人类组织特异性基因的进化研究

论文摘要

本文基于公共数据库资源,以人类组织特异性基因为对象,利用生物信息学的理论和方法,对处于调控通路不同阶段的人类组织特异性基因的进化特征进行比较研究,揭示人类组织特异性基因和非组织特异性基因在特定进化特征上的差异,以及处于信号通路不同阶段的人类组织特异性基因之间存在的进化特征异同,进而对相应的潜在机制进行探索。另外,本文从共进化的角度揭示了导致编码区进化速率差异的可能原因,为深入研究此类基因的进化机制提供新的思路。主要研究结果如下:（1）通过系统分析人类组织特异性基因及其在小鼠中的同源基因,计算多种进化选择压力（如同义替代率（Ks）、非同义替代率（Ka）和进化速率）。结果显示调控通路中不同阶段的组织特异性基因具有不同的进化速率。和其他组织特异性基因相比,组织特异性的转录因子（包括Hox基因,non-Hox homeobox基因, HLH基因以及Zinger finger基因）具有相对较低的进化速率,而细胞外信号、膜结合的信号受体以及神经递质基因具有明显高的进化速率。（2）对不同种类组织特异性基因的非同义替代率进行比较分析,发现突变率的不同并不是造成进化速率不同的真正原因,而组织特异性转录因子处于较强选择压力以及功能和表达方式的差异才可能是潜在原因。（3）通过与非组织特异性基因比较发现并非所有的人类组织特异性基因均进化较快;和细胞信号及细胞分化相关的非组织特异基因相比,除神经递质和膜结合的细胞信号受体基因以外,其他所有的组织特异性基因的进化速率均显著较低。（4）进一步识别并分析了不同基因内含子区的可转移元件,发现编码区具有较低进化速率的基因在其相应内含子区便具有较低的可转移元件密度,表明编码区和其相应的内含子区之间可能存在协调进化。通过对上述研究结果的综合分析,初步揭示了人类组织特异性基因的特定进化特性,即:相对于非组织特异性基因,并非所有的人类组织特异性基因均进化较快,而且不同种类的人类组织特异性基因具有不同的进化速率,而不同编码区和其相应的内含子区之间存在的协调进化可能是此现象的潜在驱动因素。本文的研究结果为更深入探索此类基因的进化机制提供了相应基础和启示。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 生物信息学概述
• 1.1 生物信息学定义
• 1.2 生物信息学的产生与发展
• 1.2.1 生物信息学的产生
• 1.2.2 生物信息学发展阶段
• 1.3 生物信息学研究的方向与趋势
• 1.3.1 生物信息学研究的方向
• 1.3.2 生物信息学研究的趋势
• 1.4 生物信息学面临的挑战
• 第二章 比较基因组学概述
• 2.1 比较基因组学产生的背景及定义
• 2.1.1 比较基因组学产生的背景
• 2.1.2 比较基因组学定义
• 2.2 比较基因组学研究技术
• 2.2.1 比较基因组杂交技术
• 2.2.2 寡核苷酸阵列比较基因组杂交技术
• 2.2.3 原位杂交技术
• 2.2.4 染色体涂染技术
• 2.3 比较基因组学应用
• 2.3.1 确定进化关系
• 2.3.2 非编码功能元件探索
• 2.3.3 功能性SNP 识别及人类疾病机制探索
• 2.3.4 新基因的发现
• 第三章 目标基因进化研究中的若干概念简介
• 3.1 碱基突变与替代
• 3.1.1 碱基突变
• 3.1.2 同义替代与非同义替代
• 3.2 进化速率与进化选择
• 第四章 人类组织特异性基因的选择压力及进化机制探索
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 序列获取
• 4.1.2 进化率计算
• 4.1.3 可转移元件识别
• 4.1.4 统计分析
• 4.2 结果和讨论
• 4.2.1 组织特异性基因的进化速率分化
• 4.2.2 大部分人类组织特异性基因比细胞信号及细胞分化相关的基因进化慢
• 4.2.3 编码区和相应的侧翼内含子区之间存在潜在的共进化
• 第五章 全文小结
• 参考文献
• 附录
• 研究成果及学术论文
• 致谢