【摘要】：在分子生物學(xué)中,常用泛基因組來述在一個進化分支下所有基因的集合。菌種的泛基因組的基因信息通常比單一菌株更為豐富,有助于其遺傳多樣性的研究。傳統(tǒng)泛基因組研究工具主要關(guān)注基因含量,忽略了基因在基因組中的上下文信息;另外,現(xiàn)有可視化工具通常以線性方式對泛基因組進行展示,當(dāng)進行比較的基因組數(shù)量增多時此種方法的展示結(jié)果可讀性較差,且無法便捷地獲取基因的生物學(xué)注釋;此外,現(xiàn)有工具不能實現(xiàn)對數(shù)量龐大且不斷增長的宏基因組測序數(shù)據(jù)進行有效挖掘。為填補泛基因組研究中的這些空缺,本研究開發(fā)了一個泛基因組分析流程,可接受宏基因組組裝序列作為輸入,實現(xiàn)對基因信息及基因間連接關(guān)系的取,并以參考基因組為骨架構(gòu)建泛基因組網(wǎng)絡(luò),最后在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)展示平臺中進行交互式可視化。本研究利用模擬數(shù)據(jù)對該流程的性能進行了評估。將其應(yīng)用于5個大腸桿菌病原菌株的分析,發(fā)現(xiàn)在編碼外膜蛋白的基因簇上,不同菌株的基因序列或基因排列順序不盡相同,在臨床關(guān)心的H抗原和O抗原相關(guān)基因簇中基因多樣性尤為明顯。進一步將其應(yīng)用于760個人腸道微生物宏基因組測序數(shù)據(jù)中,在得到的大腸桿菌泛基因組中,相應(yīng)蛋白的多樣性與5個單菌基因組的泛基因組相似,且更為復(fù)雜。前述兩個泛基因組網(wǎng)絡(luò)的H抗原基因簇中均存在功能未知的基因,預(yù)示其可能具有與該基因簇表達調(diào)控相關(guān)的功能。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)可移動遺傳因子在該泛基因組中的分布十分廣泛,且其存在多具有菌株特異性。相比傳統(tǒng)工具,本研究得到的分析流程能夠更好地組織、呈現(xiàn)泛基因組。首先,把基因間的連接關(guān)系囊括進泛基因組分析,有利于發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變異;同時可對未知功能基因進行定位,進而推測其可能參與的生物學(xué)過程,指導(dǎo)下游的功能驗證實驗設(shè)計。其次,以網(wǎng)絡(luò)圖的方式組織、可視化泛基因組,既可避免冗余信息的反復(fù)出現(xiàn),亦可實現(xiàn)交互式地對泛基因組網(wǎng)絡(luò)上的元素進行搜索、個性化展示及生物學(xué)注釋信息的獲取,可促進新變異的發(fā)現(xiàn)。最后,由于該流程可接受宏基因組組裝序列作為研究起點,豐富了可用于泛基因組研究的數(shù)據(jù)來源,尤其有助于對現(xiàn)有實驗方法難以培養(yǎng)的物種的研究。
【圖文】：

圖 1-1 使用韋恩圖展示不同基因集合的大小[19]gure 1-1 Illustration of sizes of different gene set using Venn diag因組可視化可為分析結(jié)果的解讀、生物學(xué)內(nèi)涵的展單的韋恩圖（Venn diagram）可以對核心基因集、非必基因集大小進行展示，初步呈現(xiàn)所研究物種的遺傳多

圖 1-1 使用韋恩圖展示不同基因集合的大小[19]Figure 1-1 Illustration of sizes of different gene set using Venn diagram恰當(dāng)?shù)姆夯蚪M可視化可為分析結(jié)果的解讀、生物學(xué)內(nèi)涵的展示帶來便利。例如，使用相對簡單的韋恩圖（Venn diagram）可以對核心基因集、非必需基因集及后者中菌株特異性的基因集大小進行展示，，初步呈現(xiàn)所研究物種的遺傳多樣性（圖 1-1）[19]。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q933

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