Untersuchung der Rolle reaktiver Sauerstoffspezies und DNA-Schäden bei Hypertonie und Arteriosklerose

Angiotensin II induziert intrazellulär die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, welche DNA-Schäden erzeugen können. Um die Hypothese zu prüfen, dass durch Angiotensin II induzierte DNA-Schäden für die erhöhte Krebsinzidenz hypertensiver Menschen verantwortlich sind, wurde eine vierwöchige Behandlung von Mäusen mit Angiotensin II (0,6 μg/kg/min) durchgeführt. Mit der Alkalischen Elution wurden in Zellen aus verschiedenen Organen der Mäuse die Menge an DNA-Einzelstrangbrüchen und oxidativen DNA-Modifikationen bestimmt. In der Niere wurde außerdem mit dem BigBlue® Mutations-Assay die Entstehung von Mutationen analysiert. In keinem der analysierten Organe konnte eine Erhöhung der DNA-Schäden oder eine Erhöhung der Mutationsfrequenzen durch die Angiotensin II-Behandlung nachgewiesen werden. Die durchgeführten Untersuchungen geben somit keinen Hinweis auf eine DNA-schädigende und mutagene Wirkung von Angiotensin II.rnBei der Entstehung und dem Krankheitsverlauf von Arteriosklerose spielen reaktive Sauerstoffspezies ebenfalls eine noch nicht genau geklärte Rolle. Um zu ermitteln, ob oxidative DNA-Schäden die Entstehung der Arteriosklerose begünstigen, wurde die Endothelfunktion von Wildtyp- und reparaturdefizienten Ogg1-/--Mäusen verglichen. Entgegen der Vermutung, dass oxidative DNA-Modifikationen die Endothelfunktion verschlechtern, zeigen die Untersuchungen, dass Ogg1-/--Mäuse, die höhere Spiegel an oxidativen DNA-Modifikationen in ihrem Genom haben, eine signifikant bessere Endothelfunktion besitzen als Wildtyptiere. Dieser Befund weist auf eine neuartige, von der DNA-Reparatur unabhängige Funktion von OGG1 hin.rn

Rolle der FOS-Proteine und des MAPK-Signallings in der Regulation der zellulären Antwort auf genotoxischen Stress

