超敏反应数据库的构建及数据分析

论文摘要

超敏反应是在病原菌入侵宿主时,诱导宿主发生的抗病反应,它对研究宿主抗病性和病原菌的致病机理有非常重要的意义。 在植物致病菌中基因组中,超敏反应及毒力基因(Hypersensitive Response and Pathogenicity Genes, hrp genes)主要编码Ⅲ型分泌系统(Type Ⅲ secretion system),是决定病原菌对植物宿主致病能力的基因。 为了分析超敏反应基因及其表达产物,我们构建了超敏反应的数据库,并在网站http://sdbi.sdut.edu.cn/hrp/index.php上提供访问服务。在我们构建的数据库中,共包含3363个超敏反应基因及蛋白的数据信息,每一条数据都提供了基因名称、物种来源、物种分类地位、蛋白序列等信息。数据库中还提供了主要的植物致病菌的基因组。另外,为了更方便的使用数据库,我们编写了方便的查询工具,还有可用于序列查询、比对及同源性分析的Blast工具等。 在构建的数据库工作的基础上,我们综合运用了Z’曲线以及多维向量差异表示等方法分析了四种常见的植物致病菌的基因组。分析的结果显示hrp毒力岛基因在GC含量、密码子及氨基酸使用偏好上均与基因组存在着较大的差异。这种超敏反应基因与基因组在序列统计学特征上的差异验证了大部分超敏反应基因为外源水平转移基因的假说。 在细菌基因组中,编码核糖体蛋白(RP)、转录因子(IF)和分子伴侣(CH)的三类基因被认为是普遍高表达的。基于此理论,我们又选取了五种常见的植物致病菌,使用Karlin提出的计算基因与基因群差异的方法,把细菌中普遍高表达的三类基因和基因组基因分别作为不同的基因群,对比计算了基因在密码子和氨基酸使用偏好上与两类基因群的差异值。结果显示超敏反应基因更接近基因组基因群,不具有预测高表达(PHX)基因的序列特征。这与超敏反应基因不编码病原菌生存所用的关键蛋白,其缺失并不影响病原菌在基本培养基上存活的实验结果相一致。在结果中我们还发现与超敏反应蛋白同源的鞭毛蛋白的编码基因具有较高的预测表达水平。另外,我们还统计了五种病原菌基因组中预测表达水平在前20的基因,发现除了普遍高表达的三类基因外,能量代谢通路中的关键酶、毒力相关的部分蛋白、ATP合成酶以及电子传递体系中的许多因子也是预测高

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 超敏反应概述
• 1.2 病原菌诱导植物发生超敏反应的机理
• 1.3 生物信息学的应用
• 1.3.1 生物信息学概述
• 1.3.2 生物信息学研究的主要内容
• 1.4 诱导超敏反应相关基因的研究进展
• 1.4.1 病原菌中诱导超敏反应发生相关的基因
• 1.4.2 超敏反应相关基因的表达调控
• 1.5 目前需要解决的问题
• 1.5.1 数据库的构建
• 1.5.2 诱导超敏反应相关基因的来源问题
• 1.5.3 植物病原菌基因的表达水平
• 1.5.4 潜在药物靶标的可行性
• 第二章 超敏反应数据库的构建
• 2.1 美国国立生物技术信息中心
• 2.2 数据搜索与去除冗余
• 2.3 构建数据库所用到的计算机技术
• 2.3.1 数据库运作模式的选择
• 2.3.2 数据库构建及运行所用的计算机软件
• 2.3.3 HTML（超文本标注语言）
• 2.4 数据库中主要的植物病原菌
• 2.4.1 欧文氏菌属（Erwinia）
• 2.4.2 假单包菌属（Pseudomonas）
• 2.4.3 黄单包菌属（Xanthomonas）
• 2.4.4 青枯病原菌属（Ralstonia）
• 2.5 数据库的构建过程
• 2.6 WEB页面设计和 PHP连接数据库的实现
• 2.7 数据库对外服务
• 2.8 数据库的功能简介和更新维护
• 2.9 小结
• 附图
• 第三章 hrp毒力岛基因的水平转移特征分析
• 3.1 细菌的毒力岛
• 3.2 水平转移基因及其识别
• 3.3 材料与方法
• 3.3.1 材料选择
• 3.3.2 用 Z’曲线来表示 GC含量的变化
• 3.3.3 计算密码子及氨基酸的使用偏好
• 3.4 结果分析
• 3.4.1 胡萝卜软腐欧文氏菌
• 3.4.2 烟草青枯病原菌
• 3.4.3 十字花科黑腐病菌
• 3.4.4 地毯草黄单胞菌
• 3.5 小结
• 附表
• 附图
• 第四章 病原菌基因组表达水平分析
• 4.1 材料选择
• 4.2 研究方法简述
• 4.2.1 基因群之间密码子使用差异的计算
• 4.2.2 基因表达的度量指标
• 4.2.3 高表达基因和外源基因的限定
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 hrp基因的表达水平分析
• 4.3.2 鞭毛蛋白编码的表达
• 4.3.3 预测高丰度表达的基因的统计
• 4.4 讨论
• 附表
• 第五章 潜在的药物靶标及可行性讨论
• 5.1 创新药物靶标概述
• 5.2 潜在药物靶标寻找的思路
• 5.2.1 毒力基因
• 5.2.2 功能必需基因
• 5.2.3 功能未知的基因
• 5.2.4 跨膜运输蛋白
• 5.3 潜在药物靶标的分析
• 5.3.1 抑制病原菌的生命活动及侵染
• 5.3.2 增强植物的抗病能力
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