两种真核模式生物核小体定位研究

摘要

本文由三部分组成，主要研究了酵母和果蝇核小体定位问题。在第一部分中，根据现有酵母核小体定位数据间普遍存在着不一致性，推断出核小体在活体细胞内是动态分布的。计算分析进一步表明，核小体在基因组范围内的动态变化规律主要体现在基因的转录起始位点(TSS)周围。本文通过引入逻辑运算成功提取了独立核小体定位实验数据集间的一致性和差异性，发现并验证了酵母基因组中主要存在着两种形式的核小体分布：动态核小体和稳定核小体。在此基础上，对基因的主要转录属性和核小体分布特征进行了相关分析和聚类，得出了动态核小体并不对转录构成障碍这一重要结论。定量分析表明，在基因转录起始位点下游的+1核小体内存在一个调控敏感位点，喻示着酵母在进化中对染色质环境做了优化。其次，在观察有、无TATA盒基因上的两种核小体分布时，发现二者存在着明显差异。最后根据热冲击后核小体位置变化，发现了两种核小体滑动模式。综合以上结论，本文提出酵母基因组在适应环境过程中，同时在‘硬'遗传物质和‘软'遗传物质两个方面进行了协同进化。
　　 在第二部分中，本文对果蝇胚胎期核小体定位做了全面研究。观察到果蝇胚胎期不同表达模式基因上的核小体在占据方式上存在着显著差异，并且这种差异与基因表达程度相关。统计分析揭示了不同属性基因上核小体分布差异与+1核小体位置无关，而是取决于+1和+2核小体之间的连接DNA长度。通过比较表达基因与沉默基因上RNA聚合酶Ⅱ的浓度变化，揭示了聚合酶Ⅱ在表达基因的核小体定位中起到了关键作用。此外，在研究含组蛋白变异体的核小体分布时，观察到两类基因的H2A.Z核小体占据强度也存在着显著差异，因而从另一个角度提供了聚合酶Ⅱ对核小体定位有着重要影响的佐证。据此，本文建立了一个代表两类基因上核小体定位分布的解释模型。根据果蝇胚胎期表达基因与沉默基因在DNA弯曲能力、转录因子结合位点(TFBS)分布以及DNA与核小体亲和性上存在的差异，本文认为果蝇在‘硬'遗传方面同样留下了进化印迹(footprint)。最后本文引入Lasso算法对果蝇核小体定位成因进行了回归分析。
　　 在第三部分中，本文对酵母和果蝇的核小体定位及相关因素作了跨物种间的横向比较。内容不仅包括了两个物种中不同性质核小体的分布特征，而且还包括了它们各自的DNA物理特性、聚合酶Ⅱ以及转录因子结合位点的分布。分析结果表明，核小体定位在物种间既有广泛的保守性，又有显著的差异性，而这种差异主要体现在生物进化程度与核小体定位复杂程度是高度相关的。最后通过总结两个物种间核小体定位的相似性，本文从全新角度提出了一个代表真核生物共性的通用核小体组装模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1引言

1.1.2染色质包装的基本单元

1.1.3核小体在细胞中的重要功能

1.1.4核小体定位的基本观点

1.1.5研究对象的选取

1.2相关领域的研究现状

1.2.1核小体定位的基本研究方法

1.2.2酵母核小体定位的研究现状

1.2.3果蝇核小体定位的研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章：影响核小体定位的因素

2.1引言

2.2核小体对DNA的偏好性

2.3组蛋白N端尾的翻译后修饰与组蛋白变异

2.4转录因子

2.5核小体重塑复合体

2.6 CpG岛二核苷酸甲基化

2.7高级染色质结构

第3章：单细胞真核生物酵母的核小体定位

3.1引言

3.2结果

3.2.1比较跨平台实验数据集在基因组不同区域内的相关性

3.2.2两种不同性质的核小体定位模式的确定

3.2.3用二项式分布模型验证酵母核小体分布

3.2.4核小体的可测度

3.2.5启动子区域核小体定位模式与调控属性分析：动态核小体并不构成转录障碍

3.2.6深入研究+1核小体与转录起始位点(TSS)的关系

3.2.7含有TATA盒和没有TATA盒启动子上+1核小体定位特征

3.2.8压力条件下核小体滑动规律

3.2.9酵母体内稳定核小体分布仿真模型

3.3方法

3.3.1定位数据逻辑分析及对齐过程

3.3.2实验流程图

3.4本章讨论和小结

第4章：多细胞真核生物果蝇的核小体定位

4.1引言

4.2结果

4.2.1果蝇胚胎期基因的表达模式

4.2.2果蝇不同表达模式基因上的核小体分布

4.2.3果蝇核小体定位统计特征

4.2.4果蝇胚胎期两种核小体定位分布模型

4.2.5果蝇胚胎的H2A.Z核小体分布与基因活性

4.2.6果蝇基因编码区DNA序列对核小体的偏好性

4.2.7不同属性基因启动子区DNA弯曲能力和转录因子结合位点(TFBS)的分布

4.2.8果蝇基因组动态核小体的分布

4.2.9定位因素回归分析

4.3方法

4.3.1 Lasso回归算法简介

4.3.2核小体占位率信号重建

4.4本章讨论和小结

第5章：单细胞生物与多细胞生物核小体定位比较

5.1引言

5.2两个物种的总体核小体(bulk nucleosome)分布

5.3两个物种的H2A.Z核小体分布

5.4两个物种的DNA弯曲能力

5.5两个物种的转录因子结合位点(TFBS)分布

5.6两个物种的RNA聚合酶Ⅱ浓度分布

5.7真核生物基因启动子区核小体组装模型

5.8本章讨论和小结

第6章：全文工作总结

6.1论文的创新点

6.2论文的主要结论

6.3进一步的研究工作

参考文献

附录

攻读博士期间的论文情况

致谢