發(fā)布時間：2020-03-18 22:12

【摘要】：必需基因是生物基因組中必不可少的一組基因,其功能涉及諸多關鍵生物進程。各物種必需基因的鑒定和功能研究不僅對于深化生命本質(zhì)的認識具有重要意義,而且在合成生物學等方面具有重要的應用價值。近年來,隨著實驗科學的進步,人類必需基因(Human essential genes,HEG)得到了系統(tǒng)地揭示,引發(fā)了一系列相關的生物和醫(yī)學問題,如基因的必需性的本質(zhì)是什么?其所依賴的基因組結(jié)構基礎是什么?必需基因在不同物種中進化和人類發(fā)育中的發(fā)展變化是怎樣的?必需基因?qū)τ谌祟惣膊?尤其是癌癥研究有怎樣的提示?等等。事實上,基因的必需性是一個異常復雜的問題,必須站在系統(tǒng)生物學的角度,通過整合基因組學、表觀遺傳學、蛋白質(zhì)組學等各類組學數(shù)據(jù)加以綜合考察。本研究基于最新的多組學數(shù)據(jù),系統(tǒng)考察HEG的遺傳和調(diào)控特性,從基因組結(jié)構、表觀遺傳修飾、蛋白質(zhì)網(wǎng)絡三個層面闡明必需基因的主要特征。結(jié)果表明:從染色質(zhì)結(jié)構上看,必需基因更傾向處于染色質(zhì)結(jié)構支架的位置,因此對于整個基因組和染色質(zhì)結(jié)構起關鍵的作用;在表觀遺傳修飾方面,必需基因附近的染色質(zhì)更加活躍,可以結(jié)合更多的活性組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子,對基因表達的調(diào)控作用明顯,對細胞中功能的實現(xiàn)和生命的延續(xù)起到重要作用;在蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡上看,必需基因處于蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡的核心樞紐,對于整個蛋白質(zhì)網(wǎng)絡影響最大,對細胞生命的功能表達起到不可或缺的作用。通過不同物種間必需基因的比較分析,可以闡明必需基因是如何在歷史的演化中不斷變化和行使功能的。本研究發(fā)現(xiàn),基因的必需性不是一個基因的固定屬性,而是在進化中不斷變化的,不過,通過多物種進化分析發(fā)現(xiàn),無論基因如何變化,必需基因都會行使相似的核心功能。進一步通過對早期胚胎發(fā)育不同階段的比較分析,揭示了必需基因在發(fā)育過程中的動態(tài)表達特征,發(fā)現(xiàn)其動態(tài)變化與早期胚胎發(fā)育中不同階段的表觀遺傳調(diào)控緊密相關;必需基因的表達伴隨著發(fā)育的進行而發(fā)生明顯的變化,而且可以用來區(qū)分發(fā)育階段中產(chǎn)生不同命運的細胞類型。為了探索必需基因與腫瘤等的關系,本研究系統(tǒng)收集、評估了針對TCGA癌癥數(shù)據(jù)的生物信息資源。根據(jù)TCGA數(shù)據(jù)和HEG的關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),HEG可以顯著區(qū)分腫瘤組織和正常組織,可以為篩選潛在的腫瘤標志物等提供重要線索。最后,為了方便相關研究人員對HEG的分析,開發(fā)了一個在線計算分析軟件——人類必需基因分析平臺(HEGIAP)(http://sysomics.com/HEGIAP/)。該平臺集成了豐富的相關數(shù)據(jù)資源和分析工具,提供單基因查找分析、多基因查找分析以及比較分析等服務,可以支撐對于基因必需性的系統(tǒng)、多維探索。
【圖文】：

質(zhì)層面都是生命體不可或缺的基因。這三個層面互相印證、結(jié)果一致，從系統(tǒng)而全面的角度證明了必需基因為什么必需的問題。第二章從另外一個維度，時間的維度進行深入分析�？疾� HEG 在進化的歷史中扮演的角色以及在早期胚胎發(fā)育中的表達是如何動態(tài)變化的。在這一章中說明了基因必需性從進化的尺度中不是固定屬性，但是只要屬于必需基因，那么都會行使關鍵功能，可以認為必需基因是屬于不同物種中負責類似關鍵功能的一類基因。而在人類早期胚胎發(fā)育中的分析表明必需基因的不同激活時期與胚胎發(fā)育的不同分化時期一致，而且是由于胚胎發(fā)育過程中各種表觀遺傳修飾的影響產(chǎn)生了必需基因的激活表達。第三章研究 HEG 與疾病的關系。通過對人類癌癥最重要數(shù)據(jù)庫 TCGA 的一個全面分析，收錄并整理調(diào)查了目前所有的在線網(wǎng)絡分析資源，在此基礎上，將 HEG 與人類疾病，尤其是癌癥建立聯(lián)系，考察 HEG 的可能醫(yī)學應用。本研究認為 HEG 可以作為人類癌癥的標志物并可以依此進行相關候選藥物的篩查。這些結(jié)果可能會影響新時代的癌癥治療。最后將本研究所有的內(nèi)容融合，開發(fā)了一個界面簡潔友好的在線計算分析軟件 HEGIAP，可以在線對 HEG 進行查找和分析。第四章，結(jié)論和展望，總結(jié)全文，對本研究工作進行相關的討論和梳理，以及一些工作展望。

