F-box基因在动物中的进化和群体遗传学研究
发布时间：2017-08-19 12:29
本文关键词：F-box基因在动物中的进化和群体遗传学研究
更多相关文章： F-box基因 进化 线虫属 灵长总目 单核苷酸多态性
【摘要】：泛素 蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system,UPS)是特异性降解蛋白的主要途径,参与了众多的细胞代谢过程。决定该系统中待降解蛋白特异性的是E3连接酶,其中研究较多的是SCF(SKP1 CUL1 F-box)复合体。该复合体中F-box蛋白是接头蛋白,负责特异性识别底物。F-box蛋白的共同特征是包含相对保守的F-box结构域。F-box基因的数目种间差别极大,从数十到上千。对F-box基因数目变化及其机制、结构和功能分化、选择压力模式的研究,利于深入了解基因组的进化,也为F-box蛋白的功能研究奠定基础。本论文主要研究了F-box基因在灵长总目和新杆状线虫属中的数目变化及其机制、结构和功能分化,以及E3和FBXO32基因分别在人和牛群体中的基因多样性。主要研究结果如下:第一部分:基于系统发育分析和自然选择检测等方法,研究了灵长总目进化过程中F-box基因的数目变化和所经历的选择压力模式。结果表明:(1)进化过程中,F-box基因发生了种系特异性地增加或丢失,致使研究所涉及的8个现存物种的F-box基因数目从66到81不等;(2)串联重复和半逆转录转座引起的F-box基因增加的方式均有发现,F-box结构域的突变是F-box基因数目减少的主要原因;(3)一些F-box蛋白识别底物的结构域内出现了正选择位点。结论:(1)在灵长总目的进化过程中F-box基因的扩张和缩减使其数目维持相对平衡,符合基因家族进化的生与死模型(birth-and-death model);(2)F-box蛋白发生了种系特异性的适应性进化。第二部分:基于比较基因组学和转录组测序数据分析等方法,研究了新杆状线虫属F-box基因数目的种间差异及变化机制,探讨了重复基因的基因结构分歧和功能分化。结果表明:(1)新杆状线虫属的5个物种间F-box基因数目差异极大,从数十到数千,且主要通过串联重复方式产生;(2)一些F-box基因重复产生的拷贝在F-box结构域发生了较大的变异;(3)导致重复基因的结构分化的机制主要有:外显子/内含子数目的增减、外显子化/假外显子化、外显子内序列的插入和缺失、编码区序列的突变和内含子序列的显著加长;(4)Caenorhabditis elegans(C.elegans)和Caenorhabditis briggsae(C.briggsae)的并系同源组内的F-box基因的时期特异性表达模式发生了分化。结论:(1)多种基因结构分化机制共同导致了F-box重复基因结构的分化;(2)C.elegans和C.briggsae的F-box基因通过不同的发育阶段特异性表达模式发生了功能分化。第三部分:采用千人基因组计划数据研究了多个群体的E3基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)和进化过程中受到的选择压力。结果表明:(1)非洲群体的E3基因的单核苷酸多态性显著高于其他大洲的群体;(2)E3的结构域受到了非常强的负选择压力,尤其是与靶蛋白结合的结构域。结论:E3基因与靶蛋白结合的结构域在整条序列中最为保守。第四部分:采用DNA测序和限制性酶切片段多样性的实验方法,研究了7个牛群体的FBXO32的单核苷酸多态性以及对确定的SNP与生长性状进行了关联分析。结果表明:(1)发现了4个新的SNP(ss411628932、ss411628934、ss411628935和ss411628936);(2)关联分析表明ss411628932和ss411628936位点均与南阳牛的24月龄的体斜长发育显著相关(P-value㩳0.05);(3)4个位点的SNP频率构建的系统发育树表明7个牛群体的亲缘关系远近与地理距离远近一致。结论:(1)FBXO32的外显子3和内含子10之间可能存在重组热点;(2)位点ss411628932和ss411628936可以作为牛育种的基因组标记;(3)地理隔离影响了群体间基因交流。综上所述,本论文综合利用比较基因组学、系统发育、选择压力、生物统计学等方法对灵长总目和新杆状线虫属进化过程中,F-box基因数目变化及机制、所受选择压力模式、重复基因结构和功能的分化做了系统的研究。另外,用实验生物学的方法研究了F-box基因家族成员之一的FBXO32的SNP以及其对功能的影响。本论文为F-box基因的起源、进化和功能的研究奠定了坚实基础,同时也为其它基因家族进化的研究提供了新思路。
【关键词】：F-box基因 进化 线虫属 灵长总目 单核苷酸多态性
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q953
【目录】：
