哺乳动物体细胞核移植影响因素的研究

题。 在已有的基础上，建立了基于单个植入前胚胎的逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）技术，成功实现了针对单个猕猴植入前胚胎进行可重复的，多个特定基因的表达检测。在此基础上，对一些重要的早期胚胎发育相关基因在猕猴体细胞核移植胚胎和体外受精胚胎中的表达进行了比较研究。这其中包括核仁相关蛋白基因nucleolin，nucleophosmin，fibrillarin，PAF53，UBF和mRNA早期装配相关蛋白snrpn，这些基因被认为与植入前胚胎的再程序化有着非常密切的关系。我们的研究结果发现，相对于体外受精胚胎，被检测基因在核移植胚胎中的转录出现了不同程度的异常，表现为表达丰度相对较低，这意味着体细胞核移植植入前胚胎的再程序化，或者说供体核的再程序化可能出现了异常。通过进一步对fibrillarin（胚胎合子基因组启动的标志基因）的表达研究，比较了合子基因组启动这一再程序化分子事件在核移植胚胎和体外受精胚胎中的发生时序。研究结果证实，体细胞核移植胚胎的合子基因组启动出现了明显的滞后。我们还发现这与核移植胚胎的异常卵裂速度有着一定的关联，同时说明某些源自核移植操作技术和方法的未知因素可能是造成核移植胚胎再程序化异常的主要原因。为了验证合子基因组滞后对核移植胚胎后续发育的影响，本论文研究分析了着床相关基因Mamu-AG在猕猴核移植胚胎中的表达。研究首次发现Mamu-AG mRNA只在囊胚期开始出现，这与在人类中的情况有所不同（始于8细胞时期）。在正常体外受精囊胚中，不论发育时间如何，第6和第7天的囊胚均正常表达Mamu-AG mRNA。而在核移植囊胚中，仅有第7天的囊胚检测到该mRNA，第6天的囊胚中则没有，这进一步说明了胚胎合子基因组启动的延迟是影响核移植胚胎发育的重要环节。 本研究从分子水平上对猕猴植入前胚胎基因转录和表达进行了分析研究，首次发现了在猕猴体细胞核移植胚胎中发育相关基因表达异常，以及合子基因组启动滞后的分子证据，这为我们改进现有的猕猴核移植操作程序提供了新的思路，同时也为进一步研究猕猴植入前胚胎发育的再程序化奠定了基础。

贾第虫的“双等核”及其保持等同机制的研究

贾第虫是一类寄生于肠道的单细胞原生动物，也被认为是目前已知的最原始的真核细胞。它的一个十分奇特和令人感兴趣的特点是：具有在形态和大小上都很相似的左右对称的两个细胞核。已有一些证据表明贾第虫的这样的两个核在其它一些方面也都很相似甚至完全相同，如两核的DNA含量相等，两核都含有rDNA和至少一套染色体，并且在DNA复制、转录和核分裂等功能活动方面也基本都是同步的。但是，这两个核在基因的组成方面是否完全一致，甚至两核之间的对应基因（等位基因）的序列是否完全相同呢？若是，贾第虫为什么需要这样两个完全“等价”的细胞核（“双等核”）？这两个核又是如何长期保持一致而不会因两个核内发生不同的基因变异而产生差异呢？此外，目前普遍认为贾第虫至少是四倍体，即每个核至少为二倍体。那么同一个核内的等位基因是否序列也一致？保持其一致的机制又是什么？这些问题不仅饶有趣味，而且对于揭示贾第虫特殊的遗传机制乃至真核细胞基因组倍性的起源进化等问题具有重要意义。 本文首先对其两个核内是否有相同的基因组成进行了检验。我们选择了三个执行不同功能蛋白的基因为代表以检验贾第虫的两个细胞核是否都含有这些基因。这三个基因分别是：DNA拓扑异构酶II基因（topII）, 核仁蛋白KRR1基因（krr1）和目前贾第虫中报道的极少数含有内含子的基因之一的铁硫蛋白基因（fes）。利用荧光原位杂交(FISH)技术在两个核中进行了定位分析。结果表明这几个代表性的基因在贾第虫的两个细胞核中都同时存在。这提示着贾第虫的两核中具有相同的基因组成，也表明贾第虫的这两个核可能在功能方面也是“等价”的。 其次，我们对其两个核中的等位基因是否具有一致的序列进行了检验，并对其两核之间以及同一核内的等位基因保持一致的机制进行了研究。选择前人文献报道的存在多态位点（即这些位点可能是易变位点）的两个基因：fen1和pdi为研究对象，在自己建立的一个贾第虫克隆培养系上进行单细胞PCR和测序的跟踪分析。跟踪分析了18个月（约分裂1600代）后，检测到如下结果：尽管在fen1基因上尚未发现位点变异的规律，但在pdi基因上发现存在几个位点会间歇出现套峰。据此我们推测套峰的出现可能是由于其中一个等位基因发生了突变，而后套峰消失则可能是突变被恢复。这种等位基因的修复机制很可能是基因转换（gene conversion）。进而我们在贾第虫基因组中找到了参与基因转换的很多酶基因的同源基因，RT-PCR的结果也表明这些基因在贾第虫中是活跃转录的。这进一步提示了贾第虫中发生基因转换的可能性。因此以上结果不仅表明贾第虫的两核之间和同一核内的等位基因的序列都是一致的，同时还说明基因转换可能是同一核内等位基因保持一致的机制。至于两个核之间保持等位基因序列一致的机制，我们采用了两种染核的方法对大量的贾第虫细胞进行了观察，以期能从中找到两核保持等同的证据。结果发现在大量细胞群体中存在一定比例的单核细胞和一侧含有两个核的细胞。据此我们推测：贾第虫可能通过发生一侧细胞核的丢失或萎缩，然后由另外一侧的核进行复制，经过核的重排恢复正常的左右核的状态。这可能就是贾第虫消除两核基因出现的差异，保持两核之间等位基因一致乃至两个核完全等同的机制。

