根瘤菌中融合基因与分裂基因的研究
发布时间：2020-11-13 04:45
基因融合和裂变事件是基因结构进化的关键机制,对于研究基因的形成和进化以及预测蛋白质间的相互作用非常重要。该过程发生在编码序列上时,对蛋白结构会产生可见的影响,导致功能的损坏。由于基因融合具有多种用途,如诊断标记,预测指示器,随着越来越多基因组被完全测序,检测到的基因融合逐渐增加,基因融合分析已被用于鉴定原核生物和真核生物(如酵母和果蝇)的蛋白质之间的功能联系。近年来,大量更为准确的探测方法涌现,但是目前对根瘤菌中的基因融合和分裂的频率以及发生规律的分析存在巨大的空白。本研究利用最新的基因融合分析方法对完全测序的总共111株根瘤菌的726,984条蛋白质序列中的基因融合和分裂事件进行探测,基于探测结果预测了互作蛋白,以及研究了融合基因、分裂基因与功能联系,并结合系统发育谱方法分析了互作蛋白的共进化情况。本研究检测出77,689个基因融合或分裂结果,并且基因融合事件(78%)显著多于基因分裂事件(34%),说明根瘤菌基因组中蛋白质的功能在不断复杂化和多样化。另外,根瘤菌基因组中有些功能的基因更趋于发生融合或分裂。基于检测得到的基因融合和分裂的结果,我们进一步预测了它们对应的蛋白质互作关系,结果表明预测的互作蛋白质中大部分(81.63%)属于相同的代谢通路,因此存在功能相关性并且发现大部分互作的蛋白是独立进化的,因此基因融合和分裂对于根瘤菌基因组功能的进化具有非常重要的影响。这是第一次通过基因融合分析方法探究根瘤菌中的基因融合和分裂事件。本研究所得到根瘤菌中基因融合和分裂的结果有助于推进根瘤菌共生能力进化的研究。而且可通过其他实验方法对预测的互作蛋白进行进一步证实,从而加强完善根瘤菌信息并推进根瘤菌进化历程的分析。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q933
【部分图文】：
图 1-1A 上：融合基因的例子。基因家族 3 是由基因家族 1 和基因家族 2 的融合进化而来。因家族 3 的序列部分比对上基因家族 1 和基因家族 2 的序列。B）复合基因家族的相似性网络（）以及它的组成基因相似性网络（绿色和紫色）。MosaicFinder 软件只能探测到顶端的情况即基因形成一个真正的团体（互相之间都相似），而 CompositeSearch 软件顶端和底部的情况都测到。Figure 1-1．A) Top: Example of a composite gene. Gene family 3 evolved from a compositemilies 1 and 2. Bottom: Sequences from family 3 partially align with sequences from families 1 an) Similarity network of a composite gene family (red) and its component gene families (green rple). MosaicFinder will detetc only the top case where composite genes form a clique, wheompositeSearch detetcs composite gene families forming a clique (top) or quasi-clique (bottom)..5 研究目的根瘤菌中的染色体包含了几乎所有的基本的管家基因，包括基本的代谢功能(如、翻译、DNA 复制和能量代谢)，所有这些都是细胞维持生命所需要的。质粒调种细胞代谢功能以促进共生活动，使宿主根瘤菌能够在不同的环境生存，甚至在条件下生存(Guo, Xet al. 2003; Lagares, Aet al. 2014)。根瘤-豆科植物共生体系是生氮中效率最高的，在农业生产中起着重要的作用。因此由于根瘤菌在农学上的重
第三章 结果与分析3.1 复合基因为了探索根瘤菌中的基因融合事件，从 NCBI 数据库下载了 111 株根瘤菌基因组，其跨越 10 个属 2 大纲（ 变形菌纲：Sinorhizobium、Rhizobium、MesorhBradyrhizobium、Ochrobactrum、Azorhizobium、Methylobacterium、Microvirga，菌纲：Paraburkholderia、Cupriavidus）（图 3-1）,包含 726984 条蛋白质序列。合事件的检测是利用最近发表的具有高效、精确性的 CompositeSearch CompositeSearch 软件一共检测出 77655（10.1%）个复合基因及其 163177 个组每个融合基因由两个或三个以上出现在不同物种的蛋白质融合成，或者被分裂或三个以上出现在不同物种的蛋白质，这些复合基因聚成 4426 个基因家族，比基因组里的基因数与预测出的复合(composite)基因证实了之前的观察（图 3-2个基因组里的复合基因数与该基因组里的基因数是成比例的（约等于 10%）。融合蛋白中的组分蛋白常被预测互作，这个发现引发了关于通过基因融合分析蛋白互作的进化问题。
图 3-2 各个基因组中的检测到的复合基因数。不同颜色代表不同的属。A: Distribution of number of composite genes in each genome. The color represents each genus..2 基于进化分析对复合基因进行分类检测出的每一个 composite 基因代表了不同的事件，他们在所有根瘤菌中的存在况是对 77655 个事件分类的关键。基于寻找融合基因过程中产生的 BLAST 结果以它们的进化历史可以将其分类为进化过程中的唯一分裂、融合事件或者多重分裂、合事件。进行分类时最重要的一点是可靠的系统发育树的利用。本研究中所分析的因组的系统发育关系呈现在系统发育树上，该进化树是基于最大似然法利用6srDNA 序列构建的。最终系统进化树的简化版本结合最大简约法被用来对检测出的分裂、融合事件进分类。图 3-3 展示说明了一些检测出的 composite 事件的分类示例，图 3A 代表的是 类 唯 一 融 合 事 件 （ 代 表 蛋 白 ： succinate-semialdehyde dehydrogenase ，P_028203938.1）,该事件发生在 变形菌纲内，而且特别的是，在 Mesorhizobium 属进化期间发生融合。3B 代表的是唯一分裂事件（代表蛋白质：amidohydrolase,
