本文關(guān)鍵詞：F-box基因在動(dòng)物中的進(jìn)化和群體遺傳學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： F-box基因 進(jìn)化 線蟲屬 靈長(zhǎng)總目 單核苷酸多態(tài)性

【摘要】：泛素 蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system,UPS)是特異性降解蛋白的主要途徑,參與了眾多的細(xì)胞代謝過程。決定該系統(tǒng)中待降解蛋白特異性的是E3連接酶,其中研究較多的是SCF(SKP1 CUL1 F-box)復(fù)合體。該復(fù)合體中F-box蛋白是接頭蛋白,負(fù)責(zé)特異性識(shí)別底物。F-box蛋白的共同特征是包含相對(duì)保守的F-box結(jié)構(gòu)域。F-box基因的數(shù)目種間差別極大,從數(shù)十到上千。對(duì)F-box基因數(shù)目變化及其機(jī)制、結(jié)構(gòu)和功能分化、選擇壓力模式的研究,利于深入了解基因組的進(jìn)化,也為F-box蛋白的功能研究奠定基礎(chǔ)。本論文主要研究了F-box基因在靈長(zhǎng)總目和新桿狀線蟲屬中的數(shù)目變化及其機(jī)制、結(jié)構(gòu)和功能分化,以及E3和FBXO32基因分別在人和牛群體中的基因多樣性。主要研究結(jié)果如下:第一部分:基于系統(tǒng)發(fā)育分析和自然選擇檢測(cè)等方法,研究了靈長(zhǎng)總目進(jìn)化過程中F-box基因的數(shù)目變化和所經(jīng)歷的選擇壓力模式。結(jié)果表明:(1)進(jìn)化過程中,F-box基因發(fā)生了種系特異性地增加或丟失,致使研究所涉及的8個(gè)現(xiàn)存物種的F-box基因數(shù)目從66到81不等;(2)串聯(lián)重復(fù)和半逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座引起的F-box基因增加的方式均有發(fā)現(xiàn),F-box結(jié)構(gòu)域的突變是F-box基因數(shù)目減少的主要原因;(3)一些F-box蛋白識(shí)別底物的結(jié)構(gòu)域內(nèi)出現(xiàn)了正選擇位點(diǎn)。結(jié)論:(1)在靈長(zhǎng)總目的進(jìn)化過程中F-box基因的擴(kuò)張和縮減使其數(shù)目維持相對(duì)平衡,符合基因家族進(jìn)化的生與死模型(birth-and-death model);(2)F-box蛋白發(fā)生了種系特異性的適應(yīng)性進(jìn)化。第二部分:基于比較基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)分析等方法,研究了新桿狀線蟲屬F-box基因數(shù)目的種間差異及變化機(jī)制,探討了重復(fù)基因的基因結(jié)構(gòu)分歧和功能分化。結(jié)果表明:(1)新桿狀線蟲屬的5個(gè)物種間F-box基因數(shù)目差異極大,從數(shù)十到數(shù)千,且主要通過串聯(lián)重復(fù)方式產(chǎn)生;(2)一些F-box基因重復(fù)產(chǎn)生的拷貝在F-box結(jié)構(gòu)域發(fā)生了較大的變異;(3)導(dǎo)致重復(fù)基因的結(jié)構(gòu)分化的機(jī)制主要有:外顯子/內(nèi)含子數(shù)目的增減、外顯子化/假外顯子化、外顯子內(nèi)序列的插入和缺失、編碼區(qū)序列的突變和內(nèi)含子序列的顯著加長(zhǎng);(4)Caenorhabditis elegans(C.elegans)和Caenorhabditis briggsae(C.briggsae)的并系同源組內(nèi)的F-box基因的時(shí)期特異性表達(dá)模式發(fā)生了分化。結(jié)論:(1)多種基因結(jié)構(gòu)分化機(jī)制共同導(dǎo)致了F-box重復(fù)基因結(jié)構(gòu)的分化;(2)C.elegans和C.briggsae的F-box基因通過不同的發(fā)育階段特異性表達(dá)模式發(fā)生了功能分化。第三部分:采用千人基因組計(jì)劃數(shù)據(jù)研究了多個(gè)群體的E3基因的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)和進(jìn)化過程中受到的選擇壓力。