节旋藻/螺旋藻基因组特性初探及硝酸盐转运蛋白基因克隆与序列分析

论文摘要

节旋藻／螺旋藻（Arthrospria／Spirulina）因其重要的经济价值和特殊的生物学性质而受到广泛关注。虽然其分子遗传学研究开展较早，但与其它已测序模式蓝藻集胞藻（Synechocystis）PCC 6803、聚球藻（synechococcus sp．）WH 8120、鱼腥藻（Anabaena）PCC 7120和念珠藻（Nostoc punctiforme）等相比，其研究进展十分缓慢。目前已克隆并发表的节旋藻基因仅30多个，有关节旋藻基因组学研究尚属空白，对节旋藻基因组特性更加缺乏了解。 本研究针对节旋藻自身结构和成分上的特点，通过优化实验方法构建了极大节旋藻（Arthrospria maxima）FACHB438高分子量、高覆盖率的基因组fosmid文库。该文库含有4300个克隆，重组频率是97.1％，插入片段平均大小为36.1kb，覆盖了节旋藻基因组的27.9倍。高分子量、高覆盖率节旋藻基因组文库的构建为物理图谱的绘制及最终全基因组测序奠定基础，同时也为开展比较基因组学、基因定位克隆等研究奠定基础。 以序列标签位点（STS）为路标构建重叠群图谱是目前最普遍、最经典、分辨率最高的物理作图方法。本研究随机挑选了100个克隆进行双末端测序，并挑选了14对特异性的STS序列设计引物，以1536个克隆为模板，根据STS-PCR反应池方案筛选了127个种子克隆，根据这些克隆之间的重叠位置关系拼接了4个连续的重叠克隆群，为最终节旋藻物理图谱的绘制奠定了基础。 同时，又随机挑选了一些克隆进行末端测序，共得到602个高质量的序列。这些序列总长为307，547bp，覆盖节旋藻基因组5.70％。序列相似性分析筛查到287条序列与已知功能的基因高度匹配，63条为假说蛋白（hypothetical protein）基因，另外发现了252条新基因，比例高达41.8％。密码子和GC含量分析表明：极大节旋藻密码子使用没有明显的偏倚性，密码子第一、二、三位GC含量分别为46.9％，39.8％和45.5％，基因组GC含量为43.6％；节旋藻基因组和编码区的GC含量与丝状蓝藻鱼腥藻PCC 7120和念珠藻（Nostoc punctiforme）相近，与

论文目录

• 第一章 文献综述和立项依据
• 第一节 蓝藻分子遗传学研究进展
• 1.1 蓝藻载体系统
• 1.2 蓝藻基因工程表达系统
• 第二节 蓝藻基因组学研究进展
• 2.1 蓝藻结构基因组学研究
• 2.1.1 蓝藻物理图谱
• 2.1.2 蓝藻全基因组序列图谱
• 2.2 蓝藻功能基因组学研究
• 2.2.1 功能基因组学研究方法
• 2.2.2 功能基因研究
• 2.3 生物信息学在功能基因组学中的应用
• 第三节 节旋藻分子遗传学与分子系统学研究状况
• 3.1 节旋藻分子遗传学研究
• 3.1.1 节旋藻功能基因的克隆及分析
• 3.1.2 节旋藻基因转化系统研究
• 3.2 节旋藻分子系统学研究
• 第四节 研究课题的提出及立项依据
• 第二章 极大节旋藻大分子量基因组文库及其在重叠群构建中的应用
• 第一节 极大节旋藻大分子量基因组文库构建
• 1.1 材料和方法
• 1.2 结果
• 1.2.1 外源DNA片段的制备
• 1.2.2 末端修饰
• 1.2.3 转染结果
• 1.2.4 文库质量检测
• 1.3 讨论
• 1.3.1 节旋藻大分子量DNA制备
• 1.3.2 合适大小片段的制备
• 1.3.3 文库的质量检测
• 第二节 节旋藻基因组Fosmid文库在重叠群构建中的应用
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法一STS-PCR反应池方案
• 2.2 结果
• 2.2.1 种子克隆的筛选
• 2.2.2 重叠群图谱构建
• 2.3 讨论
• 2.3.1 种子克隆的筛选
• 2.3.2 重叠克隆群图谱
• 第三章 极大节旋藻基因组特性分析
• 1.1 材料和方法
• 1.2 结果
• 1.2.1 序列片段大小分布
• 1.2.2 测序质量检测
• 1.2.3 密码子使用与GC含量
• 1.2.4 序列相似性分析
• 1.2.5 蛋白质功能域查找
• 1.2.6 KEGG功能分类
• 1.2.7 重要的基因和基因家族
• 1.3 讨论
• 1.3.1 序列分析
• 1.3.2 功能分类
• 1.3.3 密码子使用和GC含量
• 1.3.4 重要的基因和基因家族
• 第四章 节旋藻硝酸盐转运蛋白基因序列分析
• 1.1 材料和方法
• 1.2 结果
• 1.2.1 序列分析
• 1.2.2 密码子使用分析
• 1.2.3 序列相似性分析
• 1.3 讨论
• 1.3.1 节旋藻NRT基因结构
• 1.3.2 节旋藻NRT基因序列分析
• 参考文献
• 附录1
• 致谢
• 文章发表情况