【参考文献】
本文编号：2881745
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q933
【部分图文】：
图 1-1A 上：融合基因的例子。基因家族 3 是由基因家族 1 和基因家族 2 的融合进化而来。因家族 3 的序列部分比对上基因家族 1 和基因家族 2 的序列。B）复合基因家族的相似性网络（）以及它的组成基因相似性网络（绿色和紫色）。MosaicFinder 软件只能探测到顶端的情况即基因形成一个真正的团体（互相之间都相似），而 CompositeSearch 软件顶端和底部的情况都测到。Figure 1-1．A) Top: Example of a composite gene. Gene family 3 evolved from a compositemilies 1 and 2. Bottom: Sequences from family 3 partially align with sequences from families 1 an) Similarity network of a composite gene family (red) and its component gene families (green rple). MosaicFinder will detetc only the top case where composite genes form a clique, wheompositeSearch detetcs composite gene families forming a clique (top) or quasi-clique (bottom)..5 研究目的根瘤菌中的染色体包含了几乎所有的基本的管家基因，包括基本的代谢功能(如、翻译、DNA 复制和能量代谢)，所有这些都是细胞维持生命所需要的。质粒调种细胞代谢功能以促进共生活动，使宿主根瘤菌能够在不同的环境生存，甚至在条件下生存(Guo, Xet al. 2003; Lagares, Aet al. 2014)。根瘤-豆科植物共生体系是生氮中效率最高的，在农业生产中起着重要的作用。因此由于根瘤菌在农学上的重
第三章 结果与分析3.1 复合基因为了探索根瘤菌中的基因融合事件，从 NCBI 数据库下载了 111 株根瘤菌基因组，其跨越 10 个属 2 大纲（ 变形菌纲：Sinorhizobium、Rhizobium、MesorhBradyrhizobium、Ochrobactrum、Azorhizobium、Methylobacterium、Microvirga，菌纲：Paraburkholderia、Cupriavidus）（图 3-1）,包含 726984 条蛋白质序列。合事件的检测是利用最近发表的具有高效、精确性的 CompositeSearch CompositeSearch 软件一共检测出 77655（10.1%）个复合基因及其 163177 个组每个融合基因由两个或三个以上出现在不同物种的蛋白质融合成，或者被分裂或三个以上出现在不同物种的蛋白质，这些复合基因聚成 4426 个基因家族，比基因组里的基因数与预测出的复合(composite)基因证实了之前的观察（图 3-2个基因组里的复合基因数与该基因组里的基因数是成比例的（约等于 10%）。融合蛋白中的组分蛋白常被预测互作，这个发现引发了关于通过基因融合分析蛋白互作的进化问题。
图 3-2 各个基因组中的检测到的复合基因数。不同颜色代表不同的属。A: Distribution of number of composite genes in each genome. The color represents each genus..2 基于进化分析对复合基因进行分类检测出的每一个 composite 基因代表了不同的事件，他们在所有根瘤菌中的存在况是对 77655 个事件分类的关键。基于寻找融合基因过程中产生的 BLAST 结果以它们的进化历史可以将其分类为进化过程中的唯一分裂、融合事件或者多重分裂、合事件。进行分类时最重要的一点是可靠的系统发育树的利用。本研究中所分析的因组的系统发育关系呈现在系统发育树上，该进化树是基于最大似然法利用6srDNA 序列构建的。最终系统进化树的简化版本结合最大简约法被用来对检测出的分裂、融合事件进分类。图 3-3 展示说明了一些检测出的 composite 事件的分类示例，图 3A 代表的是 类 唯 一 融 合 事 件 （ 代 表 蛋 白 ： succinate-semialdehyde dehydrogenase ，P_028203938.1）,该事件发生在 变形菌纲内，而且特别的是，在 Mesorhizobium 属进化期间发生融合。3B 代表的是唯一分裂事件（代表蛋白质：amidohydrolase,
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 陈丹明,曾昭海,隋新华,胡耀高,陈文新;紫花苜蓿高效共生根瘤菌的筛选[J];草业科学;2002年06期
本文编号：2881745
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/2881745.html
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