Cells are highly sensitive to their geometrical and mechanical microenvironment that directly regulate cell shape, cytoskeleton and organelle, as well as the nucleus morphology and genetic expression. The emerging two-dimensional micropatterning techniques offer powerful tools to construct controllable and well-organized microenvironment for single-cell level investigations with qualitative analysis, cellular standardization, and in vivo environment mimicking. Here, we provide an overview of the basic principle and characteristics of the two most widely-used micropatterning techniques, including photolithographic micropatterning and soft lithography micropatterning. Moreover, we summarize the application of micropatterning technique in controlling cytoskeleton, cell migration, nucleus and gene expression, as well as intercellular communication.

同龄的黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)呈现明显的两性生长差异，即雄性个体的体长、体重皆大于雌性个体。而mTOR信号通路在细胞生长、发育以及蛋白合成过程中起重要作用。为了了解黄颡鱼两性差异的营养生长机制与mTOR信号通路之间的关联性，本试验首先在生理生化特性方面对雌、雄黄颡鱼的肌肉营养成分进行了比较分析。结果表明，在雌、雄黄颡鱼的比较分析中，除了两者的水分、粗蛋白、粗脂肪含量差别不大以外，在矿物元素、氨基酸组成、蛋白的氨基酸组成和脂肪酸组成等方面，雌性黄颡鱼肌肉的营养品质相对雄性更优。针对mTOR信号通路主要基因开展实时荧光定量PCR分析，结果显示，除性腺组织外，AKT1、AKT2、AKT3、mTOR、S6KA、S6KB、4E-BP1基因在雄性黄颡鱼的肌肉、肝、肾和心脏组织中的表达均显著高于雌性，这可能与雌雄黄颡鱼生长差异有关。本研究为进一步探索黄颡鱼两性生长差异的分子机制奠定了试验基础。

氯离子通道蛋白(ClC)是存在于生物体细胞膜上一类分布极其广泛的阴离子通道, 在抗盐胁迫等多种生理过程中发挥着非常重要的作用。使用生物信息学方法在高粱基因组中鉴定出10个SbClCs基因, 对SbClCs基因家族进行基因组鉴定、启动子、保守基序、系统进化树和基因表达分析。结果显示: SbClCs基因家族主要分布在SBI-01、SBI-03、SBI-04、SBI-06、SBI-07、SBI-10共6条染色体上; SbClCs蛋白均为疏水蛋白且流动性较好, 多为质膜上的分泌性蛋白, 其二级结构主要为无规则卷曲和α-螺旋; 基因蛋白结构域分析结果显示, 相对较为保守的结构域是Voltage gated和CBS pair voltage gated ClC uk bac, ClC家族成员在蛋白上也都是比较保守的; 分析SbClCs基因启动子顺式作用元件后发现都存在光响应元件(Sp1, G-box), 除了SbClCg1基因外, 其他基因的启动子区均存在干旱诱导相关MYB结合位点(MBS); 系统进化树分析显示, 高粱ClC与玉米、水稻亲缘关系更近; 基因表达热图分析表明, SbClCc3、SbClCa基因对于高粱的耐盐胁迫和抗逆性起着重要的作用; 选择进化分析表明, ClC蛋白质编码基因还受纯化选择作用。本研究初步分析了高粱10个氯离子转运蛋白基因的结构与表达, 为进一步研究用SbClCs进行遗传转化与分子育种提供了基础。

硝态氮是旱地植物吸收氮素的主要形式, 其吸收与硝酸盐转运蛋白1(NRT1)密切相关。高粱(Sorghum bicolor)较耐贫瘠, 对土壤中的氮素吸收和利用效率较高。以拟南芥、水稻的NRT1为基础, 通过Blast筛选高粱核酸和蛋白数据库获得SbNRT1基因全长序列, 并结合生物信息学方法鉴定出了20个SbNRT1基因, 对其进行基因结构、系统进化树、基因表达、选择进化分析, 同时对其蛋白质的理化性质、二级和三级结构进行分析。结果显示: SbNRT1分布于SBI-01～SBI-10上(除SBI-08); SbNRT1蛋白质均为疏水性蛋白, 绝大多数蛋白质没有信号肽, 且亚细胞定位在质膜上; 二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主, SbNRT1蛋白三级结构与预测一致, 可信度均达到93%; SbNRT1存在8个分支, 高粱与谷子、玉米的NRT1同源关系更近, 且高粱在进化上出现了单双子叶的分化; Sobic.004G193000基因在生育期多个部位表达水平较高, Sobic.001G133900、Sobic.003G295500和Sobic.001G302800在高粱根部受硝酸盐诱导表达, 也受铵盐和尿素诱导; 高粱种质基因组重测序数据计算的ka/ks值表明, SbNRT1的进化具有纯化效应。该研究结果为进一步探讨高粱氮高效相关基因的功能研究提供了基础。

