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关键词： 从头测序   重叠群组装   关联关系评价   配对数据  

摘要： 二十一世纪以来,新一代测序技术高通量、低成本的优点,极大地促进了生物信息学领域的发展。为了获取测序数据所包含的信息,基因组拼接组装算法成为了该领域研究的核心,许多优秀的基因组拼接组装算法应运而生。近几年,测序技术在原来的基础上不断改革创新,产生的新数据发生了变化,它们不仅具备原本数据的高通量、错误率高的特点,还拥有了新的特性:出现配对信息和读长变长。然而,原有的基因组拼接组装算法却无法利用这些新的特点,因此设计一种能够充分利用新一代数据特性的基因组拼接组装算法成为了基因组领域一个迫切需要解决的问题。全基因组拼接组装分为两个阶段:将read拼接生成重叠群的重叠群生成阶段以及将重叠群组装生成支架的重叠群组装阶段。本文研究的重叠群组装算法针对第二个阶段,在已有重叠群集合的基础上,利用配对数据,将其组装生成支架。通过重叠群组装,可以获取测序数据中的信息,还原得到目标生物的基因序列,具有十分重要的研究意义。本文针对新数据的特性,提出了一种新的重叠群组装算法。该算法首先利用插入距离较短的配对数据,寻找配对数据与重叠群之间的关联的关系,并根据这个关系设计关联关系评价方法,给出任意两个重叠群之间关联关系的得分,从而判定其相对位置关系。然后,针对组装过程中出现的位置关系进行处理,对组装结果进行优化;最后,利用插入距离较长的配对数据进行进一步的处理,最终输出组装生成的支架序列。本文提出的重叠群组装算法,充分利用了新一代数据的特点,将重叠群序列组装成支架。在本文最后,将利用本文算法产生的结果与目前广泛使用的两款软件SOAPdenovo2、Velvet产生的结果作比较,发现利用本文算法组装的支架序列准确性更高,综合性能更好,从而具有较高的可信度,为后续基因组的分析奠定良好的基础。

关键词： 人类基因组计划   光系统   II   光合系统   研发动态   美国国家癌症研究所  

摘要： 科学家发起"人类基因组编写计划"在里程碑式的"人类基因组计划"结束10多年后,来自哈佛大学、麻省理工学院、纽约大学等知名学术机构的25名科学家近日通过美国《科学》杂志宣布,将于今年筹资1亿美元启动"人类基因组编写计划"(HGP-write),目标包括在10年内合成一条完整的人类基因组。"人类基因组计划"从1990年持

关键词： 干细胞研究   精细胞   功能性   小鼠精子   胚胎干细胞   实验室   中华人民共和国   重大突破  

摘要： 为了完成这一壮举,来自中国科学院动物研究所、中国科技大学、扬州大学、南方医科大学等机构的研究人员首先诱导小鼠胚胎干细胞产生功能性的精子样细胞(sperm-like cells),然后将这种精子样细胞注入小鼠卵细胞中产生能生育的小鼠后代。相关研究结果于2016年2月25日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为"Complete Meiosis from Embryonic Stem CellDerived Germ Cells In Vitro"。

