本文關(guān)鍵詞： 脊椎動物 串接復制 比較基因組學 共線性　出處：《西南大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：基因復制是物種進化的一個基本過程�；蚩梢酝ㄟ^全基因組復制、串接復制、片段復制及基因轉(zhuǎn)座等方式產(chǎn)生兩個或多個拷貝。復制基因為生物體適應外部環(huán)境提供了大量的遺傳物質(zhì),這些新產(chǎn)生的基因會經(jīng)歷新功能化、亞功能化或者去功能化的不同命運。所以說,基因復制是基因組進化最主要的驅(qū)動力之一,是產(chǎn)生新功能基因和進化出新物種的重要過程。在上述各種復制方式中,串接復制和全基因組復制是兩種主要的復制形式。雖然已有大量的研究探討了動植物不同類群中的全基因組復制事件,但迄今為止,對串接復制基因的研究大多集中在個別的串接復制基因或者家族,而缺乏在全基因組水平上的認識。隨著基因組數(shù)據(jù)的不斷積累,比較基因組學作為一種重要的工具學科目前己經(jīng)成為研究生物基因組最主要的手段之一。根據(jù)序列相似性和位置關(guān)系確定出各物種復制基因的類型和數(shù)目,通過比較基因組學分析,將不同類群物種的串接復制基因進行比較,有助于確定串接復制基因的產(chǎn)生與物種適應性進化之間的關(guān)系。因此,本研究全面分析了以下23種不同進化地位脊椎動物的串接復制基因:人,大猩猩,猩猩,小鼠,大鼠,豚鼠,原雞,火雞,斑胸草雀,安樂蜥,非洲爪蟾,腔棘魚,斑點雀鱔,斑馬魚,墨西哥脂鯉,斑點叉尾洶,南方鲇,新月魚,三刺棘魚,青溕,尼羅羅非魚,黑青斑河渶,紅鰭東方渶,比較了各物種之間串接復制基因種類和數(shù)目的異同,以尼羅羅非魚和南方鲇為例分析了串接復制基因的功能及組織表達模式,并對一些典型的串接復制基因做了進一步分析,得到以下結(jié)果:從數(shù)據(jù)庫獲取23種脊椎動物的基因注釋信息,去掉長度小于25個氨基酸的基因注釋,分別獲取每個基因所對應最長的氨基酸序列以及各物種基因的染色體定位信息。使用Blast+工具和MCScan X分別進行序列比對及共線性分析,將各物種基因分為以下五種類型:Singleton(單拷貝基因);WGD/segmental(在共線性區(qū)域的共線性基因);tandem(串接復制基因);proximal(同一染色體附近但不相鄰的復制基因);dispersed(其它復制基因)。23種脊椎動物的串接復制基因占全部基因數(shù)的平均比例為10.6%,占全部復制基因數(shù)的平均比例為13.5%。在哺乳動物中,兩者的比例分別為15.3%和19.9%;鳥類為7.7%和10.1%;魚類為8.7%和10.8%。哺乳動物中,小鼠的串接復制基因最多,共4833個;魚類中,斑馬魚的串接復制基因最多,共3955個。串接復制基因所形成的基因簇中,含有2個串接復制基因的基因簇比例最高,從小鼠的55.7%到紅鰭東方渶的87.1%不等。在多數(shù)的脊椎動物中,嗅覺受體(Or,olfactory receptor)和原鈣粘連素(Pcdh,protocadherin)基因均串接復制了10次以上(含10次)。有意思的是,角蛋白(Krt,keratin)基因只在四足動物中普遍串接復制了10次以上,而在魚類中則是晶狀體蛋白(Crygm,crystallin gamma)基因。其他串接復制了10次以上的基因并沒有一定的規(guī)律,如微量胺相關(guān)受體(Taar,trace amine associated receptor)和趨化因子受體(Cxcr,c-c chemokine receptor)基因均只在四足類和魚類的部分類群發(fā)生了10次以上的串接復制。上述結(jié)果表明,串接復制基因的數(shù)目和類型可能與類群或物種對環(huán)境的適應性相關(guān)。根據(jù)序列的相似性,本研究將23種脊椎動物的串接復制基因分成了2045個不同的基因家族。韋恩圖顯示遺傳距離越近的物種具有越多共同的串接復制基因家族,表明串接復制基因并不是完全隨機的,可以在一定程度上反映物種的進化關(guān)系。GO富集分析顯示真骨魚類共同的串接復制基因與四足動物共同的串接復制基因在生物過程和分子功能上并不完全相同,真骨魚類擁有更多具有應對刺激和信號傳導功能的串接復制基因。基于羅非魚成魚的8個組織和南方鲇的11個組織轉(zhuǎn)錄組的分析發(fā)現(xiàn),大多數(shù)的串接復制基因都表達在具有免疫功能的器官,如鰓、脾臟、腎臟以及頭腎等。此外,在腦、肝臟等組織中呈現(xiàn)出特異性的表達模式。說明串接復制基因?qū)τ谖锓N適應外界環(huán)境是必不可少的,一方面幫助物種提升基本的生命活動能力,另一方面提高免疫以及應對外界刺激的能力。本研究還對一些典型的串接復制基因進行了具體分析。脊椎動物共同的串接復制基因Hox基因簇與DMRT1/2/3基因簇的共線性都具有一定的保守性,兩者在物種身體發(fā)育和生殖活動中扮演著重要的角色。硬骨魚共同的串接復制基因簇cldn10和olfm4可能參與到魚類在水環(huán)境中的免疫活動,這兩類串接復制的產(chǎn)生分別發(fā)生在真骨魚特有的基因組復制(TSGD)事件的前后,從而導致前者串接復制基因之間的序列相似性明顯低于后者,說明復制發(fā)生時間的早晚與序列的變異程度有直接的關(guān)系。對于物種特異的串接復制基因簇fbxw12(F-box and WD repeat domain containing 12)和ZPC(zona pellucida C)對物種的生殖和代謝調(diào)節(jié)等活動具有重要作用。說明串接復制基因的確為物種應對外界環(huán)境的變化提供了豐富的遺傳物質(zhì)基礎。本研究為全面理解串接復制基因的進化和功能提供了新的視角,為厘清基因復制與脊椎動物進化之間的關(guān)系提供了新的思路。特定串接復制基因的篩選為研究脊椎動物應對環(huán)境壓力的適應性進化提供了研究基礎。
[Abstract]:Gene replication is one of the most important methods of genome evolution , which is one of the most important methods of genome evolution . In most vertebrates , the number and type of the tandem replication genes were as follows : Singleton ( single copy gene ) , WGD / segmental ( colinear gene in the common linear region ) , and ( other replication genes ) . In addition , the series replication gene cluster cldn10 and olfm4 play an important role in the reproductive and metabolic regulation of species . The study also provides a new way for species to adapt to external environment . The research provides a new way for the species specific tandem replication gene cluster fbxw12 ( F - box and WD repeat domain containing 12 ) and ZPC (

【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q953

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1 載毅;;昆蟲的耐藥性與復制基因[J];世界研究與開發(fā)報導;1987年08期

2 陳冰;;復雜, 越來越復雜[J];知識就是力量;2006年01期

3 ;ISAAA信息[J];中國生物工程雜志;2011年11期

4 ;未來人類[J];山東農(nóng)業(yè);1999年09期

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本文編號：1540507