is an effective method for plant gene cloning and isolation.The principle and proce2 dure of transposon tagging are summarized and the trans poson used for plant gene cloning and isolation are introduced in this paper.The progress of transposon tagging system and alloplant gene cloning and isolation were reviewed.The per2 spective of trans poson tagging was also discussed. K ey words:　Transposon　Transposon tagging　G ene cloning 分子生物学的迅速发展,为人们提供了许多分离植物基因的有效方法。传统上,可根据已知基因的产物推测其相应的核苷酸序列,再据此序列合成寡核苷酸探针,从cDNA文库或基因组文库中钓取目的基因,此即所谓的功能克隆(functional cloning)。近年来,表型克隆(phenotypical cloning)发展十分迅速,它是根据材料间表型的差异,来克隆引起这种差异的基因的方法。但是,在大多数情况下,我们既不知道基因的表达产物,又没有适宜的相对表型用于表型克隆,此时最常用的基因克隆技术是图位克隆(map2based cloning or positional cloning)[1]和转座子标签(transposon tagging)技术[2]。以下仅对转座子标签技术在植物基因克隆中的研究进展作一综述。 1　转座子标签法克隆植物基因的原理与方法 转座子(transposon)又称转座因子或移动因子,最早在1951年由美国遗传学家McClintock在研究玉米籽粒色斑不稳定现象而提出来的,但该概念直到1967年在大肠杆菌中发现插入序列这类转座因子后才被普遍承认和接受,现在我们知道,转座子在生物界是普遍存在的。 转座子是染色体上一段可以移动的DNA序列,它可以从一个基因座位转移到另一个基因座位,当转座子插入到某个功能基因内部或邻近位点时,就会使插入位置的基因失活并诱导产生突变型,通过遗传分析可以确定某基因的突变是否由转座子引起,由转座子引起的突变可用转座子DNA为探针,从突变株的基因组文库中钓取含该转座子的DNA 片段,获得含有部分突变株DNA序列的克隆,然后以该DNA序列为探针,筛选野生型植株的基因组文库,最终得到完整的目的基因[3]。在转座子作为外源基因通过农杆菌介导等方法导入植物时,由于T2DNA整合到基因组所引起的插入突变,也可用上述原理来克隆基因,这样就大大提高了分离基因的效率。 利用转座子标签法分离植物基因的主要步骤如下:(1)构建含转座子的质粒载体;(2)将含转座子的质粒载体通过农杆菌介导或其他适当的转化方法导 生物技术通报 ?综述与专论? B IO TECHNOL O G Y　BULL ETIN 2003年第2期

