主要作物持家基因及小麥種子特異基因挖掘.pdf

1、在特定的細(xì)胞生命活動(dòng)過程中，只有少數(shù)基因（5-10％）表達(dá)。基因組中表達(dá)的基因分為兩大類:1）持家基因:又稱管家基因，是指所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物是對維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的;2）組織特異性基因:又稱奢侈基因，是組織特異性表達(dá)有關(guān)的基因，與細(xì)胞分化有關(guān)，在特定組織中保持非甲基化或低甲基化狀態(tài)，而在其他組織中呈甲基化狀態(tài)。持家基因以組成型方式在所有細(xì)胞中表達(dá)，而奢侈基因在特定組細(xì)胞中得到表達(dá)。這些基因的特異表達(dá)與否，決定了

2、生命歷程中細(xì)胞的發(fā)育、分化、細(xì)胞周期的調(diào)控、體內(nèi)平衡、細(xì)胞衰老、甚至于程序化死亡。對不同類型，不同分化時(shí)期細(xì)胞的基因或基因表達(dá)情況的研究，可以獲得整個(gè)細(xì)胞生命過程的重要信息。持家基因被定義為結(jié)構(gòu)性的基因，在所有組織中都高度表達(dá)并維持細(xì)胞的基本生命活動(dòng)，其內(nèi)含予、非編碼區(qū)、編碼區(qū)序列均比較短。在生物學(xué)和生理學(xué)上持家基因是維持細(xì)胞所必需的一系列基本生命活動(dòng)功能和器官功能的關(guān)鍵。持家基因因與病原體毒性加強(qiáng)有關(guān)而為人所知并利用他們進(jìn)行發(fā)現(xiàn)潛在藥

3、物靶標(biāo)的研究，同時(shí)持家基因的緩慢演化使其能用于區(qū)分亞種進(jìn)化的研究。此外，持家基因還可作為校正測定基因表達(dá)量時(shí)的內(nèi)參基因，許多診斷和研究的定量技術(shù)都使用持家基因的表達(dá)量作為基準(zhǔn)線使數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化以此來發(fā)現(xiàn)差異基因。系統(tǒng)的挖掘組織特異性基因能夠幫組我們更好的理解生物奇特的組織形態(tài)及生物行為，能夠幫組我們對其進(jìn)行深入的研究，特別是在作物遺傳育種方面，通過反向遺傳學(xué)大規(guī)模的篩選組織特異性基因是一個(gè)快速獲取重要基因的途徑。因此我們從以上角度出發(fā)，利用

4、公共數(shù)據(jù)中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，對禾本科主要的作物進(jìn)行全基因組的持家基因與組織特異基因挖掘。
　　我們從PLEXdb(Plant Expression Database)生物數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站中收集了大量的Affymetrix表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)，其中包括:30個(gè)實(shí)驗(yàn)室的362張小麥芯片數(shù)據(jù);79個(gè)實(shí)驗(yàn)室的409張水稻表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù);37個(gè)實(shí)驗(yàn)室的250張玉米芯片數(shù)據(jù);45個(gè)實(shí)驗(yàn)室的440張大麥芯片數(shù)據(jù)。同時(shí)還從美國國立生物技術(shù)信息中心(NC

5、BI)下載了四個(gè)物種對應(yīng)的EST序列和Unigene數(shù)據(jù)。基于RMA(Robust multi-array average)標(biāo)準(zhǔn)化處理格式的芯片數(shù)據(jù)，采用我們設(shè)計(jì)的跨實(shí)驗(yàn)芯片數(shù)據(jù)的候選持家基因篩選出了占整個(gè)芯片探針數(shù)量5％的探針對應(yīng)的基因作為候選持家基因，并做了EST富集與Unigene分組織富集驗(yàn)證，結(jié)果表明我們篩選出來的候選持家基因有著明顯的EST富集和多組織富集的現(xiàn)象。按照5％的探針數(shù)量篩選最為穩(wěn)定的持家基因，我們從小麥獲得306

6、5個(gè)在不同實(shí)驗(yàn)中穩(wěn)定表達(dá)探針，并通過PLEXDB獲取了3041條探針對應(yīng)的序列。在EST富集分析中，有1097條序列被顯著性富集(hits＞20);有16條序列沒有被任何EST序列富集到。顯著性富集的比例是35.9％。在unigene富集中，2307條序列富集上了unigene，其中非冗余的序列有2143條，有明確的組織結(jié)構(gòu)注釋信息的有1670，沒有任何富集的序列有734條。在大麥的結(jié)果中一共篩選到了1142個(gè)探針對應(yīng)的1124條序列，

7、EST顯著性富集的序列有447條，占所有序列的39.77％; Unigene結(jié)果中，有1005條候選的非冗余序列比對上了數(shù)據(jù)庫，其中928條有組織信息。相比之下，水稻與玉米的富集率要比小麥與大麥高一些，水稻中有88.57％的序列被大量富集;在玉米的分析結(jié)果中，有84％的序列有較好的富集，同時(shí)超過90％的序列都有組織注釋信息。在水稻中所有的候選基因序列都有相對應(yīng)的EST序列富集，在玉米中也僅有1條序列沒有富集。對候選的持家基因分別進(jìn)行序列

8、結(jié)構(gòu)、分子功能以及染色體分布特征的分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了篩選出的基因是結(jié)構(gòu)緊密、分子功能必須的維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的基因。這些持家基因在染色體上的分布出現(xiàn)兩端富集，在染色體兩段分布較多，在著絲粒附近分布較少，這種情況與基因的整體分布情況一致，即在全基因組水平，染色體兩段的基因密度遠(yuǎn)高于著絲粒附近的基因密度。另一方面，通過組織特異性基因流程篩選流程找到的一些非常有趣的小麥種子形成相關(guān)的基因，進(jìn)一步研究分析這些基因?qū)⑹俏覀兘窈蠊ぷ鞯闹攸c(diǎn)。通過該