北京林业大学考研难吗(北京林业大学考研难吗?)

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真核生物中的基因大多是含有内含子的断裂基因。转录过程中产生的前体信使RNA（mRNA）要经过剪接体的剪接去除内含子，才能形成成熟的mRNA。RNA剪接的第一步是U1 snRNP识别5’端剪接位点（5’ splice site，5’ss）。该过程是一直被认为是通过碱基互补配对实现的，以AG/GUAAG为最佳组合，一些与之相似的序列也可以被识别，但是+1和+2位的G和U是极其保守的。5’ss的序列变异会导致替代5’ss的出现，这不仅影响到基因的编码序列和功能，也会影响到基因注释的准确性。

近日，北京林业大学生物科学与技术学院高宏波课题组在国际著名的植物学期刊Plant Physiology在线发表了题为“Sequence variations affect the 5’ splice site selection of plant introns”的研究论文，对内含子5’ss的序列识别机制进行了较为深入的分析研究，揭示了一些不为人知的机制和规律。

课题组在分析数据库中叶绿体分裂关键蛋白FtsZ1的序列的时候发现有些植物在FtsZ1的序列保守区有插入和缺失，进一步的分析发现这是由于在这些植物中的一个内含子5’ss是非典型的GC位点，而计算机因为选择了常见的GU位点，导致基因的内含子和外显子预测错误。对拟南芥、水稻、玉米、棉花和月季等多种植物的基因组分析发现，约1%左右的内含子是以GC起始，但这也涉及到上千个基因。

通过对剪接位点不同的碱基进行突变，观察其对剪接位点的识别和剪接效率的影响，并结合分子动力学模拟，课题组发现将+2位突变为A或G时，5’ss的剪接受到严重的影响。因为A和G为嘌呤，大于为嘧啶的C和T，说明空间位阻对5’ss的识别也有重要影响。类似的情形在其他位点的突变实验中也存在，进一步支持了上述观点。通过比较拟南芥基因组中GC内含子和GU内含子的5’ss序列，课题组发现GC内含子对识别序列的保守性要求更高（图1）。这些结果说明碱基配对和空间位阻都在内含子5’ss序列的识别过程中发挥重要作用。

图1. 拟南芥基因组中GT-AG和GC-AG内含子5’ss的 +3到+5位不同序列的频率。图中显示了前20个组合的频率

在内含子的5’ss附近经常会有隐藏的5’ss，它们通常不会被识别。在主要的5’ss突变后，隐藏的5’ss会被识别，这会造成基因的错误剪接。研究发现，如果两个接近的5’ss在竞争力有较大差异的情况下，剪接体只会识别主要的5’ss，这是大多数内含子剪接的情形。在两个接近的5’ss竞争力差异不大的情况下，会导致替代5’ss的出现，进而会导致不同剪接异构体的产生。如果一个内含子的5’ss较弱，内含子则不容易被剪接从而产生滞留。

图2. 序列变异影响内含子5’ss识别和选择的模式图

（A）+2位点突变对剪接效率的影响示意图。突变对剪接的影响取决于碱基的变化，+2位点的突变不仅可能影响与U1 snRNA的碱基配对，还可能造成空间位阻，从而降低U1 snRNP复合物的催化作用。“*”标记了+2位。

（B）碱基变异对剪接效率的影响示意图。各种变异不仅可能影响与U1 snRNA的碱基配对，还可能影响U1 snRNP复合物的结合，从而增加RMSD值，降低剪接效率。突变对剪接的影响取决于其位置、碱基的变化及其数量。

（C）5’端剪接位点的选择机制示意图。剪接位点被简单地分为三类：I类为最强，Ⅱ类为中间，III类为最弱。剪接的情况也被简单地分为三种类型：在类型（1）中，如果两个剪接位点是强的，虽然许多内含子可以很好地剪接，但其中一部分可能有替代的5’端剪接位点。在类型（2）中，如果一个剪接位点不强，但另一个非常弱，弱的剪接位点可能也会导致替代5’端剪接位点的产生。这种情况也可能会在部分转录本中造成内含子滞留。在类型（3）中，一个剪接位点显然比另一个所谓的隐蔽剪接位点强，没有替代的5’端剪接位点能被检测到，这就是大多数内含子的情况。

基于论文中的研究发现，作者提出了一个较为详细的内含子5’ss识别和选择的模型（图2）。该项工作不仅加深了人们对内含子5’ss的序列识别和选择机制的认识，还有利于提高基因注释和预测的准确性。

北京林业大学生物科学与技术学院高宏波教授为该论文的通讯作者。北京林业大学博士研究生程文真为该论文的第一作者。博士研究生洪琮浩在生物信息学分析方面做出了重要的贡献。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金和国家自然科学基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad375

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