牛带绦虫和亚洲带绦虫全基因组测序、比较基因组及胰岛素信号通路研究

发布时间：2017-04-08 06:00

  本文关键词：牛带绦虫和亚洲带绦虫全基因组测序、比较基因组及胰岛素信号通路研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：牛带绦虫(Taenia saginata)和亚洲带绦虫(Taenia asiatica)是具重要医学和经济意义的人畜共患寄生虫。两种虫体外部形态非常相似,亲缘关系一度有较大争议。由于缺乏基础研究,关于它们的物种进化、生长发育调控、寄生适应性、宿主互作、免疫逃避等相关机制了解甚少,预防控制和治疗手段等发展缓慢。本研究对两物种的基因组和转录组进行了测序,完成了全基因组草图绘制及注释;全面比较分析了两者基因组特征,鉴定了潜在药物靶标和分泌蛋白;探讨了绦虫的系统发育基因组分析及策略,并对牛带绦虫和亚洲带绦虫的适应性进化进行了研究。另外,在绦虫基因组中首次发现了胰岛样多肽(Inuslin-like peptide,ILP)编码基因,并研究了其下游信号通路。结果如下:1.完成了两种绦虫的基因组测序、拼接和评估工作,测序深度约95X,基因组大小约为170 Mb(Megabase,Mb);Scanfold N50分别约为586 kb(kilobase,kb)和342 kb。2.完成了两种绦虫基因组重复序列、编码基因、非编码基因等注释工作;对基因功能、基因本体论(Gene Ontology,GO)、信号通路等进行了注释;发现了小内含子分布的“双峰结构”和GC含量偏好。3.完成了牛带绦虫囊尾蚴胆汁激活前后和亚洲带绦虫成虫时期转录组图谱,构建了编码基因的转录本、可变剪接及表达量数据。4.比较基因组学分析发现,牛带绦虫和亚洲带绦虫基因组具有高共线性、低序列分歧、相似的家族进化等特征,从基因组层面反应了两物种的亲缘关系;并发现了与两种绦虫适应性相关的家族进化。5.鉴定并分析了两绦虫的G蛋白偶联受体、蛋白酶、蛋白激酶和离子通道等可能的药物靶标序列,并与已知的药物靶标库进行了比较;鉴定了分泌蛋白序列,分析了其潜在的功能。6.系统发育基因组学分析确认了牛带绦虫、亚洲带绦虫和猪带绦虫及其他扁形动物间的亲缘关系;提出一种基于进化距离矩阵相关性的带属绦虫系统发育关系分析策略,以降低单基因系统发育分析的随机误差,此策略可应用到病毒分型等流行病学分析。7.分析了牛带绦虫和亚洲带绦虫谱系枝上受正选择压力基因,发现了众多由于宿主变化而产生的适应性进化特征;发现了与亚洲带绦虫宿主漂移和组织嗜性相关的适应性进化基因。8.首次从绦虫基因组中鉴定到ILP编码序列,否定了认为绦虫内源性ILP基因缺失,利用宿主胰岛素信号来调节自身生长发育的假设;证实寄生扁形动物ILP基因具有典型胰岛素家族特征和保守的基因结构;m RNA表达水平和蛋白免疫组化分析表明,绦虫ILP主要在成熟节片卵巢部位表达,很可能跟生殖相关。
【关键词】：牛带绦虫 亚洲带绦虫 基因组 比较基因组 胰岛素样多肽
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S852.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 英文缩略表14-15
• 第一章 引言15-28
• 1.1 牛带绦虫概述15
• 1.2 亚洲带绦虫概述15-16
• 1.3 牛带绦虫和亚洲带绦虫的比较16-18
• 1.3.1 形态学比较16-17
• 1.3.2 物种形成历史比较17-18
• 1.3.3 群体数量与杂交现象18
• 1.4 寄生扁形动物基因组学研究进展18-21
• 1.4.1 测序技术进展18-19
• 1.4.2 寄生性扁形动物基因组学研究进展19-21
• 1.5 进化分析背景和原理21-24