Die mittlere Überlebenszeit nach Erkennung eines Glioblastoms ohne Behandlung liegt bei 3 Monaten und kann durch die Behandlung mit Temozolomid (TMZ) auf etwa 15 Monate gesteigert werden. Neben TMZ sind die chlorethylierenden Nitrosoharnstoffe die meistversprechendsten und am häufigsten eingesetzten Chemotherapeutika in der Gliomtherapie. Hier liegt die mittlere Überlebenszeit bei 17,3 Monaten. Um die Therapie des Glioblastoms noch effektiver zu gestalten und Resistenzen zu begegnen, werden unterschiedlichste Ansätze untersucht. Eine zentrale Rolle spielen hierbei das activator protein 1 (AP-1) und die mitogen aktivierten Proteinkinasen (MAPK), deren Funktion in bisherigen Arbeiten noch unzureichend beleuchtet wurde.rnBesonders mit der Rolle des AP-1-bildenden Proteins FRA-1 in der Therapie des Glioblastoms haben sich bisher nur wenige Arbeiten beschäftigt, weshalb im ersten Teil der vorliegenden Arbeit dessen Funktion in der Regulation der Chemosensitivität gegenüber dem chlorethylierenden Agenz ACNU genauer untersucht wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die FRA 1-Expression durch Behandlung mit ACNU induziert wird. Die Induktion erfolgte über die beiden MAPKs ERK1/2 und p38K. JNK hatte keinen Einfluss auf die Induktion. Durch die Herunterregulation der FRA-1-Expression mit Hilfe von siRNA und eines shRNA exprimierenden Plasmids kam es zu einer signifikanten Sensitivierung gegenüber ACNU. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulation der FRA-1-Expression in einer verminderten AP 1-Bildung, bedingt durch eine reduzierte Menge an FRA-1 im AP-1-Komplex resultiert. Die Sensitivierung gegenüber ACNU ist weder durch eine Veränderung in der DNA-Reparatur, noch in der Modulation der FAS-Ligand- bzw. FAS-Rezeptor-Expression bedingt. Auch die hier untersuchten BCL 2-Familienmitglieder wiesen keine Unterschiede in der Expression durch Modulation der FRA 1-Expression auf. Allerdings kam es durch die verminderte FRA-1-Expression zu einer Reduktion der Zellzahl in der G2/M-Phase nach Behandlung mit ACNU. Diese ging einher mit einer reduzierten Menge an phosphoryliertem und unphosphoryliertem CHK1, weshalb davon auszugehen ist, dass FRA 1 nach ACNU-Behandlung in Gliomzellen vor der Apoptose schützt, indem es modulierend auf die Zellzykluskontrolle einwirkt.rnIm zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Regulation der apoptotischen Antwort nach Behandlung mit ACNU und TMZ genauer beleuchtet, wobei ein spezielles Augen¬merk auf AP 1 und die MAPKs gelegt wurde. Hier konnte gezeigt werden, dass die Apoptose nach Behandlung mit ACNU bzw. TMZ sowohl durch Spaltung von Pro-Caspase 8, als auch Pro-Caspase 9 eingeleitet wird. Dabei akkumulierte in beiden Fällen p53 vermehrt im Zellkern. Eine Inhibierung der transkriptionellen Aktivität von p53 führte nach ACNU-Behandlung zu einer Sensitivierung der Zellen, nach TMZ-Behandlung kam es zu einem leichten Anstieg in der Vitälität. Der FAS-Rezeptor wurde nach ACNU- und nach TMZ-Behandlung aktiviert und auch die DNA-Reparaturproteine DDB2 und XPC wurden in beiden Fällen vermehrt exprimiert. Für die MAPKs JNK und ERK1/2 konnte gezeigt werden, dass diese pro-apoptotisch wirken. Die AP-1-Bildung nach ACNU-Behandlung erfolgte bereits nach 24 h und war von langer Dauer, wohingegen nach TMZ-Behandlung nur eine transiente AP 1-Bildung zu relativ späten Zeitpunkten detektiert werden konnte. Ebenso konnte für das AP-1-Zielgen FAS-Ligand nach ACNU-Behandlung eine relativ schnelle, lang anhaltende Aktivierung detektiert werden, wohingegen nach TMZ-Behandlung zu einem späten Zeitpunkt ein kurzer Anstieg im Signal zu verzeichnen war. In späteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass das BCL-2-Familienmitglied BIM eine zentrale Rolle in der Regulation des intrinsischen Apoptosesignalweges nach Behandlung mit ACNU und TMZ spielt. Die hier entstanden Ergebnisse tragen entscheidend zum Verständnis der durch diese beiden Agenzien gesteuerten, apoptotischen Signalwege bei und bieten eine fundierte Grundlage für weitere Untersuchungen.rn

INDUCTION OF DNA STRAND BREAKS AND CROSS-LINKS BY THE NEW ANTICANCER AGENT 3,6-DIAZIRIDINYL-2,5-BIS(CARBOETHOXYAMINO) -1,4-BENZOQUINONE

The DNA breakage effect of the anticancer agent 3,6-diaziridinyl-2,5-bis(carboethoxyamino)-1,4-benzoquinone (AZQ, NSC-182986) on bacteriophage PM2 DNA was investigated using agarose gel electrophoresis. AZQ caused both single-stranded and double-stranded breaks after reduction with NaBH(,4), but it was not active in the native state. At 120 (mu)M, it degraded 50% of the closed circular form I DNA into 40% form II DNA (single-stranded break) and 10% form III DNA (double-stranded break). It produced a dose-response breakage between 1 (mu)M and 320 (mu)M. The DNA breakage exhibited a marked pH dependency. At 320 (mu)M, AZQ degraded 80% and 60% of form I DNA at pH 4 and 10 respectively, but none between pH 6 to 8. The DNA breakage at physiologic pH was greatly enhanced when 10 (mu)M cupric sulfate was included in the incubation mixture. The DNA strand scission was inhibited by catalase, glutathione, KI, histidine, Tiron, and DABCO. These results suggest that the DNA breakage may be caused by active oxygen metabolites including hydroxyl free radical. The bifunctional cross-linking activity of reduced AZQ on isolated calf thymus DNA was investigated by ethidium fluorescence assay. The cross-linking activity exhibited a similar pH dependency; highest in acidic and alkaline pH, inactive under neutral conditions. Using the alkaline elution method, we found that AZQ induced DNA single-stranded breaks in Chinese hamster ovary cells treated with 50 (mu)M of AZQ for 2 hr. The single-stranded break frequencies in rad equivalents were 17 with 50 (mu)M and 140 with 100 (mu)M of AZQ. In comparison, DNA cross-links appeared in cells treated with only 1 to 25 (mu)M of AZQ for 2 hr. The cross-linking frequencies in rad equivalents were 39 and 90 for 1 and 5 (mu)M of AZQ, respectively. Both DNA-DNA and DNa-protein cross-links were induced by AZQ in CHO cells as revealed by the proteinas K digestion assay. DNA cross-links increased within the first 4 hr of incubation in drug-free medium and slightly decreased by 12 hr, and most of the cross-links disappeared after cells were allowed to recovered for 24 hr.^ By electrochemical analysis, we found that AZQ was more readily reduced at acidic pH. However, incubation of AZQ with NaBH(,4) at pH 7.8 or 10, but not at 4, produced superoxide anion. The opening of the aziridinyl rings of AZQ at pH 4 was faster in the presence of NaBH(,4) than in its absence; no ring-opening was detected at pH 7.8 regardless of the inclusion of NaBH(,4). . . . (Author's abstract exceeds stipulated maximum length. Discontinued here with permission of author.) UMI ^