水稻基因组学的的研究进展

基因组学课程论文 所在学院生命科学技术学院 专业14级生物技术（植物方向） 姓名金祥栋 学号2014193012

水稻基因组学的研究进展 摘要：随着模式植物——拟南芥和水稻基因组测序的完成，近年来关于植物基因组学的研究越来越多。水稻是世界上重要的粮食作物之一，养活着全世界近一半的人口。同时南于水稻基冈组较小、易于转化及与其他禾本科植物基因组的同线性和共线性等特点，一直被作为禾本科植物基因组研究的模式作物。水稻基因组测序的完成及种质资源的基因组重测序，为水稻功能基因组研究奠定了基础。现综述我国水稻基因组测序和功能基因组研究历史，重点介绍了近年来在水稻基因组序列分析中获得的几项最新的研究结果。 关键词：水稻；基因组测序；功能基因组；研究历史；基因组学；研究进展 The recent progress in rice genomics research Abstract: With the completion of genome sequencing ofthe model plant-- Arabidopsis and rice，more and more researches on plant genomics emerge in recent years. Rice i s one of the most important crops in the world, raised nearly half of the world popul ation. At the same time in south rice Keegan group is smaller, with linear and linear features such as easy transformation and other gramineous plant genome, has been use d as a model crop for plant genome research of Gramineae. Genome sequencing and germplasm resources the rice genome sequencing completed laid the foundation for ric e functional genomics research. This article reviews the history and function of our ge nome sequencing of rice genome research, introduces several latest research results in recent years in the analysis of rice genome sequences. 前言 基因组是1924年提出用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念，是研究生物基因结构与功能的学科，是在遗传学的基础上发展起来的一门现代生物技术前沿科学，也是现代分子生物学和遗传工程技术所必要学科，是当今生物学研究领域最热门、最有生命力、发展最快的前沿科学之一。基因组学的主要任务是研究探索生物基因结构与功能，生物遗传和物理图谱构建，建立和发展生物信息技术，为生物遗传改良及遗传病的防治提供相关技术依据。 进入21 世纪，随着全球化、市场化农业产业发展和全球贸易一体化格局的逐步形成，我国种业正面临前所未有的严峻挑战，主要表现在：依靠传统育种技术难以大幅度提高粮食单产；土地资源短缺，农业环境污染日益突出；种质资源发掘、基因组育种技术亟需创新等。水稻不仅是重要的粮食作物，由于其基因组较小且与其他禾本科作物基因组存在共线性，以及具有成熟高效的遗传转化体系，已成为作物功能基因组研究的模式植物。因此，水稻基因组研究对发展现代农作物育种技术、提升种业国际竞争力和保障粮食有效供给具有重大战略意义。 基因组研究主要包括三个层次:①结构基因组学，以全序列测序为目标，构建高分辨率的以染色体重组交换为基础的遗传图谱和以DNA 的核苷酸序列为基础的物理图谱。②功能

水稻转座子研究进展

植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2007, 24 (5): 667?676, https://www.360docs.net/doc/9a7498016.html, 收稿日期: 2006-11-08; 接受日期: 2007-04-09基金项目: 国家自然科学基金(No. 30471066) * 通讯作者。E-mail: gao －dongying@https://www.360docs.net/doc/9a7498016.html, .专题介绍. 水稻转座子研究进展 高东迎*, 何冰, 孙立华 江苏省农业科学院粮食作物研究所, 南京 210014 摘要 转座子是植物基因组的重要组成部分, 对于研究植物基因组进化等具有重要意义。随着水稻全基因组测序计划的开展和完成, 水稻转座子研究取得了极大进展, 目前已经在水稻基因组中发现了几乎所有类型的转座子, 约占水稻基因组的35%。在正常情况下, 大多数水稻转座子不具有转座活性, 但是在特定的条件下(如组织培养或辐射等), 水稻基因组中沉默的转座子可以被激活, 从而可能导致插入突变并影响基因的表达。在水稻中已鉴定出6个有活性的转座子, 其中Tos17已被应用到水稻功能基因组研究中。转座子序列的新的分子标记转座子展示(transposon display, TD)现已被开发, 并在水稻遗传作图和遗传分化研究中得到应用。 关键词 基因表达, 水稻, 转座子, 转座子展示 高东迎, 何冰, 孙立华 (2007). 水稻转座子研究进展. 植物学通报 24, 667?676. 转座子(transposable elements 或 transposons)是指基因组中那些能够移动或复制自己并整合到新位点的DNA 片段(Curcio and Derbyshire, 2003), 其对于研究植物基因组的组成、进化和基因的表达调控等都具有重要意义(Feschotte et al., 2002)。水稻是世界重要粮食作物, 禾本科植物分子生物学研究的模式植物。近年来, 水稻转座子研究受到越来越多学者的重视, 并已取得较大进展。本文将对水稻转座子研究所取得的一些新进展进行归纳。 1 水稻基因组中转座子的种类 传统观念认为, 水稻基因组中不存在转座子, 但随着水稻分子生物学的发展, 特别是水稻全基因组测序的开展和完成, 科学家们意外发现, 在水稻基因组中不仅有转座子,而且几乎包括所有类型转座子(Mao et al., 2000;Turcotte et al., 2001; Jiang et al., 2004b; International Rice Genome Sequencing Project, 2005)。转座子约占水稻基因组组成的35%, 其中第1类转座子(Class I, 也称反转录转座子)和第2类转座子(Class II, 也称DNA 转座子)分别占19.4%和14.0%, 但从数目上讲,第2类转座子要远多于第1类转座子, 这是因为第2类转座子包括了大量微小转座子 (表1)(International Rice Ge-nome Sequencing Project, 2005)。现对水稻的主要类型转座子介绍如下。 1.1 MITEs 微小反向重复转座子(miniature inverted repeat trans-posable element, MITEs)是水稻基因组中数量最多的一类转座子, 大约有90 000个(Jiang et al.,2004b)。MITEs 为非自主DNA 类转座子, 但是其序列小(一般为100－500 bp)且拷贝高, 具有插入位点偏爱性, 使得其与一般非自主DNA 类转座子又有明显不同。由于MITEs 不编码转座酶(transposase), 其分类主要依据非编码区的相似性, 如MITEs 的末端反向重复(terminal inverted repeats, TIRs)及其插入到基因组后所形成的2－3 bp 的同向重复序列(target site duplications, TSDs)。根据这个标准, 大多数水稻MITE 被分为Tourist (3 bp 的TSD,

