被子植物基因组进化分析

发布时间：2020-08-25 10:02

【摘要】：在被子植物的基因组内,基因在染色体上的位置和顺序并不是无序的。进化过程中,基因位置的变化存在着一定的规律。比如,一些基因始终保持邻近的位置关系;一些基因之前相邻,后来进化分离;还有一些基因之前并不相邻,而进化后相邻。一些研究表明全基因组加倍事件(WGDs)有力地推动了基因组的进化。但是进化过程中,邻近关系改变的基因与全基因组加倍事件之间是否存在着内在联系,以及它们之间的联系是否能通过一个模型来解释,这些还都有待研究。此外,进化分离的相邻基因之间是否在染色体内部存在着一定的空间上的联系,进化分离的邻近基因对是否会有一些相似性,比如共表达,共修饰等也都不清楚。进化过程中基因对的相邻关系有三种:始终相邻、进化相邻和空间交互。而以上三类相邻关系在基因的共表达、共修饰以及物种保守性方面的贡献都有待研究。这些不同的邻近关系叠加在一起是否能得到一个最强的共表达、共修饰以及物种保守性也是未知的。由于技术的限制,之前我们只能从二维的角度研究基因对之间的关系。随着技术的发展,现在我们可以从三维的角度来对基因的空间关系进行研究。以Hi-C为代表的染色质三维空间构象捕获技术,通过产生高通量测序数据可以获得细胞核内染色质的三维构象。为了研究在进化中这些基因之间的三维空间关系,这就需要对这些大量的生物学信息进行数据统计分析。本文首先介绍了在进化中分离的邻近基因与全基因组加倍事件之间存在紧密的联系。不仅如此,在进化分离的邻近基因、全部的基因以及全基因组加倍事件之间还存在着一个双线性关系。这说明由全基因组加倍事件引起的邻近基因的分离并不是随机的,而是遵循双线性关系。接下来,本文通过之前构建的二元线性模型预测了被子植物近期全基因组加倍事件,模型预测的结果与已知报道作对比,发现结果比较一致,说明二元线性模型构建是比较成功的。然后,通过对拟南芥的染色质三维空间交互数据进行分析,得到一些在拟南芥的染色质中,线性不相邻但空间交互的基因对。接着找到这些基因在其他物种中的同源基因,并对这些线性不相邻但空间交互的基因做进化分析,发现在进化中邻近的基因在它们的邻近关系被打破之后倾向于在染色体内空间交互。通过分析这些有空间交互的进化分离基因的物种数和组蛋白修饰数据发现,分离的邻近基因具有的物种保守性和组蛋白的共修饰可能促进了邻近基因分离之后在染色体内空间交互。接下来,本文介绍了三种基因对的共定位:染色体内空间交互、进化中始终线性相邻和进化中之前不相邻现在相邻。本文通过对不同共定位的数据进行分析发现:(1)不同类型的共定位对于基因对的共表达、组蛋白的共修饰以及物种的保守性有着不同的贡献;(2)染色体内空间交互这一因素会加强邻近基因对的共表达、组蛋白共修饰以及物种的保守性;(3)三种共定位叠加在一起会得到一个最强的组蛋白共修饰和物种保守性结果。
【学位授予单位】：信阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q941
【图文】：

全基因组,转录程序,事件,邻近关系

图 1-1 Hi-C 技术简介事实上，在空间上位于细胞核内共定位的基因有一些特定的相似之处，例如共表达，被相同的转录程序调控，有相同的组蛋白修饰[42][43]。然而分离的基因对与全基因组加倍事件是否有潜在的联系，全基因组加倍事件是否会打断基因的邻近关系

多元回归,拟合

三维空间的多元回归拟合图

示意图,被子植物,全基因组,拟南芥

图 2-2 拟南芥和 22 个被子植物全基因组加倍事件示意图回归模型显示了在进化分离的基因（sN ）、进化中始终不相邻的基因（nN ）所有的基因之间存在一个双线性关系，这说明进化分离的邻近基因和始终不相基因对整个基因组的扩增产生线性的贡献。根据参数 m1<m2，说明对于固定的

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