Base excision repair deficient mice lacking the Aag alkyladenine DNA glycosylase

3-methyladenine (3MeA) DNA glycosylases remove 3MeAs from alkylated DNA to initiate the base excision repair pathway. Here we report the generation of mice deficient in the 3MeA DNA glycosylase encoded by the Aag (Mpg) gene. Alkyladenine DNA glycosylase turns out to be the major DNA glycosylase not only for the cytotoxic 3MeA DNA lesion, but also for the mutagenic 1,N6-ethenoadenine (ɛA) and hypoxanthine lesions. Aag appears to be the only 3MeA and hypoxanthine DNA glycosylase in liver, testes, kidney, and lung, and the only ɛA DNA glycosylase in liver, testes, and kidney; another ɛA DNA glycosylase may be expressed in lung. Although alkyladenine DNA glycosylase has the capacity to remove 8-oxoguanine DNA lesions, it does not appear to be the major glycosylase for 8-oxoguanine repair. Fibroblasts derived from Aag −/− mice are alkylation sensitive, indicating that Aag −/− mice may be similarly sensitive.

Mechanism of stimulation of the DNA glycosylase activity of hOGG1 by the major human AP endonuclease: bypass of the AP lyase activity step

The generation of reactive oxygen species in the cell provokes, among other lesions, the formation of 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) in DNA. Due to mispairing with adenine during replication, 8-oxoG is highly mutagenic. To minimise the mutagenic potential of this oxidised purine, human cells have a specific 8-oxoG DNA glycosylase/AP lyase (hOGG1) that initiates the base excision repair (BER) of 8-oxoG. We show here that in vitro this first enzyme of the BER pathway is relatively inefficient because of a high affinity for the product of the reaction it catalyses (half-life of the complex is >2 h), leading to a lack of hOGG1 turnover. However, the glycosylase activity of hOGG1 is stimulated by the major human AP endonuclease, HAP1 (APE1), the enzyme that performs the subsequent step in BER, as well as by a catalytically inactive mutant (HAP1-D210N). In the presence of HAP1, the AP sites generated by the hOGG1 DNA glycosylase can be occupied by the endonuclease, avoiding the re-association of hOGG1. Moreover, the glycosylase has a higher affinity for a non-cleaved AP site than for the cleaved DNA product generated by HAP1. This would shift the equilibrium towards the free glycosylase, making it available to initiate new catalytic cycles. In contrast, HAP1 does not affect the AP lyase activity of hOGG1. This stimulation of only the hOGG1 glycosylase reaction accentuates the uncoupling of its glycosylase and AP lyase activities. These data indicate that, in the presence of HAP1, the BER of 8-oxoG residues can be highly efficient by bypassing the AP lyase activity of hOGG1 and thus excluding a potentially rate limiting step.