关键词： S-腺苷高半胱氨酸水解酶   构建表达载体   毕赤酵母表达  

摘要： S-腺苷高半胱氨酸水解酶(SAHH)在真核细胞中具有重要的甲基循环代谢调节作用,是存在于生物细胞内调节甲基反应的一种水解酶,此水解酶广泛存在于真核细胞如:人类、植物、真菌中。SAHH其主要的功能是催化S-腺苷高半胱氨酸(SAH)水解生成高半胱氨酸(Hcy)和腺苷(Ado)的可逆反应。研究表明人体内S-腺苷高半胱氨酸水解酶水平的高低可能影响冠心病和阿尔茨海默症即老年痴呆病的发病概率。为了更好的研究该酶,我们通过基因克隆技术将人源表达SAHH的基因整合到毕赤酵母菌基因组上,成功构建真核表达体系,再利用毕赤酵母菌表达该目的蛋白SAHH。具体的实验方案如下:首先,我们从GenBank中查找到编码人源的S-腺苷高半胱氨酸水解酶基因,在此目的基因前后设计酶切位点和重组标签His-tag。通过全基因合成技术合成拥有完整编码框的S-腺苷高半胱氨酸水解酶基因,构建pPIC9K-sahh表达载体。然后,利用同尾酶Bgl II酶切克隆载体,通过电转化使其整合到毕赤酵母菌GS115的基因组中,用遗传霉素G418筛选出高拷贝转化子,转化子通过MD和MM平板鉴定其表型为Mut S型。经菌体PCR验证后,将筛选到的阳性转化子用1%甲醇诱导,使其分泌SAHH蛋白,之后我们利用冷冻干燥器将产物浓缩,利用0.22μm的滤膜过滤杂质和晶体。最后,我们将浓缩后的液体通过Ni-NTA亲和层析对重组SAHH蛋白进行纯化。此方法具有筛选方便、蛋白产物分泌表达稳定和易于纯化等优点。人源sahh基因包含1299个碱基对,其编码432个氨基酸,因此理论上此水解酶的相对分子量约为47.5 kDa,通过SDS-PAGE得出发酵产物的条带大小约为48 kDa。由于SAH被SAHH一步水解为高半胱氨酸和腺苷,而高半胱氨酸可直接用Ellman试剂直接定量测定,在412 nm下吸光度随着产物的升高而升高,我们测得浓缩后的SAHH蛋白酶活为626.6 IU,而经过Ni-NTA亲和层析纯化后的SAHH蛋白酶活为1106.8 IU。而对照组即sahh基因没有整合到毕赤酵母菌GS115基因组上的菌体通过此方法发酵得到的产物,测其酶活性约为1.33 IU,因此对于毕赤酵母菌GS115本身的发酵产物对本实验的研究结果可以忽略不计。同时我们通过查阅文献获知有些研究通过对表达体系的表达条件进行优化后酶活可达到1600 IU相比我们所得的酶活较高,但是我相信我们在之后的对表达体系的表达条件进行优化后一定比1600 IU高。结论:此研究中我们成功构建毕赤酵母菌真核表达体系,同时使得SAHH在毕赤酵母中获得了高效分泌表达。我们的研究结果可与在病原菌中功能相似的甲基化有关的S-腺苷高半胱氨酸核苷酶(SAHN)的结构进行差异比较,筛选特异性抑制病原菌SAHN酶活性但不影响SAHH的天然化合物抑制剂。

关键词： 脊灰疫苗   机体免疫系统   病原菌   保护物质   预防传染病   病原微生物   免疫制剂   生理物质   记忆功能   基因工程   代谢产物   制造   战斗   原理   特性   身体   伤害   人工   灭活   抗体  

摘要： 我们先来看看,疫苗究竟是什么?疫苗是将病原微生物及其代谢产物,经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂. 疫苗是什么原理? 疫苗保留了病原菌刺激机体免疫系统的特性.妈妈别担心,经过正规处理过的制剂,本身对孩子已经不构成威胁.免疫系统会产生一定的保护物质,如免疫激素、活性生理物质、特殊抗体等.以后当宝宝身体再次接触到这种病原菌时,机体的免疫系统具有超级好的记忆功能,便会依循其原有的战斗记忆,已经变得非常有经验了,知道如何去战胜它,于是就会制造更多的保护物质,来阻止病原菌的伤害.

关键词： 课堂   生活   基因工程   复习  

摘要： 高中生物学知识中很大一部分都可以与现实生活相联系,这也让生活走进生物课堂变得更加容易。其中选修三《基因工程》这一节的知识比较抽象和复杂,属于生物科学中的前沿科学。要想让学生体验基因工程的操作过程,在现有的条件下几乎是不可能的。但与基因工程有关的视频却很多,也很容易得到。

关键词： 转基因作物   大豆   转化   草甘膦抗性  

摘要： 大豆[Glycine max (L.)]是重要的粮油、饲料和经济作物,杂草防治是大豆栽培管理中的重要工作,种植抗除草剂转基因大豆可以大幅度提高杂草防治效率,降低杂草防治成本。本研究以本实验室获得的草甘膦抗性基因glOevo构建植物转化载体pCAMBIA1300-35S-g10evo,利用农杆菌介导法侵染大豆子叶节,通过诱导、筛选获得抗草甘膦转基因大豆。本研究对获得的转基因大豆进行草甘膦抗性水平筛选,获得具有良好抗性的转化株系G10evo。利用Western blot法检测G10evo草甘膦抗性基因glOevo的表达,检测到大小约为46kDa的表达蛋白；利用酶联免疫法定量分析转基因大豆G10evo V4期抗草甘膦基因的表达量,结果显示第二片复叶的EPSPS(5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶)含量为276.73μg/g,占总可溶性蛋白的0.76%。Southern blot分析结果显示,G10evo含有的外源抗草甘膦基因为单拷贝插入。遗传稳定性分析表明,g10evo基因在G10evo各代中能够稳定遗传。在温室中进行草甘膦抗性测定,施用4倍正常田间浓度的草甘膦对G10evo没有明显的药害。G10evo能高抗草甘膦,具有产业化应用前景。