水稻基因组进化的研究进展

水稻基因组进化的研究进展 水稻是世界上重要的粮食作物之一，养活着全世界近一半的人口。同时南于水稻基冈组较小、易于转化及与其他禾本科植物基因组的同线性和共线性等特点，一直被作为禾本科植物基因组研究的模式作物。水稻是第一个被全基因组测序的作物，目前栽培稻2个亚种全基因组测序工作已经完成：粳稻品种日本晴(Nipponbare)通过全基因组鸟枪法和逐步克隆法被测序，籼稻品种扬稻6号(9311)通过全基因组鸟枪法被测序。除核基因组外，水稻叶绿体和线粒体基因组也于1989年和2002年分别被测序。水稻2个亚种的全基因组测序完成，一方面开启了植物比较基因组学的大门，另一方面为人们在基冈组水平上鉴定出所有水稻基因并分析其功能奠定了基础，同时也使得人们对植物进化的认识，尤其是对禾本科植物进化的了解，逐步从系统分类和分子标记水平进入到了基因组序列水平。许多研究者通过对水稻基因组序列的分析，利用生物信息学工具，对水稻在基因组水平上的进化进行了大量研究。 1 水稻及其他禾本科植物基因组的古多倍体化过程 水稻是典型的二倍体植物，其核基因组中共有12条染色体。在水稻基因组被完整测序之前，人们就已经采用分子标记、DNA重复元件等方法探究水稻基因组的古多倍体化(polyploidization)过程，并发现了一些重复的染色体片段。随着水稻基因组测序计划的完成，越来越多的证据表明水稻基因组曾发生过全基因组复制(whole genome duplication)，即古多倍体化过程。 Golf等利用鸟枪法完成了粳稻品种日本晴全基因组的测序工作，并利用同义替换率分布方法(Ks- based age distribution)提出水稻基因组可能发生过一次全基因组复制过程。此后多家研究机构和一些研究者对水稻基因组中的重复片段进行了研究，虽然得出的结论不尽相同，但均发现水稻基因组中存在大量的重复片段。根据所采用方法和参数的不同，这些重复片段占整个水稻基因组的15％～62％。Yu 等在水稻基因组中发现了18对大的重复片段，大约占整个基因组的65．7％。其中17对重复片段形成的时间很相近，发生在禾本科物种分化之前；最近的一次片段复制事件发生在水稻11和12号染色体之间，在禾本科物种分化之后。 水稻基因组被测序之后，许多科研机构对基因组数据进行了详尽的注释。其中应用比较广泛的是美国基因组研究院(the institute for genome research，TIGR)和日本农业生物科学研究所(national in- stitute of agrobiological sciences，NIAS)的水稻基因组注释信息。TIGR根据其注释的结果和基因相似性矩阵(gene homology matrix，GHM)方法，检测到大量染色体间的重复片段，这些重复片段几乎覆盖了整个水稻基因组。TIGR水稻基因组注释数据库从第4版开始便增加了对片段重复的注释，该分析是利用DAGChainer程序进行的，重复片段采用100 kb和500 kb 2种参数模型进行了染色体片段的基因共线性分析(图1)，这是全基因组复制的有力证据。根据复制片段上同源基因的分子进化分析，估计全基因组复制发生在大约7 000万年前，在禾本科物种分化之前。此外，Zhang等利用TIGR更新的数据进行分析，采用同义替换率分布方法检测到另一次更古老的(单、双子叶植物分化前)基因组复制事件，说明水稻基因组至少经历了2次全基因组复制过程。 全基因组复制或多倍体化是植物尤其是禾本科作物物种形成和进化过程中非常重要的事件，大部分开花植物在进化过程中均经历了多倍体化过程。基因组加倍后，再经历所谓的二倍体化过程(diploidization)，进化成当代的二倍体物种，并造成大量重复片段中基因的重排和丢失。Salse等研究发现基因组复制事件对禾本科植物的物种形成和演变具有重要作用。他们认为禾本科植物的祖先物种是一个基因组内包含5条染色体的物种，在进化过程中，首先在距今5 000～7 000万年前经基因组复制产生了10条染色体；此后，在基因组内发生了2次染色体置换和融合而形成了12条中间态染色体。以这12条中间态染色体为基础，逐渐分化出水稻、小麦、玉米和高粱的基因组，其中水稻基因组保留了原有的12条中间态染色体，而小麦、玉米和高粱均又发生了染色体丢失和融合才形成了现有的基因组。水稻全基因组复制片段是至今为止在动、植物基因组中发现的最为清晰、完整的基因组复制的遗迹。水稻之所以保存这么完整，一方面是水稻基因组保持了12条中间态染色体的基本形态，另一方面可能与水稻基因组相对较稳定有关。 2水稻籼粳2个亚种的分化 水稻是世界上最重要的粮食作物之一，在其11 500多年的栽培历史中，因适应不同的农业生态环境而产生了丰富的遗传多样性和明显的遗传分化。长期以来，基于形态性状、同工酶以及对一些化合物不同反应的研究，把亚洲栽培稻(Oryza sativa L．)分为籼稻(indica)和粳稻(japonica)2个亚种。其中籼亚种耐湿耐热，主要适应于热带和亚热带等低纬度地区，而粳亚种则耐寒耐弱光，适应于高纬度和高海拔地区种植。这2个亚种间不仅产生了生殖隔离的基因库，还在形态特征、农艺性状和生理生化反应等方面存在明显的差异。近期群体