Oxidative DNA Damage Modulates Trinucleotide Repeat Instability Via DNA Base Excision Repair

Trinucleotide repeat (TNR) expansion is the cause of more than 40 types of human neurodegenerative diseases such as Huntington’s disease. Recent studies have linked TNR expansion with oxidative DNA damage and base excision repair (BER). In this research, we provided the first evidence that oxidative DNA damage can induce CAG repeat deletion/contraction via BER. We found that BER of an oxidized DNA base lesion, 8-oxoguanine in a CAG repeat tract, resulted in the formation of a CTG hairpin at the template strand. DNA polymerase β (pol b) then skipped over the hairpin creating a 5’-flap that was cleaved by flap endonuclease 1 (FEN1) leading to CAG repeat deletion. To further investigate whether BER may help to shorten an expanded TNR tract, we examined BER in a CAG repeat hairpin loop. We found that 8-oxoguanine DNA glycosylase removed the oxidized base located in the loop region of the hairpin leaving an abasic site. Apurinic/apyrimidinic (AP) endonuclease 1 then incised the 5’-end of the abasic site leaving a nick in the loop. This further converted the hairpin into an intermediate with a 3’-flap and a 5’-flap. As a 5’-3’ endonuclease, FEN1 cleaved the 5’-flap, whereas a 3’-5’ endonuclease, Mus81/Eme1, removed the 3’-flap. The coordination between FEN1 and Mus81/Eme1 ultimately resulted in removal of a CAG repeat hairpin attenuating or preventing TNR expansion. To further explore if pol β bypass of an oxidized base lesion, 5’,8-cyclodeoxyadenosine, may affect TNR instability, we examined pol β DNA synthesis in bypassing this base lesion and found that the lesion preferentially induced TNR deletion during BER and Okazaki fragment maturation. The repeat deletion was mediated by the formation of a loop in the template strand induced specifically by the damage. Pol β then skipped over the loop structure creating a 5’-flap that was efficiently removed by FEN1 leading to repeat deletion. Our study demonstrates that pol β-mediated BER plays an important role in mediating TNR deletion and removing a TNR hairpin to prevent TNR expansion. Our research provides a molecular basis for further developing BER as a target for prevention and treatment of neurodegenerative diseases caused by TNR expansion.

Effects of physical exercise training in DNA damage and repair activity in humans with different genetic polymorphisms ofhOGG1(Ser326Cys)

The main purpose of this pilot study was to investigate the possible influence of genetic polymorphisms of the hOGG1 (Ser326Cys) gene in DNA damage and repair activity by 8-oxoguanine DNA glycosylase 1 (OGG1 enzyme) in response to 16 weeks of combined physical exercise training. Thirty-two healthy Caucasian men (40-74 years old) were enrolled in this study. All the subjects were submitted to a training of 16 weeks of combined physical exercise. The subjects with Ser/Ser genotype were considered as wild-type group (WTG), and Ser/Cys and Cys/Cys genotype were analysed together as mutant group (MG). We used comet assay in conjunction with formamidopyrimidine DNA glycoslyase (FPG) to analyse both strand breaks and FPG-sensitive sites. DNA repair activity were also analysed with the comet assay technique. Our results showed no differences between DNA damage (both strand breaks and FPG-sensitive sites) and repair activity (OGG1) between genotype groups (in the pre-training condition). Regarding the possible influence of genotype in the response to 16 weeks of physical exercise training, the results revealed a decrease in DNA strand breaks in both groups, a decrease in FPG-sensitive sites and an increase in total antioxidant capacity in the WTG, but no changes were found in MG. No significant changes in DNA repair activity was observed in both genotype groups with physical exercise training. This preliminary study suggests the possibility of different responses in DNA damage to the physical exercise training, considering the hOGG1 Ser326Cys polymorphism.

