生物信息學(xué)在分子進(jìn)化中的研究.pdf

1、伴隨高通量測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代系統(tǒng)生物學(xué)，尤其是演化生物學(xué)逐步從形態(tài)分類學(xué)發(fā)展到比較基因組學(xué)，從微演化發(fā)展到宏演化，同時(shí)促使生物信息學(xué)在系統(tǒng)生物學(xué)的研究中所起的作用日益重要。本課題以生物信息學(xué)工具為主要研究手段，對(duì)脊索動(dòng)物門的胰腺起源和藏獒線粒體基因組的進(jìn)化進(jìn)行深入分析，以生物信息學(xué)分析結(jié)果來(lái)指導(dǎo)具體的系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。本課題主要以核酸序列比對(duì)和蛋白質(zhì)序列比對(duì)為手段，進(jìn)行物種間的分子演化分析，并對(duì)相關(guān)基因的蛋白質(zhì)進(jìn)行高級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)；

2、此外，通過(guò)對(duì)目的基因的啟動(dòng)子及其啟動(dòng)子區(qū)域轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的生物信息學(xué)預(yù)測(cè)來(lái)闡述基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的演化發(fā)展，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)具體的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方向性引導(dǎo)。
　　 本課題以胰島素(樣)基因?yàn)橹行模晕牟~為脊索動(dòng)物門基礎(chǔ)干支物種，具體分析了脊索動(dòng)物門胰島素(樣)基因的演化進(jìn)程，以演化-發(fā)育的前沿科學(xué)思想為指導(dǎo)，具體分析了脊索動(dòng)物門胰腺發(fā)育相關(guān)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的演化規(guī)律，在此基礎(chǔ)之上闡述脊椎動(dòng)物亞門胰腺的起源。在研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)文昌魚成

3、熟胰島素樣多肽的A鏈較B鏈更為保守，其非同義替換率較低，同時(shí)發(fā)現(xiàn)文昌魚的胰島素樣多肽具有胰島素和IGFl的共同序列特征。從序列比對(duì)的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)發(fā)生樹來(lái)看，文昌魚胰島素樣多肽序列可能具有脊索動(dòng)物門胰島素和IGFl的祖先序列特性。成熟胰島素(樣)蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)保守，其成熟胰島素(樣)蛋白A鏈和B鏈的序列結(jié)構(gòu)與脊椎動(dòng)物亞門其他物種的胰島素二級(jí)結(jié)構(gòu)基本一致，而胰島素(樣)蛋白原的C肽序列與脊椎動(dòng)物亞門比較，變化較大，這可能與C肽不參與胰島素

4、蛋白的成熟序列相關(guān)，此外成熟文昌魚胰島素樣多肽的三維結(jié)構(gòu)與IGFl相近。從文昌魚胰島素樣基因啟動(dòng)子區(qū)域中共預(yù)測(cè)出16個(gè)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，其中Pdxl，Is11，Hnf6等都是參與胰腺發(fā)育基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重要轉(zhuǎn)錄因子。在文昌魚胰腺發(fā)育相關(guān)的基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中處于核心地位的基因與脊椎動(dòng)物相比高度保守，可能是由于它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的核心地位和功能的重要性所致，使其在脊索動(dòng)物門演化過(guò)程中具有很好的保守性。如Pdxl，在脊索動(dòng)物演化過(guò)程中，始終在胰腺發(fā)

5、育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中處于核心地位，既接受調(diào)控網(wǎng)絡(luò)上游基因的直接或間接調(diào)控，又直接或間接的調(diào)控下游網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基因。Neurog3，Mafa，NeuroD和Ptfla也同樣在網(wǎng)絡(luò)中處于重要地位。
　　 本課題還分析了藏獒線粒體基因組的結(jié)構(gòu)和組成。發(fā)現(xiàn)藏獒線粒體基因組的AT含量要高于GC含量；犬科動(dòng)物線粒體基因組的平均Tamura-Nei距離為0.0268，線粒體基因組的蛋白質(zhì)編碼序列與RNA序列相比Tamura-Nei距離值較大，其進(jìn)化速率更

6、快。此外，dN/dS值分析提示，ATP6，ATP8和CytB在犬科動(dòng)物線粒體基因組中相對(duì)保守，序列變化最少。藏獒t(yī)RNA的平均長(zhǎng)度約為69bp，具有特殊的三葉草結(jié)構(gòu)，在tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)中存在GU堿基錯(cuò)配現(xiàn)象。犬科動(dòng)物系統(tǒng)發(fā)生樹分析提示，圣伯納德狗，英國(guó)牧羊犬，英國(guó)藏獒，那不勒斯藏獒，澳大利亞牧羊犬和意大利灰獵犬與藏獒親緣關(guān)系較近；與藏獒親緣關(guān)系最遠(yuǎn)的是郊狼，蒙古狼和藏狼；藏獒與灰狼的分歧時(shí)間大約為97500±11000年，與英國(guó)牧羊犬