为了探究共激活因子相关的精氨酸甲基转移酶1(CARM1)在乳腺癌细胞中的生物学作用, 构建了四环素诱导过表达CARM1的乳腺癌MDA-MB-231细胞株, 并应用蛋白质印迹法(Western blot)、实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-PCR)对相关指标进行检测。结果发现, 在乳腺癌细胞株中成功诱导CARM1过表达之后, CARM1蛋白水平和mRNA水平均显著升高。此外, 利用细胞划痕、平板克隆、细胞增殖试验、流式细胞术等试验方法检测过表达CARM1对细胞迁移、增殖、克隆形成以及细胞周期进程的影响。试验结果显示, 诱导CARM1过表达后, 细胞迁移能力和克隆形成能力均明显增强, 同时细胞增殖试验表明细胞的增殖能力也明显增强。流式细胞术分析发现, 诱导表达CARM1后, 细胞株S期和G2/M期的细胞比率增加, 过表达CARM1能够促进细胞周期的进程。以上研究结果提示, 在乳腺癌细胞中过表达CARM1可以促进细胞的增殖、提高细胞的克隆形成及迁移的能力, 加快细胞周期进程。该结论为后续CARM1在乳腺癌细胞中的相关研究奠定了基础。

MYB-CC基因家族是由MYB-DNA结合域和CC(coiled-coil)结构域组成的, 其中CC结构域能通过折叠参与蛋白质之间的相互作用, 是一个二聚体结构域。这类MYB-CC转录因子是植物特有的, 除磷饥饿响应蛋白1(PHR1)外, 拟南芥中另外14个蛋白也同样具有这两个结构域。部分MYB-CC基因已经被证明可调控植物中磷酸盐吸收和控制磷饥饿反应。为了探索谷子MYB-CC基因家族的特征和功能, 本文通过生物信息学分析来解析谷子MYB-CC基因家族的特征, 分析其表达模式及谷子与水稻、玉米基因组中的MYB-CC基因家族的共线性、选择压力。结果表明: 通过基因在谷子染色体上的定位情况, 共筛选到谷子MYB-CC基因家族基因18个, 分布在7条染色体上; 基序分析发现存在1个相对保守的基序motif 1; 顺式作用元件分析发现, 参与防御和胁迫响应相关的MYB-CC基因有6个; 基因表达模式分析结果显示, SiMYB-CC6在根和茎秆中特异性表达。该研究结果可为谷子MYB-CC基因家族的进一步研究提供一定的参考依据。

本文旨在研究日粮中添加沙棘果渣(SBP)对肉羊肌内脂肪沉积的影响及作用机制。试验随机选择4月龄, 体重相近的杜泊×小尾寒羊杂交公羊30只, 平均分为3组, 饲喂添加含不同SBP的日粮: 0%(对照组)、7.8%(7.8SBP 组)和16.0%(16SBP 组)。试验采用索氏提取法测定肌内脂肪含量, 马森(Masson)三色染色法测定肌内脂肪细胞数量; 同时运用实时定量荧光PCR(real time qPCR)与蛋白质印迹法(Western blot)对脂肪细胞分化、脂肪酸代谢相关关键基因及蛋白进行分析; 并采用酶联免疫吸附测定(ELISA)分析了脂肪酸合成和降解的关键酶活性。研究结果表明, 与对照组相比, 7.8SBP组和16SBP组剪切力极显著降低(P<0.01)。16SBP组背最长肌中粗脂肪含量显著上升(P<0.05), 成熟脂肪细胞数目显著增加(P<0.05)。与对照组相比, 16SBP组的ZNF423(P<0.05)、PPARγ(P<0.05)和C/EBPα(P<0.01)等脂肪细胞分化关键基因的mRNA表达量增加, 同时C/EBPα(P<0.05)和PPARγ(P<0.05)蛋白的表达量显著提高。16SBP组的SREBP1 mRNA含量显著高于对照组(P<0.05), 而7.8SBP组与16SBP组的SREBP1蛋白表达量均显著(P<0.05)高于对照组。16SBP组中FAS mRNA(P<0.05)含量与酶活性(P<0.05)均显著高于对照组, 乙酰辅酶A羧化酶(ACC)蛋白(P<0.05)含量与酶活性(P<0.05)也显著高于对照组。与对照组相比, 16SBP组中激素敏感脂肪酶(HSL)的酶活力显著降低(P<0.05), 而苹果酸脱氢酶(MDH)与脂蛋白脂酶(LPL)活性未见显著差异。试验结果表明, 饲料中添加16%SBP可以有效提高羊肉嫩度, 促进脂肪细胞的生成与改善脂肪酸代谢相关酶类活性, 最终促进肌内脂肪的沉积。