银杉的分子谱系地理学研究

银杉（Cathaya argyrophylla）是中国特有的濒危裸子植物，孤立分布于我国亚热带山地。虽然以往等位酶和RAPD标记的研究表明，银杉群体的遗传多样性水平很低而群体间的遗传分化很高，但迄今对该种群体的动态变化以及物种的进化历史仍缺乏了解，包括影响群体遗传结构的因素以及物种可能的避难所等，对如何有效地保护和恢复银杉群体仍缺乏科学依据。本文根据8个核基因片段和2个线粒体片段的序列数据，运用群体遗传学和谱系地理学方法，探讨了银杉在DNA水平上的多样性和群体的动态历史，探讨了影响银杉特殊的群体遗传结构的各种因素，并推测了银杉第四纪冰期的避难所，对银杉花粉活力及其变异进行检测。在此基础上，提出了保护和恢复银杉群体的具体策略和措施。主要研究结果如下： 　　1. 核甘酸多态性和群体遗传结构 　　从101个核基因片段中筛选了8个适用于银杉的片段，对来自四个地区15个群体共86个个体的胚乳总DNA进行了扩增和测序。8个核基因座位的平均核苷酸多态性（θs＝0.0022，πs＝0.0027）显著低于其它松杉植物遗传多态性的多座位估计值。四个地区中，大瑶山（DY）的多态性最高（θs＝0.0026，πs＝0.0027），八面山（BM）最低（θs＝0.0014，πs＝0.0018），大娄山（DL）和越城岭（YC）介于二者之间。大多数座位内的多态位点间紧密连锁，座位间的连锁只在八面山地区检测到。AMOVA分析表明显著性的多态性比例存在于地区间（20.05％）和地区内群体间（9.37％）。FST分析也显示群体间（FST＝0.294）和地区间（FST =0.131-0.319）存在显著的遗传分化。推测伴随着瓶颈效应而出现的遗传漂变及其有限的基因流（Nm=1.2）是导致银杉群体低水平多态性和群体间强烈分化的主要原因。 　　2．谱系地理学分析 　　利用2个线粒体片段（nad1和nad4）序列以及高变异量的核2009片段序列对银杉的谱系地理进行了探讨。2个线粒体片段的多态位点组合成3种单倍型，将银杉分成大娄山（DL）、八面山（BM）以及越城岭（YC）和大瑶山（DY）3个地区，地区间的单倍型完全不同（GST=1.0），结合核基因呈现的群体遗传结构，推测现存银杉群体至少来源于4个冰期避难所，相当于银杉现存的4个相互隔离的地区。2009座位上12个变异位点组合成8种单倍型，位于单倍型谱系内部节点的4种祖先单倍型分布广泛、出现频率最高，其它7个核基因座位具有类似谱系结构。遗传距离和地理距离没有相关性，NST (0.138)与GST (0.134)没有显著性差异，说明现存的银杉群体是相对较近的时间内片断化的产物。2009片段分离位点的失配分布（mismatch distribution）呈双峰和多峰，表明银杉群体没有经历近期的扩张，与古生物学研究证据相吻合。 　　3. 银杉的基因杂合性和花粉生命力 　　利用2009和cad两个核基因片段，采用多胚乳序列法得到总的杂合体比率为64％（2009）和60％（cad），说明银杉群体中存在高比例的杂合体。大娄山地区的杂合体比率是八面山地区的2倍。银杉杂合体比率的高低可能与其遗传多态性有关，也可能是自然选择的结果。采用TTC染色法对银杉的花粉生命力进行了测定，在干燥低温条件下银杉花粉的活力很稳定，保存一年后有活力的花粉数仍高达80％以上。通过对来自两个地区（DY和YC）7个群体共16个银杉个体花粉活力的测定发现，银杉有活力花粉比例高达93.3％，与其它裸子植物相当。花粉活力在地区间和群体间存在显著差异，花坪地区（95.2%）的花粉活力高于大瑶山（91.3%）。花粉活力在群体内个体间差异不显著。 　　4．银杉的进化历史及其保护 　　银杉的低水平的遗传多样性和独特的群体遗传结构对我们推测其冰川期避难所提供了重要依据。本研究在银杉4个孤立分布区发现了彼此不重叠的线粒体单倍型，同时核基因表现出了4个地理群，说明随着第四纪冰期气候的波动和银杉分布范围的片段化，原来广布的群体逐步萎缩，最后被保留在位于西部大娄山（DL），东部八面山(BM)，中南部越城岭(YC)和南部大瑶山(DY) 4个相互隔离的避难所。银杉独特的群体结构和动态历史对进一步制定相应的保护措施具有重要参考价值。由于遗传多态性很低，群体又小，几乎所有现存的银杉群体都面临由于随机事件导致的物种灭绝。更严重的是，当前该物种的适生环境不断恶化和片段化，以及异常低的生殖和存活率导致银杉与其它物种竞争能力很低。因此，除目前采取的原地保护策略外，迁地保护应给予优先考虑。此外，采用传统的控制授粉策略（在遗传上有显著差异的群体间开展人工杂交）是丰富其遗传多态性、恢复衰退群体的可行措施之一。