- 摘要5-7
- Abstract7-11
- 第一章 文献综述11-23
- 1.1 泛素 蛋白酶体系统（ubiquitin proteasome system,UPS）11-17
- 1.1.1 泛素化信号通路11-12
- 1.1.2 E3的种类12-14
- 1.1.3 F-box蛋白的结构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 重复基因的分子进化机制17-23
- 1.2.1 基因重复在基因组进化中的重要作用17-18
- 1.2.2 重复基因的产生方式18-19
- 1.2.3 重复基因的分化方式19-23
- 第二章 灵长总目中F-box基因家族的进化23-35
- 2.1 材料和方法23-25
- 2.1.1 灵长总目的8个基因组中F-box基因的识别23
- 2.1.2 系统发育分析23
- 2.1.3 基因获得与丢失事件及其机制23-24
- 2.1.4 选择压力分析24-25
- 2.2 结果与分析25-32
- 2.2.1 F-box蛋白及其结构域组成的确定25
- 2.2.2 直系同源组的划分25-27
- 2.2.3 F-box基因数目的变异和其机制27-30
- 2.2.4 直系同源基因的序列分歧和区域、种系特异性的正选择30-31
- 2.2.5 单个位点的分子适应性进化及其对功能的影响31-32
- 2.3 讨论32-35
- 2.3.1 F-box基因数目的进化保守性和变异32-33
- 2.3.2 F-box蛋白C端结构域经历了适应性正选择33-34
- 2.3.3 动植物中F-box基因的比较34-35
- 第三章 线虫属F-box基因家族的进化35-47
- 3.1 材料和方法35-36
- 3.1.1 数据下载35
- 3.1.2 线虫属的基因组中F-box基因和所含结构域的预测35
- 3.1.3 F-box基因同源关系的确定35
- 3.1.4 F-box基因数目的变异及其机理的确定35-36
- 3.1.5 F-box并系同源基因结构的分化36
- 3.1.6 F-box基因功能的分化36
- 3.2 结果与分析36-44
- 3.2.1 线虫属中F-box基因的预测和蛋白结构域的确定36-37
- 3.2.2 F-box基因并系同源组和直系同源组的确定37-39
- 3.2.3 新杆状线虫属进化过程中F-box基因数目变化及其机制39-40
- 3.2.4 F-box基因并系同源基因的基因结构分化40
- 3.2.5 F-box基因功能的分化40-44
- 3.3 讨论44-47
- 3.3.1 新杆线虫属中F-box基因识别方法的评估44
- 3.3.2 F-box基因数目在物种内和物种间的剧烈变化44-45
- 3.3.3 新杆状线虫属F-box基因结构和功能的分化45-47
- 第四章 人类E3泛素连接酶的群体遗传学研究47-57
- 4.1 材料和方法47-49
- 4.1.1 人类基因组中E3泛素连接酶基因的预测和搜集47
- 4.1.2 人类群体中E3基因包含的SNP数据的获得47
- 4.1.3 E3基因所受选择压力的分析47-49
- 4.2 结果与分析49-55
- 4.2.1 人类基因组中E3基因的数目和所包含的结构域49
- 4.2.2 人类群体中E3基因包含的SNP数目和分布49-51
- 4.2.3 E3基因所受自然选择压力的分析51-55
- 4.3 讨论55-57
- 4.3.1 亚群间E3基因的单核苷酸多样性的差异55
- 4.3.2 E3基因进化过程中受到的选择压力55-57
- 第五章 牛FBXO32基因的多态性及与生长性状的关联57-69
- 5.1 实验材料和方法57-59
- 5.1.1 基因组DNA样品和数据的获取57
- 5.1.2 单核苷酸多态性的检测和基因分型57-58
- 5.1.3 统计分析58-59
- 5.2 结果和讨论59-69
- 5.2.1 FBXO32基因在7个牛群体中的遗传多样性59-64
- 5.2.2 连锁不平衡和单倍型分析64-66
- 5.2.3 关联分析66-69
- 第六章 总结和展望69-71
- 参考文献71-81
- 附录81-111
- 致谢111-113
- 个人简历113
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 王秀燕;孙莉萍;张建锋;李辉;吕文清;张其清;;F-box蛋白家族及其功能[J];生命科学;2008年05期
2 ;On the origin and evolution of new genes——a genomic and experimental perspective[J];遗传学报;2008年11期
，本文编号：700716
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/700716.html