• 1.5.1 系统发育分析21-23
• 1.5.2 适应性进化分析原理23-24
• 1.6 胰岛素及其信号通路概述24-26
• 1.6.1 胰岛素家族24-25
• 1.6.2 胰岛素信号通路25
• 1.6.3 无脊椎动物ILP25-26
• 1.6.4 寄生扁形动物ILP26
• 1.7 本研究目的和意义26-28
• 第二章 全基因组测序、拼接、注释和特征分析28-41
• 2.1 材料28
• 2.1.1 试剂28
• 2.1.2 样品鉴定28
• 2.2 方法28-31
• 2.2.1 测序文库制备28-29
• 2.2.2 原始测序数据质量评估及过滤29
• 2.2.3 基因组拼接及评估29-30
• 2.2.4 基因组重复序列分析30
• 2.2.5 基因组非编码RNA分析30
• 2.2.6 基因模型(gene model)注释30-31
• 2.2.7 基因结构特征分析31
• 2.2.8 编码蛋白功能注释及信号通路注释31
• 2.3 结果31-39
• 2.3.1 样品获取及鉴定31
• 2.3.2 基因组测序及数据质量评估31-32
• 2.3.3 基因组拼接及拼接质量评估32-33
• 2.3.4 基因组重复序列注释33-34
• 2.3.5 非编码RNA注释34
• 2.3.6 编码基因注释及特征分析34-37
• 2.3.7 编码基因功能及通路注释37-39
• 2.4 讨论39-41
• 第三章 牛带绦虫和亚洲带绦虫转录组分析41-48
• 3.1 材料41
• 3.1.1 主要试剂41
• 3.1.2 样品准备41
• 3.1.3 牛带绦虫囊尾蚴胆汁激活处理41
• 3.2 方法41-43
• 3.2.1 转录组测序41-42
• 3.2.2 转录组原始数据处理42
• 3.2.3 饱和度分析42
• 3.2.4 转录组序列定位与组装42
• 3.2.5 基因表达水平分析42-43
• 3.3 结果43-47
• 3.3.1 mRNA提取43
• 3.3.2 RNA-Seq原始读段质量评估及过滤43-44
• 3.3.3 饱和度分析44
• 3.3.4 转录组从头组装44-45
• 3.3.5 有参考基因组的组装45
• 3.3.6 基因表达量计算45-46
• 3.3.7 差异表达基因及功能注释46-47
• 3.4 讨论47-48
• 第四章 比较基因组学分析48-63
• 4.1 方法48-51
• 4.1.1 基因组大小评估48
• 4.1.2 基因组共线性分析48-49
• 4.1.3 编码基因同源性比较49
• 4.1.4 蛋白家族聚类及比较49
• 4.1.5 天冬氨酸蛋白酶家族鉴定及比较分析49-51
• 4.2 结果51-61
• 4.2.1 基因组大小评估51
• 4.2.2 共线性分析51-54
• 4.2.3 同源基因比较分析54-56
• 4.2.4 基因家族比较56-57
• 4.2.5 绦虫与吸虫天冬氨酸蛋白酶家族鉴定及比较分析57-61
• 4.3 讨论61-63
• 第五章 绦虫系统发育基因组学分析策略探讨及延伸63-77
• 5.1 方法63-66
• 5.1.1 基于核基因组数据的寄生扁形动物系统发育关系重建63
• 5.1.2 基于线粒体全基因组数据的带属绦虫系统发育关系重建分析策略63-66
• 5.1.3 计算遗传矩阵相关性的策略应用范围延伸66
• 5.2 结果66-75
• 5.2.1 基于核基因组的寄生扁形动物系统发育重建66-67
• 5.2.2 基于线粒体基因组的绦虫系统发育重建分析策略67-71
• 5.2.3 计算遗传距离矩阵相关性的策略应用范围延伸探讨71-75
• 5.3 讨论75-77
• 第六章 适应性进化分析77-85
• 6.1 方法77-78
• 6.1.1 直系同源基因选择压力成对计算77
• 6.1.2 枝位点模型计算77-78
