秀丽隐杆线虫必需基因的基因组鉴定及功能分析

论文摘要

背景 必需基因指生物生存所必需的一类基因,在病原体中这类基因的识别对靶向药物的开发至关重要。必需基因的功能非常多样化并且与许多通路相关。由于必需基因的重要性,鉴定必需基因完整集合及探索它们功能的大规模研究已经在广泛地开展。在线虫中,利用RNA干扰的方法可以敲低大约92%线虫基因的表达,但是它受限制于敲低效果的不稳定性,无法完全敲除基因的表达。而遗传平衡系统是一个高效的筛选并维持致死突变的工具。目前,许多对基因组结构和组织的研究已经发现,基因并非随机地分布于基因组中。结果 通过结合遗传图谱信息、Illumina高通量测序技术和生物信息学分析手段,本研究在265个含致死突变的秀丽隐杆线虫株系中,成功地鉴定了位于1号染色体（左侧）、3号染色体（中间）和5号染色体（左侧）大约22.5 Mb的基因组区域内的104个必需基因。结合Hi-C数据的分析显示,必需基因倾向于聚集在拓扑相关结构域的内部而不是拓扑相关结构域的边界。研究结果显示秀丽隐杆线虫1号染色体左半部分的必需基因在DNA复制、转录和翻译等基础过程中对酶活性和核酸结合活性产生影响。通过对蛋白质-蛋白质互作网络的分析,必需基因展示出比非必需基因更多的蛋白连接,提示必需基因更倾向于占据蛋白质-蛋白质互作网络的中心。同时,基于必需基因在胚胎期或幼虫早期的强表达结果,指示它们在秀丽隐杆线虫早期发育中是非常重要的。结论 本研究对秀丽隐杆线虫的265个突变株进行了全面的基因组突变分析,并鉴定了104个高度可信的必需基因。相比于传统方法需要对特定遗传平衡区域进行数十次的Sanger测序而言,对平衡的致死突变体进行高通量测序的方法是一个高效而经济的鉴定方法。本研究确认了此项工作可以让研究人员更全面地了解必需基因以及它们的功能特点。这些遗传信息资源将为研究人员之后在人类健康和疾病领域进行研究提供非常重要的工具。

论文目录

• 本研究工作的主要创新点
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
•   1.1 必需基因的定义
•   1.2 必需基因的主要大规模筛选研究
•     1.2.1 正向遗传学
•     1.2.2 反向遗传学
•   1.3 线虫在必需基因发现中的应用
•   1.4 平衡片段在线虫必需基因分子鉴定中的应用
•     1.4.1 重复
•     1.4.2 易位
•   1.5 高通量测序在必需基因分子鉴定中的应用
•   1.6 必需基因的功能简述
•     1.6.1 必需基因的蛋白功能
•     1.6.2 三维基因组技术与必需基因
•     1.6.3 必需基因的基因表达特点
•     1.6.4 必需基因间蛋白互作的研究
•   1.7 本研究的目的及意义
• 第二章 实验材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 线虫株系
•     2.1.2 酶及试剂盒
•     2.1.3 主要仪器设备
•     2.1.4 PCR引物
•     2.1.5 主要软件
•     2.1.6 培养基和试剂的配置方法
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 准备NGM培养基
•     2.2.2 接种NGM平板
•     2.2.3 线虫的转移
•     2.2.4 线虫的传代
•     2.2.5 线虫的培养
•     2.2.6 使用液体冻存液冻存线虫
•     2.2.7 使用软琼脂冻存液冻存线虫
•     2.2.8 使用液体冻存液冻存线虫的解冻
•     2.2.9 使用软琼脂冻存液冻存线虫的解冻
•     2.2.10 线虫样品的收集和保存
•     2.2.11 线虫基因组DNA的提取及测序
•     2.2.12 PCR反应体系及反应条件
•     2.2.13 互补测验
•   2.3 必需基因的鉴定方法
•     2.3.1 原始测序数据
•     2.3.2 测序数据原始数据及其质量分析
•     2.3.3 测序数据比对到参考基因组
•     2.3.4 测序数据的去冗余
•     2.3.5 测序数据的重新比对
•     2.3.6 变异识别
•     2.3.7 变异筛选
•     2.3.8 变异注释
•     2.3.9 必需基因筛选
•   2.4 功能分析方法
•     2.4.1 Pfam分析
•     2.4.2 构建nr数据库
•     2.4.3 OrthoMCL同源基因分析
•     2.4.4 InParanoid同源基因分析
•     2.4.5 GO分析与PANTHER Protein Class分析
•     2.4.6 KEGG分析
•     2.4.7 KOG分析
•     2.4.8 基因Cluster
•     2.4.9 TAD分析
•     2.4.10 蛋白质连通性
•     2.4.11 基因表达
• 第三章 线虫突变体中必需基因的鉴定
•   3.1 引言
•   3.2 sDp2平衡的1号染色体突变体中基因组变异的鉴定
•   3.3 sDp3平衡的3号染色体突变体中基因组突变的鉴定
•   3.4 eT1平衡的5号染色体突变体中基因组突变的鉴定
•   3.5 sDp2、sDp3和eT1平衡的1号3号和5号染色体突变体中必需基因的鉴定
•   3.6 必需基因的验证
•   3.7 新鉴定的必需基因
•   3.8 必需基因的蛋白功能分析
•   3.9 小结与讨论
• 第四章 必需基因的功能关联分析
•   4.1 引言
•   4.2 必需基因的基因功能聚类
•   4.3 三维基因组数据在必需基因研究中的应用
•     4.3.1 必需基因的聚集分析
•     4.3.2 必需基因的TAD分布
•   4.4 必需基因的表达
•   4.5 必需基因的蛋白连通性
•   4.6 小结与讨论
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本研究工作的总结
•   5.2 本研究工作的展望
• 参考文献
• 攻读博士期间的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 虞诗诚

导师: 邓子新,朱世傑（Jeffrey Shih-Chieh Chu）

关键词: 必需基因,重复,易位,全基因组测序,功能

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 武汉大学

分类号: Q75

总页数: 133

文件大小: 4122K

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