几类“无线粒体”原生生物的DNA拓扑异构酶II基因及进化地位研究

以贾第虫、毛滴虫、内变形虫和微抱子虫等为代表的几类原生生物，不仅因为他们的寄生致病性而在医学上长期备受关注，它们的进化地位也是一个十分令人注目的问题。因为曾认为它们不具线粒体等细胞器，再加上一些分子系统学研究表明它们处在真核生物的最基部，因此不少人认为它们是在线粒体产生之前即已分化的极原始真核生物，其进化地位是处在原核生物向真核生物的过渡阶段，并有人称之为achezoa。这一发现一度被认为对探讨真核细胞（生物）的起源进化极为重要，是进化生物学上的重要突破。然而，近年来不断有新的证据对此提出质疑，其进化地位也就存在较大争议。本文首先利用PCR扩增、测序和基因组数据库搜索等技术方法鉴定了蓝氏贾第虫（Giardialamblia）、阴道毛滴虫（Trichomonasvaginalis）和痢疾内变形虫（entamoebahistolytica）的II型DNA拓扑异构酶基因序列。RT-PCR和序列分析表明它们均不具内含子。蛋白质序列搜索的结果表明它们与其它真核生物的DNA拓扑异构酶H是高度同源的。用生物信息学的方法，我们还对这些酶的性质进行了初步分析。分析还表明蓝氏贾第虫的DNA拓扑异构酶H具有一些不同于其．宿主的特征，如在ATPase区和中间区有六个插入，中间区要长大约100个氨基酸，而C端区又短大约200个氨基酸且富含带电荷的氨基酸残基。这些结果对研制以该酶为靶分子的专一性抗贾第虫药物具有指导意义。其次，将上述获得的序列数据结合GenBank数据库中已有的脑炎微抱子虫（Encephalitozooncuniculi）和其它一系列处在不同进化地位的真核生物的相应序列数据，用多种方法构建出分子系统树，对这些"无线粒体"原生生物的进化地位进行了探讨，并对"长枝吸引"对系统树的影响进行了分析。结果表明，由于DNA拓扑异构酶H的特点和可以克服"长枝吸引"等以往分子系统分析中的不足，所构建的系统树不仅能有效地反映出已普遍接受的真核生物各主要类群的系统关系，而且显示出这些"无线粒体"原生动物不同于以前系统树所反映的进化地位：它们并非是最早分支出来的真核生物，而是在具有线粒体的生物如动基体类或菌虫类等之后才分化的、分别属于不同进化地位的类群。结合近来它们中发现了类似线粒体细胞器等证据，我们认为这些所谓"无线粒体"的原生生物虽然其中有些种类（如以贾第虫为代表的双滴虫类）进化地位很低等，对探讨真核细胞的早期进化具有一定意义，但总体上它们并非过去所认为的那么极端原始，它们应该是线粒体产生之后才分别分化出来的不同生物类群

贾第虫microRNA 及其靶基因的预测与验证

MicroRNAs (miRNAs)是一类长约21-25nt 的非编码小分子RNAs，通过与靶基因的互补结合在转录水平及转录后水平来负调控基因表达。人们已在众多高等多细胞生物中如人、果蝇、线虫、拟南芥等鉴定出众多microRNAs 分子。近来报道单细胞原生生物衣藻中也存在大量microRNAs。然而到目前为止，在被很多证据证实是最原始的单细胞真核生物贾第虫中却仍未有microRNAs 的报道。那么到底贾第虫这种具有特殊进化地位的单细胞原生动物是否存在有microRNAs 呢？如果存在的话，其microRNAs 的特点是什么？与高等多细胞生物及单细胞衣藻的 microRNA 相比又有何异同点呢？贾第虫的microRNAs 是否与其致病性相关呢？已有研究表明，贾第虫基因组中存在与RNAi 相关的Argonaute（AGO）家族蛋白和Dicer 酶。有意思的是，这些与siRNA 引起RNAi 作用关键的蛋白AGO 和Dicer 同样也是miRNA 系统的关键成份，这就提示我们在贾第虫中很有可能也存在有miRNA 并发挥功能。有研究发现在贾第虫基因组中存在大量的非编码转录物，这些大量的非编码转录物中，是否都是后来所认为的为双向启动子转录有用基因时的副产物，还是也存在一些起调控作用的RNA 分子（如miRNAs 等），需要进一步的研究。本文利用生物信息学的手段，依据miRNAs 的生物学特征，结合多种计算机预测的方法，在贾第虫基因组中筛选可能的microRNAs 分子，结果共鉴定出50 个miRNAs 候选分子，这50 个可能的贾第虫miRNAs 不具有保守性，在已知的其他物种的miRNAs 中找不到同源物。用这50 个microRNAs BLASTN 贾第虫的蛋白质编码序列及其相邻5’端和3’端各200bp 的序列，来寻找这些microRNAs 所调控的靶基因。结果表明，寻找到的贾第虫miRNA 的靶基因除很大一部分未知功能的蛋白外，还包括了很多涉及不同功能的蛋白，如VSP 蛋白（various surface proteins）这样一类表面抗原蛋白，提示我们贾第虫miRNA 可能与其致病性相关。接下来我们对其中14 个预测的贾第虫microRNAs 进行了RT-PCR 检测并克隆测序，结果表明gla-mir-6, gla-mir-35 在贾第虫滋养体细胞中稳定表达。我们的研究第一次用生物信息学结合实验的方法在贾第虫寻找到了microRNAs，为下一步深入研究这些microRNAs 在贾第虫中的功能提供了可能。

贾第虫rDNA的研究

典型的真核生物有四种rRNA（18S、5.8S、28S和5SrRNA）。一般18S、5.8S和28S的基因分别由转录间隔区（ITS）隔开而位于同一个转录单位上构成一个rRNA基因拷贝，多个rRNA基因拷贝串联形成rDNA。rDNA聚集在一起构成核仁组织区（NOR），成为核仁发生的位置。5SrRNA基因除在少数真核生物（如：酵母）中是和18S、28S rRNA基因位于同一个转录单位上外，一般是处在核仁以外的区域。贾第虫一度被认为是现存最原始的真核生物。支持这一观点的一个重要证据之一就是它还不具核仁结构。那么它的rDNA与典型真核生物的相比会有怎样的特点呢？本文在基因组的水平上对贾第虫的rDNA进行了全面调查分析，并对5S rRNA及其相关蛋白进行重点研究，得到如下结果和结论： 1）贾第虫的18S rRNA（1448bp）基因和28S rRNA（2300bp）基因比其他一些真核生物的（一般为1800bp和3400bp）要小的多，甚至比一些原核生物的相应的rRNA基因还要小。不仅如此，其5.8S rRNA基因和28SrRNA基因之间的转录间隔区（ITS2）比典型真核生物的对应区域也要短得多（只有54bp），且GC含量较高。结构预测表明该间隔区不能形成在许多真核生物中所能形成的保守的二级结构。更特别的是，贾第虫基因组中的rRNA基因序列大部分都是不完整的，并且不按照18S-5.8S-28S rRNA基因顺序排列，也没有多个完整拷贝顺序排列的区域。这提示贾第虫rRNA基因可能是以一种不同于典型真核生物的方式聚集的。因此本文认为以上这些特点可能与贾第虫不能形成典型核仁结构有关。 2）本文从贾第虫基因组中鉴定出了5S rRNA基因，并实验验证了其表达及其完整基因序列所编码的5S rRNA具有典型真核生物的T型二级结构，且具有绝大多数保守位点。RT-PCR表明该基因具有转录活性。该结果否定了前人的贾第虫没有5S rRNA的实验结果。并表明贾第虫尽管很原始，但其5S rRNA基因仍然是独立存在的和单独转录的。贾第虫基因组中总共有8个5S rRNA基因拷贝（且其中还有一个拷贝具有15个bp的异常插入）这大大低于一般真核生物的拷贝数。这些5S rRNA基因也不形成串联排列的区域。 我们还在贾第虫中鉴定出在真核生物中唯一与5S rRNA接触的核糖体蛋白L5蛋白并验证了其表达，该序列与其他真核生物的L5蛋白相似性很高，这提示贾第虫在5S rRNA基因转录出核后与L5蛋白结合形成5S RNP的过程可能与典型的真核生物是一致的。此外，我们从贾第虫中鉴定不出符合典型真核生物TFIIIA因子特征的蛋白，这提示贾第虫5S rRNA的转录起始以及转录后出核的机制可能与典型真核生物不同。过去对贾第虫的研究表明高等真核生物里RNA聚合酶III所独有的四个亚基在贾第虫中找不到同源物，而这样不完整的RNA聚合酶III已经可以在贾第虫中完成5S rRNA的转录了，这表明RNA聚合酶III所独有的这些亚基可能是为了完成其他功能而进化出来的。

