本文關(guān)鍵詞：藍藻基因組結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控模式的生物信息學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 基因組 非編碼RNA 進化 調(diào)控 脅迫應(yīng)答

【摘要】：藍藻是現(xiàn)今已知的最古老、最簡單的一類微生物。由于藍藻基因組較小,所以對其基因組結(jié)構(gòu)與功能進行研究可以更容易和更快地獲得比較完整的信息,而這些信息能夠被應(yīng)用于藥物生產(chǎn)、疫苗開發(fā)和疾病防治。非編碼小RNA(sRNA)參與調(diào)控多種生物學(xué)過程,例如轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、染色體復(fù)制、RNA加工與修飾以及蛋白質(zhì)翻譯與降解。對藍藻sRNA的研究可以讓我們深入了解藍藻細胞復(fù)雜的調(diào)控機制,對于制作RNA干擾片段用于基因沉默實驗、揭示人類胚胎發(fā)育以及抑制腫瘤等方面具有重要意義。藍藻能夠主動適應(yīng)不同的環(huán)境,也能夠?qū)χ車纳鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。pH作為一種重要的環(huán)境信號,它能影響藍藻的生理過程和毒素合成,對其酸應(yīng)答調(diào)控機制的研究可以為抗生素的研制提供理論基礎(chǔ)。本文從藍藻菌株的基因組入手,采用生物信息學(xué)方法和工具,首先系統(tǒng)地分析了最新測序的藍藻基因組結(jié)構(gòu),解釋其重要基因和蛋白質(zhì)的功能,然后著重探討了藍藻sRNA的結(jié)構(gòu)、功能和調(diào)控模式,最后構(gòu)建了藍藻對酸脅迫的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),并分析了藍藻細胞的酸脅迫應(yīng)答機制。本文主要包括以下三部分內(nèi)容:1.Synechococcus PCC7336基因組結(jié)構(gòu)解析。我們通過構(gòu)建本地比對數(shù)據(jù)庫和本地注釋數(shù)據(jù)庫,對已測序的藍藻菌株Synechococcus PCC7336進行解析。首先預(yù)測了該菌株基因組上編碼基因的個數(shù)、GC含量和偏移率、核心RNA基因數(shù)量和常見的重復(fù)序列,并通過與藍藻其他菌株相關(guān)數(shù)據(jù)對比來顯示出Synechococcus PCC7336的差異性。接著,分析和歸納了該菌株參與光合作用、信號傳導(dǎo)和調(diào)控代謝的基因功能。最后,基于16S rRNA構(gòu)建進化樹,結(jié)果顯示Synechococcus PCC7336在進化過程中與聚球藻其他菌株的差異較大,推測Synechococcus PCC7336是聚球藻屬一個獨立的分支。2.非編碼RNA及基因島的功能研究。藍藻非編碼RNA Yfr家族到目前為止已發(fā)現(xiàn)20個成員,但相關(guān)研究報道甚少。我們著重以Yfr1和Yfr7為研究對象。通過序列比對,我們首先發(fā)現(xiàn)了Yfr1和Yfr7都有一段非常保守的區(qū)域,具有獨立的啟動子和終止子。它們的二級結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)莖-環(huán)-莖的排列方式。然后,以經(jīng)典的Waterman算法并結(jié)合雜交能量來預(yù)測Yfr7所調(diào)控的目標(biāo)基因,并闡述了這些基因的細胞分布、分子功能和參與的生物學(xué)過程。接著,對Yfr1和Yfr7作進化分析,結(jié)果顯示它們都與藍藻菌株種類和生活環(huán)境有關(guān)。同時,我們也對Yfr家族的其他成員做了概括性的分析和總結(jié)。最后,我們預(yù)測出Synechocystis PCC6803所含有的11個基因島的具體位置,并根據(jù)實際作用對這些基因島進行了分類。3.低酸環(huán)境下藍藻基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。我們首先從大腸桿菌、乳球菌和沙門氏菌中收集與酸脅迫應(yīng)答相關(guān)的基因并將它們映射到Synechocystis PCC6803基因組上,構(gòu)建含有85個基因的初始模板。然后利用基因簇排列特點、全局性調(diào)控子、蛋白質(zhì)相互關(guān)系和基因系統(tǒng)發(fā)育譜關(guān)系對初始模板進行了擴展,構(gòu)建出一個含有264個基因的完整模板,并根據(jù)功能將它們分為6類。隨后我們對基因做富集分析,并結(jié)合已有文獻證實預(yù)測結(jié)果的可靠性,并繪制出基因之間的連接關(guān)系圖。最后我們總結(jié)出Synechocystis PCC6803在低酸應(yīng)答時細胞調(diào)控的主要步驟和模型。研究結(jié)果表明,一些基因的產(chǎn)物能參與多條代謝反應(yīng)。我們采用生物信息學(xué)方法,以個體為單位,從序列、結(jié)構(gòu)到進化、調(diào)控等多角度和多層次對藍藻菌株進行了解析,得到了許多有用的信息,同時也填補了一些國內(nèi)外的研究空白。藍藻在生物燃料、綠色肥料和食品生產(chǎn)等多個方面都具有重要意義,我們的研究能夠為藍藻在經(jīng)濟生產(chǎn)和生態(tài)保護等領(lǐng)域提供指導(dǎo)價值。
