本文關(guān)鍵詞：產(chǎn)電菌電子傳遞相關(guān)基因通路的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)作為新型綠色能源,可以幫助我們解決環(huán)境問題和能源危機,但其過低的產(chǎn)電效率限制了它的應(yīng)用,而產(chǎn)電菌產(chǎn)電的能力與胞外電子傳遞通路密切相關(guān)。研究產(chǎn)電微生物胞外電子傳遞過程與分子機制,發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)電效率相關(guān)的關(guān)鍵基因、通路和代謝物,是微生物燃料電池研究中的關(guān)鍵技術(shù)。產(chǎn)電菌Shewanella oneidensis MR-1(以下簡稱S. oneidensis MR-1)具有產(chǎn)電效率高以及能夠利用多種電子受體等優(yōu)點,主要通過細胞色素蛋白以直接傳遞的方式進行胞外電子傳遞,是研究MFC的重要模式生物之一。本文通過研究S. oneidensis MR-1全基因組以及細胞色素C相關(guān)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),對不同條件下的胞外電子傳遞通路(extracellular electron transfer, EET)中蛋白的編碼基因表達情況進行分析,并通過基因表達數(shù)據(jù)分析的方法研究特異性條件下胞外電子傳遞的基因調(diào)控通路,在基因調(diào)控層面上探索其胞外電子轉(zhuǎn)移的機制,促進微生物系統(tǒng)生物學(xué)的研究。為了發(fā)現(xiàn)在胞外電子傳遞過程中起到關(guān)鍵作用的基因以及通路,首先利用比較基因組學(xué)的方法,以模式微生物大腸桿菌和四個同屬希瓦氏菌的其他菌株為參考基因組,構(gòu)建了包含95個轉(zhuǎn)錄因子、1298個靶基因和2703對調(diào)控關(guān)系的S. oneidensis MR-1的全基因組基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò),擴展了目前已知的基因調(diào)控關(guān)系,為后面的工作奠定了基礎(chǔ)。然后從STRING數(shù)據(jù)庫中查詢S. oneidensis MR-1的41個細胞色素蛋白的相互作用蛋白,從DOOR數(shù)據(jù)庫中查詢這些蛋白編碼基因處于同一操縱子的其它基因,以這些細胞色素相關(guān)基因為靶基因在全基因組的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中進行匹配得到調(diào)控關(guān)系,從而構(gòu)建了與胞外電子傳遞直接傳遞密切相關(guān)的細胞色素相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)由21個轉(zhuǎn)錄因子、306個靶基因和671對調(diào)控關(guān)系組成。從GEO數(shù)據(jù)庫中下載S. oneidensis MR-1的基因表達數(shù)據(jù)集并從中篩選出合適條件的數(shù)據(jù)集,分析了在這些數(shù)據(jù)集對應(yīng)的特異性條件下胞外電子傳遞通路中蛋白編碼基因的表達情況。本文中對四種特異性條件進行了詳細的分析,分別是不同培養(yǎng)基質(zhì)的條件、不同電子受體的條件、鐵還原的條件和hnoC缺失型菌株的條件,通過表達譜分析了這些條件下胞外電子傳遞的可能通路。在乳酸為培養(yǎng)基質(zhì)的環(huán)境中,以電極為電子受體時,基因表達數(shù)據(jù)表明可能選擇CymA-CctA(FccA)-MtrABC-OmcA或CymA-DmsEF-OmcA的EET通路,而在以檸檬酸三鐵為電子受體時,可能選擇CymA-CctA (FccA)-MtrDE-SO4360-OmcA的EET通路。最后以不同培養(yǎng)基質(zhì)這一條件為例,對數(shù)據(jù)集GSE25821進行差異表達分析,得到表達上調(diào)基因和表達下調(diào)基因,結(jié)合細胞色素C相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建了上調(diào)基因?qū)?yīng)的實驗組培養(yǎng)條件下的EET基因通路與下調(diào)基因?qū)?yīng)的對照組培養(yǎng)條件下的EET基因通路。通過這種方法可以獲得特異性條件下的EET相關(guān)的基因調(diào)控通路,研究特異性條件下胞外電子傳遞的關(guān)鍵基因和關(guān)鍵通路。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 產(chǎn)電微生物 胞外電子傳遞 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 基因表達數(shù)據(jù)分析
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q78
