基因融合和裂變事件是基因結(jié)構(gòu)進化的關(guān)鍵機制,對于研究基因的形成和進化以及預測蛋白質(zhì)間的相互作用非常重要。該過程發(fā)生在編碼序列上時,對蛋白結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生可見的影響,導致功能的損壞。由于基因融合具有多種用途,如診斷標記,預測指示器,隨著越來越多基因組被完全測序,檢測到的基因融合逐漸增加,基因融合分析已被用于鑒定原核生物和真核生物(如酵母和果蠅)的蛋白質(zhì)之間的功能聯(lián)系。近年來,大量更為準確的探測方法涌現(xiàn),但是目前對根瘤菌中的基因融合和分裂的頻率以及發(fā)生規(guī)律的分析存在巨大的空白。本研究利用最新的基因融合分析方法對完全測序的總共111株根瘤菌的726,984條蛋白質(zhì)序列中的基因融合和分裂事件進行探測,基于探測結(jié)果預測了互作蛋白,以及研究了融合基因、分裂基因與功能聯(lián)系,并結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育譜方法分析了互作蛋白的共進化情況。本研究檢測出77,689個基因融合或分裂結(jié)果,并且基因融合事件(78%)顯著多于基因分裂事件(34%),說明根瘤菌基因組中蛋白質(zhì)的功能在不斷復雜化和多樣化。另外,根瘤菌基因組中有些功能的基因更趨于發(fā)生融合或分裂�；跈z測得到的基因融合和分裂的結(jié)果,我們進一步預測了它們對應的蛋白質(zhì)互作關(guān)系,結(jié)果表明預測的互作蛋白質(zhì)中大部分(81.63%)屬于相同的代謝通路,因此存在功能相關(guān)性并且發(fā)現(xiàn)大部分互作的蛋白是獨立進化的,因此基因融合和分裂對于根瘤菌基因組功能的進化具有非常重要的影響。這是第一次通過基因融合分析方法探究根瘤菌中的基因融合和分裂事件。本研究所得到根瘤菌中基因融合和分裂的結(jié)果有助于推進根瘤菌共生能力進化的研究。而且可通過其他實驗方法對預測的互作蛋白進行進一步證實,從而加強完善根瘤菌信息并推進根瘤菌進化歷程的分析。
【學位單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：Q933
【部分圖文】：

圖 1-1A 上：融合基因的例子�；蚣易� 3 是由基因家族 1 和基因家族 2 的融合進化而來。因家族 3 的序列部分比對上基因家族 1 和基因家族 2 的序列。B）復合基因家族的相似性網(wǎng)絡（）以及它的組成基因相似性網(wǎng)絡（綠色和紫色）。MosaicFinder 軟件只能探測到頂端的情況即基因形成一個真正的團體（互相之間都相似），而 CompositeSearch 軟件頂端和底部的情況都測到。Figure 1-1．A) Top: Example of a composite gene. Gene family 3 evolved from a compositemilies 1 and 2. Bottom: Sequences from family 3 partially align with sequences from families 1 an) Similarity network of a composite gene family (red) and its component gene families (green rple). MosaicFinder will detetc only the top case where composite genes form a clique, wheompositeSearch detetcs composite gene families forming a clique (top) or quasi-clique (bottom)..5 研究目的根瘤菌中的染色體包含了幾乎所有的基本的管家基因，包括基本的代謝功能(如、翻譯、DNA 復制和能量代謝)，所有這些都是細胞維持生命所需要的。質(zhì)粒調(diào)種細胞代謝功能以促進共生活動，使宿主根瘤菌能夠在不同的環(huán)境生存，甚至在條件下生存(Guo, Xet al. 2003; Lagares, Aet al. 2014)。根瘤-豆科植物共生體系是生氮中效率最高的，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。因此由于根瘤菌在農(nóng)學上的重

第三章 結(jié)果與分析3.1 復合基因為了探索根瘤菌中的基因融合事件，從 NCBI 數(shù)據(jù)庫下載了 111 株根瘤菌基因組，其跨越 10 個屬 2 大綱（ 變形菌綱：Sinorhizobium、Rhizobium、MesorhBradyrhizobium、Ochrobactrum、Azorhizobium、Methylobacterium、Microvirga，菌綱：Paraburkholderia、Cupriavidus）（圖 3-1）,包含 726984 條蛋白質(zhì)序列。合事件的檢測是利用最近發(fā)表的具有高效、精確性的 CompositeSearch CompositeSearch 軟件一共檢測出 77655（10.1%）個復合基因及其 163177 個組每個融合基因由兩個或三個以上出現(xiàn)在不同物種的蛋白質(zhì)融合成，或者被分裂或三個以上出現(xiàn)在不同物種的蛋白質(zhì)，這些復合基因聚成 4426 個基因家族，比基因組里的基因數(shù)與預測出的復合(composite)基因證實了之前的觀察（圖 3-2個基因組里的復合基因數(shù)與該基因組里的基因數(shù)是成比例的（約等于 10%）。融合蛋白中的組分蛋白常被預測互作，這個發(fā)現(xiàn)引發(fā)了關(guān)于通過基因融合分析蛋白互作的進化問題。

圖 3-2 各個基因組中的檢測到的復合基因數(shù)。不同顏色代表不同的屬。A: Distribution of number of composite genes in each genome. The color represents each genus..2 基于進化分析對復合基因進行分類檢測出的每一個 composite 基因代表了不同的事件，他們在所有根瘤菌中的存在況是對 77655 個事件分類的關(guān)鍵�；趯ふ胰诤匣蜻^程中產(chǎn)生的 BLAST 結(jié)果以它們的進化歷史可以將其分類為進化過程中的唯一分裂、融合事件或者多重分裂、合事件。進行分類時最重要的一點是可靠的系統(tǒng)發(fā)育樹的利用。本研究中所分析的因組的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系呈現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)育樹上，該進化樹是基于最大似然法利用6srDNA 序列構(gòu)建的。最終系統(tǒng)進化樹的簡化版本結(jié)合最大簡約法被用來對檢測出的分裂、融合事件進分類。圖 3-3 展示說明了一些檢測出的 composite 事件的分類示例，圖 3A 代表的是 類 唯 一 融 合 事 件 （ 代 表 蛋 白 ： succinate-semialdehyde dehydrogenase ，P_028203938.1）,該事件發(fā)生在 變形菌綱內(nèi)，而且特別的是，在 Mesorhizobium 屬進化期間發(fā)生融合。3B 代表的是唯一分裂事件（代表蛋白質(zhì)：amidohydrolase,
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳丹明,曾昭海,隋新華,胡耀高,陳文新;紫花苜蓿高效共生根瘤菌的篩選[J];草業(yè)科學;2002年06期

本文編號：2881745