黄杉属的分子系统发育与生物地理学

松科植物的叶绿体和线粒体基因分别为父系和母系遗传，二者的联合分析为系统发育重建，特别是揭示网状进化过程提供了便利条件。此外，松科中的多个属（如黄杉属、铁杉属等）呈洲际间断分布，是研究生物地理学问题的良好试材。 本文选择来自于叶绿体和线粒体基因组的5个DNA片段，通过序列分析对黄杉属的所有8个种进行了系统发育重建;同时结合已有的对黄杉属的各方面研究，讨论了该属典型的东亚-北美间断分布式样的形成过程。主要结果如下： (1) 叶绿体DNA片段trnfM-trnS、rpl20和trnP的序列分析 无论叶绿体基因两两组合分析还是3个叶绿体片段的联合分析均强烈支持东亚的6种黄杉属植物聚为一支（支持率>96%），其中日本黄杉位于最基部，其他分布于中国的5个种聚在一起。 (2) 线粒体基因nad5和cox1的序列分析 线粒体基因序列的进化速率较慢，信息位点相对较少，因此分辨率较低。本文中线粒体DNA序列在黄杉属的东亚物种间几乎没有分辨率，但是仍以>60%的Bootstrap支持率将该属分为东亚与北美两个姐妹支。 (3) 5个DNA片段的联合分析 5个细胞质DNA片段(trnfM-trnS, rpl20, trnP, nad5, cox1)的联合数据矩阵长4351 bp，其中含变异位点129个（3.0%），信息位点109个（2.5%）。利用最大简约法进行的系统发育分析表明：黄杉属分成北美和东亚两支，与地理分布相吻合，并分别得到了66%和100%的支持;中国的5个物种形成一个单系分支，该分支与日本黄杉为姐妹群关系。 根据上述叶绿体和线粒体DNA片段的序列分析结果，并结合前人的研究资料，我们认为黄杉属通过白令陆桥扩散后，在北美和东亚独立进化，但该属的起源地尚需要进一步研究。

拟南芥AST基因的精细作图

拟南芥ast (anthocyanin spotted testa) 突变体是由碳离子束诱导产生的与花青苷生物合成有关的突变体，受单隐性核基因控制。由于花青苷的异常积累，突变体未成熟种子的种皮呈现紫红色的斑点;野生型植株幼嫩的种皮没有花青苷的异常积累，呈淡绿色。初步作图分析表明，AST基因定位于拟南芥第I号染色体上，并且位于SSLP分子标记nga280和CAPS分子标记PAB5之间。 AST基因与SSLP分子标记nga280紧密连锁，遗传距离为3.2cM;与CAPS分子标记PAB5相距较远，遗传距离为21.1cM。 采用DDRT-PCR的策略，分析野生型与突变型植株未成熟角果中基因表达的差异。通过调整DDRT-PCR中总RNA、锚定引物、随机引物、cDNA和dNTP等关键试剂的用量，优化了适用于银染检测的DDRT-PCR方法。PCR扩增产物经6%变性聚丙烯酰胺凝胶垂直电泳分离后，银染能检测到多而清晰的条带。泳道中的条带数最少为40个，最多达80个，平均为60个，条带大小分布在100bp-900bp范围，银染的灵敏度为5pg/mm2。此方法操作简便快速，灵敏度高，重复性好。采用这个改良的的方法，分析了拟南芥野生型和ast突变型植株未成熟角果中16,000个cDNA扩增产物条带，从中筛选出28个差异条带。二次PCR扩增后，进一步筛选出10个差异表达的cDNA条带，其中6个是野生型特异表达的，4个是突变型特异表达的。对这10个差异片段进行测序。BLASTN分析表明，这10个差异表达的cDNA片段与数据库中花青苷生物合成途径中的结构基因和调节基因序列没有同源性，表明用DDRT-PCR的方法克隆特定的AST基因有一定的局限性。 利用图位克隆（map-based cloning）的策略，对拟南芥AST 基因进行克隆。根据拟南芥数据库中的SNPs (simple nucleotide polymophisms) 序列和插入/缺失多态性（insertion/deletion polymorphisms）序列，设计了一系列分子标记。利用这些分子标记，对600个F2代有突变表型的植株进行重组子筛选，完成了对拟南芥AST基因的精细作图，成功地将AST 基因定位到BAC克隆T13M11上。初步确定该BAC克隆中的基因T13M11.8 可能是AST基因。该基因的DNA序列长1432bp，含有6个外显子和5个内含子，编码的蛋白与花青苷生物合成途径中的二氢黄酮醇4-还原酶有较高的同源性。功能互补实验正在进行当中。