贾第虫中的基因转换研究

蓝氏贾第鞭毛虫（简称贾第虫）是一种低等的单细胞原生动物，因在全世界引起肠道疾病，并被认为是目前已知的最原始的真核细胞而备受关注。它具有两个左右对称的细胞核，在形态和大小上都很相似，至少都为二倍体。长期以来一直都未有其进行减数分裂或有性生殖的报道，因此被认为是无性繁殖的。目前仅发现其存在有丝分裂过程，而且滋养体的两个细胞核在复制分离等遗传活动方面保持各自独立的状态，分别将子代核传递到子代细胞中。综合以上情形，随着长期传代培养，贾第虫两个细胞核之间及单个核内等位基因之间应该会逐渐积累较大的差异（allelic sequence heterozygosity，ASH）。但事实是贾第虫具有极低的等位基因差异，是什么原因和机制所导致的呢？本文对此进行了如下两方面的研究。其一，采用单细胞PCR技术对fenI和pdi两个基因进行了长期的跟踪观察。研究结果表明，除了极少数的位点突变（在测序结果中表现为“套峰”）外，每次的测序结果几乎完全一致，这说明贾第虫两核间和一核内的等位基因是高度一致的，其等位基因差异性非常低。对套峰位置进行统计后我们发现，pdi基因中数个位点间歇性的出现套峰，暗示了突变发生而后又被修复的过程，这提示贾第虫中肯定存在一种生物学机制，能够修复等位基因的突变，我们推测这种机制很可能是基因转换（gene conversion）。其二，本文对基因转换的基本情况进行了系统的调查。根据已有的理论模型，总结出基因转换过程的主要步骤，以及与各步骤相关的基因；之后，利用同源搜索的方法，在贾第虫基因组中搜索上述基因的同源物。调查结果表明，基因转换过程的主要步骤对应的基因在贾第虫中都存在同源物，这提示在贾第虫中确实存在发生基因转换的可能性。然后，对上述在贾第虫基因组中找到的同源基因进行了荧光原位杂交（FISH）实验和RT-PCR实验。FISH定位实验结果显示，这些基因在两个细胞核中都有杂交信号，表明这些基因在两个细胞核中都存在。 RT-PCR实验结果进一步表明，这些基因在贾第虫中都是活跃转录的。根据以上结果，本文认为贾第虫中确实存在一个维持其极低的等位基因差异的机制，该机制极可能是基因转换。

真核生物FBPase和SBPase的进化研究

迄今为止，卡尔文循环是真核生物中唯一的二氧化碳固定途径。卡尔文循环利用NADPH和ATP将CO2转变成有机物，是自然界中有机物的主要来源。虽然，卡尔文循环中的酶促反应过程早在1956年就已经阐明，多数参与光合真核生物卡尔文循环的酶/基因的起源也有了较多的研究。但是，循环的5个关键酶中FBPase和SBPase的起源问题依然存在争议。本文首先对处于光合真核生物进化的关键地位的两种绿藻——衣藻和团藻中的FBPase进行了研究，进而对真核FBPase和SBPase进行了分子系统分析，以探讨光合真核生物中卡尔文循环的起源。 本研究发现：不同于一般光合真核生物中FBPase具有“胞质型”和“叶绿体型”两种亚型（分别参与糖异生途径和卡尔文循环），衣藻和团藻的基因组中只有一个编码叶绿体定位的FBPase （FBPase1）基因；多序列比对结果显示，FBPase1具有叶绿体型FBPase特有的参与光调节的氨基酸片段插入。再结合别人的“衣藻中的FBPase1的酶活性受光调节”的实验证据，本文认为该FBPase1为叶绿体型FBPase。有意思的是，通过搜索衣藻和团藻的基因组，本文发现了一个新型的FBPase酶基因（fbp2）。RT-PCR结果和EST数据均显示该基因在这两种绿藻中具转录活性。通过组装EST序列，获得了衣藻fbp2的cDNA和相应的蛋白序列。分析显示两种绿藻fbp2编码的氨基酸序列包含Li+-敏感磷酸酶基序（motif）和II类FBPase特有的FBPase_glpX结构域（domain）。这表明，该基因编码的蛋白（FBPase2）是II类FBPase。这是第一次在真核生物中鉴定得到这种原核型II类FBPase。分子系统分析进一步揭示了衣藻和团藻的共同祖先可能通过一次古老的水平基因转移事件，从放线杆菌亚纲的共同祖先中获得了该基因。由于放线杆菌亚纲II类FBPase具有胞质型FBPase的重要特征，因此推测所发现的FBPase2具有胞质型FBPase的特征。软件预测该FBPase2具有约20aa的信号肽，为叶绿体定位。再加上有研究表明衣藻的糖异生途径主要发生在叶绿体中。因此本文认为衣藻和团藻中也有两个FBPase同功酶；但与其它光合真核生物不同的是，胞质型FBPase发生了丢失，取而代之的是原核型II类FBPase参与其叶绿体中的糖异生途径。这种FBPase的不同情形很可能与这两种绿藻中独特的代谢途径区室化有关。 I 在细菌中，果糖-1，6-二磷酸和景天庚酮糖-1，7-二磷酸的去磷酸化是由果糖-1，6-/景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶（F/SBPase）双功能酶催化的；但是，在光合真核生物中却是由底物特异的叶绿体型FBPase和SBPase分别催化的。通过结构域分析，本文发现细菌F/SBPase双功能酶可以划分为进化关系很远的两类（I类和II类）。通过选取来自更多细菌类群的代表序列，与真核FBPase和SBPase一起进行分子系统分析。结果显示，FBPase和SBPase既不是起源于I类F/SBPase双功能酶，也不是起源于II类F/SBPase双功能酶；而是分别起源于不同的真细菌I类FBPase。真核FBPase并没有与α-变形菌或蓝细菌FBPase聚在一起，却与不同类群细菌FBPase形成的clade形成姐妹枝。因此，尚不能明确真核FBPase起源于那类真细菌。真核SBPase形成的clade与ε-变形菌FBPase形成的clade在一起形成姐妹枝，表明SBPase很可能是通过一种未知机制起源于ε-变形菌的FBPase。 最后，基于上述研究结果并结合其它研究事实，本文还对光合真核生物中卡尔文循环的起源进行了探讨。

