識(shí)別和分析植物基因組里的功能元件——Z-DNA、看家基因、細(xì)胞壁合成相關(guān)蛋白的識(shí)別和分析.pdf

1、識(shí)別和刻畫(huà)植物基因組中的各種功能元素是解讀它們?cè)谥参镏械墓δ艿牡谝徊?，幫助我們從分子和?xì)胞水平上進(jìn)一步深入了解植物基因組，從而有可能有助于我們更好地利用植物資源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物能源等方面的研究做出貢獻(xiàn)。
　　 在本論文中，我們將介紹在雙子葉模式植物擬南芥和單子葉模式植物水稻中三種不同功能元件(Z-DNA構(gòu)型序列、看家基因、細(xì)胞壁合成相關(guān)蛋白/基因)的研究工作。在第一章緒論之后，分三章展述相關(guān)研究。
　　 第二章講述Z-D

2、NA在擬南芥和水稻基因組上的分布與功能的比較分析。左手螺旋Z-DNA是一種在能量上處于劣勢(shì)的DNA結(jié)構(gòu)，只在細(xì)胞的特定生理?xiàng)l件下才形成。目前已知Z-DNA可參與一系列的細(xì)胞活動(dòng)，比如轉(zhuǎn)錄調(diào)控。我們比較了擬南芥和水稻基因組里Z-DNA的分布與功能，且觀察到Z-DNA在水稻基因組里出現(xiàn)的頻率是其在擬南芥基因組里出現(xiàn)頻率的9倍。類(lèi)似的情況也存在于其它單雙子葉植物中。此外，Z-DNA顯著富集在擬南芥基因的編碼區(qū)域，但是在水稻的高GC區(qū)域。基于這

3、些分析，我們推測(cè)：在擬南芥里，Z-DNA可能參與調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子、抑制子、翻譯抑制子、琥珀酸脫氫酶、谷胱甘肽二硫化物還原酶的表達(dá)；在水稻里Z-DNA可能影響到囊泡基因、核小體基因、參與乙醇轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)的基因、維持干細(xì)胞的基因、分生組織發(fā)展的基因、生殖結(jié)構(gòu)發(fā)育的基因的表達(dá)水平。
　　 第三章講述從全基因組水平去尋找和刻畫(huà)水稻和擬南芥里的看家基因?？醇一蚴悄切┰诓煌慕M織細(xì)胞里持續(xù)表達(dá)以維持細(xì)胞基本功能的基因。用芯片數(shù)據(jù)，我們分別在水稻和

4、擬南芥里找出1928和1411個(gè)看家基因。所找到的水稻看家基因主要屬于五類(lèi)功能類(lèi)別：結(jié)合因子、酶類(lèi)、轉(zhuǎn)運(yùn)子、轉(zhuǎn)錄因子和結(jié)構(gòu)分子；而擬南芥里的看家基因則主要屬于以下五類(lèi)：酶類(lèi)、結(jié)合因子、結(jié)構(gòu)分子、轉(zhuǎn)運(yùn)子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控子。此外，我們還觀察到一些有關(guān)看家基因的有趣現(xiàn)象，包括(a)在這兩個(gè)基因組上看家基因的編碼序列長(zhǎng)度顯著地比其它基因的平均編碼序列長(zhǎng)度短；(b)在水稻和擬南芥里，它們的平均基因長(zhǎng)度顯著比其它基因短；(c)水稻看家基因的平均外顯子長(zhǎng)度

5、顯著比其它基因短，而擬南芥看家基因的比其它基因的外顯子個(gè)數(shù)要少；(d)在兩個(gè)植物中，看家基因的內(nèi)含子顯著比其它基因長(zhǎng)?？醇一蛴休^短的編碼序列可能是為提高它們的轉(zhuǎn)錄效率自然選擇造成的。此外，我們還發(fā)現(xiàn)所識(shí)別的看家基因比其它基因有更多的表達(dá)序列標(biāo)簽以及其有更廣泛的組織表達(dá)譜。
　　 第四章講述通過(guò)蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別與植物細(xì)胞合成相關(guān)的新蛋白。植物細(xì)胞壁主要由木質(zhì)素和纖維素組成，是未來(lái)生物燃料生產(chǎn)最富有的生物物質(zhì)來(lái)源。在此，我

6、們報(bào)道如何利用蛋白相互作用數(shù)據(jù)和已知的細(xì)胞壁合成相關(guān)(CWSR)蛋白通過(guò)計(jì)算方法來(lái)預(yù)測(cè)新的細(xì)胞壁合成相關(guān)蛋白。我們?cè)跀M南芥里預(yù)測(cè)了100個(gè)新的候選CWSR蛋白。其中有7個(gè)由現(xiàn)有的CWSR數(shù)據(jù)庫(kù)所證實(shí)，有46個(gè)有其它的獨(dú)立證據(jù)，從而認(rèn)為是相對(duì)可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果。在這46個(gè)預(yù)測(cè)的新CWSR蛋白里，基于蛋白結(jié)構(gòu)域構(gòu)造、系統(tǒng)發(fā)育分析和現(xiàn)在的注釋?zhuān)覀冾A(yù)測(cè)出其中33個(gè)CWSR蛋白在細(xì)胞壁合成中的特定功能角色。有趣的是，盡管預(yù)測(cè)用的571個(gè)已知CWSR