干细胞研究进展与应用综述

干细胞研究进展与应用综述 摘要: 本综述通过举例，简要阐述了近年来干细胞研究进展以及干细胞的应用情况。 关键词：胚胎干细胞；成体干细胞；应用 前言： 干细胞是人体及其各种组织细胞的最初来源,具有高度自我复制、高度增殖和多向分化的潜能。干细胞研究正在向现代生命科学和医学的各个领域交叉渗透,干细胞技术也从一种实验室概念逐渐转变成能够看得见的现实。干细胞研究己成为生命科学中的热点。同时，干细胞的研究对人类的疾病的治疗等也有着其绝对的重要意义。 1干细胞的分类及其研究进展 干细胞（stem cell）是机体内存在的一类特殊细胞，具有自我更新及多向分化潜能。能根据来源的不同，干细胞可分为胚胎干（embryonic stem cell，ES）细胞、诱导性多潜能干（induced pluripotent stem cells，iPS）细胞及成体干（adult stem cell）细胞。不同种类的干细胞具有各自的优势和不足。胚胎干细胞是由胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外培养而筛选出的细胞，具有发育全能性，理论上可以诱导分化为机体中200多种细胞。成体干细胞是存在于已经分化组织中的未分化细胞，能够自我更新并特化形成该类型组织的多能细胞。 1.1ES 细胞胚胎干细胞是指当受精卵分裂发育成囊胚时内细胞团的细胞，发育等级较高，可以分化为人体的所有体细胞，是全能干细胞。ES 细胞是目前研究最广泛、最成熟的干细胞体系。自2009 年起，全球共批准了3项人ES（hES）细胞的临床试验，标志着hES 细胞向临床应用迈出了重要的一步。然而，hES 细胞临床应用面临的一个瓶颈问题是免疫排斥反应。体细胞核移植（SCNT）技术能够制备携带患者基因型的hES 细胞，可解决免疫排斥的难题。2013 年，美国Mitalipov 研究团队将人类皮肤成纤维细胞核移植到供体去核卵细胞中，成功建立了SCNT 的hES 细胞[1]，标志着治疗性克隆又向前迈出关键性的一步。然而，hES 细胞建系必须摧毁人类早期胚胎，故存在剧烈的伦理学争议。此外，hES 细胞来源的分化细胞移植到体内存在发展为肿瘤的潜在风险。 1.2iPS 细胞2006 年Yamanaka 实验室利用Oct3/4、Sox2、Klf4、c-Myc 4 种因子将鼠成纤维细胞重编程为诱导多功能干细胞，标志着一种新型类胚胎干细胞的问世。PsCs 诱导的本质是使终末分化的细胞重新获得多能干细胞相似的调控网络和表观遗传学特征,迄今,已建立了大鼠[2, 3]、人[4, 5]、猪[6, 7]、猴[8]、兔[9]和绵羊[10]的iPSs细胞系,并证实具有ES细胞的发育全能性。采用体细胞重编程技术可从患者自体细胞获得的iPS 细胞，这不但可解决免疫排斥的难题，而且避免了hES 细胞和SCNT 研究存在的伦理学争论。近年来，采取非整合的病毒载体、mRNA 转染、小分子化合物化学诱导等方法均可将体细胞重编程为iPS 细胞[2,3]。这些技术的改进既可避免肿瘤形成和DNA与宿主整合的相关风险，又可降低iPS 细胞的制备成本，使得大规模制备自体干细胞成为可能。Yamanaka 带

DNA甲基化研究综述