衣藻糖酵解途径的定位及其与卡尔文循环之间的协调

糖酵解作为细胞的基本能量代谢途径广泛存在于各类生物中。真核生物的糖 酵解一般都在细胞质中进行。然而，有报道发现少数物种如原生生物的动基体类、 少数藻类（如硅藻）中糖酵解途径却并非发生在胞质中，而是分别发生在糖酵解 体和线粒体中。在处于关键进化地位的单细胞绿藻—衣藻中，其糖酵解途径的亚 细胞定位一直存在争议。本文针对衣藻糖酵解途径的亚细胞定位问题开展了如下 两方面的研究工作，获得了一些重要结果： 1 衣藻糖酵解途径亚细胞定位的实验研究 本实验室曾利用生物信息学方法 对衣藻糖酵解途径的酶进行了鉴定和定位预测的理论分析，结果发现该途径的前 7 步主要发生在叶绿体，后3 步则主要发生在胞质。据此，本文选取了糖酵解途 径中具有代表性的几个酶(PFKa、PFKb、NAD+-GAPDH 和TIM)进行了GFP 定 位实验，以期通过实验验证该结论。结果表明，参与糖酵解途径第3、5、6 步反 应的酶（分别为PFK、TIM 和NAD+-GAPDH）确实定位到叶绿体。本文的研究 结果在一定程度上证实了以往的生物信息学理论分析结果--衣藻糖酵解途径的 前七步发生在叶绿体中。 2 衣藻叶绿体内糖酵解与卡尔文循环二者之间协调机制的研究 既然衣藻糖 酵解途径发生在叶绿体中，这势必与同样发生在叶绿体中的卡尔文循环途径发生 冲突。因为这两个途径有五步反应是逆向重叠的，它们之间是如何协调的呢？为 了探讨这一问题，本文开展了如下研究：首先，我们利用生物信息学方法对衣藻 全基因组中参与上述五步逆向重叠反应的酶进行了鉴定，并对它们的定位进行了 预测。结果发现，第一步有两个定位到叶绿体的PFK 催化糖酵解途径的反应， 其逆向反应则是由FBP 来催化；第四步在叶绿体中有两个利用不同辅酶（NAD+ 和NADP+）的GAPDH；第二步有两个拷贝的FBA（FBAa 和FBAb）定位到叶 绿体；而参与第三步与第五步的TIM 和PGK 仅有一个拷贝且是叶绿体定位。其 次，我们对这些参与五步逆向重叠反应且定位到叶绿体的酶进行了real time RT-PCR 实验，得到了它们的转录表达谱。PFK、FBAb 和NAD+-GAPDH 在整个 光照和黑暗中均表达恒定波动不大，但相对于PFK 和NAD+-GAPDH，FBAb 的 表达量却极低；而FBP、FBAa 和NADP+-GAPDH 在黑暗条件下表达量低且恒定， 而进入光照后表达量急剧增长，1 小时之后即能达到最高，表明这些酶的表达是 受光调节的；PGK 的转录表达情况则与FBP、FBAa 和NADP+-GAPDH 类似,也 是光照条件下表达量剧增，说明它也是受光调节的；TIM 在光照条件下也是有上 调趋势的，只是幅度较小，推测可能与其作为异构酶催化效率高有关。因此我们 认为PFK、FBAb 和NAD+-GAPDH 是专职参与糖酵解途径的，而FBP、FBAa 和 NADP+-GAPDH 是专职催化卡尔文循环反应的，通过光对它们表达的调节而 来协调它们各自参与的反应；而TIM 和PGK 则是两个代谢途径所共有的，它们 是通过光照、底物浓度等综合因素来调节它们所参与的反应方向进而达到两个途 径之间的协调。 该研究工作不仅对衣藻糖酵解途径的亚细胞定位进行了实验验证，还首次揭 示了衣藻同处叶绿体中的糖酵解与卡尔文循环两个途径之间的协调机制。

菜花烙铁头蛇毒去整合素的纯化、克隆及活性研究

蛇毒去整合素蛋白（disintegrin）家族一般具有分子量低、富含半胧氨酸和含有RGD三肽等结构特点，因其能与配基竞争结合细胞表面的整合素受体，干扰整合素的正常功能而呈现出多方面的生物学活性，如抑制血小板聚集、抑制肿瘤转移和诱导细胞凋亡等。本论文用凝胶过滤、反向高压液相等层析技术从我国云南产菜花烙铁头（Trimeresurusjerdonii）蛇毒中分离纯化到两个新的去整合素蛋白，分别命名为jerdonin和Jerdonatin。MALDI-TOF-MS测定jerdonin分子量为7483Da，jerdonatin分子量为80llDa，二者均属第二类去整合素。分别测定了其N末端25个氨基酸序列，发现与其它蛇毒来源的去整合素具有很高的相似性。提取菜花烙铁头毒腺总mRNA，通过反转录PCR（RT-PCR）扩增到两个去整合素cDNA序列，分别命名为TJDIS-1和TJDIS-2。TJDIS-1全长1528bp，TJDIS-2全长16O3bp，二者均包含编码信号肚区、前肤区、金属蛋白酶区、间隔肤区和去整合素区一属于P一H型金属蛋白酶家族。经推导的氨基酸序列和MALDI一TOF一MS分析，可确定TJDIS-1去整合素区编码jerdonin，TJDIS-2去整合素区编码jerdonotin。jerdonin全长71个氨基酸，jerdonatin全长72个氨基酸，二者均含12个半眺氨酸，且在C末端附近均含有去整合素家族的典型特征三肤序列一RGD。氨基酸序列比较分析显示，jerdon加与来源于侏响尾蛇（Sistrurusm.tergeminus）的去整合素tergeminin序列相似性最高，为82.2％。而jertionatin与来源于黄绿烙铁头（Trimeresurusflavoviridis）的去整合素CTF-I序列相似性最高，为97.2％，仅在RGD附近有两个氨基酸不同。jerdonin与jerdonatin序列相似性为67.6％。本论文还研究了jedonin和jerdonatin的生物学活性。二者均能强烈抑制ADP、胶原、凝血酶诱导的人血小板的聚集，IC50为100-300nM。jerdonin和jerdonatin还能够抑制B16肿瘤细胞增生，研究表明，jerdonin不仅能显著抑制肿块的生长，还能延长荷瘤小鼠的寿命。平均肿块体积由对照的5260．33枷，降低至2086.65mm3，小鼠平均寿命由对照的24.8天延长至30.5天，提高了22.98％。本论文也研究了jerdonin和jedonatin对小鼠精卵受精过程的影响，结果表明jordonotin能够呈剂量关系抑制精卵结合，但对精卵融合无影响。当jerdonatin用量为10.0μg／毗时，单个卵子的精子结合数由对照的95.31降为21.83。菜花烙铁头蛇毒去整合素蛋白的结构和活性鉴定，为去整合素家族的生物多样性研究提供了丰富的素材，同时也为血栓、肿瘤、生殖等生理或病理过程的研究提供了一个有力的工具。

