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E亚类I型内含子的结构预测与系统发生分析

2020-11-22阅读(221)

E亚类I型内含子的结构预测与系统发生分析

论文摘要

Ⅰ型内含子是一类具有催化功能的RNA。它们通过两步连续的磷酸酯键转移反应将自身从转录产物上剪切下来,同时完成两侧外显子的拼接。以往的研究证明,Ⅰ型内含子需要折叠成特定的空间结构以完成其催化功能。Ⅰ型内含子的序列差异很大,但是它们都具有保守的碱基配对区,即保守的二级结构。这些保守的碱基配对区则组装成Ⅰ型内含子具有催化功能的空间结构。然而受制于Ⅰ型内含子的序列变化性以及二级结构中假结的影响,目前的计算机算法很难完成对Ⅰ型内含子二级结构的正确预测。 本工作对目前已知的211个E亚类Ⅰ型内含子序列进行了人工分析,分别给出了二级结构,并根据各段序列所属的二级结构,获得了较好的序列比对。序列比对揭示E亚类Ⅰ型内含子在所有Ⅰ型内含子共有的9个保守配对区之外,还具有5个额外的保守的配对区。其中4个即P2,P2.1,P9.1,P9.2是本地配对,而P13则是在P2.1及P9.1末端的单链区之间形成的远距配对。P10,P13,P3,P7这些远距配对共同使E亚类Ⅰ型内含子的二级结构呈现为一个高级的假结。此外,我们在远距配对区与本地配对区之间,发现了广泛存在着的竞争性配对。这对解释大RNA折叠过程中,远距配对形成的机理具有启发意义。 另一方面,我们在对E亚类Ⅰ型内含子的二级结构的统计分析中,发现了一些新的特征结构单元。其中包括在绿藻小亚基516位内含子中存在于P9及P9.2末端环区的扩展的GNRA四核苷酸环结构;小亚基989位及1199位P6末端环区的GYNRCG结构及这些内含子P2.1特殊的分枝结构;P3,P6及P2.1螺旋区特异位点上保守的单腺苷酸突起等。这些结构的发现使得我们对E亚类Ⅰ型内含子的空间相互作用有了进一步的认识。 对这些Ⅰ型内含子核心区域的序列进行的距离分析表明,在E亚类中,根据核心序列的不同,存在3个小类。而这些内含子周边区域二级结构的特征花式(motif)统计则表明,在其中两个小类中存在明显的特征结构。这暗示这些内含子应该各自来源于相应的共同祖先。对这些内含子的结构进行互相比较表明,来自于同一属的内含子在同一插入位点上有较高的相似性,这说明这些内含子在宿主基因内已经稳定遗传了相当长的时间。高相似度的内含子在跨越较远源的宿主的相同插入位点也有发现。这说明这些内含子的传播过程中,除了随宿主的分化而遗传至相应的子系

论文目录

  • 郑重声明
  • 摘要
  • Abstract
  • 引言
  • 第一章 背景介绍
  • 1. Ⅰ型内含子是一类具有催化活性的RNA分子
  • 2. Ⅰ型内含子的二级结构
  • 2.1 核心区二级结构
  • 2.2 周边二级结构
  • 3. Ⅰ型内含子都具有高度有序的空间结构
  • 4. Ⅰ型内含子的折叠问题
  • 5. 细胞环境组分对Ⅰ型内含子的在细胞内的结构及活性的影响
  • 6. Ⅰ型内含子的分布与起源
  • 6.1 Ⅰ型内含子随宿主基因的稳定遗传
  • 6.2 Ⅰ型内含子在传播过程中可能发生过水平转移
  • 6.3 Ⅰ型内含子在传代过程中的反复丢失与获得
  • 6.4 Ⅰ型内含子水平转移的分子机制
  • 7. Ⅰ型内含子序列的迅速积累与目前对它们的分类
  • 8. Ⅰ型内含子的二级结构预测方法
  • 8.1 基于动态归划的二级结构预测算法
  • 8.2 基于协同变异模型（CM）的算法
  • 8.3 Ⅰ型内含子二级结构预测的主要障碍和现有的预测方法
  • 9. 本工作的主要内容及意义
  • 第二章 材料与方法
  • 1. 序列的获得与预处理
  • 2. 二级结构预测
  • 3. 基于二级结构的序列比对及二级结构的优化
  • 4. 交互信息的计算
  • 5. E亚类Ⅰ型内含子的亲缘关系分析
  • 6. 系统发生树的构建
  • 第三章 结果与讨论
  • 1. 序列统计与错误排除
  • 2. E亚类Ⅰ型内含子的特征二级结构与新结构花式（structural motif）的发现
  • 2.1 E亚类Ⅰ型内含子的共有二级结构
  • 2.2 E亚类内含子二级结构中的本地配对及其显著特征
  • 2.3 E亚类内含子二级结构中的远距配对
  • 2.4 参与空间作用的结构花式（structural motifs）
  • 3. 相互竞争的碱基配对——RNA折叠动态过程的反映
  • 4. 对核心序列的分析揭示出3个小类的存在
  • 5. 序列花式存在于若干组群的Ⅰ型内含子中——对结构与起源的暗示
  • 6. E亚类Ⅰ型内含子在宿主中的分布
  • 6.1 在rRNA中的同一插入位点内，E亚类Ⅰ型内含子保持较高的相似度
  • 6.2 来自同一属的同插入位点内含子保持高度同源——E亚类Ⅰ型内含子长期稳定随宿主基因遗传的证据
  • 6.3 某些插入位点间的外显子序列及所含内含子的结构相似性——早期发生的跨插入位点的内含子迁移
  • 6.4 高度相似的Ⅰ型内含子发现于远缘宿主中——跨宿主的内含子水平转移
  • 6.5 E亚类内含子在核糖体上的空间分布
  • 7. 新homing endonuclease基因的发现
  • 结论
  • 参考文献
  • 研究生期间发表的论文及会议摘要
  • 致谢
  • 附表 本工作所分析Ⅰ型内含子的来源与最终分类
  • 附图 211个E亚类Ⅰ型内含子的二级结构

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