DNA甲基化研究综述 The summarize of the research on DNA methylation 郭文媛 （生物技术 1353227） 摘要：DNA 甲基化是真核生物表观遗传学中一种重要的基因表达调控方式，是一种酶催化的修饰过程。其是在DNA 甲基转移酶催化下，将甲基基团转移到胞嘧啶的5 位碳原子上，使之转变成5-甲基胞嘧啶的化学修饰过程。在人类和其他哺乳动物中，此修饰过程通常发生在5'-CpG-'二核苷酸的胞嘧啶上。大量相关研究表明，DNA 甲基化与人类疾病密切相关。 Abstract:DNA methylation is an important epigenetic regulation of gene expression in eukaryotes．It is a kind of enzyme catalysis modification process: refers to the chemical modification process of DNA methyltransferase catalysis，the transfer of methyl groups onto cytosine carbon atom 5，making them into 5-methyl cytosine．In humans and other mammals，the modification process usually occurs in 5＇CpG -＇dinucleotide cytosine．A large number of relevant studies have shown that DNA methylation is closely related to human diseases． 关键词: DNA 甲基化; 甲基转移酶;表观遗传学; CpG 岛; Dnmt1; Dnmt3a; Dnmt3b; 基因沉默; DNA甲基化结合蛋白; 人类表观基因组计划 Key words:DNA methylation; Methyltransferase; Epigenetics; CpG island; Dnmt1; Dnmt3a; Dnmt3b ; Gene Silencing ;MBD; human epigenomeproject 表观遗传学研究的是不改变DNA 的一级结构而改变表型的一种基因表达调控机制，主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色体重构、RNA 干扰等。 DNA甲基化是重要的表观遗传修饰之一，在大多数真核生物中广泛存在。DNA 甲基化水平受到环境、疾病、年龄和性别等因素的影响，处于动态的变化过程中。不同的细胞、组织或个体之间，甚至同一细胞或个体的不同发育时期，其DNA 甲基化状态和程度都可能存有差异。 2003 年10 月，人类表观基因组计划委员会正式宣布投资和启动人类表观基因组计划( human epigenomeproject，HEP) 。HEP 的主要目标是研究人类所有基因在主要组织以及200 多种细胞中正常和疾病状态下的甲基化模式，并在基因组水平绘制不同组织正常和疾病状态时的甲基化变异位点图谱[4]，本文结合2013年至今DNA甲基化研究文献，综述了DNA甲基化分布特点和与疾病关系等方面的研究情况。 1.DNA甲基化 1.1DNA甲基化与DNA去甲基化 DNA 甲基化是表观遗传( Epigenetic) 的一种重要表现方式，指在DNA 甲基转移酶( DNA methyltransferase，DMT) 的催化下，以s －腺苷甲硫氨酸( SAM) 为甲基供体，将甲基转移到特定碱基上的过程。 DNA 去甲基化也被称为DNA 甲基化丢失(lossof DNA methylation), 即甲基基团从胞嘧 啶上消失的过程。包含主动去甲基化与被动去甲基化2 种模式。 1.2DNA甲基化分布 DNA 甲基化在生物体内的分布并不是随机的，而是呈现一定的规律性。