軍事科學院博士學位論文包括轉(zhuǎn)錄、翻譯和 DNA 復制，但是一些重要的功能和其他未深入了解。因此，Blomen 等人、Wang 等人和 Hart 等人的核心必需基因集合，這為研究人類必需基因的作用、基因和組織背景以及必需基因如何演化等多個領域的深入分析，Wang 等人獲得的 HEG 和 Blomen 等人獲得的 HEG 比較，，Blomen 等人獲得的 HEG 和 Hart 等人獲得的 HEG 比較，Wang 等人獲得的 HEG 和 Hart 等人獲得的 HEG 比較發(fā)每個比較中都有超過 60%的必需基因是一致的（圖 1.1）。題組通過高質(zhì)量的實驗篩選得到的 HEG 集合高度相似，證的可靠性，為進一步的全面深入分析 HEG 奠定了基礎。
【學位授予單位】：軍事科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R394

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 賈坤;;崇尚“簡樸”[J];思想政治工作研究;2011年01期

2 竇運濤;;基于必需基因數(shù)據(jù)庫的微生物必需基因的分析[J];天津理工大學學報;2006年02期

3 邱東茹;;細菌必需基因、最小基因組和合成細胞[J];生物工程學報;2012年05期

4 李玉雙;魏東;呂艷芬;;基于堿基組成和分布的DNA序列特征提取方法及應用[J];燕山大學學報;2018年01期

5 葉遠濃;郭鋒彪;;微生物必需基因的理論研究現(xiàn)狀[J];遺傳;2012年04期

6 李楊;陳濤;趙學明;;微生物基因組簡化的研究進展[J];生命科學;2011年09期

7 吳益民,趙壽元;最小基因組研究進展[J];生命科學;2001年01期

8 沈露露;杜敏;林興鳳;蔡婷;王大勇;;嗅覺神經(jīng)元AWA功能必需基因以胰島素信號依賴的方式調(diào)控秀麗線蟲的衰老(英文)[J];Neuroscience Bulletin;2010年02期

9 侯慧;李春;;生物制造過程中的微生物生長與調(diào)控[J];化工進展;2016年06期

10 譚澤明,李藝,羅敏華;HCMV增殖機制研究進展[J];生命科學;2005年01期

相關會議論文 前4條

1 張春霆;;細菌必需基因研究與最小基因組[A];第五屆全國生物信息學與系統(tǒng)生物學學術大會論文集[C];2012年

2 黃學勇;高菊芳;朱駿;關躍峰;楊仲南;;CDKG1是參與擬南芥小孢子初生外壁和花粉壁形成的必需基因[A];上海市植物生理學會成立三十周年慶�；顒郁叩谌龑蒙虾Ｊ兄参锷韺W青年學術研討會論文集[C];2009年

3 孫逸飛;周茜;徐桂芝;;基于CGR的細菌必需基因和非必需基因Hurst指數(shù)特征對比分析[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十四屆學術年會論文集[C];2014年

4 步洪強;楊延輝;肖春玲;;結(jié)核分枝桿菌MEP途徑相關酶研究進展[A];第十二屆全國抗生素學術會議論文集[C];2013年

相關博士學位論文 前7條

1 張卓;人類必需基因生物特征的多組學整合解析[D];軍事科學院;2018年

2 葉遠濃;細菌必需基因團簇模型及最小基因集構建[D];電子科技大學;2015年

3 羅昊;必需基因與復制起始點數(shù)據(jù)庫的建立及分析[D];天津大學;2016年

4 林巖;微生物必需基因數(shù)據(jù)的分析[D];天津大學;2010年

5 徐廣宇;基于生物信息學的結(jié)核分枝桿菌分子流行病學調(diào)查及診斷靶標簇系統(tǒng)平臺的建立[D];吉林大學;2013年

6 魏聞;細菌進化特征分析及其在基因預測的應用研究[D];電子科技大學;2014年

7 王海濤;粟酒裂殖酵母必需基因省略抑制子的系統(tǒng)篩選和機制研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學院;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 華紅麗;必需基因理論預測的多種算法研究[D];電子科技大學;2018年

2 張發(fā)展;細菌必需基因團簇模型的研究與特征分析[D];電子科技大學;2017年

3 竇運濤;原核生物基因識別程序ZCURVE 1.02的研發(fā)和微生物必需基因的分析[D];天津大學;2005年

4 王寶錦;細菌必需基因特征分析及其分類預測研究[D];重慶大學;2016年

5 林丹;多種微生物功能基因的預測和分析[D];電子科技大學;2014年

6 寧綠文;細菌基因組內(nèi)基因構成和核酸組成的比較分析及理論預測[D];電子科技大學;2012年

7 李赫;基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的必需基因預測研究[D];吉林大學;2008年

8 劉拓;原核生物基因長度與功能關系[D];內(nèi)蒙古大學;2015年

9 孫逸飛;基于混沌游戲表示的細菌必需基因與非必需基因的特征對比分析[D];河北工業(yè)大學;2015年

10 侯慧;大腸桿菌基因密碼鎖的設計[D];北京理工大學;2016年

本文編號：2589259