發(fā)布時間：2017-05-18 12:09

  本文關(guān)鍵詞：細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育分析新方法及其應(yīng)用的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：細(xì)菌,作為微生物的主要類群之一,與人類社會存在著十分密切的關(guān)系。其中比較受大家關(guān)注的是致病菌對人類健康和生命安全的威脅:隨著人類生活范圍的拓展,許多以前未知的細(xì)菌被發(fā)現(xiàn),成為致病菌的一員;同時,隨著環(huán)境的變化,已知的致病菌為適應(yīng)環(huán)境而發(fā)生變化,產(chǎn)生新的表型。因此,面對致病菌日益嚴(yán)重的威脅,我們有必要開展細(xì)菌進(jìn)化研究,去探究新致病菌或致病菌新表型的產(chǎn)生機(jī)制,從而為病原菌的防控以及治療提供理論基礎(chǔ)。另外,細(xì)菌在自然環(huán)境中幾乎無處不在,目前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并命名的細(xì)菌種類(9000多種)只占整體的一小部分,據(jù)估計地球上分布的細(xì)菌種類在100萬到10億之間。對于細(xì)菌多樣性問題,我們有必要研究它的遺傳基礎(chǔ)和進(jìn)化機(jī)制,進(jìn)而為深入探究生命起源以及進(jìn)化規(guī)律打下基礎(chǔ)。由于基因組攜帶著物種所有的遺傳信息,基于基因組數(shù)據(jù)開展進(jìn)化研究將更能真實(shí)的還原物種的進(jìn)化過程,而目前測序技術(shù)的發(fā)展和普及為我們提供了豐富的細(xì)菌基因組數(shù)據(jù),因此我們可以基于基因組數(shù)據(jù)開展細(xì)菌基因組進(jìn)化研究,這對深入了解細(xì)菌的遺傳和功能特性,以及進(jìn)化機(jī)制有著重要的促進(jìn)作用。細(xì)菌基因組進(jìn)化研究主要分為兩方面的內(nèi)容:系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析,即通過系統(tǒng)發(fā)育學(xué)方法闡述細(xì)菌間的親緣關(guān)系,這在細(xì)菌分類、鑒定以及其它多樣性分析領(lǐng)域都發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用;細(xì)菌基因組動力學(xué)研究,主要是探究細(xì)菌基因組進(jìn)化過程中的各種進(jìn)化事件,比如基因獲得、基因丟失、重組、位點(diǎn)突變、基因水平轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)座等,通過明確這些進(jìn)化事件來還原細(xì)菌基因組的動態(tài)進(jìn)化過程。因此,我將基于這兩方面內(nèi)容開展我的博士研究工作。首先,我們開展系統(tǒng)發(fā)育分析方法的研究。目前系統(tǒng)發(fā)育分析方法可以簡單概括為3類:基于直系同源序列分歧度的系統(tǒng)發(fā)育分析方法,基于基因組特定序列特征分布模式的系統(tǒng)發(fā)育分析方法,基于信息論方法的系統(tǒng)發(fā)育分析方法。這些方法都有著一定的適用范圍,而且本身也存在著一些缺陷,如此引發(fā)了一系列問題。比如,不同系統(tǒng)發(fā)育學(xué)方法在針對同一研究對象時可能得出不同的結(jié)論,這種不一致性阻礙了我們對其進(jìn)化關(guān)系的認(rèn)識。這些問題的一個重要原因是:雖然這些方法的目標(biāo)都是為了獲得一個最能反映物種真實(shí)進(jìn)化歷史的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,但由于使用不同層次的基因組信息來闡述進(jìn)化事件,因而反映的進(jìn)化信息也是片面的,進(jìn)而導(dǎo)致上述方法的各種局限性。在本研究中,我們在已有的認(rèn)識上提出一種新的序列特征——同源子序列,并定義一種新的亞基因水平的進(jìn)化單位——同源子序列家族,通過比較不同菌株間同源子序列家族的分布差異來計算菌株間的進(jìn)化距離,進(jìn)而推斷菌株間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。這種新的系統(tǒng)發(fā)育分析方法被用于重新闡述大腸桿菌和志賀桿菌的進(jìn)化關(guān)系,發(fā)現(xiàn)志賀桿菌具有獨(dú)立起源,且早于大腸桿菌,之后通過趨同進(jìn)化的方式,使得這兩種細(xì)菌在基因組水平和表型水平存在著多種共性,該結(jié)果表明這種系統(tǒng)發(fā)育分析方法具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性。