發(fā)布時間：2017-05-15 17:09

  本文關(guān)鍵詞：與棉纖維發(fā)育相關(guān)的EST生物信息學(xué)分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 棉花作為纖維的重要來源,是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物,在世界經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用.隨著測序技術(shù)和生物信息學(xué)的快速發(fā)展,GenBank等重要分子生物數(shù)據(jù)庫中登陸的序列呈指數(shù)增長,截至2007年4月,NCBI、EMBL和DDBJ3大數(shù)據(jù)庫收錄的核酸序列已經(jīng)達(dá)到67,218,344條,共計71,292,211,453堿基對,其中棉花EST有281,233條,利用生物信息學(xué)手段對棉纖維發(fā)育相關(guān)的EST進(jìn)行大規(guī)模分析顯得日益重要.本實驗利用138,086條與棉纖維發(fā)育相關(guān)的ESTs進(jìn)行生物信息學(xué)研究,開發(fā)新標(biāo)記和功能分析,為加密遺傳圖譜、基因定位、發(fā)掘新基因、比較基因組、基因網(wǎng)絡(luò)分析和分子進(jìn)化奠定堅實的基礎(chǔ). 為了在棉花中開發(fā)EST-SSR功能性標(biāo)記,利用生物信息學(xué)方法對NCBI網(wǎng)上公開的63485條雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii Ulbrich)ESTs序列進(jìn)行EST-SSRs特征分析.剔除冗余序列,得到非冗余序列58906條.在非冗余序列中發(fā)現(xiàn)含不同重復(fù)基元SSRs的EST序列有2620條,共2818個EST-SSRs,EST-SSRs序列的頻率是4.45%,平均相隔14.8kb出現(xiàn)一個SSR.在1-6bp的重復(fù)基元中,三核苷酸重復(fù)基元的SSRs出現(xiàn)頻率最高(38.31%),其次是二核苷酸(24.09%)、單核苷酸(23.35%).統(tǒng)計所有的重復(fù)基元類型,所占比例最大的是A/T(18.67%),其次是AT/TA(14.83%).在復(fù)合型(Compound)中發(fā)現(xiàn)三核苷酸串聯(lián)三核苷酸的重復(fù)基元出現(xiàn)頻率最高,為48.65%.利用Prime 3軟件,設(shè)計了1554對EST-SSRs引物,應(yīng)用這些引物對我室四倍體作圖親本陸地棉TM-1和海島棉海7124進(jìn)行多態(tài)性檢測,其中744對有多態(tài)性,多態(tài)性頻率為47.9%.這些EST-SSRs已有效用于不同棉種間的分布特征比較及染色體定位等方面研究. 對來自A組、D組和AD組的12個棉纖維發(fā)育時期混合cDNA文庫的138,086條ESTs序列進(jìn)行不同棉種間EST序列同源性比較,其中A組(G.arboreum,7-10dpa)39,117條、D組(G.raimondii,-3 to 3dpa)32,316條和AD組(G.hirsutum,10個文庫,覆蓋-3-25dpa)66,653條,通過同一種內(nèi)EST序列拼接分析,分別得到A、D和AD三個棉種的Unigenes16,100條、11,912條和14,307條,共42,319unigenes.經(jīng)過對不同基因組間的Unigenes序列相似性分析,得到七個集合(D∩(?)∩(?)、AD∩(?)∩(?)、A∩D∩AD、A∩D∩(?)、A∩AD∩(?)、A∩(?)∩(?)和D∩AD∩(?))的相似序列,分別對A組和D組間共有而在AD組間沒有相似性(A∩D∩(?))的序列937條,A組和AD組間有而在D組間沒有的(A∩AD∩(?))2,717條,D組和AD組間有而在A組間沒有的(D∩AD∩(?))2188條,三個組間相似性高的序列(A∩D∩AD)共有2441條。D組獨有(D∩(?)∩(?))的6346,A組獨有(A∩(?)∩(?))的7996和AD組獨有的(AD∩(?)∩(?))4467條Unigenes進(jìn)行了功能注釋和代謝分析.結(jié)果表明: (1) A組、D組和AD組間不同關(guān)系(D∩(?)∩(?)、AD∩(?)∩(?)、A∩D∩AD、A∩D∩(?)、A∩AD∩(?)、A∩(?)∩(?)和D∩AD∩(?)七個集合)的相似性序列進(jìn)行功能分類分成生物進(jìn)程(Biologicat Process)、細(xì)胞組分(Cellular Component)和分子功能(Molecular Function)3個類型.