【關(guān)鍵詞】：基因組 非編碼RNA 進化 調(diào)控 脅迫應(yīng)答
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q943.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 研究工作的背景與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-22
• 1.2.1 藍藻基因組結(jié)構(gòu)研究13-17
• 1.2.2 藍藻非編碼RNA研究17-18
• 1.2.3 藍藻環(huán)境脅迫應(yīng)答研究18-22
• 1.3 相關(guān)生物信息學(xué)工具概述22-27
• 1.4 本文的主要貢獻與創(chuàng)新27-28
• 1.5 本論文的結(jié)構(gòu)安排28-30
• 第二章 藍藻新菌株基因組結(jié)構(gòu)解析30-45
• 2.1 引言30
• 2.2 材料和方法30-32
• 2.2.1 材料30
• 2.2.2 基因組基本信息分析30-31
• 2.2.3 本地比對數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建31
• 2.2.4 本地注釋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建31-32
• 2.2.5 次級代謝調(diào)控路徑分析32
• 2.2.6 進化樹的構(gòu)建32
• 2.3 結(jié)果32-44
• 2.3.1 Synechococcus PCC7336的基因組序列特征32-34
• 2.3.2 蛋白質(zhì)編碼基因的功能34-42
• 2.3.3 同源蛋白功能及分類42
• 2.3.4 進化分析42-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 第三章 藍藻非編碼RNA及基因島研究45-62
• 3.1 引言45-46
• 3.2 材料和方法46-48
• 3.2.1 材料46
• 3.2.2 序列提取46
• 3.2.3 功能研究46-48
• 3.2.4 進化樹的構(gòu)建48
• 3.2.5 基因島的預(yù)測48
• 3.3 結(jié)果48-61
• 3.3.1 Yfr1的生物學(xué)特征48-50
• 3.3.2 Yfr7的生物學(xué)特征50-57
• 3.3.3 Yfr家族其他成員57-58
• 3.3.4 基因島的功能分析58-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第四章 酸環(huán)境下藍藻基因調(diào)控機制的研究62-79
• 4.1 引言62-63
• 4.2 材料和方法63-65
• 4.2.1 材料63
• 4.2.2 初始模板的構(gòu)建63
• 4.2.3 模板擴展63-64
• 4.2.4 預(yù)測基因的驗證64
• 4.2.5 基因網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建64-65
• 4.3 結(jié)果65-77
• 4.3.1 已知功能基因的映射65-67
• 4.3.2 基于操縱子特征的模板擴展67-68
• 4.3.3 基于 σ38的模板擴展68-70
• 4.3.4 基于蛋白質(zhì)相互關(guān)系的模板擴展70-73
• 4.3.5 基于基因系統(tǒng)發(fā)育譜的模板擴展73-74
• 4.3.6 預(yù)測基因的檢驗74-75
• 4.3.7 酸應(yīng)答調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建75-76
• 4.3.8 酸環(huán)境下Synechocystis PCC6803基因的調(diào)控機制76-77
• 4.4 本章小結(jié)77-79
• 第五章 總結(jié)與展望79-84
• 5.1 總結(jié)79-83
• 5.1.1 藍藻基因組79-81
• 5.1.2 藍藻非編碼RNA81-82
• 5.1.3 藍藻對環(huán)境脅迫的應(yīng)答82-83
• 5.2 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-98
• 攻讀博士學(xué)位期間研究成果98-99