結(jié)果表明:(1)非洲群體的E3基因的單核苷酸多態(tài)性顯著高于其他大洲的群體;(2)E3的結(jié)構(gòu)域受到了非常強(qiáng)的負(fù)選擇壓力,尤其是與靶蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。結(jié)論:E3基因與靶蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)域在整條序列中最為保守。第四部分:采用DNA測(cè)序和限制性酶切片段多樣性的實(shí)驗(yàn)方法,研究了7個(gè)牛群體的FBXO32的單核苷酸多態(tài)性以及對(duì)確定的SNP與生長(zhǎng)性狀進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明:(1)發(fā)現(xiàn)了4個(gè)新的SNP(ss411628932、ss411628934、ss411628935和ss411628936);(2)關(guān)聯(lián)分析表明ss411628932和ss411628936位點(diǎn)均與南陽牛的24月齡的體斜長(zhǎng)發(fā)育顯著相關(guān)(P-value㩳0.05);(3)4個(gè)位點(diǎn)的SNP頻率構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹表明7個(gè)牛群體的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近與地理距離遠(yuǎn)近一致。結(jié)論:(1)FBXO32的外顯子3和內(nèi)含子10之間可能存在重組熱點(diǎn);(2)位點(diǎn)ss411628932和ss411628936可以作為牛育種的基因組標(biāo)記;(3)地理隔離影響了群體間基因交流。綜上所述,本論文綜合利用比較基因組學(xué)、系統(tǒng)發(fā)育、選擇壓力、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法對(duì)靈長(zhǎng)總目和新桿狀線蟲屬進(jìn)化過程中,F-box基因數(shù)目變化及機(jī)制、所受選擇壓力模式、重復(fù)基因結(jié)構(gòu)和功能的分化做了系統(tǒng)的研究。另外,用實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的方法研究了F-box基因家族成員之一的FBXO32的SNP以及其對(duì)功能的影響。本論文為F-box基因的起源、進(jìn)化和功能的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),同時(shí)也為其它基因家族進(jìn)化的研究提供了新思路。
【關(guān)鍵詞】：F-box基因 進(jìn)化 線蟲屬 靈長(zhǎng)總目 單核苷酸多態(tài)性
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q953
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-23
• 1.1 泛素 蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin proteasome system,UPS）11-17
• 1.1.1 泛素化信號(hào)通路11-12
• 1.1.2 E3的種類12-14
• 1.1.3 F-box蛋白的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.1.4 F-box蛋白的分布15
• 1.1.5 F-box蛋白的功能15-17
• 1.2 重復(fù)基因的分子進(jìn)化機(jī)制17-23
• 1.2.1 基因重復(fù)在基因組進(jìn)化中的重要作用17-18
• 1.2.2 重復(fù)基因的產(chǎn)生方式18-19
• 1.2.3 重復(fù)基因的分化方式19-23
• 第二章 靈長(zhǎng)總目中F-box基因家族的進(jìn)化23-35
• 2.1 材料和方法23-25
• 2.1.1 靈長(zhǎng)總目的8個(gè)基因組中F-box基因的識(shí)別23
• 2.1.2 系統(tǒng)發(fā)育分析23
• 2.1.3 基因獲得與丟失事件及其機(jī)制23-24
• 2.1.4 選擇壓力分析24-25
• 2.2 結(jié)果與分析25-32
• 2.2.1 F-box蛋白及其結(jié)構(gòu)域組成的確定25
• 2.2.2 直系同源組的劃分25-27
