幻灯片1 - abc

报 告 人 : 王 志 敏
组 员 : 刘 晓 琴 邹 盼
陶 建 立 王 志 敏

课 题 背 景 :
蓝 藻
Synechococcus sp.PCC 7002 的 基 因 组
蓝 藻 中 DNA 同 源 重 组
histone-like(HU) DNA 结 合 蛋 白
研 究 课 题 介 绍
研 究 内 容
研 究 意 义
利 用 生 物 信 息 学 工 具 的 初 步 研 究 和 结 果
研 究 思 路 和 方 法
总 结 和 讨 论

来 自 35 亿 年 前 、 前 寒 武 纪 的 化 石 记 录 显 示 那 时 蓝 藻 就 已 经 在 地 球 上 存 在
——http://en.wikipedia.org/wiki/File:Cyanobacterium-inline.svg

相 对 于 真 核 生 物 , 蓝 藻 遗 传 结 构 简 单 , 生 长 周 期 短 , 分 化 速 度 快 , 形
态 和 结 构 上 相 对 简 单 。 一 直 是 研 究 光 合 作 用 和 固 氮 作 用 的 模 型 之 一
—— 引 自 程 丹 师 姐 论 文

——http://www.physics.purdue.edu/~sergei/Photosynthesis.html

—— 引 自 程 丹 师 姐 论 文

约 3.4Mb
约 4.0Mb
约 7.2Mb
——Wolfgang R Hess 2011 Microbiology

化 学 和 紫 外 线 突 变
蓝 藻 基 因 突 变 方 法
转 座 子 突 变
同 源 单 交 换 重 组
同 源 重 组 突 变
同 源 双 交 换 重 组

2012—2013 学 年 下 学 期 李 海 涛 老 师 结 构 表 观 遗 传 学 研 究 进 展 课 件

——http://genome.microbedb.jp/cgi-bin/gbrowse/SYNPCC7002/?reset=1

利 用 InterPro 对 HU 进 行 分 析 :
所 属 蛋 白 家 族 : Histone-like bacterial DNA-binding protein family
• 该 家 族 细 菌 合 成 的 一 类 基 本 的 、 含 量 丰 富 的 蛋 白 , 约 90AA, 能 结 合 DNA,
在 不 同 种 类 的 真 细 菌 、 古 细 菌 、 蓝 藻 甚 至 一 些 真 核 藻 类 的 叶 绿 体 中 有 发 现 。
• 目 前 有 HU protein, Integration Host Factor, Protein H, Protein H1,
FirA 五 种 , 其 中 HU、IHF 的 研 究 较 多 。
——http://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/IPR000119

Figure Structure of HU in Bacillus:(A)monomer,(B)dimer.
研 究 显 示 HU 可 能
有 如 下 的 功 能 :
结 合 、 压 缩 、 弯 曲
DNA 成 类 似 核 小 体
的 结 构 ;
参 与 转 录 调 控 : 既
有 激 活 的 证 据 也 有
抑 制 的 证 据 ;
参 与 一 些 类 型 的 位
点 特 异 性 重 组 ;
体 外 实 验 显 示 ,
HU 参 与 DNA 复 制
起 始 , 既 有 激 活 证
据 也 有 抑 制 证 据
……
——K Drlica and J Rouviere-Yaniv Microbiol. Rev. 1987, 51(3):301.

——K Drlica and J Rouviere-Yaniv Microbiol. Rev. 1987, 51(3):301.

——Fusheng Guo, Sankar Adhya.PNAS,2007,104:4309-4314

histone-like DNA binding protein (HU) 在 蓝 藻 Synechococcus
sp.PCC 7002 中 的 功 能 ;
初 步 探 究 与 HU 互 作 的 、 可 能 参 与 多 拷 贝 基 因 组 稳 定 存 在 的 蛋 白 , 对
稳 定 的 分 子 机 制 有 最 基 本 的 了 解 。
本 次 汇 报 着 眼 于 利 用 基 本 生 物 信 息 学 工 具 对 Synechococcus sp.PCC
7002 HU 进 行 初 步 探 究 , 以 期 对 HU 的 演 化 情 况 、 序 列 保 守 性 , 结 构 特 征 有
一 定 认 识 , 进 而 对 Synechococcus sp.PCC 7002 HU 进 行 结 构 模 拟 和
分 析 。