关键词： 人胚胎干细胞   心室肌细胞   信号通路   视黄酸   获得性心脏病  

摘要： 人胚胎干细胞具有多能性，理论上能够分化为机体各种类型的细胞，在重大疾病的移植治疗中具有巨大的应用前景。心脏疾病，尤其是获得性心脏病已经成为影响人类健康的重要杀手。临床上利用干细胞来源的心肌细胞移植治疗心肌梗塞，需要解决以下四个问题:心肌分化效率、单一的心肌细胞亚型、安全且无动物源污染、成熟可用于移植。为了获得单一的、安全的心室肌细胞，本论文发现了心肌前体细胞定向分化为心室肌细胞的调控信号通路，并采用无动物源、成分确定的分化体系，利用小分子化合物诱导方法定向、高效获得心室肌细胞。　　本文发现BMP信号通路(BMP4)可以促进心室肌特异基因IRX4的表达，并抑制心房肌特异基因NR2F2的表达，并且BMP信号作用的最佳时间是分化程序的“D5-D8”。BMP信号通路的抑制剂Noggin和Dorsomorphin可以阻断BMP信号的上述作用，从而降低IRX4的表达，提高NR2F2的表达水平。在BMP家族蛋白中，本论文发现仅BMP4和BMP2具有明显的促进心室肌特异基因IRX4表达的作用。FACS检测心室肌特异轻链蛋白MLC-2v和心肌肌钙蛋白CTNT比例，发现BMP4处理组的心室肌细胞比例高达82.23％，而RA处理组仅为14.07％。免疫荧光染色和Western Blotting同样证明，相对于RA处理组，BMP4处理组细胞晚期心室肌特异MLC-2v表现高表达比例和高表达水平。此外，BMP4诱导的心肌细胞表达有CTNT、α-Actinin、MLC-2a、MLC-2Vv和MHC等结构蛋白。通过电生理和钙活动检测，BMP4处理组中具有正常动作电位和钙火花的心室肌细胞比例高达83％，而RA处理组仅为10～20％。上述结果表明，BMP4可以促进人胚胎干细胞(hESCs)分化为具有正常结构蛋白表达和电生理功能的心室肌样细胞。通过进一步研究，本论文发现BMP4是通过Smad信号通路(Smad1/5/8)调控心肌前体细胞的特化过程，而不是通过Non-Smad信号通路（例如ERK，JNK和p38MAPK信号通路等），ERK、JNK和p38 MAPK等信号通路的抑制剂均不能有效降低处理组细胞的心室肌特异基因IRX4的表达水平。在此基础上，本论文利用小分子化合物(CHIR99021、IWR-1)和成分确定、无动物源的心肌分化培养基系统(RPMI1640+S12)，利用BMP4诱导可得到高达92.86％的心室肌样细胞，并且具有功能性的钾、钙、钠等离子通道。此外，本论文还利用RA和BMP信号处理组细胞初步研究其下游可能调控心脏发育的相关细胞因子和转录因子的表达模式，以及对第一心区和第二心区早期重要调控基因表达的影响，为后续研究提供一定参考信息。　　综上所述，本论文发现BMP信号通路(BMP4)可通过Smad信号通路调控心肌前体细胞特化为表达正常结构蛋白和功能性的心室肌样细胞，并利用成分确定的分化系统获得了安全、无动物源的高比例人胚胎干细胞源的心室肌细胞。

关键词： 基因工程   实验   教学改革  

摘要： 在大学基因工程实验教学过程中,由教师提供实验基本材料并提出实验最终目的;由学生自主设计实验流程、准备实验备品及药品并完成实验操作;教师结合实验设计、实验操作及实验报告对学生进行综合评价;通过自主实验的相关教学改革措施提高学生动手能力及综合性解决问题的能力。

关键词： Junctophilins(JPs)   Megf10   兰尼碱受体(RyRs)   神经突极化   凋亡   吞噬   Ca2+瞬变   cAMP   生长锥   GAP43   胚胎干细胞(ES细胞)   轴突修剪  