雨蛙皮肤分泌液中两种活性蛋白结构和功能的研究

在本研究中我们首次从雨蛙皮肤分泌液中分离得到了一种神经毒素（命名为Anntoxin）和一种干细胞自我更新支持因子（命名为AnSF）。随后，我们通过构建雨蛙皮肤cDNA 文库，利用特异引物筛选到Anntoxin 和AnSF 的cDNA 编码序列，前者的Gene Bank 登录号为FJ598043，后者还在等待分配登录号。Anntoxin 具有60 个氨基酸，是一种Kunitz 类型的丝氨酸蛋白酶抑制剂，构建Anntoxin 的3D-NMR 溶液结构，证实Anntoxin 不同于有三对二硫键（键组合模式：1-6，2-4，3-5）的Kunitz 类型丝氨酸蛋白酶抑制剂，它只有两对二硫键（组合模式：1-4，2-3）。AnSF 具有123 个氨基酸，在C 端具有和Calmadolin 同源的两个EF 手指结构，能够支持人类胚胎干细胞（hESC）和猴神经干细胞（rNSC）的自我更新。为了进行Anntoxin 的生物活性和结构分析，我们在体外成功表达了 Anntoxin，获得了大量的重组Anntoxin（rAnntoxin）。经过生物活性分析， rAnntoxin 和天然分离到的Anntoxin 生物活性相当，都具有很强的胰蛋白酶抑制剂活性。Anntoxin 是一种Kunitz 类型的丝氨酸蛋白酶抑制剂，和来源于芋螺（Cone Snail）的神经毒素Conkunitzin-S1，黑色眼镜蛇毒液（black cobra, Dendroaspis polylepis polylepis）的树突毒素δ-DaTX 或蛋白酶抑制剂K 分别具有32.8%和36.7%的相同序列，和鱼类（fish）来源的Stonustoxin 也有一定的同源性。利用膜片钳技术分别检测Anntoxin 对大鼠背根神经节（rat DRG）上Na+通道，K+通道，Ca2+通道的作用，结果证明Anntoxin 对河豚毒素敏感（TTX-S）的钠离子通道（Nav）有较强的抑制活性，对 K+通道，Ca2+通道作用不明显。随后我们在非洲爪蟾卵母细胞上表达几种典型和常用于测试对亚型K+通道作用的Kv1.1，Kv1.2，Kv1.3，Kv2.1 和 Kv4.2，Kv4.3，Anntoxin 对这些亚型K+通道上的K+电流都没有明显影响。我们成功构建了Anntoxin 的3D-NMR 溶液结构（NMR 号：PDB ID 2KCR， BMRB ID 16094），证实Anntoxin 具有典型的Kunitz 结构，由反向平行的 β–折叠片和α–螺旋及转角组成梨形结构。利用RT-PCR，WesternBlot 以及 ELISA 技术，发现在皮肤、脑、肝、胃和肠中都能检测Anntoxin mRNA 转录，但只在皮肤、脑、肝和胃中有蛋白表达，表达量分别为29.5、5.39、 4.80 和2.02 微克/克鲜重，可以看出Anntoxin 在皮肤中大量表达，是皮肤分泌液中非常重要的组成部分。因为皮肤是雨蛙接触外界的第一屏障，雨蛙的生存环境中存在很多潜在威胁，比如微生物、吸血昆虫、鸟类、爬行动物、哺乳动物等，所以Anntoxin 有可能是雨蛙适应环境的重要化学武器，于是我们测试了Anntoxin 对甜菜夜蛾幼虫（Laphygma exigua Hubner）、水蛇（Enhydris plumbea）、鹌鹑（Coturnix coturnix）、昆明小鼠（Kunming mice）的急性毒性，其LD50 分别为50，450，2500 和3000 微克/千克体重，说明在华西雨蛙皮肤中大量表达的Anntoxin 对几类潜在天敌确实有较强的杀灭作用。为了检测AnSF 的生物学活性，我们在体外成功表达了AnSF，获得了大量rAnSF。设计三个浓度梯度10、100 和500ng/ml，把AnSF 和hESC 共培养，发现在10~100 ng/ml 浓度时对hESC 的自我更新有支持作用；设计三个浓度梯度10、100 和500ng/ml，把AnSF 和rNSC 共培养，发现在 10ng/ml 时对rNSC 的自我更新有较强的支持作用。在超过500ng/ml 高浓度时，AnSF 对hESC 和rNSC 都有明显的细胞毒性作用，对rNSC 的毒性作用更明显。利用RT-PCR 技术，我们检测了雨蛙的皮肤、肌肉、肝脏、胰脏、胃、肠、心脏和脑，AnSF 只在皮肤中有少量表达。这表明AnSF 可能只参与雨蛙皮肤干细胞库的维持，保持皮肤内环境稳定，因为蛙类的皮肤细胞要负责产生大量活性物质参与先天免疫和抗氧化等重要的生理活动，需要经常更新，而AnSF 的存在可能保证雨蛙皮肤干细胞库容量稳定，不断分化出各种成熟的皮肤细胞来使皮肤能够得到足够和及时的更新，保证其功能的正常行使。所以AnSF 是维持华西雨蛙皮肤内环境稳定的重要物质。

金环蛇抗菌肽cathelicidin-BF的纯化、基因克隆、结构与功能分析及抗菌机理研究

Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，其中包括大量临床分离耐药菌株。Cathelicidin-BF对革兰氏阴性细菌的活性要强于革兰氏阳性细菌，此外对白色念珠菌、毕赤酵母和一些腐生性真菌也具有活性。Cathelicidin-BF的抗氧化活性、溶血活性、凝集素活性、丝氨酸蛋白酶和丝氨酸蛋白酶抑制剂活性、细胞毒性、抗肿瘤活性均不明显。Cathelicidin-BF具有很强的肥大细胞脱颗粒活性。以上结果表明cathelicidin-BF在金环蛇抵御外界病原微生物侵袭的先天免疫反应中可能发挥了重要作用。 利用多种实验方法对cathelicidin-BF的结构和抗菌机理进行了研究。CD和NMR的实验结果表明，在亲水环境中，cathelicidin-BF为无规卷曲的构象；在疏水或模拟细菌细胞质膜的环境中，cathelicidin-BF的N-末端区域具有典型的两亲性α-螺旋构象。杀菌动力学实验结果表明，cathelicidin-BF杀菌作用极其迅速，在浓度大于1×MIC时，在1 min内即可杀死所有细菌，且其杀菌作用是致死性的。扫描电镜结果表明，经过cathelicidin-BF处理的细菌细胞形状发生明显改变，细胞膨胀变形，表面出现大量囊泡状结构。大量细菌细胞破裂溶解，内容物外泄。综合以上结果我们推测：cathelicidin-BF在亲水的环境中为无规卷曲的结构，当通过静电相互作用吸附到细菌细胞质膜上后，由于环境疏水性的增加其N-端转变为两亲性的α-螺旋构象。Cathelicidin-BF的疏水侧插入到细菌细胞质膜内部，亲水侧暴露于细菌细胞质膜表面。随着结合到细菌细胞质膜上的cathelicidin-BF分子不断增加，细菌细胞质膜内陷，最终在细菌细胞质膜上形成孔洞。细菌细胞内容物大量外流，最终导致细菌细胞的死亡。 通过体外和体内多个实验对cathelicidin-BF进行了初步的药理学和药效学研究。Cathelicidin-BF在血清中稳定性较差，容易被血清中各种蛋白酶降解。一定浓度的盐离子能够增强cathelicidin-BF的抗菌活性。动物模型实验表明，cathelicidin-BF对多种细菌引起的小鼠皮肤感染具有很好的治疗效果。Cathelicidin-BF本身所具有的特点及动物模型实验中表现出的极佳的治疗效果使其成为外用抗菌药物开发的优良模板。

