生物信息學在分子進化中的研究.pdf

1、伴隨高通量測序技術的飛速發(fā)展，現代系統(tǒng)生物學，尤其是演化生物學逐步從形態(tài)分類學發(fā)展到比較基因組學，從微演化發(fā)展到宏演化，同時促使生物信息學在系統(tǒng)生物學的研究中所起的作用日益重要。本課題以生物信息學工具為主要研究手段，對脊索動物門的胰腺起源和藏獒線粒體基因組的進化進行深入分析，以生物信息學分析結果來指導具體的系統(tǒng)生物學實驗研究。本課題主要以核酸序列比對和蛋白質序列比對為手段，進行物種間的分子演化分析，并對相關基因的蛋白質進行高級結構預測；

2、此外，通過對目的基因的啟動子及其啟動子區(qū)域轉錄因子結合位點的生物信息學預測來闡述基因調控網絡的演化發(fā)展，并在此基礎之上對具體的生物學實驗進行方向性引導。
　　 本課題以胰島素(樣)基因為中心，以文昌魚為脊索動物門基礎干支物種，具體分析了脊索動物門胰島素(樣)基因的演化進程，以演化-發(fā)育的前沿科學思想為指導，具體分析了脊索動物門胰腺發(fā)育相關的基因調控網絡的演化規(guī)律，在此基礎之上闡述脊椎動物亞門胰腺的起源。在研究過程中，發(fā)現文昌魚成

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，同時發(fā)現文昌魚的胰島素樣多肽具有胰島素和IGFl的共同序列特征。從序列比對的數據和系統(tǒng)發(fā)生樹來看，文昌魚胰島素樣多肽序列可能具有脊索動物門胰島素和IGFl的祖先序列特性。成熟胰島素(樣)蛋白的二級結構相對保守，其成熟胰島素(樣)蛋白A鏈和B鏈的序列結構與脊椎動物亞門其他物種的胰島素二級結構基本一致，而胰島素(樣)蛋白原的C肽序列與脊椎動物亞門比較，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，此外成熟文昌魚胰島素樣多肽的三維結構與IGFl相近。從文昌魚胰島素樣基因啟動子區(qū)域中共預測出16個相關轉錄因子的結合位點，其中Pdxl，Is11，Hnf6等都是參與胰腺發(fā)育基因調控網絡的重要轉錄因子。在文昌魚胰腺發(fā)育相關的基因調節(jié)網絡中處于核心地位的基因與脊椎動物相比高度保守，可能是由于它們在網絡中的核心地位和功能的重要性所致，使其在脊索動物門演化過程中具有很好的保守性。如Pdxl，在脊索動物演化過程中，始終在胰腺發(fā)

5、育調控網絡中處于核心地位，既接受調控網絡上游基因的直接或間接調控，又直接或間接的調控下游網絡相關基因。Neurog3，Mafa，NeuroD和Ptfla也同樣在網絡中處于重要地位。
　　 本課題還分析了藏獒線粒體基因組的結構和組成。發(fā)現藏獒線粒體基因組的AT含量要高于GC含量；犬科動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編碼序列與RNA序列相比Tamura-Nei距離值較大，其進化速率更

6、快。此外，dN/dS值分析提示，ATP6，ATP8和CytB在犬科動物線粒體基因組中相對保守，序列變化最少。藏獒t(yī)RNA的平均長度約為69bp，具有特殊的三葉草結構，在tRNA的二級結構中存在GU堿基錯配現象。犬科動物系統(tǒng)發(fā)生樹分析提示，圣伯納德狗，英國牧羊犬，英國藏獒，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系較近；與藏獒親緣關系最遠的是郊狼，蒙古狼和藏狼；藏獒與灰狼的分歧時間大約為97500±11000年，與英國牧羊犬