2013-138水稻功能基因组研究进展与发展展望

中国农业科技导报,2013,15(2):1-7 Journal of Agricultural Science and Technology 一收稿日期:2013-02-28;接受日期:2013-03-29 一基金项目:国家863计划项目(2012AA10A303;2012AA10A304)资助三 一作者简介:肖景华,副教授,博士,主要从事水稻功能基因组学研究三E-mail:xiaojh@https://www.360docs.net/doc/9a7498016.html, 水稻功能基因组研究进展与发展展望 肖景华,一吴昌银,一张启发 (作物遗传改良国家重点实验室,国家植物基因研究中心(武汉),华中农业大学,武汉430070)摘一要:水稻是重要的粮食作物也是功能基因组研究的模式植物三近年来水稻功能基因组研究发展迅速,技术和资源平台不断完善和拓展,大批重要功能基因被分离鉴定三高通量基因组新技术开始被应用于水稻育种三回顾了水稻功能基因组研究的发展历程,在对国内外研究现状总结基础上,围绕 稻2020 研究计划对未来水稻发展方向进行了展望三关键词:水稻;功能基因组; 稻2020 doi :10.3969/j.issn.1008-0864.2013.02.01 中图分类号:S511一一一文献标识码:A一一一文章编号:1008-0864(2013)02-0001-07 The Progress and Perspective of Rice Functional Genomics Research XIAO Jing-hua,WU Chang-yin,ZHANG Qi-fa (National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement,National Center of Plant Gene Research (Wuhan), Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China) Abstract :Rice is a staple food crop and model system for genomic research among cereal plants.There has been rapid advances in rice funciotnal genomic research in the last decade including development of technological and resource platforms and the isolation of functional genes.High-throughput genomic technologies have been used in rice breeding.This review gave a glimpse on the progress made in rice functional genomics research,and the perspective of rice development direction in the future around a goal referred to as Rice 2020 :a call for an international coordinated effort in rice functional genomics. Key words :rice;functional genomics; Rice 2020 一一水稻是世界和我国三大主要粮食作物之一,全球超过半数以上的人口以稻米为主粮三水稻在我国和全球粮食安全以及可持续发展中具有极其重要的地位和作用三水稻在农作物中基因组最小,并与玉米二大麦及小麦等其他禾本科粮食作物存在广泛的共线性,已成为禾谷类作物基因组研究的模式植物三此外,水稻中有高效成熟的遗传转化体系,拥有丰富的种质资源,研究历史悠久三自1998年启动国际水稻基因组测序计划以来,水稻基因组和功能基因组研究取得了巨大的进展三伴随着新一代高通量二高精度测序技术的发展,水稻功能基因组学的研究正不断深入,并开始推动作物遗传育种理念和育种技术手段的革新三 1一植物功能基因组发展现状与趋势 水稻和拟南芥分别是单子叶和双子叶基因组研究的模式植物三拟南芥全基因组测序于2000年底完成(The Arabidopsis Genome Initiative 2000),2001年国际上启动了拟南芥功能基因组研究计划(Arabidopsis 2010),目标是揭示全部基因的功能,全面阐明拟南芥的生物学基础三拟南芥全基因组测序的完成和功能基因组计划的实施,极大的推动了植物功能基因组学的发展,为重要农作物基因组研究提供了研究方法和研究策略三