• 2.2.3 F-box基因數(shù)目的變異和其機(jī)制27-30
• 2.2.4 直系同源基因的序列分歧和區(qū)域、種系特異性的正選擇30-31
• 2.2.5 單個(gè)位點(diǎn)的分子適應(yīng)性進(jìn)化及其對(duì)功能的影響31-32
• 2.3 討論32-35
• 2.3.1 F-box基因數(shù)目的進(jìn)化保守性和變異32-33
• 2.3.2 F-box蛋白C端結(jié)構(gòu)域經(jīng)歷了適應(yīng)性正選擇33-34
• 2.3.3 動(dòng)植物中F-box基因的比較34-35
• 第三章 線蟲屬F-box基因家族的進(jìn)化35-47
• 3.1 材料和方法35-36
• 3.1.1 數(shù)據(jù)下載35
• 3.1.2 線蟲屬的基因組中F-box基因和所含結(jié)構(gòu)域的預(yù)測(cè)35
• 3.1.3 F-box基因同源關(guān)系的確定35
• 3.1.4 F-box基因數(shù)目的變異及其機(jī)理的確定35-36
• 3.1.5 F-box并系同源基因結(jié)構(gòu)的分化36
• 3.1.6 F-box基因功能的分化36
• 3.2 結(jié)果與分析36-44
• 3.2.1 線蟲屬中F-box基因的預(yù)測(cè)和蛋白結(jié)構(gòu)域的確定36-37
• 3.2.2 F-box基因并系同源組和直系同源組的確定37-39
• 3.2.3 新桿狀線蟲屬進(jìn)化過程中F-box基因數(shù)目變化及其機(jī)制39-40
• 3.2.4 F-box基因并系同源基因的基因結(jié)構(gòu)分化40
• 3.2.5 F-box基因功能的分化40-44
• 3.3 討論44-47
• 3.3.1 新桿線蟲屬中F-box基因識(shí)別方法的評(píng)估44
• 3.3.2 F-box基因數(shù)目在物種內(nèi)和物種間的劇烈變化44-45
• 3.3.3 新桿狀線蟲屬F-box基因結(jié)構(gòu)和功能的分化45-47
• 第四章 人類E3泛素連接酶的群體遺傳學(xué)研究47-57
• 4.1 材料和方法47-49
• 4.1.1 人類基因組中E3泛素連接酶基因的預(yù)測(cè)和搜集47
• 4.1.2 人類群體中E3基因包含的SNP數(shù)據(jù)的獲得47
• 4.1.3 E3基因所受選擇壓力的分析47-49
• 4.2 結(jié)果與分析49-55
• 4.2.1 人類基因組中E3基因的數(shù)目和所包含的結(jié)構(gòu)域49
• 4.2.2 人類群體中E3基因包含的SNP數(shù)目和分布49-51
• 4.2.3 E3基因所受自然選擇壓力的分析51-55
• 4.3 討論55-57
• 4.3.1 亞群間E3基因的單核苷酸多樣性的差異55
• 4.3.2 E3基因進(jìn)化過程中受到的選擇壓力55-57
• 第五章 牛FBXO32基因的多態(tài)性及與生長(zhǎng)性狀的關(guān)聯(lián)57-69
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法57-59
• 5.1.1 基因組DNA樣品和數(shù)據(jù)的獲取57
• 5.1.2 單核苷酸多態(tài)性的檢測(cè)和基因分型57-58
• 5.1.3 統(tǒng)計(jì)分析58-59
• 5.2 結(jié)果和討論59-69
• 5.2.1 FBXO32基因在7個(gè)牛群體中的遺傳多樣性59-64
• 5.2.2 連鎖不平衡和單倍型分析64-66
• 5.2.3 關(guān)聯(lián)分析66-69
• 第六章 總結(jié)和展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-81
• 附錄81-111
• 致謝111-113
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷113

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王秀燕;孫莉萍;張建鋒;李輝;呂文清;張其清;;F-box蛋白家族及其功能[J];生命科學(xué);2008年05期

2 ;On the origin and evolution of new genes——a genomic and experimental perspective[J];遺傳學(xué)報(bào);2008年11期

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本文編號(hào)：700716