对 理 解 蓝 藻 中 广 泛 存 在 的 基 因 组 多 拷 贝 稳 定 存 在 现 象 的 分 子 机 制 做 初
步 探 索 ;
对 DNA 甲 基 化 、 组 蛋 白 修 饰 等 在 真 核 生 物 尤 其 是 高 等 动 植 物 中 广 泛 存
在 的 Epigenetic 修 饰 , 其 相 类 似 的 修 饰 在 蓝 藻 的 存 在 与 否 及 可 能 发
挥 的 功 能 进 行 初 步 探 索 ;
对 蓝 藻 人 工 进 行 基 因 组 层 面 的 操 作 给 予 分 子 机 制 上 的 支 持 。
本 次 汇 报 通 过 基 本 生 物 信 息 学 工 具 对 HU 进 行 初 步 探 究 , 对 HU 蛋 白 学
列 保 守 性 、 结 构 特 征 有 初 步 认 识 , 对 Synechococcus sp.PCC 7002 HU
进 行 结 构 模 拟 , 以 期 为 研 究 其 可 能 发 生 的 修 饰 和 功 能 奠 定 一 定 基 础 。

Uniprot 数 据 库 中 对 Synechococcus sp.PCC 7002 HU 相 关 信 息 的 检 索 :
蛋 白 名 称 : DNA-binding protein HU
蛋 白 大 小 : 92AA
生 物 学 功 能 :1. 参 与 DNA 组 装 与 压 缩
2. DNA 的 结 合
参 考 文 献 :

KEGG 数 据 库 中 相 关 结 果 :

STRING 数 据 库 中 相 关 结 果 :
可 能 的 相 互 作 用 蛋 白 :
1.pheS: 苯 丙 酰 胺 tRNA 合 成 酶 亚 基 α, 分 值 :0.885;
2.miaA:tRNA Δ(2) 异 苯 丙 焦 磷 酸 转 移 酶 , 分 值 :0.875;
3.SYNPCC7002_A0119: 单 链 DNA 结 合 蛋 白 , 分 值 :0.864;
4.rpoA: 以 DNA 为 模 板 的 RNA 多 聚 酶 亚 基 α, 分 值 :0.846;
5.hemE: 尿 卟 啉 原 脱 羧 酶 , 分 值 :0.845
这 些 蛋 白 大 部 分 都 是 通 过 其 序 列 信 息 预 测
得 到 的 , 缺 乏 有 力 的 实 验 数 据 !

BLAST 结 果 :
由 于 HU 蛋 白 在 不 同 种 类 原 核 生 物 中 广 泛 存 在 , 设 置 最 多
显 示 100 条 , 所 以 在 NCBI 中 用 SYNPCC7002_A1965HU 氨 基
酸 序 列 进 行 BLAST, 我 们 得 到 了 100 条 序 列 , 并 对 前 20 条 序
列 进 行 序 列 比 对 和 系 统 树 的 构 建 。

MEGA5.2 软 件 序 列 比 对 结 果 :
比 对 结 果 中 第 4 条 目 Cyanobacterium aponinum PCC 10605 中 的 Hbs 蛋
白 的 氨 基 酸 序 列 与 其 他 条 目 的 序 列 很 不 一 致 , 这 是 一 种 2007 年 在 意 大 利 帕
多 瓦 温 泉 中 发 现 的 新 型 蓝 藻 , 显 示 其 可 能 与 先 前 描 述 的 蓝 藻 不 同 , 属 于 不
同 类 群 。

Neighbor-Joining tree:
Maximum Likelyhood tree:

结 论 : Synechococcus sp.PCC 中 的 DNA 结 合 蛋 白 HU 与 蓝 藻 中 的
颤 藻 目 瘦 鞘 丝 藻 属 蓝 藻 PCC 7376 Hbs 氨 基 酸 序 列 保 守 关 系 最 近 。

1P51
Molecule: DNA-binding protein HU
Polymer: 2 Type:
Length: 94
Chains: A, B, C, D
Organism Anabaena sp.
Gene Names hup hanA asr3935

总 共 搜 索 到 15 个 蛋 白 结 构 , 我 们 将 其 中 部 分 蛋 白 的 信 息 总 结 于 下 :
1HUE 1HUU 1B8Z 1P51 1P71 1P78
Histonelike
protein
Dna-binding
protein hu from
bacillus
stearothermophi
lus
Hu from
thermotoga
maritima
Anabaena
hu-dna
cocrystal
structure
(ahu6)
Anabaena
HU-DNA
corcrystal
structure
(TR3)
Anabaena HU-
DNA cocrystal
structure (AHU2)
1RIY 2NP2 1MUL 2O97 3C4I 4DKY
HU mutant
V42I from
Thermotog
a maritima
Hbb-DNA
complex
Crystal
structure of
the E. coli HU
alpha2 protein
Crystal
Structure of
E. coli HU
heterodimer
Histone like
protein-DNA
binding) from
Mycobacterium
tuberculosis
Histone like
protein-DNA
binding) from
Mycobacterium
tuberculosis

1P78
Molecule: DNA-binding protein HU
Polymer: 2 Type:
Length: 94
Chains: A, B
Organism: Anabaena sp.
Gene Names: hup hanA asr3935