在同一功能類型不同集合中所占比例最大的前兩種功能基本相同,生物進(jìn)程中所占比例最大的是cellulaur process,其次是metabolicprocess;細(xì)胞組分中所占比例最大的是cell/cell part,其次是organelle;分子功能中所占比例最大的兩個是catalytic activity和binding,即在棉纖維發(fā)育進(jìn)程中,具有催化活性的基因在不同棉種中均發(fā)揮著重要作用. (2)對A、D、AD基因組七個集合27,092條相似性序列進(jìn)行功能和代謝分析.功能分析表明,13,845條功能已知,13,247條未知功能.利用KEGG數(shù)據(jù)庫進(jìn)一步對已知功能的13,845條序列進(jìn)行代謝分析,2,543條Unigenes有代謝途徑,其中能量和碳水化合物代謝最多(1607,63.19%),其次是氨基酸代謝(718,28.23%).在已知功能的13,845條序列中與棉纖維發(fā)育相關(guān)的重要基因如膨脹素、纖維素舍酶、蔗糖合酶、UDP、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶、蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白、MYB家族和液泡H+-ATPases(V-ATPase)都存在.通過對D(D_5)基因組和AD(A_2D_5)基因組間的與棉纖維發(fā)育相關(guān)的Unigenes功能分析發(fā)現(xiàn),D組38.86%((2188+2441)/11912)的Unigenes與AD組中的Unigenes具有相同的功能.說明在D基因組和AD基因組中在棉纖維起始發(fā)育階段有很多相似的表達(dá)基因,盡管D基因組的種子上只有短絨沒有生產(chǎn)上可利用的纖維,但D基因組和AD基因組在轉(zhuǎn)錄水平上的高同源性表明D基因組蘊(yùn)含著決定纖維發(fā)育的基因.A基因組和AD基因組間有5158條Unigenes有相似性.5158條序列中有847(16.42%)條序列有代謝途徑.在代謝方面主要以碳水化合物和能量代謝與氨基酸代謝為主.對A基因組(7 to10dpa)和D基因組(-3 to 3dpa)中3378條相似性序列進(jìn)行代謝和功能分析,2916條序列有功能,748條序列在KEGG數(shù)據(jù)庫中找到代謝途徑.通過分析A、D基因組間的相似序列來源說明上述基因在纖維啟動和伸長階段均在表達(dá). (3)四倍體AD基因組與二倍體A和D基因組的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較發(fā)現(xiàn)有4522(31.61%,A∩D∩AD)Unigenes在A和D基因組共同表達(dá),表明這些基因是來源比較保守的祖先基因,它們并合到四倍體AD基因組中仍然轉(zhuǎn)錄,發(fā)揮相應(yīng)的功能及參與相應(yīng)的代謝進(jìn)程.在A∩AD∩D中有2717(18.99%)Unigenes在A基因組中找到相似序列而在D基因組中沒有,說明這些Unigenes僅在纖維發(fā)育伸長階段表達(dá)或在A和A_T基因組�；磉_(dá);在D∩AD∩(?)中有2601(18.18%)條Unigenes在D基因組中找到相似序列而在A基因組中沒有,說明這些Unigenes僅在纖維起始階段特異表達(dá)或在D和D_T基因組專化表達(dá);而在AD∩(?)A∩(?)中有4467(31.22%)Unigenes在A和D基因組中均未找到相似序列,是AD基因組中特有的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,可能是由于多倍化后產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,進(jìn)而在功能上發(fā)生了變化. (4)通過A和D基因組相互比較發(fā)現(xiàn)A基因組有4797(29.77%)Unigenes在D基因組中有相似序列,D基因組在A基因組中有3378(28.36%)Unigenes存在相似性,表明相似Unigenes在纖維發(fā)育起始階段和伸長期均表達(dá).在A和D基因組中沒有相似性的序列分別是11303(70.20%)和8534(71.64%),進(jìn)一步說明這些Unigenes是不同纖維發(fā)育期特異表達(dá)的或基因組�；磉_(dá)的基因. 生物信息學(xué)分析結(jié)果為進(jìn)一步研究棉纖維的發(fā)育,闡明不同棉種間纖維發(fā)育關(guān)系,進(jìn)而為改良棉纖維品質(zhì)奠定基礎(chǔ).
