水稻基因组微卫星多态性数据库构建及假基因分析

论文摘要

对水稻基因组和全长cDNA序列分析发现三核苷酸重复（TNRs,Tri-nucleotide repeats）在水稻基因组中相当丰富,GC含量高的TNRs数量多,相同GC含量条件下,只有嘌呤或嘧啶组成的TNRs相对丰富,其中最多的CCG/CGG重复占总数的一半左右。TNRs在5’-UTR区域出现的频率最高,其次是编码区和基因上游侧翼序列区域。嘌呤丰富的TNRs偏好编码区,嘧啶丰富的TNRs偏好基因上游区域,也许是作为基因表达的调节元件。编码区内出现的密码子重复的第三位碱基的GC含量（GC3）高达90%,而且密码子重复主要编码丙氨酸和甘氨酸,并且发现,密码子重复主要出现在编码区的起始区域,可能编码区起始区域出现重复对蛋白功能影响较小,所以水稻中可以容忍如此多的TNRs。水稻中具有转录调节功能的基因最易含有TNRs,编码区内含有TNRs的基因尤其明显。暗示TNRs可能在基因表达、进化过程中起重要作用。 通过水稻基因组数据库,搜寻两个亚种（籼稻9311和粳稻Nipponbare）基因组序列的微卫星位点,在分析和比较多态性微卫星数量、长度、分布的基础上,我们发现了45220个具有特异侧翼序列的多态性微卫星位点;在籼稻基因组内平均每间隔8.3Kb一个多态性微卫星位点,粳稻基因组内为7.8Kb。发现内含子区域的微卫星最易出现多态性,其次是UTR和基因间区域,而编码区较少;DNRs和TNRs中除GC含量高的重复多态性都较好。我们还把来自Gramene上的微卫星标记和JRGP上的RFLP遗传标记资源整合到了两个亚种基因组序列上,构建了籼粳稻亚种全基因组微卫星多态性数据库,从而有便于它们的应用。随机挑选了100个多态性微卫星位点进行PCR扩增,并进行测序,结果表明,90%以上显示出序列多态性,从而证实这些多态性微卫星位点可作为标记,将为进行分子育种和基因定位等研究提供方便。这些微卫星位点可在我们的网站（http://www.wigs.zju.edu.cn/achievment/polySSR）上下载。 在籼稻9311基因组内发现了4607个加工假基因、2153个复制（duplicated）假基因和6720个假基因片段,Syngenta版本粳稻Nipponbare基因组分别为4320、2025和5989,国际水稻基因组计划完成的粳稻基因组分别为4034、1117和9304。初步分析发现,水稻中的假基因在着丝粒区域分布较为密集,加工假基因尤其明显。水稻中GC含量和基因密度成线性关系,而假基因和GC含量则没有这种关

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 微卫星研究概述
• 1.1 微卫星的定义
• 1.2 微卫星的分布
• 1.2.1 物种间的微卫星分布
• 1.2.2 基因组内的微卫星分布
• 1.2.3 不同重复单元的微卫星分布
• 1.2.4 基因内的微卫星
• 1.3 微卫星的功能
• 1.3.1 染色体组织结构
• 1.3.2 调节DNA代谢过程
• 1.3.3 调节基因表达活性
• 1.3.4 引发疾病
• 1.4 微卫星的进化
• 1.4.1 微卫星的突变机制
• 1.4.2 微卫星突变的理论模型
• 1.5 微卫星的应用
• 1.6 搜寻微卫星的程序
• 1.7 参考文献
• 第2章 水稻基因组中的三核苷酸重复：分布及其与基因的关系
• 2.1 摘要
• 2.2 引言
• 2.3 材料和方法
• 2.3.1 序列数据
• 2.3.2 cDNA序列在基因组上的定位
• 2.3.3 TNRs识别和数据分析
• 2.3.4 含有TNRs的cDNA的功能分类
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 TNRs在基因组不同区域的分布
• 2.4.2 基因组不同区域对TNRs具有不同的选择压力
• 2.4.3 编码区内的TNRs偏好编码丙氨酸和甘氨酸
• 2.4.4 转录调节功能相关基因内偏好包含TNRs
• 2.5 讨论
• 2.6 参考文献
• 第3章 籼粳稻亚种全基因组微卫星多态性数据库的开发
• 3.1 摘要
• 3.2 引言
• 3.3 材料和方法
• 3.3.1 水稻基因组序列和微卫星位点的筛选
• 3.3.2 微卫星的侧翼序列和多态性
• 3.3.3 通过直接测序证实微卫星多态性
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 水稻两个亚种全基因组微卫星的数量和分布
• 3.4.2 不同基因组区域微卫星的多态性及其分布
• 3.4.3 不同种类微卫星的多态性及其分布
• 3.4.4 不同基序类别的微卫星多态性
• 3.4.5 微卫星多态性长度分布
• 3.4.6 多态性微卫星位点
• 3.4.7 微卫星多态性实验验证
• 3.5 讨论
• 3.5.1 植物基因组内的微卫星分布和多态性
• 3.5.2 MNRs、PNRs和HNRs可作为待开发分子标记资源
• 3.5.3 水稻两个亚种全基因组微卫星多态性数据库的构建
• 3.6 参考文献
• 第4章 假基因研究概述
• 4.1 假基因的定义
• 4.2 假基因的分类与特点
• 4.2.1 非加工假基因：
• 4.2.2 加工假基因
• 4.3 假基因的数量
• 4.4 假基因的分布
• 4.5 假基因的同源基因家族分布
• 4.6 假基因的功能
• 4.7 假基因的进化研究
• 4.7.1 假基因的选择压力
• 4.7.2 假基因的发生时间
• 4.7.3 假基因作为进化研究的一种工具
• 4.8 参考文献
• 第5章 水稻基因组水平假基因分析
• 5.1 摘要
• 5.2 引言
• 5.3 材料和方法
• 5.3.1 序列数据
• 5.3.2 假基因的识别
• 5.3.2.1 屏蔽已知的重复序列和预测基因
• 5.3.2.2 Tblastn同源搜索
• 5.3.2.3 用FASTA程序进行最佳联配
• 5.3.2.4 检查移码突变且去除功能基因
• 5.3.3 区别加工假基因和非加工假基因
• 5.3.4 不同GC含量区域的假基因密度
• 5.3.5 假基因的Ka／Ks值
• 5.3.6 假基因序列变异度
• 5.3.7 假基因的功能分类
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 水稻基因组内的假基因数量
• 5.4.2 假基因的分布
• 5.4.3 假基因的Ka／Ks
• 5.4.4 假基因序列变异度
• 5.4.5 假基因的功能分类
• 5.5 讨论
• 5.6 参考文献：
• 附录1 表格目录
• 附录2 插图目录
• 附录3 发表论文清单