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日本血吸虫假结结构的生物信息学预测分析以及鉴定

作　者: 王海彬
导　师: 胡薇
学　校: 华东理工大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 生物信息学日本血吸虫假结核糖体移码
分类号: Q522
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

RNA是一类重要的生物大分子,在生物体生长发育的各个阶段均发挥重要功能。RNA的功能主要由其结构来决定,其结构类型主要包括茎环结构、发夹结构和假结结构等。假结结构(pseudoknot)作为一类非常稳定的RNA结构,具有14种假想的结构类型,其形成在很大程度上影响了RNA分子的稳定性。研究假结结构为了解单链RNA如何自我折叠以及如何在生物活动中发挥作用提供了重要途径。假结结构的生物学作用包括：形成不同核酶的催化核心,自我剪切内含子,以及端粒酶和选择性基因表达等。在假结结构的众多功能中,研究最多的重要功能是选择性基因表达,即mRNA上存在的假结结构可以刺激核糖体引起阅读框移码,在形成假结结构的mRNA上游特定区域,核糖体的移动会被阻碍,从而使阅读框发生变化,最终产生一个新的融合蛋白。本文从众多的RNA二级结构预测软件中经过测试,挑选出了三种能稳定并可靠预测RNA假结结构的软件(GeneBee、dotknot、pknotsRG),利用这三种软件,采取perl语言编写网上批量提交程序进行预测,并与pknotsRG软件本地化预测相结合,从日本血吸虫的8452条基因编码序列中预测出了151条可能含有假结结构的序列。随后依据最小自由能挑选具有稳定假结结构的序列,并使用生物信息学软件Fsfinder预测这些序列上的核糖体移码位点,从中筛选出91条可能同时含有稳定RNA假结结构以及核糖体移码位点的序列。在此基础上,通过对这91条序列进行开放阅读框(ORF)分析,判断预测的含有RNA假结结构在mRNA序列上是否位于核糖体移码位点的下游4-11个碱基区域内,以及核糖体移码位点是否位于启动子下游,从而筛选出26条日本血吸虫基因编码序列可能含有促使核糖体移码的假结结构。对预测可能含有促移码假结结构的26条日本血吸虫基因序列,利用已有的日本血吸虫蛋白质组数据库中的肽段数据进行比对,寻找到7条表达基因的肽段信息,其中有发现1条是核糖体移码之后产生的肽段,从而为验证本研究假结结构预测的生物信息学方法及结果提供了重要的依据。最后,本研究还尝试利用原核大肠杆菌系统,克隆表达了3个预测出的含有RNA假结结构的日本血吸虫基因序列,并使用免疫印迹方法来进行体外分析验证。目前,虽然在体外验证中还没有最后获得所挑选日本血吸虫基因蛋白体外移码表达可靠证据,但本研究探索了真核生物假结结构的体外实验验证方法,并提供了有益的资料。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章文献综述  10-27
  1.1 RNA二级结构  10-15
    1.1.1 引言  10-11
    1.1.2 生物信息学的应用和主要研究内容  11-12
    1.1.3 预测RNA二级结构的方法  12-14
    1.1.4 预测RNA二级结构的工具  14-15
  1.2 RNA假结结构  15-23
    1.2.1 假结结构概述  15-17
    1.2.2 RNA假结结构的功能  17-18
    1.2.3 预测假结  18-20
    1.2.4 实际采用的软件和数据库概述  20-22
    1.2.5 假结结构的实验验证方法  22-23
  1.3 日本血吸虫及血吸虫病  23-25
    1.3.1 日本血吸虫  23
    1.3.2 血吸虫疾病  23-24
    1.3.3 发病机制及治疗药物  24
    1.3.4 血吸虫基因组研究  24-25
  1.4 研究目的、思路和方法  25-27
    1.4.1 研究目的  25
    1.4.2 研究思路  25-27
第二章假结预测软件的测试和挑选  27-32
  2.1 软件的测试  27
  2.2 挑选标准  27-28
  2.3 测试结果  28-29
  2.4 实际应用测试  29-31
  2.5 pseudoknot预测软件总结  31-32
第三章批量在线提交程序的编写及软件的本地化  32-45
  3.1 在线批量提交的系统环境  32-33
    3.1.1 硬件环境  32-33
    3.1.2 操作系统采用  33
    3.1.3 程序语言  33
  3.2 在线批量提交程序的编写  33-42
    3.2.1 批量提交的原理  33
    3.2.2 perl语言简介  33
    3.2.3 程序编写中采用的基本命令和模块概述  33-36
    3.2.4 GeneBee软件批量提交程序的编写  36-40
    3.2.5 Dotknot软件批量提交模式的编写  40-42
  3.3 Pknots-RG软件的本地化  42-45
    3.3.1 Pknots-RG软件的参数介绍  42-43
    3.3.2 Pknots-RG筛选数据程序  43-45
第四章批量提交运行  45-48
  4.1 实验流程  45
  4.2 数据来源  45
  4.3 系统设置及软件环境  45-46
  4.4 数据预处理  46
  4.5 运行结果  46-48
    4.5.1 假结结构在线提交模式汇总  46
    4.5.2 假结结构预测汇总  46-48
第五章核糖体移码位点预测及数据处理  48-56
  5.1 使用FSfinder进行移码位点的预测  48-52
    5.1.1 Fsfinder软件概述  48-49
    5.1.2 Fsifnd软件实际分析结果  49-52
  5.2 GO分类  52-53
  5.3 进行GC含量统计分析  53
  5.4 使用orffinder进一步分析序列中的阅读框  53-55
    5.4.1 ORF finder在线程序简介  54
    5.4.2 ORF finder实际使用结果  54-55
  5.5 移码序列的生物信息学分析  55
  5.6 结论  55-56
第六章利用蛋白质组数据验证假结结构及对应的程序性核糖体移码现象  56-67
  6.1 实验材料和方法  56-58
    6.1.1 实验材料  56
    6.1.2 实验方法  56-58
  6.2 数据比对过程及验证结果  58-59
  6.3 蛋白质组数据验证结果分析  59-67
第七章体外克隆表达验证  67-80
  7.1 候选基因的基本信息  67-70
  7.2 实验材料  70-73
    7.2.1 质粒  70-71
    7.2.2 大肠杆菌菌株  71
    7.2.3 试剂  71
    7.2.4 培养基  71-72
    7.2.5 其他材料  72
    7.2.6 主要仪器  72
    7.2.7 其他试剂  72-73
  7.3 实验及分析方法  73-74
    7.3.1 分子克隆相关实验  73
    7.3.2 Western分析步骤  73-74
  7.4 试验结果和讨论  74-80
    7.4.1 质粒构建  74-76
    7.4.2 蛋白表达  76-77
    7.4.3 对表达蛋白的免疫杂交(Western Blot)分析  77-79
    7.4.4 讨论  79-80
第八章总结和展望  80-104
  8.1 生物信息学分析的优化手段  80
  8.2 预测假结结构的方法  80
  8.3 对于核糖体移码假结的预测  80
  8.4 日本血吸虫基因组中含有假结结构的序列  80-81
  8.5 目前存在的问题  81-104
参考文献  104-106
致谢  106

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