Cd、Cu污染胁迫对拟南芥幼苗错配修复相关基因表达的影响

土壤重金属污染问题已成为影响我国持续农业和生态环境质量的重要因素，引起了人们的广泛关注。由于传统污染诊断方法的缺点，急需建立土壤污染生态毒理学诊断方法，生物标记物技术则是其中的研究热点之一。本文采用营养液培养的方法，以模式植物拟南芥为试材，采用半定量反转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术，结合传统分析方法研究了Cd、Cu在不同胁迫水平下对拟南芥幼苗的形态、生理及分子水平的毒性效应，并在此基础上，比较和分析不同测试指标对Cd、Cu胁迫响应的敏感性，进而筛选对Cd、Cu胁迫响应敏感的生物标记物。主要结果如下： 1 不同浓度Cd和Cu污染胁迫下，拟南芥幼苗生长均受到不同程度的影响 幼苗初生根伸长均受到明显抑制，而地上部叶片数、地上部鲜重却没有显著的变化。重金属首先作用于植物的根系，根系的生长对胁迫响应的敏感性高于地上部。 2 幼苗地上部的可溶性蛋白含量受到不同程度干扰，而在不同浓度的Cd、 Cu处理下，叶绿素含量变化不明显，表明幼苗地上部可溶性蛋白质含量对胁迫的敏感性高于叶绿素含量的变化。 3 幼苗地上部错配修复（MMR）和增殖细胞核抗原（PCNA）基因都明显 地出现了表达诱导或表达抑制，表明MMR和PCNA基因表达的变化对Cd、Cu胁迫表现出较高的敏感性。 4 幼苗地上部的可溶性蛋白质含量及幼苗地上部MMR和PCNA基因表达 均对Cd和Cu污染胁迫具有较高的敏感性，两者均可用于指示Cd和Cu污染的敏感生物标记物。基因表达变化图谱虽然对污染胁迫响应比较敏感，是一种污染胁迫响应敏感的生物标记物，但其在生态毒理诊断中的应用还需进一步的实验对其予以证明。

镉胁迫对拟南芥幼苗错配修复相关基因表达及突变的影响

土壤重金属污染是影响农业可持续发展和生态环境的重要问题，而通过生物标记物方式对污染土壤进行早期诊断已成为环境科学领域的研究热点。本文以M&S营养液为培养介质，以拟南芥为供试材料，以错配修复基因MutS 2 homolog (atMSH2)，atMSH3，atMSH7，细胞增殖核抗原1 和2 (atPCNA1和atPCNA2)为检测目的基因，分别采用半定量反转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）技术、克隆及测序技术研究了Cd在不同胁迫水平（0，0.125，0.25，1.0，3.0 mg•L-1 ）上对上述错配修复相关基因表达和atMSH2基因突变的影响，并与拟南芥幼苗形态、生理指标的毒性效应进行比较分析，筛选出对Cd污染胁迫敏感的生物标记物。主要结果如下： 1. 不同浓度（0，0.125，0.25，1.0，3.0 mg•L-1 ）Cd处理7天后，拟南芥幼苗叶片数、地上部鲜重变化与对照相比差异均不显著；而根长随Cd胁迫强度的增加明显降低； 2. 不同浓度（0，0.125，0.25，1.0，3.0 mg•L-1 ）Cd处理7天后，叶绿素含量变化与对照相比差异均不显著； 地上部可溶性蛋白含量随Cd浓度的增加变化明显，0.125 mg•L-1 Cd处理下，地上部可溶性蛋白含量显著增加，而在0.25，1.0和3.0 mg•L-1 Cd时降低，但仍高于对照； 3. 地上部atMSH2，atPCNA1，atPCNA2基因表达量的变化与Cd胁迫浓度呈明显的倒U字型关系，分别在0.125mg•L-1，0.25mg•L-1和0.125mg•L-1 Cd时达到最大值。地上部可溶性蛋白含量变化趋势与atMSH2，atPCNA1，atPCNA2基因表达量的变化相似，均可作为对Cd污染胁迫敏感的潜在生物标记物。 4. 对不同浓度（0，0.125，0.25，1.0，3.0 mg•L-1 ）Cd处理7天后，拟南芥atMSH2基因PCR后的扩增产物进行回收、纯化、克隆和测序。测序结果表明，0.25 mg•L-1 Cd处理拟南芥atMSH2基因在第8个和第9个外显子之间的内含子有一个碱基转换；在1.0 mg•L-1 Cd处理下，拟南芥在第10个外显子有一个碱基转换。

