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柑橘黄龙病菌基因组中的基因倍增与进化

2020-12-12阅读(954)

柑橘黄龙病菌基因组中的基因倍增与进化

论文摘要

柑橘黄龙病是柑橘生产上的一种毁灭性病害。最近,其病原物柑橘黄龙病菌亚洲种(Candidatus Liberibacter asiaticus,"Ca. L. asiaticus")基因组测序的完成为解决其基因组的分子进化等重要问题创造了机会。基因倍增是基因和基因组进化的主要途径和最初的驱动力,为新基因的产生提供了丰富的原料。本论文即对柑橘黄龙病菌亚洲种基因组内的倍增基因现象进行了研究,鉴定了倍增的基因并对其进化特征进行了研究。"Ca. L. asiaticus"基因组中共获得1109个编码蛋白基因。通过整体比对,得到208个倍增基因,涵盖了‘’’Ca. L. asiaticus"全部蛋白的18.8%。其中基因组上新近发生的倍增基因结构分布有分散式,串联式,片段式及混合式,部分倍增基因是由非等价交换产生。对新进倍增样本相似性比对和表达模式分析发现,基因倍增后基因功能有三种可能的结果：亚功能化,保持原有功能,和新功能化。借助COG、Pfam和G0等数据库的功能注释对倍增基因的功能进行描述及归类,结果显示‘’Ca. L. asiaticus"基因组上倍增基因的功能与新陈代谢,信息的储存和加工,及细胞过程有关。基因的同义与非同义替换分析发现‘’Ca. L. asiaticus"基因组上的倍增基因大都经历了净化选择压力。ABC转运蛋白是"Ca. L. asiaticus"基因组上最大的基因家族之一。该病菌基因组中含17个具有典型的ABC功能域的ABC转运蛋白成员。根据ABC功能域的数目和结构,这些ABC转运蛋白可分为三类。第一类含11个基因,肽链仅含1个ABC功能域。第二类含4个基因,肽链含1个ABC功能域和一个TM功能域。第三类含2个基因,肽链含2个ABC功能域。所有这些ABC功能域均含6个主要的基序,不同的ABC基因基序的种类、数目、位置和氨基酸组成上均具有很高的保守性。由系统发育树的拓扑结构可以看出树的分支和根据ABC功能域结构的分类存在相关性,但第三类ABC基因的N端ABC功能域与第一类ABC基因的ABC功能域位于同一个大的进化分支上。使用MEGA软件Nei和Gojobori的方法对选择压力进行分析发现,ABC功能域的进化过程主要受到了净化选择压力。"Ca. L. asiaticus"的倍增基因数目比其他已分析过的大部分细菌略少,猜测这可能是由于柑橘黄龙病病菌为寄主内生活细菌,而不是在自由环境中生存的病菌的缘故。分析发现基因倍增后主要保持了其原有的基因功能,这些功能主要是满足了细菌生物体生存需求。ABC转运蛋白结构上的三类基因可能分别参与物质的输入和输出以及非转运相关功能。其基因和基序的保守性使ABC基因维持了功能的保守性。另外,净化选择压力下的进化过程可能有利于柑橘黄龙病菌亚洲种保持其基因组的稳定性和增殖。本研究仔细分析了"Ca. L. asiaticus"基因组水平的基因倍增及进化,可以为深入认识该细菌基因组及其基因家族的进化提供重要基础。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 前言
  • 一、柑橘黄龙病及其病菌研究概述
  • （一） 柑橘黄龙病的发生与危害
  • （二） 柑橘黄龙病菌的生物学特性
  • （三） 柑橘黄龙病菌亚洲种基因组信息
  • 二、基因倍增
  • （一） 倍增基因的产生与进化
  • （二） 倍增基因进化中的驱动力和选择压力
  • （三） 基因倍增的生物学意义
  • 三、ABC转运蛋白
  • （一） ABC转运蛋白结构、功能以及进化关系的分类
  • （二） ABC和TM功能域特点
  • 四、本研究的目的和意义
  • 材料和方法
  • 一、柑橘黄龙病菌基因组上倍增基因的确定
  • 二、新近发生的倍增事件的分析
  • 三、倍增基因进化距离及选择压力的确定
  • 四、倍增基因的功能分析
  • 五、倍增基因进化的结果分析
  • 六、ABC基因的确定和结构分析
  • 七、ABC基因系统发育分析
  • 结果与分析
  • 一、柑橘黄龙病菌亚洲种基因组上的基因倍增状况
  • 二、柑橘黄龙病菌亚洲种基因组上倍增基因的结构和产生方式
  • 三、柑橘黄龙病菌亚洲种基因组上倍增基因的进化分析
  • 四、柑橘黄龙病菌亚洲种基因组上倍增基因的功能类别
  • 五、柑橘黄龙病菌亚洲种基因组上倍增基因的进化结果
  • 六、柑橘黄龙病菌亚洲种基因组内的ABC转运蛋白
  • 七、柑橘黄龙病菌亚洲种ABC基因ABC功能域内的基序
  • 八、柑橘黄龙病菌亚洲种ABC基因系统发生关系
  • 九、柑橘黄龙病菌亚洲种ABC基因的进化
  • 讨论
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢

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