植物内共生遗传进化进程探究

发布时间：2017-09-30 13:05

  本文关键词：植物内共生遗传进化进程探究

  更多相关文章： 胞内共生 水平基因转移(HGT) 共生细胞器 基因转移 细胞质遗传 线粒体内共生起源 叶绿体内共生起源 质膜嵌合体 膜拓扑学 蛋白转运

【摘要】：生命进化历程中原核细胞生命形态诞生于35亿年前,接着又用了近20亿年的时间才进化到了真核生物。从原核到真核生物的进化过程经历了大量且复杂的分子改变,而这些变化也彻底改变了古老的真核生物的面貌。其中主要的进化机制之一是吞噬转化,即原核生物可以以胞内共生形式存在于古老真核生物细胞内。胞内共生产生了许多稳定的内共生体。20亿年前,古老真核生物和a-变形菌就已形成了稳定的内共生体,并进化成为内共生线粒体,这也标志着内共生起源的开始。此后,系统生物起源进化进一步形成了6种确定的内共生体,并形成了真核生物的光合体系。本文通过系统进化分析,得到如下结果： i)进一步解释了共生起源学说：ii)强调从原核到真核转变过渡期的作用；iii)研究了内共生起源在生物体重要的组成成分之一的细胞膜进化方面的贡献;iv)研究了内共生起源在真核生物进化中的历程；v)展望了共生遗传对植物影响的前景。 细胞遗传体系整体上包括细胞器基因组遗传,细胞质遗传和核糖体遗传。本文研究了细胞质遗传和细胞器基因组的内共生起源进程。详细论述了共生起源在原核到真核转变的过渡期是如何存储和利用原核细胞膜所有重要组成成分和结构。共生遗传在二级质膜遗传研究中需要非常复杂的计算分析,通过系统的文献综述与计算分析,本论文研究了胞内共生进化过程,展示了内共生细胞器基因组转移至细胞核的明晰过程。 生物信息学分析揭示了植物中内共生遗传机制的历程及取得的成就。利用NUCmer分析了叶绿体、线粒体和核基因组,突出细胞器与细胞核基因交换过程。统计分析了细胞核基因组中蓝藻来源的质体和α-变形菌来源的线粒体基因的含量。 为了从不同角度分析了细胞遗传信息的变化,以及检测植物的核基因组中假定的蓝藻蛋白编码基因,选择了包含超过1000个蓝藻、原核生物和真菌有参基因组的8个种属进行生物计算分析。结果显示了在植物中细胞器基因脱离于核基因组之外,推定的蓝藻基因在所检测物种的核基因组中显示了一些基因转移至细胞核,而一些以质体形式存在。
【关键词】：胞内共生 水平基因转移(HGT) 共生细胞器 基因转移 细胞质遗传 线粒体内共生起源 叶绿体内共生起源 质膜嵌合体 膜拓扑学 蛋白转运
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q943
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• Contents8-11
• List of abbreviations11-12
• List of Tables12-13
• List of Figures13-15
• CHAPTER 1 Introduction15-20
• 1.1 Symbiogenetic hereditary ratchet in plants15-17
• 1.2 Research objectives17
• 1.3 Content and structure17-19
• 1.5 The context of this work19-20
• CHAPTER 2 Transition of life:from prokaryotic-to-eukaryotic world20-41
• 2.1 Biogenesis through symbiogenesis21-23
• 2.2 Symbiogenetic evolution23-24
• 2.3 Seven important symbiogenetic associations24-25
• 2.4 Evolution of mitochondria through symbiogenesis25-27
• 2.5 Symbiogenetic evolution of plastids27
• 2.6 Symbiogenetic evolution of secondary plastids27-30
• 2.7 Symbiogenesis of serial secondary and tertiary plastids30-31
• 2.8 Molecular machinery which sustained the symbiogenesis31-33
• 2.9 Membrane heredity and symbiogenetic evolution33-36
• 2.10 Symbiogenesis and evolutionary course of plastid36-38
• 2.11 Endosymbiont vs. organelle38
• 2.12 Some interesting endosymbiotic unions38-41
• CHAPTER 3 Symbiogenetic cellular heredity:Membranes Symbiogenetic cellular heredity:Membranes41-53
• 3.1 Transition from prokaryotes to eukaryotes to symbiosis42-44
• 3.2 Transition from symbiosis to symbiogenesis44-45
• 3.3 Symbiogenesis and cellular hereditary matrix45-46
• 3.4 Membranes and the protein code at the early stages of evolution46-48
• 3.5 Evolution of symbiogenetic protein translocation system48-50
• 3.6 Eukaryotic protein import and export processes50-53
• CHAPTER 4 Cellular heredity:Symbiogenetic hereditary ratchet53-75
• 4.1 Escape of organelle fragments of DNA54-55
• 4.2 Mechanism of transfer of organelle DNA fragments into the nucleargenome55-58
• 4.3 Methods58-75
• CHAPTER 5 Results75-87
• 5.1 Size of the mitochondrial,plastid,and nuclear genomes75-81
• 5.2 Inter-organelle transfer of genes in selected species81-82
• 5.3 NUMTs and NUPTs in the nuclear genome of selected plant species82-85
• 5.4 Cyanobacterial(plastid)genes in the nuclear genomes of selected plantspecies85-87
• CHAPTER 6 Discussion87-99
• 6.1 Symbiogenetic hereditary ratchet is still in work88-89
• 6.2 Computational comparison between the size of the mitochondrial, plastidand nuclear genomes89-91
• 6.3 Current accomplishment of the symbiogenetic hereditary ratchet91-93
• 6.4 Footprint of the symbiogenetic hereditary ratchet in selected species93-94
• 6.5 Horizontal gene transfer94-95
• 6.6 Symbiogenetic evolution and metabolic innovations95-96
• 6.7 Evolutionary courses of mitochondria and plastids96-97
• 6.8 Factors which may affect the symbiogenetic hereditary ratchet97
• 6.9 Possible causes of retardation in symbiogenetic hereditary ratchet97-99
• CHAPTER 7 Conclusions and outlook99-102
• References102-124
• Acknowledgements124-126
• Publications126-127

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本文编号：948329