• 6.1.3 正选择基因注释及比较分析78
• 6.2 结果78-83
• 6.2.1 成对比较的正选择基因及功能注释78
• 6.2.2 枝位点模型检测正选择基因78-80
• 6.2.3 正选择基因GO聚类和富集分析80-82
• 6.2.4 正选择基因KEGG通路分析82-83
• 6.3 讨论83-85
• 第七章 潜在药物靶标蛋白鉴定分析85-95
• 7.1 方法85-86
• 7.1.1 GPCR的鉴定与分析85
• 7.1.2 蛋白酶与蛋白酶抑制剂的鉴定与分析85-86
• 7.1.3 蛋白激酶鉴定与分析86
• 7.1.4 离子通道鉴定与分析86
• 7.2 结果86-94
• 7.2.1 GPCR鉴定86-87
• 7.2.2 蛋白酶及其抑制剂鉴定87-90
• 7.2.3 蛋白激酶鉴定90-91
• 7.2.4 离子通道鉴定91-92
• 7.2.5 药物靶标数据库注释92-94
• 7.3 讨论94-95
• 第八章分泌蛋白质组鉴定95-101
• 8.1 方法95-96
• 8.1.1 分泌蛋白预测及注释95-96
• 8.2 结果96-99
• 8.2.1 绦虫分泌蛋白鉴定96
• 8.2.2 功能注释96-98
• 8.2.3 分泌蛋白GO聚类和富集分析98-99
• 8.3 讨论99-101
• 第九章 绦虫和吸虫的胰岛素样多肽基因鉴定101-112
• 9.1 材料101
• 9.1.1 试剂101
• 9.1.2 主要仪器101
• 9.2 方法101-104
• 9.2.1 猪带绦虫ILP基因的全基因组搜索101-102
• 9.2.2 猪带绦虫ILP编码基因cDNA的扩增102-103
• 9.2.3 其他绦虫及吸虫的ILP基因鉴定103
• 9.2.4 寄生扁形动物ILP序列特征及进化分析103-104
• 9.3 结果104-110
• 9.3.1 绦虫胰岛素样因子的全基因组搜索104
• 9.3.2 猪带绦虫ILP编码基因cDNA的克隆104-105
• 9.3.3 其他绦虫和吸虫的ILP编码基因的鉴定及其基因结构分析105-106
• 9.3.4 寄生扁形动物ILP序列特征106-110
• 9.3.5 进化分析110
• 9.4 讨论110-112
• 第十章 绦虫ILP基因表达量和组织分布分析112-119
• 10.1 材料112
• 10.2 方法112-114
• 10.2.1 基因表达水平检测112
• 10.2.2 抗体制备112-113
• 10.2.3 组织定位113
• 10.2.4 绦虫胰岛素信号通路其他成分鉴定113-114
• 10.3 结果114-118
• 10.3.1 绦虫ILP表达水平分析114
• 10.3.2 抗体制备和免疫组化114-115
• 10.3.3 绦虫胰岛素信号通路其它成分的鉴定115-118
• 10.4 讨论118-119
• 第十一章 全文结论119-120
• 参考文献120-130
• 附录130-133
• 致谢133-135
• 作者简历135

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李强;杨毅梅;;亚洲牛带绦虫研究进展[J];大理学院学报;2007年08期

2 王正蓉;亚洲牛带绦虫分类学研究进展[J];贵阳医学院学报;2001年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 高峻;超积累东南景天转录组学分析与ZIP家族基因功能研究[D];浙江大学;2013年

  本文关键词：牛带绦虫和亚洲带绦虫全基因组测序、比较基因组及胰岛素信号通路研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：292193