【關(guān)鍵詞】：生物信息 EST 功能分析 相似性 代謝 Unigene
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：S562
【目錄】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-13
• 第一部分 文獻(xiàn)綜述13-39
• 第一章 生物信息學(xué)概述13-30
• 1.生物信息學(xué)產(chǎn)生的背景13-15
• 2.生物信息學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用15-30
• 2.1 相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展15-16
• 2.2 分子生物信息數(shù)據(jù)庫16-24
• 2.2.1 基因組數(shù)據(jù)庫18
• 2.2.2 序列數(shù)據(jù)庫18-21
• 2.2.2.1 核酸序列數(shù)據(jù)庫19-20
• 2.2.2.2 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫20-21
• 2.2.3 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫21-22
• 2.2.4 二次數(shù)據(jù)庫22
• 2.2.5 其他數(shù)據(jù)庫22-24
• 2.3 生物信息數(shù)據(jù)分析工具24-27
• 2.4 生物信息學(xué)的應(yīng)用27-30
• 第二章 與棉纖維發(fā)育相關(guān)的ESTs研究進(jìn)展30-38
• 1.EST概述30-35
• 1.1 EST基本概念30
• 1.2 EST的獲取30-31
• 1.3 EST數(shù)據(jù)庫31-32
• 1.4 EST生物信息學(xué)分析32-35
• 1.4.1 ESTs與基因識別33
• 1.4.2 ESTs與基因圖譜的繪制33
• 1.4.3 ESTs與基因預(yù)測33
• 1.4.4 ESTs與SNPs33-34
• 1.4.5 利用ESTs大規(guī)模分析基因表達(dá)水平34-35
• 1.4.6 用于分子標(biāo)記的開發(fā)35
• 2.棉纖維發(fā)育相關(guān)的ESTs研究進(jìn)展35-38
• 2.1 基因克隆35
• 2.2 基因注釋和功能分析35-37
• 2.3 EST-SSR新標(biāo)記的開發(fā)與遺傳圖譜的構(gòu)建37-38
• 本研究的目的與意義38-39
• 第二部分 研究報告39-63
• 第三章 雷蒙德氏棉EST-SSRs分布特征及開發(fā)與利用39-46
• 1.材料和方法40-41
• 1.1 EST序列來源40
• 1.2 EST—SSRs的開發(fā)40
• 1.3 EST—SSRs的引物開發(fā)40-41
• 1.4 DNA提取、SSR擴(kuò)增和電泳41
• 2.結(jié)果和討論41-46
• 2.1 源于雷蒙德氏棉ESTs的SSRs發(fā)掘41-42
• 2.2 雷蒙德氏棉EST—SSRs的分布特征42-44
• 2.3 雷蒙德氏棉EST—SSRs標(biāo)記開發(fā)及其在海、陸四倍體栽培棉種間的多態(tài)性44-46
• 第四章 與棉纖維發(fā)育相關(guān)的ESTs組裝與功能分析46-63
• 1.材料與方法47-49
• 1.1 EST序列來源47
• 1.2 Unigenes的發(fā)掘47
• 1.3 序列間的相似性分析47
• 1.4 相似性序列功能注釋47-49
• 2.結(jié)果49-59
• 2.1 Unigenes的獲得49-50
• 2.2 不同基因組間Unigenes序列相似性分析50-51
• 2.3 27092 Unigenes功能注釋51-53
• 2.4 27092 Unigenes代謝分析53-54
• 2.5 A、D、AD基因組間相似性序列代謝分析54-57
• 2.6 三個基因組間共有的相似序列功能和代謝分析57-58
• 2.7 D組和AD組間相似性Unigenes功能和代謝分析58-59
• 2.8 A組和AD組間相似性Unigenes功能和代謝分析59
• 2.9 A組和D組間相似性Unigenes功能和代謝分析59
• 3.討論59-63
• 3.1 不同基因組間ESTs的功能表達(dá)59-61
• 3.1.1 D基因組和AD基因組間功能EST的表達(dá)59-61
• 3.1.2 A基因組和D基因組不同文庫間的功能ESTs表達(dá)61
• 3.1.3 A基因組和AD基因組不同文庫間的功能ESTs表達(dá)61
• 3.2 與棉纖維發(fā)育相關(guān)的ESTs代謝分析61-63
• 全文結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-78
• 附錄78-140
• 本試驗中用的程序腳本140-149
• 1.提取序列腳本140-143
• 2.格式轉(zhuǎn)換143-144
• 3.發(fā)掘SSR后的結(jié)果處理144-146
• 4.統(tǒng)計序列長度和GC含量146-148
• 5.提取PRIMER3結(jié)果的相關(guān)信息148-149
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表和待發(fā)表的論文149-150
• 致謝150

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本文編號：368351