两个新外显子在锌指蛋白基因zfp39中的起源与进化

论文摘要

随着多个物种基因组全序列的公布,人们发现在物种间基因数量上存在着巨大的差异,在同一物种内,不同的基因或基因家族之间也存在着数目上的区别。那这些基因是如何产生?它们又是如何进化?这不仅是关于生命起源与进化的基本问题,在现实中也存在巨大的应用价值。当我们撑握了基因的变化规律,这对指导生产药物蛋白将具有重要的作用;另一方面对人工选育动植物的分子机理上有了更深层次的认识,我们可以利用人工选择的基因变化规律定向的改变动植的生产性能。但由于现已公布的基因组数据的各物种间分化时间太早,所产生的基因在漫长的进化时间中积累的大量突变早已湮没了大部分重要的进化信息,无论是基因最初产生的分子机制或是随后在群体中扩散并最终固定下来的群体动力学过程,都已无法直接观察和检测。为了解决这一问题,我们迫切的希望找到一些较近产生的基因(年轻基因,young gene)。与那些古老的基因相比,年轻基因由于产生的年代较近,保留了进化早期较为完整的基因结构和序列信息,有助于推断其起源机制及进化力量。外显子作为基因的基本结构单元,其产生的分子机制与进化情况尚未清楚。基于以上新基因的思路,我们认为对这问题的根本认识仍依赖于对新外显子的研究。为此,我们以猪的ESTs 序列和人的基因组序列为外群,对鼠类(包括大鼠和小鼠)中的新外显子进行搜索,并借鉴新基因的研究思路,详细的研究了其新外显子的起源与进化,第一次近距离的揭示了新外显子起源与进化的轨迹。在本研究工作中,我们以鼠中zfp39 基因作为范例,详尽的刻画该基因中新外显子的起源与进化轨迹。首先,我们以人基因组和猪的ESTs 数据作外群,发现在鼠zfp39基因中,相对它在人或猪的同源基因在第一和二外显子位置产生两个新的外显子。通过同源序列的搜索,我们在其它基因组中均未能找到它的同源序列,我们推测该新外显子可能通过内含子外显化的机制产生。为了阐述该外显子在大鼠和小鼠中的进化情况,我们比较了其非同义突变率(Ka)与同义突变率(Ks),其分别为0.180 和0.068,Z 检验表明Ka/Ks 在0.05 水平上显著,表明该新外显子在大鼠和小鼠分化后受到强烈的正选择作用。为了进一步追溯新外显子的进化过程,我们利用小鼠为研究材料,通过群体遗传学的方法,分析了该新外显子、新外显子两端的内含子和该基因的一个古老的外显子(该基因的第五个外显子)。我们发现在内含子上Tajima’s D 和Fu

论文目录

• 第一章 文献综述
• 第一节 新基因的概述
• 1.1 新基因的研究背景
• 1.2 新基因的产生机制
• 1.2.1 基因重复
• 1.2.2 外显子重排
• 1.2.3 逆转座
• 1.2.4 可移动元件
• 1.2.5 基因水平转移
• 第二节 新基因的进化规律
• 2.1 基因重复的种类及产生机制
• 2.1.1 部分基因重复
• 2.1.2 单基因重复
• 2.1.3 片段重复
• 2.1.4 基因组重复
• 2.2 重复基因的命运
• 2.2.1 无功能化
• 2.2.2 新功能化
• 2.2.3 亚功能化
• 2.3 重复基因进化的影响因素
• 2.4 重复基因的群体遗传学模型
• 2.4.1 无功能化模型
• 2.4.2 新基因化模型
• 2.4.3 亚功能化模型
• 2.5.4 综合模型
• 第三节 新外显子的起源与进化
• 3.1 外显子的产生机制
• 3.1.1 外显子重复
• 3.1.2 转座
• 3.1.3 内含子外显化
• 3.2 新外显子进化的初步认识
• 第二章 实验部分
• 第四节 两个新外显子在锌指蛋白zfp39中的起源与进化
• 4.1 试剂与仪器
• 4.2 新外显子的发现及确定
• 4.3 群体遗传学分析的动物材料
• 4.3.1 小鼠基因组DNA的提取
• 4.3.2 PCR扩增和测序
• 4.4 数据分析方法
• 4.4.1 Ka/Ks检验
• 4.4.2 核苷酸变异度
• 4.4.3 群体分化检验
• 4.4.4 Tajiam’sD检验
• 4.4.5 Fu和Li检验
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 新外显子的结构的特征和起源
• 4.5.2 新外显子的进化
• 4.5.3 新外显子的功能分析
• 参考文献
• 附表1: Exon2及两端内含子序列
• 附表2: Exon5上部分序列
• 致谢
• 作者简历