摘要： Junctophilin 3 （JP3） 和 Junctophilin 4 （JP4）在大脑皮层、海马及小脑高表达,是一类存在于可兴奋细胞中的膜结合蛋白。JP3,4能够连接细胞膜和内质网膜,形成膜连接复合物,对维持胞内钙稳态有着重要作用。研究发现,Jp3,4基因双敲除的小鼠出生后不但出现严重的发育迟缓及致死率高,而且呈现记忆认知功能损伤和运动协调功能失常,提示这两种蛋白在维持动物记忆和运动功能上起重要作用,并在胚胎神经分化发育过程中的不可或缺性。但其在胚胎发育过程的表达变化、功能特征以及功能差异尚未见报道。JP3,4能否在神经分化发育早期便参与神经系统的建立也亟待探索。果蝇表达的JP同源蛋白Undertaker （UTA）,能通过维持吞噬细胞内Ca2+平衡来参与凋亡细胞的清理。神经分化过程伴随大量细胞凋亡,未被及时清理的凋亡细胞则会发生二次坏死,导致细胞毒性并影响轴突的生长。凋亡的细胞会释放出"find-me"信号,快速吸引周围的细胞迁移,同时也会暴露出"eat-me"信号,保证吞噬细胞的识别和吞噬。然而,哺乳动物神经组织JPs是否也具有相同的功能迄今未见报道。除了需要严格和适宜的外部环境,神经元极化及轴突生长还受胞外信号的调控。凋亡细胞能够召唤周围细胞的增殖,但是否能对神经极化以及轴突生长产生影响尚未见报道。同时,JP3,4在连接凋亡、吞噬及神经极化之间扮演的角色也亟待阐明。在神经发育初期,未分化的突起通过竞争,最终只形成单一的轴突,而其他的突起将会停止生长或者变成树突,该过程使神经元在形态和功能上都形成了极化。神经元的极化及生长需要局部的Ca2+信号和cAMP,形成局部极化。通过TRPC内流的Ca2+能够启动轴突的特化,并激活下游CaMKI等级联信号,促使轴突形成。而在轴突切断的外周神经中,钙波会沿着轴突传向胞体,启动轴突的再生。此外,Ca2+信号还可以和cAMP通路相互作用形成正反馈,放大cAMP信号。在诸多突起中,cAMP浓度最高的突起能够通过正反馈不断提升内部cAMP浓度,促使该突起长成轴突,而剩下突起则长成树突。然而,胞内cAMP信号如何被唤起,Ca2+信号如何在局部区域被精准调控,基于JP3,4维持的胞内Ca2+平衡是否与此相关联尚未完全明确。本论文第一部分将对以上问题做出探索。在轴突和树突的生长过程,会有过量的轴突分支、突触以及树突树形成,在形成神经环路后,多余的轴突分支将会被选择性修剪,以保证神经信号传递的专一性。吞噬受体Megf10能够参与中枢神经系统中突触的修剪与重塑,Megf10敲除小鼠则保留了过多数量的突触。果蝇Megf10的同源蛋白Draper已被发现能够参与果蝇胚胎发育过程的吞噬,而UTA则与Draper协同完成这一事件。因此,本论文第二部分（附）探索了JP3,4能否在胚胎干细胞分化神经过程中参与轴突的修剪及重塑。Junctophilin-3,-4连接吞噬参与神经极化作用研究本论文第一部分考察了JP3,4参与神经极化的分子机制,探索JP3,4正常表达与Ca2+/cAMP形成局部极化的相关性。实验结果显示,JP3,4在ES细胞定向分化神经元早期有一过性高表达。在ES细胞沉默Jp3和Jp4,其神经分化早期表达显著降低,导致Ca2+/cAMP极化正反馈通路受破坏,进而抑制神经极化。抑制JP3,4早期表达高峰使神经前体细胞胞内Ca2+分布失去空间特异性,并导致Ca2+瞬变能力显著减弱,同时cAMP含量明显下降,cAMP-LKB1-SAD/MAR K2极化通路激活受阻。提示JP3,4早期高表达对维持神经前体细胞胞内局部Ca2+/cAMP极化正反馈通路有重要作用。与此同时,ES细胞定向分化神经早期JP3,4一过性高表达尚与吞噬作用密切相关。神经分化过程伴随大量凋亡,抑制JP3,4早期表达致使神经前体细胞清理凋亡细胞的效率显著下降。提示JP3,4在凋亡细胞清理过程需要被大量表达。进一步研究发现,JP3,4能够感应凋亡细胞的信号。凋亡细胞的刺激可快速提高JP4及吞噬受体Megf10的表达水平,并可促进JP3与RyR2、RyR3的结合,同时,JP4与Megf10的结合也显著上调。这些结果提示,除了维持内质网与细胞膜的空间距离,JP3与JP4在功能上各有分工,可分别通过JP3-RyR2,3相互作用及JP4-Megf10相互作用参与吞噬,保证神经极化适宜的微环境。最后,实验结果显示,凋亡细胞刺激可显著提升胞内cAMP的含量并激活cAMP-LKB1-SAD/MARK2极化通路,促进神经元极化。更为重要的是,凋亡细胞的刺激能够提升神经前体细胞胞浆Ca2+瞬变能力,易化神经前体细胞极化。该结果提示神经分化发育过程,凋亡细胞可与神经前体细胞建立联系,不仅可诱导其吞噬,同时也能分泌信号促进神经极化及轴突生长,而JP3,4在其中起