本文關(guān)鍵詞： 脊椎動(dòng)物 串接復(fù)制 比較基因組學(xué) 共線性　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：基因復(fù)制是物種進(jìn)化的一個(gè)基本過程�；蚩梢酝ㄟ^全基因組復(fù)制、串接復(fù)制、片段復(fù)制及基因轉(zhuǎn)座等方式產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)拷貝。復(fù)制基因?yàn)樯矬w適應(yīng)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(huì)經(jīng)歷新功能化、亞功能化或者去功能化的不同命運(yùn)。所以說,基因復(fù)制是基因組進(jìn)化最主要的驅(qū)動(dòng)力之一,是產(chǎn)生新功能基因和進(jìn)化出新物種的重要過程。在上述各種復(fù)制方式中,串接復(fù)制和全基因組復(fù)制是兩種主要的復(fù)制形式。雖然已有大量的研究探討了動(dòng)植物不同類群中的全基因組復(fù)制事件,但迄今為止,對(duì)串接復(fù)制基因的研究大多集中在個(gè)別的串接復(fù)制基因或者家族,而缺乏在全基因組水平上的認(rèn)識(shí)。隨著基因組數(shù)據(jù)的不斷積累,比較基因組學(xué)作為一種重要的工具學(xué)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(fù)制基因的類型和數(shù)目,通過比較基因組學(xué)分析,將不同類群物種的串接復(fù)制基因進(jìn)行比較,有助于確定串接復(fù)制基因的產(chǎn)生與物種適應(yīng)性進(jìn)化之間的關(guān)系。因此,本研究全面分析了以下23種不同進(jìn)化地位脊椎動(dòng)物的串接復(fù)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(diǎn)雀鱔,斑馬魚,墨西哥脂鯉,斑點(diǎn)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(fù)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(fù)制基因的功能及組織表達(dá)模式,并對(duì)一些典型的串接復(fù)制基因做了進(jìn)一步分析,得到以下結(jié)果:從數(shù)據(jù)庫獲取23種脊椎動(dòng)物的基因注釋信息,去掉長(zhǎng)度小于25個(gè)氨基酸的基因注釋,分別獲取每個(gè)基因所對(duì)應(yīng)最長(zhǎng)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(jìn)行序列比對(duì)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(fù)制基因);proximal(同一染色體附近但不相鄰的復(fù)制基因);dispersed(其它復(fù)制基因)。23種脊椎動(dòng)物的串接復(fù)制基因占全部基因數(shù)的平均比例為10.6%,占全部復(fù)制基因數(shù)的平均比例為13.5%。在哺乳動(dòng)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(dòng)物中,小鼠的串接復(fù)制基因最多,共4833個(gè);魚類中,斑馬魚的串接復(fù)制基因最多,共3955個(gè)。串接復(fù)制基因所形成的基因簇中,含有2個(gè)串接復(fù)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(dòng)物中,嗅覺受體(Or,olfactory receptor)和原鈣粘連素(Pcdh,protocadherin)基因均串接復(fù)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(dòng)物中普遍串接復(fù)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(fù)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(fù)制。上述結(jié)果表明,串接復(fù)制基因的數(shù)目和類型可能與類群或物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性相關(guān)。根據(jù)序列的相似性,本研究將23種脊椎動(dòng)物的串接復(fù)制基因分成了2045個(gè)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(fù)制基因家族,表明串接復(fù)制基因并不是完全隨機(jī)的,可以在一定程度上反映物種的進(jìn)化關(guān)系。GO富集分析顯示真骨魚類共同的串接復(fù)制基因與四足動(dòng)物共同的串接復(fù)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(yīng)對(duì)刺激和信號(hào)傳導(dǎo)功能的串接復(fù)制基因。基于羅非魚成魚的8個(gè)組織和南方鲇的11個(gè)組織轉(zhuǎn)錄組的分析發(fā)現(xiàn),大多數(shù)的串接復(fù)制基因都表達(dá)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(dá)模式。說明串接復(fù)制基因?qū)τ谖锓N適應(yīng)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(dòng)能力,另一方面提高免疫以及應(yīng)對(duì)外界刺激的能力。本研究還對(duì)一些典型的串接復(fù)制基因進(jìn)行了具體分析。脊椎動(dòng)物共同的串接復(fù)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(dòng)中扮演著重要的角色。硬骨魚共同的串接復(fù)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(dòng),這兩類串接復(fù)制的產(chǎn)生分別發(fā)生在真骨魚特有的基因組復(fù)制(TSGD)事件的前后,從而導(dǎo)致前者串接復(fù)制基因之間的序列相似性明顯低于后者,說明復(fù)制發(fā)生時(shí)間的早晚與序列的變異程度有直接的關(guān)系。對(duì)于物種特異的串接復(fù)制基因簇fbxw12(F-box and WD repeat domain containing 12)和ZPC(zona pellucida C)對(duì)物種的生殖和代謝調(diào)節(jié)等活動(dòng)具有重要作用。說明串接復(fù)制基因的確為物種應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的變化提供了豐富的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究為全面理解串接復(fù)制基因的進(jìn)化和功能提供了新的視角,為厘清基因復(fù)制與脊椎動(dòng)物進(jìn)化之間的關(guān)系提供了新的思路。特定串接復(fù)制基因的篩選為研究脊椎動(dòng)物應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力的適應(yīng)性進(jìn)化提供了研究基礎(chǔ)。
[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(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q953

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2 陳冰;;復(fù)雜, 越來越復(fù)雜[J];知識(shí)就是力量;2006年01期

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本文編號(hào)：1540507