瓦山安息香中苯并呋喃促雌激素合成的机理研究

雌激素是人体内重要的激素之一，具有广泛的生理功能。雌激素缺乏与许多疾病相关，如卵巢功能低下，更年期综合征以及骨质疏松等；雌激素过剩也将导致某些疾病，如乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌等。目前，如何降低肿瘤组织中的雌激素水平而达到治疗肿瘤的目的，已经得到广泛的研究，但促雌激素生成或调节卵巢功能药物或其相关研究则很少。 本实验室前期的研究发现，瓦山安息香属植物果实中的乙醇提取物具有促雌激素生成作用，通过活性追踪和结构鉴定，确认促E2 生成的主要成分为苯并呋喃类化合物。苯并呋喃类化合物的作用与芳香酶有关，但其确切的作用机理有待证实和深入研究。 为了探讨安息香苯并呋喃类化合物的促雌激素合成的作用机理，拟采用如下的实验方案： 1、细胞学方面，对小鼠3T3-L1 前脂肪细胞、人乳腺癌细胞MCF-7、MDA-MB-231 以及人卵巢癌细胞OVCAR-3、OVCAR-4、OVCAR-5、OVCAR-8、IGROV1 等细胞株，采用RT-PCR 和ELISA 方法研究芳香酶Aro基因的表达和雌二醇E2 的生成，芳香酶抑制剂Formestane 作为阳性对照，研究时效曲线和量效曲线，确定安息香苯并呋喃类化合物SP25 的有效浓度和作用时间。 2、RNAi 方面，设计合成了针对人芳香酶Aro基因的3 对RNAi 序列，转染入细胞，芳香酶促进剂Forskolin 和地塞米松、芳香酶抑制剂Formestane 作为阳性对照，采用实时定量PCR 技术，研究RNA 干扰后，安息香苯并呋喃类化合物SP25 对人芳香酶Aro基因表达水平瓦山安息香苯并呋喃促雌激素合成的机理研究的影响。 3、雌激素受体方面，设计一段ERE 的雌激素调控元件，构建重组荧光素酶报告基因载体，瞬时转染人乳腺癌细胞株MDA-MB-231，建立针对雌激素受体的报告基因筛选模型，观察安息香苯并呋喃类化合物SP25 对雌激素受体的选择性和亲和力，从受体水平考察安息香苯并呋喃类化合物SP25 促进雌激素生成的药理学机理。 实验结果显示： 1、分化后的小鼠3T3-L1 前脂肪细胞、人乳腺癌细胞MCF-7 、MDA-MB-231 以及人卵巢癌细胞OVCAR-3、OVCAR-4、OVCAR-8 等细胞株具有芳香酶基因的表达。睾酮向雌二醇的转化能够被芳香酶抑制剂Formestane 所阻断，其中OVCAR-3 最适合进行下一步的RNAi研究。 2、RNAi 实验结果显示，设计的3 对RNAi 序列中R2 的干扰效果最强，相应的阴性对照C2 与R2 的表达量相差118 倍（24 小时）和19 倍（48 小时），显示R2/C2 这组序列可用于进一步的RNAi 试验。以R2 干扰OVCAR-3 细胞株，药物作用24、48 小时后，芳香酶抑制剂Formestane 与R2 相对表达量相比分别为0.83 倍和0.04 倍；芳香酶促进剂Forskolin 与R2 相对表达量相比分别为3.61 和1.84 倍；芳香酶促进剂地塞米松与R2 相对表达量相比分别为5.76 倍和3.49倍；苯并呋喃类化合物SP25 与R2 相对表达量相比分别为8.13 倍和4.59 倍。实验证实安息香苯并呋喃类化合物SP25 能够促进因RNAi 而发生基因沉默的人芳香酶Aro表达水平的上调。 3、雌激素受体实验结果显示，构建成功重组pERE-pGL3-promoter 荧光素酶报告基因载体和基于报告基因系统的雌激素受体激动剂或拮抗剂的细胞筛选模型。实验结果表明安息香苯并呋喃类化合物SP25 与雌激素受体ERα和ERβ亲和力选择性之比约为3：1 ，SP25通过与雌激素受体ERα结合作用其受体，刺激芳香酶的表达。 本课题通过RNA 干扰、ELISA、荧光实时定量PCR、报告基因筛选模型等技术手段，从细胞水平、蛋白酶水平和基因表达水平、雌激素受体水平等方面系统地研究了从瓦山安息香属植物果实中提取的苯并呋喃SP25 促进促雌激素生成的机理研究。试验结果显示苯并呋喃类化合物SP25 促雌激素生成的主要作用机制是直接促进芳香酶基因表达水平，以及与雌激素受体a 结合，刺激芳香酶活性。 Estrogen is an important hormone that has versatile physiologicalfunctions. Lack of estrogen will lead to many diseases such as lower ovarianfunction, climacteric syndrome and osteoporosis. Excessive estrogen alsoinduces breast carcinoma, oophoroma and endometrial carcinoma and otherdiseases. To depress the estrogen level in tumor tissue to cure carcinomawas widely studied, but there is only few studies reported on the induction ofestrogen and on the regulation of ovary function. We found that the extracts from seeds of Styrax perkinsiae couldpromote the synthesis of estrogen. The active compounds benzofurans wereidentified. Effect of benzofurans may be related to aromatase, but the mechanism was not clear. To reveal the mechanism of these benzofurans to promote estrogensynthesis, the following protocols were adopted: 1 Cytology: 3T3-L1 preadipocytes,human ovary carcinoma celllines OVCAR-3,OVCAR-4,OVCAR-5,OVCAR-8,IGROV1 andbreast carcinoma cell lines MCF-7 and MDA-MB-231 were usedto determine Aro gene expression and estrogen production withRT-PCR AND ELISA methods. Formestane, an aromataseinhibitor, was used as positive control. And dose-curve,time-curve and the effective concentration of SP25 were also studied. 2 Designed 3 pairs of RNAi for human aromatase gene, andtransfected into cell. Aromatase inducer Forskolin andDexamethasone, and aromatase inhibitor Formestane were usedas positive controls. We studied the change of Aro expressionlevel with SP25 by using real-time PCR after RNA interfering. 3 Estrogen Receptor: We constructed the recombined Luciferasereport vector and establish a screening system for estrogenagonist and antagon. With this system, we studied the affinity ofSP25 and estrogen receptor. Results: 1 Differentiated 3T3-L1 preadipocytes¡¢human ovary carcinomacell lines:OVCAR-3, OVCAR-4, OVCAR-8 and breast carcinomacell lines MCF-7, MDA-MB-231 had detected aromatase geneexpression.And OVCAR-3 is more suitable for further aromatasegene function research. 2 In RNAi assay, R2 has a strong interfering effcet in OVCAR-3 cellline, and ratio of C2 (the negative control) to R2 were 118 times(24 hours) and 19 times (48 hours). This means sucessful inRNA interfering. After R2 acted on OVCAR-3 cell line, the ratiosof formestane to R2 were 0.83 and 0.04 times, 5.76 and 3.49times (Dex), 3.61 and 1.84 times (forskolin) and 8.13 and 4.59times (sp25) after drug treated 24 or 48 hours respectively.These results indicated that SP25 can directly induce aromatasegene up-regulation. 3 We had constructed pERE-pGL3-promoter recombined vectorand the Luciferase report gene screening system. Luciferasereport gene assay showed that sp25 had a higher affinity with strogen receptor alpha than estrogen receptor beta, this indicated that SP25 can act on estrogen receptor and induce aromatase. Our results revealed that the mechanisms of benzofuran to promoteestrogen were the upregulation aromatase gene expression and promotion ofaromatase activity and have partially elective affinity with estrogen receptoralpha.

