藍(lán)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(lán)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(lán)藻基因組轉(zhuǎn)錄因子的差異和共性;3.建立數(shù)據(jù)庫(kù),把所有的藍(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子資源和數(shù)據(jù)高度整合和共享;4.分析藍(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子分子進(jìn)化機(jī)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(kù)進(jìn)行domain assignment排除假陽(yáng)

2、性和進(jìn)行基因家族分類;3.采用C1ustalW進(jìn)行多序列比對(duì)和MEGA3中的距離-鄰接法和最大簡(jiǎn)約法進(jìn)行進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建.每個(gè)分支的可靠性通過(guò)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(kù),5.其他各種輔助功能和工具都采用Perl計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和Bioperl模塊完成. 結(jié)果：1.不同藍(lán)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(lán)藻物種當(dāng)中,Nostoc pu

3、nctiforme PCC73102含有最多的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目,達(dá)到了166個(gè),而Prochlorococcus marinus str.MIT 9312編碼了僅21個(gè)轉(zhuǎn)錄因子,為最少的一個(gè)物種; 2.在藍(lán)藻中,我們一共發(fā)現(xiàn)了25個(gè)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(gè)成員.基因家族成員最少的是NifT,只有4個(gè). 3.發(fā)現(xiàn)藍(lán)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(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子當(dāng)中,我們發(fā)現(xiàn)其中616個(gè)只含有單種DBD域.在幾個(gè)特殊的轉(zhuǎn)錄因子當(dāng)中,單個(gè)轉(zhuǎn)錄因子含有多個(gè)DBD域.另外330個(gè)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(dòng)子結(jié)合以外,還具有其他的作用; 5.結(jié)果建立了國(guó)際上第一個(gè)藍(lán)藻的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫(kù)cTFbase(http://cegwz.com/).在數(shù)據(jù)庫(kù)交互式頁(yè)面中,用戶可以瀏覽,檢索以及下載所有的藍(lán)藻的轉(zhuǎn)錄因子信息,與此同時(shí),用戶還可將自己的序列進(jìn)行blast比對(duì),多序列比對(duì),對(duì)選定的物種確定其orthologs關(guān)系,以及進(jìn)行分子進(jìn)化分析等等一系列功能;6.發(fā)現(xiàn)所有藍(lán)藻都含有11個(gè)轉(zhuǎn)錄因

6、子基因家族.其中三個(gè)基因家族(BolA,DUF387和DnaA)在不同的藍(lán)藻物種當(dāng)中的分布幾乎完全是一致的,在剩下的8個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因家族,有6個(gè)內(nèi)部能形成monophyletic clade.這些轉(zhuǎn)錄因子組成了藍(lán)藻進(jìn)化過(guò)程當(dāng)中最小的核心轉(zhuǎn)錄因子. 結(jié)論：1.不同藍(lán)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(jìn)去,在淡水(或者巖石)中的藍(lán)藻普遍比生活在海水中藍(lán)藻還有更多的轉(zhuǎn)錄因子.這種現(xiàn)象應(yīng)該是不同藍(lán)藻對(duì)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(yuǎn)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(duì)位置在同一基因家族當(dāng)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(huì)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(guó)際上第一個(gè)藍(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫(kù)(http//www.cegwz.com/),提供了一個(gè)集中研究藍(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子和藍(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子比較基因組學(xué)的平臺(tái),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(lán)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(lán)藻轉(zhuǎn)錄因子比生活在海水中藍(lán)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(lán)藻為更好地適應(yīng)多變的環(huán)境. 5.在不同藍(lán)藻中確定的核心轉(zhuǎn)錄因子說(shuō)明這些轉(zhuǎn)錄因子在藍(lán)藻的進(jìn)化當(dāng)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(lán)藻分化以前就可能進(jìn)化過(guò)來(lái)且沒(méi)有經(jīng)歷水平基因