本文關(guān)鍵詞：高通量序列數(shù)據(jù)生物信息學分析的探索與改進：斑馬魚胚胎發(fā)育轉(zhuǎn)錄組研究和日本血吸蟲Hox基因家族分析

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【摘要】：斑馬魚,因其生長速度快、易于培養(yǎng)而成為研究脊椎動物生長發(fā)育的理想生物模型。以往,依靠基因芯片技術(shù)的轉(zhuǎn)錄組研究因受到其自身技術(shù)原理的限制,很難進行大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄組學分析。隨著深度測序技術(shù)的發(fā)展,基于深度測序技術(shù)的轉(zhuǎn)錄組測定方法逐漸興起。本研究采用SOLiD3測序系統(tǒng)對斑馬魚的9個發(fā)育時期共10個樣本進行了轉(zhuǎn)錄組測序,并通過生物信息學方法,研究斑馬魚轉(zhuǎn)錄組在發(fā)育過程中變化。 我們對斑馬魚9個發(fā)育時期中提取的10個RNA文庫進行RNA測序,共得到的超過30億條測序讀段(Reads)。同時利用斑馬魚Unigene序列文庫,將這些讀段都定位到Unigene參考序列文庫中,最終大約有34.82%的讀段被定位到參考序列上。根據(jù)讀段在Unigene上的定位情況以及代表基因轉(zhuǎn)錄水平的標準化數(shù)據(jù)RPKM方法,測定了Unigene大約89.2%的序列的表達譜。 通過比較相鄰時期的相對表達量數(shù)據(jù)和斑馬魚胚胎發(fā)育各個時期之間基因的表達差異,總共有39,824條序列在胚胎發(fā)育過程中發(fā)生了顯著性的上調(diào)或下調(diào)(p-value=0.001)。進一步的聚類分析(包括Gene Ontology, Pfam, KEGG Pathway)結(jié)果表明,在胚胎發(fā)育的初期(如卵裂期,囊胚期)細胞大量的基因的表達處于關(guān)閉或者低水平表達狀態(tài),只有一些與細胞周期、轉(zhuǎn)錄、DNA/蛋白質(zhì)修飾和基因沉默相關(guān)的基因表現(xiàn)出較高的表達水平,而從原腸胚期開始大量的基因開始表達。此外,根據(jù)聚類分析的結(jié)果展示了斑馬魚胚胎轉(zhuǎn)錄組的動態(tài)改變情況。例如：胚胎的體節(jié)和器官的發(fā)育主要從體節(jié)期開始發(fā)育；從孵化期的60hpf開始斑馬魚胚胎的一些器官和組織就表現(xiàn)出相應功能,特別是神經(jīng)系統(tǒng)。 在第二章,在全基因組水平對日本血吸蟲Hox基因家族進行生物信息學分析。Hox基因擁有特殊的同源框結(jié)構(gòu)域,它是一個在動物中廣泛存在的古老的調(diào)節(jié)體節(jié)發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子。因為其保守和胚胎發(fā)育過程中的重要作用所以在進化和發(fā)育生物學中研究的很多。通過序列相似性和系統(tǒng)進化分析,我們首先發(fā)現(xiàn)了日本血吸蟲含有8個Hox基因,這8個Hox基因分別屬于7個同源系(Hox1, Hox2, Hox3, Hox4, Lox5, Lox4and Post-2)。同時,我們發(fā)現(xiàn)日本血吸蟲中的Hox2和Hox4基因位于基因組上的相鄰位置。此外我們成功的測定了其中4個Hox基因的表達譜。發(fā)現(xiàn)Hox基因在日本血吸蟲中很有可能沒有遵循Hox基因在很多物種中具有的時間線性表達特征。
【關(guān)鍵詞】：斑馬魚 轉(zhuǎn)錄組 深度測序 胚胎發(fā)育 Hox基因 日本血吸蟲
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：Q811.4
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-9
• 縮略詞表9-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 研究目的10
• 1.2 概述10-11
• 1.3 測序平臺數(shù)據(jù)輸出11-12
• 1.4 測序數(shù)據(jù)的基本處理12
• 1.5 讀段定位與表達水平計數(shù)12-13
• 1.6 表達差異分析13-14
• 1.7 聚類分析14-15
• 2 斑馬魚胚胎發(fā)育轉(zhuǎn)錄組生物信息學分析15-44
• 2.1 引言15-17
• 2.2 材料和方法17-24
• 2.2.1 實驗材料17-18
• 2.2.1.1 斑馬魚材料及測序17
• 2.2.1.2 主要儀器設(shè)備17
• 2.2.1.3 生物信息分析軟件數(shù)據(jù)17-18
• 2.2.2 技術(shù)路線和實驗方法18-24
• 2.2.2.1 Unigene文庫冗余估計18-19
• 2.2.2.2 Unigene文庫選擇性剪接估計19-21
• 2.2.2.3 Unigene注釋21
• 2.2.2.4 讀段定位21-22
• 2.2.2.5 轉(zhuǎn)錄本表達定量和表達差異分析22-23
• 2.2.2.6 表達譜平滑化23
• 2.2.2.7 斑馬魚轉(zhuǎn)錄組聚類及熱圖23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-43
• 2.3.1 Unigene文庫評估24-27
• 2.3.2 讀段定位27-28
• 2.3.3 標準化方法比較28-29
• 2.3.4 轉(zhuǎn)錄本表達定量及表達差異分析29-35
• 2.3.4.1 參考序列讀段數(shù)分布統(tǒng)計29-31
• 2.3.4.2 相對表達值計算及顯著性分析31-32
• 2.3.4.3 發(fā)育時期間的差異32-35
• 2.3.5 與斑馬魚芯片表達譜比較35-37
• 2.3.6 斑馬魚轉(zhuǎn)錄組聚類分析37-43
• 2.3.6.1 統(tǒng)計檢驗結(jié)果38-41
• 2.3.6.2 表達趨勢聚類41-43
• 2.4 小結(jié)43-44
• 3 日本血吸蟲Hox基因家族研究44-59
• 3.1 引言44-46
• 3.1.1 Hox基因家族研究概述44-45
• 3.1.2 日本血吸蟲概述45-46
• 3.2 材料和方法46-52
• 3.2.1 實驗材料46-47
• 3.2.1.1 日本血吸蟲總cDNA46-47
• 3.2.2 主要試劑47
• 3.2.3 主要儀器設(shè)備47
• 3.2.4 生物信息分析軟件47-48
• 3.2.5 技術(shù)路線和實驗方法48-52
• 3.2.5.1 Hox基因識別48
• 3.2.5.2 Hox基因系統(tǒng)進化分析48-51
• 3.2.5.3 引物設(shè)計與合成51-52
• 3.2.5.4 Semi-quantitative RT-PCR52
• 3.3 結(jié)果與討論52-57
• 3.3.1 Hox基因家族成員識別52-53
• 3.3.2 Hox基因表達譜測定53-54
• 3.3.3 Hox基因系統(tǒng)進化分析54-57
• 3.4 小結(jié)57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 顧堅磊;周雁;;中國基因組生物信息學回顧與展望[J];中國科學(C輯:生命科學);2008年10期

2 王曦;汪小我;王立坤;馮智星;張學工;;新一代高通量RNA測序數(shù)據(jù)的處理與分析[J];生物化學與生物物理進展;2010年08期

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本文編號：594568