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 能源和環(huán)境危機11
• 1.1.2 微生物燃料電池11-13
• 1.1.3 產(chǎn)電微生物13-14
• 1.2 胞外電子傳遞和細胞色素C14-18
• 1.2.1 胞外電子傳遞14-16
• 1.2.2 細胞色素C16-17
• 1.2.3 胞外電子傳遞通路17-18
• 1.3 微生物的基因表達調(diào)控18-20
• 1.3.1 中心法則18-19
• 1.3.2 基因表達與調(diào)控19-20
• 1.4 論文主要工作20-23
• 1.4.1 研究內(nèi)容和意義20-21
• 1.4.2 論文框架21-23
• 第二章 基因表達譜分析23-43
• 2.1 基因芯片與基因表達數(shù)據(jù)23-33
• 2.1.1 基因芯片23-25
• 2.1.2 基因表達數(shù)據(jù)25-28
• 2.1.3 S.oneidensis MR-1基因表達數(shù)據(jù)集介紹28-30
• 2.1.4 非基因序列探針分析30-32
• 2.1.5 同一操縱子中基因的表達分析32-33
• 2.2 基因表達數(shù)據(jù)分析的一般方法33-40
• 2.2.1 R語言平臺和Bioconductor包33-35
• 2.2.2 基因表達數(shù)據(jù)的預(yù)處理35-36
• 2.2.3 表達差異的顯著性分析36-37
• 2.2.4 基因的共表達分析37-38
• 2.2.5 基因表達譜聚類分析38-39
• 2.2.6 基于基因表達譜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究39-40
• 2.3 針對S.oneidensis MR-1基因表達數(shù)據(jù)分析40-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第三章 S.oneidensis MR-1轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)43-54
• 3.1 全基因組的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)43-47
• 3.1.1 轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的含義43
• 3.1.2 S.oneidensis MR-1轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀43-44
• 3.1.3 網(wǎng)絡(luò)分析工具Cytoscape44
• 3.1.4 重構(gòu)S.oneidensis MR-1全基因組的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)44-47
• 3.2 細胞色素C相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)47-53
• 3.2.1 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法47-48
• 3.2.2 細胞色素C相關(guān)基因的數(shù)據(jù)48-51
• 3.2.3 相關(guān)基因調(diào)控關(guān)系的確定51
• 3.2.4 結(jié)果和討論51-53
• 3.3 本章小結(jié)53-54
• 第四章 條件特異性EET通路分析54-73
• 4.1 與EET相關(guān)的特異性條件和基因表達數(shù)據(jù)54-55
• 4.2 EET通路55
• 4.3 條件特異性的EET通路的基因表達55-63
• 4.3.1 不同培養(yǎng)基質(zhì)條件下通路基因表達情況56-58
• 4.3.2 不同電子受體條件下通路的基因表達58-60
• 4.3.3 鐵還原條件下通路的基因表達60-62
• 4.3.4 hnoC缺失型條件下通路的基因表達62-63
• 4.4 基于基因表達數(shù)據(jù)分析的方法構(gòu)建條件特異的EET基因通路63-71
• 4.4.1 研究方法63
• 4.4.2 基因表達數(shù)據(jù)分析63-68
• 4.4.3 特異性條件下EET基因通路68-71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 第五章 總結(jié)和展望73-75
• 5.1 論文總結(jié)73-74
• 5.2 展望74-75
• 附錄Ⅰ S.oneidensis MR-1中的細胞色素C75-77
• 附錄Ⅱ GEO數(shù)據(jù)庫中S.oneidensis MR-1數(shù)據(jù)集77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-86
• 作者簡介86

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