Fig1.1P51:Anabaena HU-DNA cocrystal
structure(AHU6).
Fig2. 1P78:Anabaena HU-DNA
cocrystal structure (AHU2).
——Swinger, K.K et al, (2003) Embo J. 22: 3749-3760

Fit:RMSD: 0.06 0.07
Fig1. 以 1P51D 与 为 模 板 构 建 7002_HU 结 构 模 型
Fig2. 以 1P78 为 模 板 构 建 的 7002_HU 结 构 模 型

DNA binding protein HU 是 原 核 生 物 中 普 遍 存 在 的 一 类 蛋 白 , 在 不 同 种 类
的 蓝 藻 中 也 普 遍 存 在 , 且 氨 基 酸 序 列 相 对 保 守 ;
从 结 构 上 来 看 , DNA binding protein HU 蛋 白 结 构 也 相 对 保 守 的 , 大 致 结
构 为 monemer 由 三 个 α 螺 旋 和 三 个 β 片 层 组 成 ,dimer 呈 现 龙 虾 状 结 构 (a
lobster-shaped structure)。 这 种 结 构 有 利 于 结 合 DNA。
SMART 和 MEME 进 行 motif 检 索 显 示 ,DNA binding protein HU 类 蛋 白 仅
有 一 个 大 的 BHL(bacteria (prokary) histone like domain) 结 构 域 , 用 于
结 合 DNA. 目 前 参 阅 的 文 献 显 示 HU 没 有 特 异 性 的 DNA 结 合 位 点 。
进 一 步 需 要 进 行 HU 上 有 关 的 修 饰 作 用 的 文 献 检 索 和 阅 读 , 以 及 生 物 信 息 学 分
析 。

基 本 的 生 物 信 息 学 的 研 究 : 序 列 比 对 , 结 构 预 测 ,HU 可 能 处 于 的
pathway 分 析 , 与 HU 互 作 蛋 白 的 预 测 等 ;
体 外 实 验 :HU 的 表 达 、 纯 化 ;RNA 表 达 量 分 析 ;RT-PCR;pulldown;western
blot;DNA binding 实 验 等 等 。
体 内 功 能 实 验 : 构 建 HU 缺 失 突 变 体 、 点 突 变 体 、HU 过 表 达 突 变 体 ,
与 荧 光 蛋 白 融 合 , 观 察 突 变 体 蓝 藻 细 胞 的 表 型 ; 对 缺 失 突 变 体 和 点 突
变 进 行 rescue 等 实 验 ; 荧 光 免 疫 杂 交 等 实 验 对 HU 进 行 定 位 等 等 。

实 验 室 长 期 从 事 蓝 藻 分 子 生 物 学 研 究 , 形 成 一 套 研 究 蛋 白 功 能 的 成 熟
体 系 和 方 法 ;
实 验 室 完 成 了 对 蓝 藻 Synechococcus sp.PCC 7002 全 基 因 组 的 注 释 ,
为 研 究 HU 功 能 提 供 了 可 靠 的 支 撑 ;
实 验 室 有 用 于 蓝 藻 分 子 生 物 研 究 的 先 进 仪 器 设 备 , 提 供 了 完 备 的 硬 件
支 持 ;

K Drlica and J Rouviere-Yaniv.(1987) Histonelike proteins of
bacteria.Microbiol.Rev 51(3):301.
David E. Pettjohn.(1988) Histone-like Proteins and Bacterial
Chromosome Structure.The Journal Of Biologacal Chemistry
263(26).
Wolfgang R Hess.(2011) Cyanobacterial genomics for
ecology and biotechnology. Current Opinion in
Microbiology,14:608 – 614.
Kerren K.Swinger et al.(2003) Flexible DNA bending in
HU±DNA cocrystal structures. The EMBO JournalVol(22):
3749-3760.
Fusheng Guo, Sankar Adhya.(2007) Spiral structure of
Escherichia coli HU provides foundation for DNA supercoiling.
PNAS (104 ):4309 – 4314

感 谢 罗 老 师 一 个 学 期 以 来 认 真 、 热 情 的 讲 解 和 指 导 ; 希 望
以 后 还 能 得 到 您 的 指 导 和 帮 助 ;
感 谢 小 组 成 员 积 极 参 与 讨 论 、 相 互 启 发 学 习 和 帮 助 ;
感 谢 助 教 郭 羽 同 学 的 帮 助 和 指 导 ;
感 谢 班 级 其 他 同 学 的 相 互 学 习 、 帮 助 ;
希 望 大 家 以 后 还 能 相 互 帮 助 , 祝 大 家 科 研 上 越 走 越 顺 , 身
体 健 康 , 生 活 快 乐 !