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必要基因组功能和代谢途径的比较研究

作　者: 张崟雯
导　师: 陶士珩
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 生物信息学
关键词: 必要基因功能比较代谢网络
分类号: Q75
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要

必要基因组研究在新药研制，合成生物学和基础生物学等领域都具有重要的实践和理论意义。通过比较不同物种之间必要基因在功能和生物过程中的分布，可以系统的把握物种之间必要途径的异同以及它们与表型的联系。本文首先比较分析了17个物种（六个门）的必要基因在22个功能类的分布和富集情况，结果表明参与翻译过程的必要基因的数目和富集显著性都是最高的。除此之外，必要基因普遍富集的功能类有辅因子和维他命代谢，核苷酸代谢，DNA复制和修复，蛋白质折叠分类和降解。同时，不同门类的物种必要基因在功能类中的个数和富集情况也存在差异。例如真菌参与转录过程的必要基因个数是细菌的15倍（P-value=8.28E-88）。细菌之间在能量代谢，氨基酸代谢和聚糖合成等功能类上也有很大的差异。接下来，为了将不同物种的各功能类必要基因的分布与物种之间的进化分歧以及表型差异联系起来,本文分别依据必要基因在各功能类的整体分布,以及分别在细胞膜与细胞壁合成，能量代谢，膜运输，辅因子合成这四个亚功能类的局部分布对17个物种重新聚类,结果表明，由全部功能类所构建的物种树与由物种分歧年代所构建的物种树非常类似,同属一个门的物种的相对关系与物种分歧年代基本一致的，但是不同门物种之间的关系却与分歧年度不完全一致。然而由各个亚功能类所构建的物种树确与物种的表型有很大的联系,例如在根据与细胞壁细胞膜合成有关的必要基因聚类结果中，格兰氏阳性菌与格兰氏阴性菌分别聚在一起，而在能量代谢的聚类结果中，需氧菌细菌与厌氧型细菌分别聚在一起。最后，本文将物种的必要基因映射到它们所参与的代谢途径中，并将代谢途径联系起来形成一个系统。最终所有的代谢途径被归纳到三个功能体系：细胞壁细胞膜合成，能量代谢和辅因子合成。根据这个简化的系统，本文构建了反映不同门类物种的必要代谢途径的模型，这为必要基因预测，对不同生命形式最小功能组的认知提供了理论和经验的指导。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章文献综述  8-13
  1.1 必要基因定义  8
  1.2 必要基因预测  8-10
  1.3 必要基因组功能比较研究  10-11
  1.4 课题的目的和意义  11-13
第二章研究数据与方法  13-17
  2.1 研究数据的收集  13-14
    2.1.1 必要基因数据  13-14
    2.1.2 基因功能注释数据  14
  2.2 研究必要基因在功能类中的分布和富集显著性  14-15
  2.3 基于必要基因组对物种聚类  15-16
  2.4 必要代谢途径模型构建  16-17
第三章研究结果  17-38
  3.1 必要基因的功能分布  17-19
  3.2 17 个物种的必要基因组比较  19-26
  3.3 不同门物种必要途径的比较与必要代谢途径模型构建  26-38
第四章讨论  38-39
参考文献  39-42
附图  42-51
致谢  51-52
作者简介  52

必要基因组功能和代谢途径的比较研究

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