另外,該方法可以用于開展微生物分類學(xué)研究,研究結(jié)果表明在所構(gòu)建的生命之樹上,分支的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與分類單元存在著明確的一致性。因此,該方法將為微生物分類研究提供了新的策略和手段。其次,我選取了三種重要致病菌作為研究對象,并通過基因組測序以及已有的公共數(shù)據(jù)開展基因組動力學(xué)研究,通過重構(gòu)細(xì)菌基因組的動態(tài)進(jìn)化過程,并將這些遺傳變化與表型差異進(jìn)行關(guān)聯(lián)(如毒力增強(qiáng)),來加深對細(xì)菌特性以及進(jìn)化機(jī)制的理解,具體的內(nèi)容如下。布魯氏菌104M疫苗株的比較基因組學(xué)分析:布魯氏菌是一種胞內(nèi)寄生菌,可以引起牛、羊、豬等家畜以及人的布魯氏菌病,對經(jīng)濟(jì)和公共安全是一個重大威脅。目前布魯氏菌病的防控主要是通過接種疫苗,而事實(shí)證明活體疫苗對控制動物感染有著明顯的效果。但目前有關(guān)活體疫苗的減毒機(jī)制不是很清楚。牛種布魯氏菌104M是一個疫苗株,主要用于國內(nèi)牛種布魯氏菌病的防控。我們通過對牛種布魯氏菌疫苗株104M進(jìn)行基因組測序,獲得該疫苗株的全基因組序列;然后開展104M基因組的比較基因組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)了一組可能與104M毒力衰減相關(guān)的基因,這些基因發(fā)生丟失或者突變可能導(dǎo)致104M的毒力減弱;這些基因也為進(jìn)一步的布魯氏菌疫苗株減毒機(jī)制研究提供了潛在的靶標(biāo)。奈瑟氏菌的適應(yīng)性進(jìn)化分析:奈瑟氏菌是一種定植于動物黏膜表面的革蘭氏陰性菌。在已知的14個奈瑟氏種中,僅有兩個種,即腦膜炎奈瑟氏菌和淋病奈瑟氏菌,是致病菌,其它均為非致病菌。到目前為止,有許多關(guān)于這兩種致病菌的比較基因組學(xué)研究,并發(fā)現(xiàn)重組在奈瑟氏菌的適應(yīng)性進(jìn)化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。但是,很少有研究關(guān)注過正選擇對奈瑟氏菌進(jìn)化的影響。我們通過探究攜帶有重組信號和正選擇信號的基因來闡述這兩種進(jìn)化機(jī)制在奈瑟氏菌適應(yīng)性進(jìn)化過程中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)奈瑟氏菌經(jīng)歷過高頻率的重組事件,而且涉及重組的基因沒有功能偏性;而攜帶有正選擇信號的基因,其功能與重組以及離子代謝相關(guān),是奈瑟氏菌為適應(yīng)變化而做出的改變。嗜麥芽菌全基因組動力學(xué)分析:嗜麥芽菌是一種重要的臨床病原體,在全世界范圍內(nèi)流行;另外,嗜麥芽菌也廣泛存在于自然環(huán)境中。一系列分子分型結(jié)果表明嗜麥芽菌具有非常高的遺傳多樣性,但導(dǎo)致其遺傳多樣性的遺傳機(jī)制目前不是很清楚。我們使用目前所有的公共的嗜麥芽菌基因組數(shù)據(jù),在基因組水平重新闡述嗜麥芽菌的遺傳多樣性以及探究導(dǎo)致這種多樣性的遺傳機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn)重組對嗜麥芽菌遺傳多樣性的貢獻(xiàn)最多,基因獲得和基因丟失次之,正選擇貢獻(xiàn)最少�；谶@個角度,我們可以得到嗜麥芽菌種進(jìn)化過程的一個全視角,對深入理解嗜麥芽菌的基因組動力學(xué)有著很好的促進(jìn)作用。
【關(guān)鍵詞】：細(xì)菌 進(jìn)化 基因組動力學(xué) 系統(tǒng)發(fā)育
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q93
【目錄】：

• 英文縮寫詞匯表7-8
• 菌屬中英文對照表8-9
• 摘要9-12
• Abstract12-15
• 第一章 前言15-22
• 1 細(xì)菌基因組進(jìn)化研究的意義15-17
• 2 細(xì)菌基因組進(jìn)化研究現(xiàn)狀17-20
• 2.1 系統(tǒng)發(fā)育分析17-18
• 2.2 基因組動力學(xué)18-20
• 3 論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)20-22
• 3.1 論文研究內(nèi)容20-21
• 3.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 第二章 基于同源子序列的細(xì)菌基因組進(jìn)化研究22-58