基因组中新遗传结构的起源与进化

生物遗传物质的多样性从根本上决定了当今地球上生命世界的丰富多 彩。然而生命在漫长的进化历程中如何从最原始的生命形态不断演变，创造 出如此巨大的多样性，是自然留给我们最吸引人的奥秘之一。因此对于分子 进化生物学或进化基因组学的研究者来说，承载生命遗传信息的基因组如何 进化一直以来都是大家关注的一个基本科学命题。本研究主要从两个方面探 讨了基因组中新遗传结构起源的分子机制和进化模式，一方面我们以实验的 方法在黑腹果蝇亚种组中大规模地对新基因进行筛选和鉴定，探讨了果蝇基 因组中新基因起源的分子机制和进化模式；另一方面我们以生物信息学手段 对啮齿类动物大鼠和小鼠进行比较基因组研究，以人和猪的转录序列作为外 群，鉴定了大量啮齿类特有的新外显子，并对这些新外显子的进化特征和产 生机制做了研究。 在果蝇基因组新基因起源与进化的研究工作中，我们综合运用了荧光原 位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)，Southern 印迹 (Southern blotting)，表达转录分析，生物信息确认和进化速率分析等技术和分析手段， 通过对黑腹果蝇约7000 个基因在黑腹果蝇亚种组8 个近缘物种中同源拷贝数 分布的筛选，鉴定了17 个年轻的散在重复新基因，并对这些新基因的结构、 表达和进化进行了全面的分析。结果表明，DNA 水平的重组机制产生了大量 的新的与祖先基因结构没有冗余的散在重复基因，它们的基因结构以很高的 频率形成了嵌合结构。这些新散在重复基因形成嵌合基因的机会有可能大大 高于预期。同时，我们提供了有力证据证明，重复序列特别是DNAREP1 转 座子很可能通过了非等位同源重组方式介导了散在重复基因的形成。最后， 运用多种行之有效的分析方法，我们证明绝大部分的这些新的嵌合重复基因 是有功能的。在啮齿类新外显子的起源与进化研究中，我们首先利用有完整序列信息 的人和小鼠的基因组，通过同源比对确定了人和小鼠间12,419 个直系同源的 基因组转录单元，这些基因组转录单元中71,039 个大、小鼠共有且相位定义 清晰的外显子被用作后续的分析。通过与人的基因组序列相比较，并进一步 以猪的转录组序列作为第二外群排除掉可能是在人的基因组中丢失的外显子 后，我们共确定了2,695 个啮齿类特有的新外显子。随后对这些新外显子产 生的机制、进化速率、潜在功能以及与选择性剪接之间的关系进行了讨论。 结果显示多数新外显子来自内含子的非重复序列，存在快速的碱基非同义替 换和插入缺失，功能分布上最多的是参与细胞外结合和蛋白间相互作用，提 示这些新外显子的产生可能与啮齿类与外界环境的适应性进化相关。对这些 新外显子与选择性剪接之间关系所做的分析表明，大多数的新外显子存在于 表达量较低的选择性剪接形式中，这说明这些外显子通常参与形成执行组织 特异功能的表达形式，也从一定程度上解释了这些外显子何以能够摆脱对基 因的功能限制而产生较快的进化速度。 总之，上述对果蝇基因组中新基因和啮齿类基因组中新外显子的起源和 进化的研究结果表明，基因组中通过新基因或新外显子等基因组新材料产生 新功能的进化过程是常见的和重要的遗传机制。

微卫星分型法应用于豢养繁殖长江江豚的父权鉴定

目的:鉴定武汉白鱀豚馆及铜陵淡水豚国家级自然保护区两个豢养长江江豚繁殖群体中出生的6头幼豚的生物学父亲。方法:选择8对江豚物种特异性微卫星引物对两个待鉴定群体的14个DNA样品进行了荧光标记PCR扩增,将纯化后的扩增产物在ABI3130遗传分析仪上进行基因分型,并根据GeneScanRox500内标确定不同等位基因的大小,随后对待鉴定对象进行等位基因分析,并计算主要多态性参数。结果:所采用的8个微卫星座位在待鉴定的两个江豚群体中均表现出多态性。在母本已知的条件下,利用其中6个微卫星座位的等位基因数据,通过