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1 劉光清;云濤;倪征;張玉穎;;兔病毒性出血癥病毒基因組結(jié)構(gòu)與功能研究進展[J];Virologica Sinica;2006年02期

2 ;海葵兼具動植物特性[J];發(fā)明與創(chuàng)新(大科技);2014年06期

3 ;比較基因組學(xué)揭示哺乳動物基因組脆性區(qū)域產(chǎn)生與消亡的過程[J];生物醫(yī)學(xué)工程與臨床;2011年01期

4 曲士綿,彭學(xué)賢,莽克強;大麥條紋花葉病毒新疆株3'端基因組的克隆及分析[J];病毒學(xué)報;1988年03期

5 王亞輝;基因組結(jié)構(gòu)和遺傳語言[J];中國科學(xué)基金;1994年03期

6 鄭君芳,陳文峰,劉桂榮,隋新華,朱萬孚,陳文新,Randal N.Johnston,劉樹林;根瘤菌基因組結(jié)構(gòu)的多樣性及其與系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系[J];微生物學(xué)通報;2003年04期

7 蘆銀華,華修國,崔立,談國蕾,許立華,黃偉堅,陳德勝,陳溥言;感染性豬圓環(huán)病毒2型基因組DNA的分子克隆[J];中國病毒學(xué);2003年04期

8 范進江;薄新文;鐘發(fā)剛;;牛病毒性腹瀉病毒基因組結(jié)構(gòu)與蛋白功能研究進展[J];動物醫(yī)學(xué)進展;2008年05期

9 郭海濤,張珈敏,胡遠揚;蟑螂濃核病毒全核苷酸序列與基因組結(jié)構(gòu)[J];科學(xué)通報;2000年10期

10 呂宗吉,涂長春,余興龍;豬瘟病毒基因組結(jié)構(gòu)與功能的研究進展[J];廣東畜牧獸醫(yī)科技;2001年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 孫現(xiàn)超;安德榮;青玲;楊水英;;大麥條紋花葉病毒基因組結(jié)構(gòu)和功能研究進展[A];中國植物病理學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

2 聶慶華;曾華;雷明明;張細權(quán);;雞ghrelin基因組結(jié)構(gòu)研究及全基因單核苷酸多態(tài)性分析[A];中國的遺傳學(xué)研究——中國遺傳學(xué)會第七次代表大會暨學(xué)術(shù)討論會論文摘要匯編[C];2003年

3 張輝;唐青海;劉長明;;豬圓環(huán)病毒基因組復(fù)制機制的研究進展[A];中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會家畜傳染病學(xué)分會第八屆全國會員代表大會暨第十五次學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2013年

4 方常鳴;徐永華;;一個新的人類極性蛋白基因ASIP的cDNA序列、基因組結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄拼接異構(gòu)體[A];中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)會第八屆會員代表大會暨全國學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2001年

5 徐來祥;張知彬;;逆轉(zhuǎn)座子在生物遺傳多樣性中的作用[A];野生動物生態(tài)與管理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2001年

6 盧福浩;唐順明;沈興家;王娜;趙巧玲;張國政;郭錫杰;;家蠶孵化酶樣基因的克隆及其基因組結(jié)構(gòu)和卵期表達分析[A];華東六省一市生物化學(xué)與分子生物學(xué)會2008年學(xué)術(shù)交流會論文摘要匯編[C];2008年

7 李博;江錫兵;王澤亮;張志毅;;毛白楊基因組內(nèi)轉(zhuǎn)錄區(qū)域遺傳雜合水平估算[A];第六屆全國林木遺傳育種大會論文集[C];2008年

8 王福賓;;基因組光學(xué)圖譜技術(shù)的應(yīng)用[A];第四屆全國微生物基因組學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2012年

9 仲妍妍;李昂;王壽昆;王光瑛;;番鴨全血基因組DNA的提取與克隆[A];福建省科協(xié)第六屆學(xué)術(shù)年會衛(wèi)星會議“增強科技創(chuàng)新能力，促進優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)發(fā)展”研討會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 方福德;基因組測定 破解生命奧秘里程碑[N];人民日報;2000年

2 編譯 阿勝　(欣華);HIV基因組結(jié)構(gòu)成功破譯[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2009年

3 毛文波;全球合力成功破譯楊樹基因組序列[N];科技日報;2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 李益;藍藻基因組結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控模式的生物信息學(xué)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 陸楓;真核生物基因組結(jié)構(gòu)自動注釋系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2006年

3 尤翠平;不同倍性魚線粒體全基因組及肝臟轉(zhuǎn)錄組中線粒體相關(guān)基因分析[D];湖南師范大學(xué);2012年

4 吳承春;侵染匧頭的病毒種類鑒定及其部分病毒序列基因組特性分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 齊飛;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的基因組結(jié)構(gòu)變異檢測研究[D];北京化工大學(xué);2015年

2 林常有;鴨MHCⅠ類分子cDNA克隆及其基因組結(jié)構(gòu)[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

3 林彭;幾種基因組評估方法選擇效率的比較研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

4 陳衛(wèi)紅;鴨IL-8 cDNA克隆與基因組結(jié)構(gòu)分析及其重組蛋白的表達[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

5 胡團軍;鵝MHC classⅠcDNA克隆、基因組結(jié)構(gòu)、等位基因多態(tài)性分析[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

6 王偉;不同品種馬基因組拷貝數(shù)變異研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

7 王雙寅;基因組三維結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理、結(jié)構(gòu)預(yù)測和功能分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

8 宿英;利用全基因組拷貝數(shù)變異關(guān)聯(lián)分析鑒別豬疝氣易感基因[D];江西農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

9 羅俊;豬繁殖與呼吸綜合征病毒的分離鑒定及全基因組的測序與分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

10 李旭;新城疫病毒長春株結(jié)構(gòu)基因的克隆、表達及全基因組克隆研究[D];吉林大學(xué);2007年

，

本文編號：658233