• 1 一種基于同源子序列的系統(tǒng)發(fā)育分析方法22-35
• 1.1 概述22-24
• 1.2 同源子序列的定義24
• 1.3 同源子序列家族的構(gòu)建24-26
• 1.4 材料和方法26-27
• 1.4.1 數(shù)據(jù)集26
• 1.4.2 系統(tǒng)發(fā)育分析26
• 1.4.3 bootstrap值計算26-27
• 1.5 結(jié)果27-34
• 1.5.1 HSF的基本信息27-28
• 1.5.2 基于同源子序列的遠(yuǎn)源物種系統(tǒng)發(fā)育分析28-33
• 1.5.3 基于同源子序列的近源物種系統(tǒng)發(fā)育分析33-34
• 1.6 討論和結(jié)論34-35
• 2 基于同源子序列的大腸桿菌和志賀桿菌基因組進(jìn)化研究35-49
• 2.1 概述35-36
• 2.2 材料和方法36-39
• 2.2.1 數(shù)據(jù)集36-38
• 2.2.2 HSF的獲取38
• 2.2.3 基于HSF的系統(tǒng)發(fā)育分析38-39
• 2.2.4 bootstrap值的計算39
• 2.3 結(jié)果39-48
• 2.3.1 HSF的分布情況39-41
• 2.3.2 基于HSF的基因組進(jìn)化分析41-43
• 2.3.3 兩種進(jìn)化模式43-46
• 2.3.4 系統(tǒng)分群的特異HSF以及特征基因46-48
• 2.4 討論和結(jié)論48-49
• 3 基于同源子序列的基因融合/裂解進(jìn)化事件研究49-58
• 3.1 概述49-50
• 3.2 材料和方法50
• 3.3 結(jié)果50-57
• 3.4 討論和結(jié)論57-58
• 第三章 三種重要病原菌基因組動力學(xué)研究58-91
• 1 牛布魯氏菌疫苗株 104M的比較基因組學(xué)分析58-69
• 1.1 概述58
• 1.2 材料和方法58-60
• 1.2.1 樣本提取和鑒定58-59
• 1.2.2 基因組測序、拼接和注釋59-60
• 1.2.3 比較基因組學(xué)分析60
• 1.3 結(jié)果60-68
• 1.3.1 基因組特征60-63
• 1.3.2 減毒株與毒株間的基因組差異63
• 1.3.3 與毒力相關(guān)的基因丟失63-65
• 1.3.4 牛種布魯氏菌 104M和S19間存在不同的減毒機(jī)制65-66
• 1.3.5 與毒力相關(guān)的基因突變66-68
• 1.4 討論68-69
• 2 奈瑟氏菌的適應(yīng)性進(jìn)化分析69-77
• 2.1 概述69-70
• 2.2 材料和方法70-71
• 2.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備70
• 2.2.2 序列特征計算70
• 2.2.3 重組探測70-71
• 2.2.4 正選擇探測71
• 2.2.5 統(tǒng)計檢驗(yàn)71
• 2.3 結(jié)果71-77
• 2.3.1 直系同源基因71-74
• 2.3.2 重組探測74-75
• 2.3.3 正選擇探測75-77
• 2.4 討論77
• 3 嗜麥芽菌的全基因組動力學(xué)分析77-91
• 3.1 概述77-78
• 3.2 材料和方法78-80
• 3.2.1 基因組數(shù)據(jù)以及序列比對78-79
• 3.2.2 構(gòu)建同源基因家族79
• 3.2.3 系統(tǒng)發(fā)育分析79
• 3.2.4 祖先基因組重構(gòu)79-80
• 3.2.5 重組探測80
• 3.2.6 選擇探測80
• 3.2.7 統(tǒng)計分析80
• 3.3 結(jié)果80-87
• 3.3.1 嗜麥芽菌基因組的基本特征80
• 3.3.2 嗜麥芽菌種具有明顯的開放基因組80-82
• 3.3.3 嗜麥芽菌基因組功能多樣性分析82-83
• 3.3.4 嗜麥芽菌的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系83-84
• 3.3.5 嗜麥芽菌進(jìn)化過程中的基因流動分析84-85
• 3.3.6 嗜麥芽菌基因組重組分析85-86
• 3.3.7 嗜麥芽菌基因組正選擇分析86-87
• 3.4 討論87-91
• 第四章 總結(jié)91-92
• 參考文獻(xiàn)92-106
• 附錄106-111
• 附錄一176種生物的基本信息106-111
• 綜述111-120
• 參考文獻(xiàn)117-120
• 致謝120-121
• 個人簡歷121-

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3 韓如e，

本文編號：376008