鱼腥藻PCC7120基因组中一个影响异形胞发育和图式形成的新区域

以Tn5 10 87b诱变鱼腥藻PCC712 0 ,筛选不能利用氮气生长、异形胞图式发生变化的突变株。突变株 # 180 1经缺氮诱导 2 4h后无异形胞形成 ,48h后沿藻丝形成少量成熟异形胞 ,占藻细胞总数比例为 2 .8% ,其异形胞发育速度和形成频率均与野生型有显著区别。以ClaⅠ酶切该突变株总DNA、自环化后以电泳冲法转化大肠杆菌 ,回收带有插入位点两侧DNA片段的转座子Tn5 10 87b。经测序确定转座子位于未知功能基因alr0 0 99第 14 8和 14 9碱基之间。为证明突变性状确由a

猕猴体细胞核移植影响因素的研究：着床前胚胎表观遗传重编程和供体细胞周期同步化

体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer）克隆技术的成功，特别 是运用终末分化的淋巴细胞和嗅觉神经元细胞成功克隆出小鼠，证实了分化的体 细胞核潜在的发育全能性。该技术已经在多个物种上成功地得到克隆后代，在转 基因动物、基因敲除动物和疾病模型动物生产中也得到成功应用，在结合干细胞 技术的治疗性克隆和再生医学方面也取得了初步成果，展现出了具有深远意义的 应用前景。但是，目前该领域仍然存在着很多急待解决的重要问题：克隆成功率 低，克隆胚和克隆动物经常呈现发育异常，妊娠和出生前后的高死亡率。对哺乳 动物早期胚胎发育过程中DNA 甲基化、组蛋白修饰等表观遗传重编程 （epigenetic reprogramming）机制的深入了解，有助于研究体细胞核在去核卵 母细胞中的表观遗传重编程事件，进而改善克隆胚重编程效率和发育能力。 猕猴是一种重要的实验动物，在人类疾病模型和生物医药研究中有重要的意 义。本研究主要围绕猕猴体细胞克隆胚胎早期发育过程中的表观遗传重编程事件 和核移植前体细胞同步化处理这两方面展开。1），首次详细地了描绘了猕猴着床 前胚胎发育过程中整体水平的DNA 甲基化表观遗传重编程事件，研究发现在受精 卵中父本基因组形成原核后迅速地发生了去甲基化，在2 细胞期后的卵裂过程 中，母本基因组才开始逐渐地去甲基化，到桑葚胚达到最低水平，然后开始重新 （de novo）甲基化,到囊胚期时形成不对称的甲基化模式，滋养外胚层（TE）呈 现高甲基化状态，而内细胞团（ICM）呈现低甲基化状态,这一不对称模式可能是 灵长类动物特有的，其他哺乳动物呈现正好相反的不对称模式。2），研究发现， 大多数猕猴克隆胚胎的DNA 甲基化重编程存在异常,效率低。很多2 细胞期克隆 胚（67%）和8 细胞期克隆胚（50%）的核DNA 甲基化水平显著高于对应的体 外受精胚，8 细胞克隆胚之间呈现多种不同的表观遗传特征。大多数克隆囊胚的 ICM 细胞核的甲基化水平显著高于IVF 囊胚，这些异常可能是导致克隆胚胎移 植到代孕母体后发育时间不长就失败的原因。3），在核移植前对猕猴成纤维细 胞同步化处理的研究中发现，血清饥饿，细胞周期阻断剂DMSO（二甲基亚砜）、 roscovitine、aphidicolin 和indirubin 的处理都有显著的同步化效果，提高了G0+G1 期细胞的比例。经过BrdU 标记法证实了这几种处理方法抑制细胞增殖的效果，并且证实了这种周期阻滞作用是可逆的。用原位末端标记法（TUNEL）分析证 实，血清饥饿1 到4 天后细胞凋亡比例显著上升，在贴壁的细胞中约有6%发生 凋亡，而正常对照只有1%左右，而周期阻断剂处理没有增加细胞凋亡率，这提 示这些周期阻断剂可能是一种相对安全且有效的猕猴成纤维细胞处理方法。核移 植前对猕猴成纤维细胞进行处理，有助于优化体细胞核移植技术，也是改善体细 胞核在克隆胚中重编程效率的重要途径。