_睡美人_转座子的研究进展_谢飞

HEREDITAS (Beijing) 2007年7月, 29(7): 785―792 ISSN 0253-9772 https://www.360docs.net/doc/9a7498016.html, 综 述 收稿日期: 2006?11?06;修回日期: 2007?02?04 作者简介: 谢飞（1981?）, 男, 在读硕士生, 研究方向: 动物遗传资源评价、保护与利用。E-mail: asdxiefei@https://www.360docs.net/doc/9a7498016.html, 通讯作者: 宋成义（1974?）, 男, 博士, 研究方向: 动物遗传育种, 动物生物反应器研究。E-mail: chengyilab@https://www.360docs.net/doc/9a7498016.html, DOI: 10.1360/yc-007-0785 “睡美人”转座子的研究进展 谢飞1, 高波, 宋成义, 陈国宏 扬州大学动物科学与技术学院, 扬州 225009 摘要: “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。 关键词: “睡美人”转座子; 脊椎动物; 转座机制 Advances in studies of Sleeping Beauty transposon XIE Fei, GAO Bo, SONG Cheng-Yi, CHEN Guo-Hong College of Animal Science and Technology , Yangzhou University , Yangzhou 225009, China Abstract : The Sleeping Beauty (SB) transposon is a Tc1/mariner family transposon that has been transpositionally inactive for over 10 million years. The SB transposon system was awakened from inactiveTc1-like transposable elements by using molecular phylogenetic data in 1997. Recent studies on its transposition efficiency and mechanism have shown its broad applications in vertebrate animals for gene-screening, gene transfer, and human gene therapy. In this review, we summarize our current knowledge of Sleeping Beauty, such as structure, transposition mechanism and potential applications, and bring forward some means aiming at the limitations of transposon technology. Keywords: Sleeping Beauty transposon; vertebrates; transposition mechanism 转座子又称可移动基因, 跳跃基因, 是一种可在基因组内插入和切离并能改变自身位置的DNA 序列。早在20世纪50年代, 首先由McClintock 在玉米中发现[1], 以后又陆续在细菌、 真菌及动植物中都有发现, 如细菌中的Tn5, 酵母中的Ty 以及来源于鳞翅目昆虫的piggyBac 转座子等。 转座子从一个位置转座到另一个位置的转入和切出过程, 改变了原有基因的结构和排序, 从而产生了突变。目前生物体中所发现的10%的突变是由于它抑制其他基因的表达而形成的。利用转座子在受体基因组的可整合性,构建了果蝇P 因子、hobo 因 子、piggyBac 转座子、mariner 因子等多种转座表达载体, 已成功地转化了多种外源基因[2,3]。最近Ding 等[4]在研究中发现, 一般用于昆虫的piggyBac 转座系统还具有在小鼠的生殖细胞中转座的能力, 表明一些转座子可能并不具有严格的物种特异性。 脊椎动物基因组中也存在着大量的转座子, 主要分为两类: 一类是具有类似反转录病毒结构的Ι型转座子, 采用“复制粘贴”机制, 首先将DNA 转录为RNA ，在反转录酶的作用下合成DNA, 反转录的DNA 插入染色体的其他部位, 结果在染色体上的位置发生了移动。另一类是Ⅱ型转座子，主要采用