本文运用生物信息学方法分析肺腺癌潜在的诊断及预后基因, 并从分子和蛋白水平上探究其潜在的发病机制。从基因表达数据库(GEO)下载GSE63459、GSE27262和GSE75037的表达数据, 将3个微阵列数据集整理取得差异表达基因, 得出包括上调82个、下调 273个的差异基因, 并通过DAVID数据挖掘平台对这些差异基因进行功能及通路富集分析。基因本体(GO)富集分析显示: 基因产物与胶原蛋白分解代谢、血管生成以及细胞黏附等生物过程密切相关, 主要参与组成细胞外基质、胞外区域、胞外体、胶原三聚体等细胞组分, 且主要发挥调节金属内肽酶活性、肝素结合、调节受体活性等分子功能; 京都基因基因组百科全书(KEGG)分析主要涉及胞外基质-受体信号通路、黏着斑信号通路、转化生长因子-β(TGF-β)信号通路、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K-Akt)信号通路等相关通路。运用STRING在线数据库并结合Cytoscape软件构建蛋白-蛋白互助(PPI)网络, 筛选出最重要的基因模块及10个关键基因, 利用Kaplan-Meier曲线分析预后, 利用GEPIA和THPA在线数据库从基因和蛋白水平来验证分析关键基因与患者的预后关系。最后筛选到符合条件的4个肺腺癌关键基因: SPP1、TIMP1、MMP9、COL1A1。这4个基因可能成为肺腺癌预后潜在的生物标志物, 并有可能成为治疗靶点和诊断靶标, 对临床上肺腺癌的诊断和治疗有一定价值。

光遗传学技术是一种新型的生物技术,融合了光学及遗传学技术,可以实现光对细胞活动的控制。在光遗传学应用当中,靶向细胞可用基因来改造和表达光敏蛋白质,并可被光所调控。光遗传学技术利用光敏离子通道蛋白对特定神经细胞进行精准、快速的光控,已经掀起了神经科学研究领域的一场革命。除了光敏离子通道之外,能产生蛋白质相互作用的光敏蛋白也已被广泛应用于光遗传学研究。本文讨论了常见的基于蛋白-蛋白相互作用的光敏蛋白,然后介绍了基于光控蛋白-蛋白相互作用的光遗传学技术在光控基因表达、相分离、代谢工程和细胞器运输中的应用。

随着工农业的发展, 各类材料如纳米材料、重金属材料应用, 及其他一些生物质类材料的积累, 对生物体的生长发育和繁殖等都有着较明显的生理毒理效应。只有对这些材料的生物效应有了清楚的了解才能正确地使用而避免它对人体产生毒副作用。本试验以秀丽隐杆线虫为研究对象, 从生长发育到基因水平, 考察了CdS/ZnS量子点对的生物安全性。研究发现CdS/ZnS量子点暴露不仅对秀丽隐杆线虫的体长、头部摆动以及身体弯曲等生物行为有不同程度的抑制作用, 而且对线虫细胞毒性相关基因、胁迫相关基因以及细胞生长发育相关基因的表达也有一定的影响。当CdS/ZnS量子点的暴露浓度为3.33 nmol/L, 线虫体长、头部摆动以及身体弯曲分别从空白组的(0.64±0.072)mm, (55.94±7.17)次/min和(9.95±2.42)次/20 s降到(0.48±0.099)mm, (15.83±6.76)次/min和(7.72±1.12)次/20 s; 而GST-1, daf-21, HSP-16.4等基因表达分别增加了15.33, 19.51 和 35.01倍。本研究为量子点在应用过程中的生物安全性研究提供理论依据。