根瘤菌比较基因组学研究及蛋白质互作网络预测

摘要

根瘤菌是一类重要的农业微生物，可以与宿主(主要为豆科植物)共生形成根瘤或茎瘤，且在共生条件下根瘤菌可固定大气中游离的氮，为宿主提供氮素养料，从而减少宿主对土壤中氮肥的需求。
　　 由于新类型根瘤菌不断被发现而分类手段还局限于以互接种族或者以16Sr RNA等少数保守基因的系统发生为依据等原因，目前根瘤菌的分类系统中还存在一些争议。本文在综合利用生物信息学工具对NCBI数据库中的2个纲8个属19个根瘤菌基因组进行比对分析之后，发现LCBs(Locally Coilinear Blocks)在基因组上的分布特征可以用于界定“属”，这为解决已有分类系统的争议、快速分类新发现的根瘤菌提供了新的依据。本文还对nifA等共生固氮过程中重要基因的密码子使用情况、表达水平等进行了分析，发现nifA基因在演化过程中出现了有利于高表达的密码子使用偏好，这为构建高效固氮工程菌提供了新思路。
　　 蛋白质互作网络是生命活动的重要基础，但是目前国际上对根瘤菌蛋白质互作网络的研究尚处于起步阶段。本文运用两种不同方法预测了19个根瘤菌种(株)的蛋白互作网络并对构建的互作网络进行了拓扑性质的分析。这为研究根瘤菌蛋白质互作网络演化、发现新的共生固氮基因、建立菌.植互作网络等提供了基础。

目录

文摘

英文文摘

缩略词表(Abbreviation)

第一章 前言

1.1 根瘤菌基因组

1.1.1 概述

1.1.2 根瘤菌(Rhizobia)简介

1.1.3 根瘤菌属(Rhizobium)

1.1.4 慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)

1.1.5 中华根瘤菌属(Sinorhizobium)

1.1.6 中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)

1.1.7 固氮根瘤菌属(Azorhizobium)

1.1.8 异样根瘤菌属(Allorhizobium)

1.1.9 其他根瘤菌

1.2 共生与固氮

1.3 基因组学研究背景及进展

1.4 比较基因组学研究背景及进展

1.4.1 概述

1.4.2 比较基因组学研究内容

1.4.3 比较基因组学常用概念简述

1.4.4 比较基因组学常用数据库

1.4.5 比较基因组学常用工具

1.5 蛋白质相互作用网络

1.5.1 概述

1.5.2 实验方法简述

1.5.3 论预测方法简述

1.5.4 已有的根瘤菌蛋白质互作网络

1.6 研究目的与意义

第二章 根瘤菌比较基因组学研究

2.1 材料与方法

2.1.1 基因组数据

2.1.2 基因组复制起始点(OriC)数据

2.1.3 部分物种共生、固氮途径的功能基因数据

2.1.4 构建系统发生树(Phylogenetic tree)：

2.1.5 核苷酸水平的全基因组比对

2.1.6 基因家族、差异基因及物种特异基因分析

2.1.7 共生基因(Symbiosis)与固氮基因(Nitrogen fixation)的比较基因组学分析

2.2 结果与分析

2.2.1 系统发生树的结果与分析

2.2.2 核苷酸水平的全基因组比对

2.2.3 基因家族分析

2.2.4 共生基因与固氮基因的比较基因组学分析结果

2.3 小结

第三章 根瘤菌蛋白质互作网络构建

3.1 材料与方法

3.1.1 蛋白数据来源

3.1.2 所用软件

3.1.3 已知蛋白互作数据整合

3.1.4 预测方法

3.2 结果与分析

3.2.1 预测结果及初步统计

3.2.2 网络拓扑性质分析

3.3 局部网络分析

3.3.1 NifA蛋白参与的蛋白互作分析

3.3.2 SSG编码蛋白(ssgP)参与的互作分析

3.4 小结

第四章 结论

第五章 展望

参考文献

致谢

附件