比較分析大腸桿菌K-12中的必要基因與非必要基因.pdf

1、一個物種的基因組中包含許多基因，目前發(fā)現(xiàn)的最小的基因組中也有482個基因。這些基因不僅功能各異，而且對生物個體的生存和繁殖的貢獻大小也不同，即必要性不同。根據(jù)基因?qū)畹纳锏谋匾钥蓪⒒騽澐譃楸匾蚝头潜匾?。對必要基因的研究具有非常重大的生物學(xué)意義，看助于探討生命起源之迷和為抗菌藥物設(shè)計提供一些理論支持。 三十年前Wilson等人提出，基因?qū)ι飩€體的必要性不同，那么它們的進化速率也就不同，必要基因比非必要基因進化的慢

2、。這也就是最近提出的所謂的“Knockout—rate”假說。至此，越來越多生物學(xué)家關(guān)注于這個預(yù)測的驗證以及對基因的重要性和進化速率之間的關(guān)系的研究。盡管大多數(shù)的研究結(jié)果表明基因越重要進化速率越慢，但是一些證據(jù)還存在著一些爭議，還有待進一步驗證。進化速率與基因重要性的相關(guān)性很弱，不能作為判斷基因重要性的標(biāo)準(zhǔn)，也不能去區(qū)分必要基因和非必要基因。所以，為了更全面的理解必要基因的進化機制，本研究調(diào)查了必要基因和非必要基因的一些特征，進而也為從

3、分子進化上區(qū)分必要基因和非必要基因提供了基礎(chǔ)。大腸桿菌是一種首選的模式生物，被廣泛地進行研究，它還為遺傳學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及分子進化等方面提供了一個很好的研究平臺。本研究通過分析大腸桿菌的必要基因和非必要基因之間的進化保守性、蛋白質(zhì)長度分布、氨基酸偏好性以及功能，獲得了以下一些結(jié)論和新的見解： (1)在細菌界中，必要基因比非必要基因在進化過程中更加保守，驗證了前人提出的所謂的“Knockout-rate”假說。

4、 (2)大腸桿菌的必要基因在短的蛋白質(zhì)序列區(qū)域(<139個氨基酸)和長的蛋白質(zhì)序列區(qū)域(>534個氨基酸)的分布比率比非必要基因的高；而非必要基因在中等長度的蛋白質(zhì)序列區(qū)域分布比率較必要基因的高。 (3)在大腸桿菌的必要基因和非必要基因中，氨基酸偏好性的總體趨勢很相似，但是依然存在著顯著的統(tǒng)計學(xué)差異。 (4) 16種氨基酸在必要基因和非必要基因中的使用頻率存在顯著的差異，其中5種——天門冬氨酸(D)、谷氨酸(E)、

5、賴氨酸(K)、精氨酸(R)和纈氨酸(V)更加偏向于必要基因，而且這5種氨基酸大多數(shù)在兩類基因中均為偏好氨基酸(頻率>5％)。 (5)除纈氨酸(v)外，其他四種更加偏向于必要基因的氨基酸均為帶電荷氨基酸；反過來，除了組氨酸(H)外，其他所有的帶電荷氨基酸均偏向于必要基因，而且都是偏好氨基酸。 (6)芳香族氨基酸——苯丙氨酸(F)、色氨酸(w)和酪氨酸(Y)在必要基因和非必要基因中的頻率都偏低(<5％)，但在兩類基因中存