藍藻轉(zhuǎn)錄因子比較基因組學(xué)研究.pdf

1、研究目的：1.確定不同藍藻基因組內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子編碼和基因家族分布情況;2.分析不同藍藻基因組轉(zhuǎn)錄因子的差異和共性;3.建立數(shù)據(jù)庫,把所有的藍藻轉(zhuǎn)錄因子資源和數(shù)據(jù)高度整合和共享;4.分析藍藻轉(zhuǎn)錄因子分子進化機制以及和環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系. 方法：1.采用基于HMM profile、Blast和Helix-turn-helix SCaR三種完全不同的方法確定候選轉(zhuǎn)錄因子;2.采用Pfam數(shù)據(jù)庫進行domain assignment排除假陽

2、性和進行基因家族分類;3.采用C1ustalW進行多序列比對和MEGA3中的距離-鄰接法和最大簡約法進行進化樹的構(gòu)建.每個分支的可靠性通過1000次Bootstrap得到:4.采用Linux+Apache+Php+Mysql搭建cTFbase轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫,5.其他各種輔助功能和工具都采用Perl計算機語言和Bioperl模塊完成. 結(jié)果：1.不同藍藻物種編碼的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目差異非常大,在所有分析的藍藻物種當中,Nostoc pu

3、nctiforme PCC73102含有最多的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目,達到了166個,而Prochlorococcus marinus str.MIT 9312編碼了僅21個轉(zhuǎn)錄因子,為最少的一個物種; 2.在藍藻中,我們一共發(fā)現(xiàn)了25個轉(zhuǎn)錄因子基因家族.其中,成員數(shù)目最多的是OmpR基因家族,含有150個成員.基因家族成員最少的是NifT,只有4個. 3.發(fā)現(xiàn)藍藻的轉(zhuǎn)錄因子的DBD域一共只有9種,其中最多的是Winged hel

4、ix' DNA-binding motif,其他的有C-terminal effector domain of the bipartite, Homeodomain-like and lambda repressor-like DNA-binding domains等; 4.在藍藻轉(zhuǎn)錄因子當中,我們發(fā)現(xiàn)其中616個只含有單種DBD域.在幾個特殊的轉(zhuǎn)錄因子當中,單個轉(zhuǎn)錄因子含有多個DBD域.另外330個轉(zhuǎn)錄因子除了DBD域以外,還

5、有其他的功能域.這些功能域暗示這些轉(zhuǎn)錄因子除了和啟動子結(jié)合以外,還具有其他的作用; 5.結(jié)果建立了國際上第一個藍藻的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫cTFbase(http://cegwz.com/).在數(shù)據(jù)庫交互式頁面中,用戶可以瀏覽,檢索以及下載所有的藍藻的轉(zhuǎn)錄因子信息,與此同時,用戶還可將自己的序列進行blast比對,多序列比對,對選定的物種確定其orthologs關(guān)系,以及進行分子進化分析等等一系列功能;6.發(fā)現(xiàn)所有藍藻都含有11個轉(zhuǎn)錄因

6、子基因家族.其中三個基因家族(BolA,DUF387和DnaA)在不同的藍藻物種當中的分布幾乎完全是一致的,在剩下的8個轉(zhuǎn)錄因子基因家族,有6個內(nèi)部能形成monophyletic clade.這些轉(zhuǎn)錄因子組成了藍藻進化過程當中最小的核心轉(zhuǎn)錄因子. 結(jié)論：1.不同藍藻物種編碼的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目差異顯著,不管是否把基因組的大小考慮進去,在淡水(或者巖石)中的藍藻普遍比生活在海水中藍藻還有更多的轉(zhuǎn)錄因子.這種現(xiàn)象應(yīng)該是不同藍藻對不同環(huán)境適

7、應(yīng)的一種表現(xiàn); 2.盡管不同的轉(zhuǎn)錄因子具有很遠的結(jié)構(gòu)特征,但是還是存在著一定的共性,比如DBD域在轉(zhuǎn)錄因子中的相對位置在同一基因家族當中基本一致,轉(zhuǎn)錄因子的DBD域的種類可能非常的有限.這些特性可能會使今后在基因組范圍內(nèi)編譯基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)成為可能; 3.建立的國際上第一個藍藻轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫(http//www.cegwz.com/),提供了一個集中研究藍藻轉(zhuǎn)錄因子和藍藻轉(zhuǎn)錄因子比較基因組學(xué)的平臺,為研究和編譯基因轉(zhuǎn)錄調(diào)

8、控網(wǎng)絡(luò)提供更多有用的信息; 4.不同藍藻物種轉(zhuǎn)錄因子的差異除了表現(xiàn)在數(shù)目差異以外還表現(xiàn)在域的組成結(jié)構(gòu)上,在淡水(或者巖石)中的藍藻轉(zhuǎn)錄因子比生活在海水中藍藻的轉(zhuǎn)錄因子還有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)域,這種現(xiàn)在應(yīng)該是淡水(或者巖石)中的藍藻為更好地適應(yīng)多變的環(huán)境. 5.在不同藍藻中確定的核心轉(zhuǎn)錄因子說明這些轉(zhuǎn)錄因子在藍藻的進化當中起著基礎(chǔ)和核心的作用.這些轉(zhuǎn)錄因子應(yīng)該是很古老的基因家族,是在藍藻分化以前就可能進化過來且沒有經(jīng)歷水平基因