青杨(Populus cathayana Rehd.)对逆境胁迫的反应及lea基因的表达分析

杨树具有分布广、适应性强，在生态环境治理和解决木材短缺方面均占有重要位置。青杨(Populus cathayana Rehd.)是青杨派树种的重要成员之一，也是我国的特有种。本研究通过对不同水分梯度的干旱胁迫下青杨形态和生理生化的反应，不同pH值盐碱胁迫下不同海拔和不同气候地区的四个青杨种群在生理生态上的反应差异，以及在干旱和低温胁迫下青杨lea2, lea3组基因表达差异的研究，从形态、生理、生化和分子生物学水平系统地研究了青杨在不同逆境胁迫下的反应和青杨不同种群在盐碱胁迫下的反应差异。主要研究结果如下： 1. 青杨在干旱胁迫下的反应机制：中度和重度干旱胁迫下植株的生长受到明显抑制。表现在光合系统上青杨的净光合同化速率(A)下降，主要原因是气孔导度(gs)，胞间二氧化碳浓度(Ci)下降。另外最大量子产量(Fv/Fm)、光化学猝灭效率(qP)降低反应了干旱胁迫下光合系统II(PSII)受到严重损伤, 而且非光化学猝灭效率(qN)上升，导致可利用化学能产量下降，叶绿体产生淀粉的量减少。qP降低qN上升导致产生的过量电子对光合系统的伤害造成活性氧以及丙二醛(MDA)的含量增加。超微解剖结构显示，干旱胁迫增强时，叶绿体内淀粉粒的数目减少，而且叶绿体、线粒体等细胞器中嗜锇颗粒的数目增加。为清除细胞内的活性氧，植物一般的反应是抗氧化系统酶活性增加，对青杨来讲超氧化物歧化酶(SOD), 抗坏血酸过氧化物酶(APx)活性的增加远大于过氧化物酶(POD)，这显示了在青杨中SOD、APx酶在清除活性氧的作用上大于POD。另外同工酶研究结果显示这些酶活性的升高主要是由于各条同工酶带表达量的增加，而不是诱导新酶带的产生。另外，75% FC水分处理下有些指标非但没有下降，像A和有效光量子产量(Y)的值都略有增加，而且gs同时增加。另外，100% FC比75% FC细胞内淀粉粒的数目少一些，但有少量的嗜锇颗粒。这证明100% FC土壤水分也许并非最适合青杨生长。 2. 盐碱胁迫对不同海拔地区青杨种群的反应差异：青杨高海拔和低海拔种群的各种生理特性随着pH值上升都受到了很大的影响。两种群叶和根中Na+、K+ 含量, Na+/K+比率随着pH值的上升影响显著。在pH值高于10.4时高海拔种群叶和根中Na+/K+比率急剧下降但是低海拔种群中却一直维持在较高水平。两种群中MDA、脯氨酸(Proline)的含量，抗氧化系统酶的活性都受到了严重的影响，证明两个种群都属于盐碱胁迫敏感类型但是高海拔的种群对盐碱胁迫的耐性要高于低海拔。这主要是由于高海拔种群一般具有耐干旱、低温胁迫的能力，而植物的抗逆机制一般都有共通之处。 3. 盐碱胁迫对不同气候地区青杨种群的反应差异：盐碱胁迫下两种群的光合作用受到明显的抑制，具体表现在叶绿素的含量和A 显著下降。净光合速率的下降主要是由于叶片gs，Ci 值降低引起的。与湿润地区的种群相比盐碱胁迫增强时，干旱地区的种群叶绿素含量和光合能力的升高与K+离子含量增加有关。植物维持细胞质高K+/Na+值对植物的抗盐性有很重要的作用。为清除盐碱胁迫产生的活性氧，抗氧化系统酶活性增加。盐碱胁迫下干旱地区的种群在SOD、CAT 和谷胱甘肽还原酶(GR)等酶的活性均显著上升，而湿润地区种群只有谷胱甘肽氧化酶(GST)的活性明显增加，说明干旱种群的抗氧化酶系统在较高盐碱胁迫下的保护作用要强于湿润种群。这主要是由于植物抗盐碱胁迫与抗干旱胁迫在一些方面的机制是一致的，抗旱种群一般也能抵抗一定程度的盐碱胁迫。 4. 青杨lea2、lea3 基因在干旱和低温胁迫下的表达差异：通过荧光定量PCR 分析，lea2、lea3 组基因在干旱和低温胁迫下在mRNA 水平的瞬时表达量明显升高，说明了两基因在青杨耐干旱和低温胁迫上都起显著的作用。而且两基因在干旱胁迫下，表达量的升高和降低的时间近乎同步，表明两基因在干旱胁迫下对植物应急保护机制的启动都发挥着重要的作用。低温胁迫下lea3 基因在mRNA 水平上表达量显著上升的时间要早于lea2，而且lea3 基因的持续作用时间明显长于lea2 组基因，说明了低温胁迫开始时lea3基因在植物应对逆境的作用上要大于lea2 基因。 Poplars play an important role in lumber supply, and are important components of ecosystems due to their wide distribution and well adaptation. Populus cathayana Rehd., which belongs to Populus Sect. Tacamahaca Spach, is one of the most important resources of poplars and is specialist to china. In this study, different altitudes and climates populations of P. cathayana were used as experiment materials to investigate the adaptability to drought and salt-alkali stresses. And the cultures of P. cathayana were used to analyze the lea2 and 3 group genes expression when exposed to drought and low temperature stresses. The results are as follows: 1. A large set of parallel responses to drought stress: Drought stress caused pronounced growth inhibition. A decreased significantly and was mainly the result of gs and Ci down. Besides, Fv/Fm, qP decreased and that reflected the harmful effects to PSII of drought stress. In accordance with qN increasing, decreased useful energy production caused the starch numbers reduction in chloroplast. The qP up and qN down improved the levels of ROS and MDA. Starch numbers in chloroplast reduced and plastoglobuli numbers increased when soil water content decreased. To reduce ROS, the activities of SOD, APX, CAT and PPO were activated. The isozymes results show that the rising activities of the antioxidant enzymes resulted from certain isoform content increased, and not from the new band produced. Interestingly, morphological results show 100%FC maybe wasn’t the favorite water content for P. cathayana growth. 2. Effect of salt-alkali stress on morphological and physiological changes in two different altitudes populations of P. cathayana: We compared the physiological responses of two populations of Populus cathayana Rehder, originating from altitudes 2,840 m and 1,450 m. Our results demonstated that Na+ and K+ contents, and Na+/K+ ratios in leaves and roots are greatly affected by pH values. At pH 10.4, the Na+/K+ ratios in both leaves and roots sharply dropped in the higher altitude population but were always maintained at higher levels in the lower altitude population. The pH values causing maximum malondialdehyde (MDA) level, free proline content and antioxidant enzyme activities were significantly different in two populations. These results indicated that the higher altitude population exhibits greater tolerance to alkalinity stress than does the lower altitude population. 3. Morphological and physiological changes in two different climates populations of P. cathayana when exposed to salt-alkali stress. Salt-alkali stress caused pronounced inhibition of the growth and especially in photosystem. Pigments content and A decreased significantly and at the same time gs and Ci decreased too. Compared with wet climate population, the Chlorophyll content and A increased in drought climate population as pH value rising was related to the K+ content increasing. It is important to resist salt-alkali stress that the K+/Na+ ratio matained at high level in cytoplasm. To reduce ROS content, the SOD, CAT and GR activities rised significantly in drought population but only GST increased in wet population. The drought population showed higher salt-alkali tolerance than the wet population mainly resulted from the fact that drought tolerance was in accordance with salt-alkali tolerance to some extent. 4. The different expressional model of lea2 and lea3 gene when P. cathayana was exposed to drought and cold stress. RT-PCR results show both lea2 and lea3 suddenly expressed significantly in mRNA level under drought and cold stress. The expression level of two genes reached optimal level at the same time. But under cold stress, the earlier significantly rising expressional time and the longer maintained higher level time in lea3 than lea2 elucidated that lea3 may be more important than lea2 in resisting cold stress in short time in P. cathayana.