绿蜥蜴bHLH转录因子家族成员分类及进化分析

摘要

高度保守的碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)转录因子参与调控一系列发育过程，包括神经发生、性别决定、中肠发育、细胞增殖与分化等。这些蛋白组成一个转录因子超家族，普遍存在于真核生物中。绿蜥蜴(Anolis carolinensis)常被用作模式生物进行物种功能、生态以及进化领域的实验室基础研究。绿蜥蜴是第一个被全基因组测序的爬行类动物，它测序的完成连接了鱼类与哺乳类动物之间的进化空缺，但关于绿蜥蜴bHLH转录因子方面的研究却鲜有报道。
　　bHLH转录因子包含一段长约60个氨基酸残基的bHLH基序，该基序具有两个高度保守、功能各异的结构元件，即碱性区域和螺旋-环-螺旋区域。动物中，根据bHLH进化关系、DNA结合序列和功能特征的不同，将其分为45个家族和6个主要组。除bHLH结构域外，进化或功能上相近的某一组bHLH蛋白通常具有一些特殊结构域或基序，其中最为常见的包括PAS、Orange、“WRPW”肽和亮氨酸拉链(LZ)结构域等。本论文系统研究了绿蜥蜴bHLH蛋白家族的鉴定与分类、bHLH转录因子超家族的进化关系，主要结果如下:
　　第一，从绿蜥蜴基因组内鉴定出了102个bHLH家族成员，并根据组内进化分析将其归为43个家族，其中43、24、16、3、10和3个成员分别隶属于A、B、C、D、E和F六个组，剩余的3个成员被归入“孤儿”家族。此外，还对早期关于人类、小鼠、斑胸草雀、斑马鱼、果蝇以及秀丽线虫bHLH的报道数据进行了更新与完善，最终将其bHLH家族成员数目分别确定为117、116、86、148、59和45个。
　　第二，序列比对结果显示，绿蜥蜴A、B和E组成员基本符合“5-8-13”特征性氨基酸位点，D和F组成员比其他组更为保守。对绿蜥蜴bHLH全长序列结构域分析，显示多数情况下蛋白结构域的分布在同一组内保守。根据内含子相对位置和相位的不同将其归为34种剪切类型，类型Ⅰ到Ⅻ总共占到全部bHLH基因的89.7％，且大多数来自于同一家族的成员具有相同的内含子类型。绿蜥蜴bHLH蛋白序列及其编码区域特征的分析，为前文仅借助bHLH基序构建进化树进行分类的可靠性提供依据。
　　第三，本文所分析的物种中，发现除秀丽线虫以外几乎所有bHLH成员都聚在了对应的45个家族之内，而绿蜥蜴bHLH转录因子分布于43个家族，在Delilah和Mnt两个家族内没有成员被发现;绿蜥蜴和小鼠或人类bHLH构建进化树，91个成员分别与小鼠或人类bHLH成员形成单进化支，说明bHLH在动物进化过程中较为保守。bHLHZ家族被分为三个亚组，该家族中除Mnt、Max、TF4和AP4（单拷贝）外，其他家族都发生了不同程度的家族成员扩增。对E组成员的分析发现该组的扩增发生在H/E(spl)家族，而非Hey家族，且进化分析以及染色体定位说明H/E(spl)家族的扩增可能是由基因组复制和基因串联式复制引起的。
　　本研究采用生物信息学的方法成功地对绿蜥蜴bHLH转录因子家族成员进行了鉴定与分类，填补了绿蜥蜴bHLH方面的研究空缺。这些结果将会对研究bHLH蛋白在生物体生长和发育的重要调控过程中所起生物学功能，以及动物bHLH基因多样性进化分析提供有用信息，也希望它可以为进一步揭示真核生物进化机制的奥秘提供新的视野。

目录

声明

摘要

英文缩写与符号

第一章 绪论

1．1 bHLH转录因子的分类

1．1．1 动物bHLH转录因子的分类

1．1．2 植物和真菌bHLH转录因子的分类

1．2 bHLH转录因子的功能

1．2．1 动物bHLH转录因子的功能

1．2．2 植物bHLH转录因子的功能

1．2．3 真菌bHLH转录因子的功能

1．3 bHLH转录因子的作用机理

1．4 研究目的和意义

1．5 研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

第二章 绿蜥蜴bHLH转录因子的鉴定与分类

2．1 材料与方法

2．1．1 tBLASTn搜索与删除冗余

2．1．2 序列末端补齐和内含子分析

2．1．3 保守氨基酸位点的检查

2．1．4 多序列比对

2．1．5 系统发生分析

2．3 结果与讨论

2．2．1 bHLH转录因子成员的鉴定与更新

2．2．2 绿蜥蜴和小鼠同源关系的确定

2．2．3 绿蜥蜴bHLH蛋白序列与基因编码区域

2．2．4 绿蜥蜴与其他物种bHLH转录因子成员比较

2．3 本章小结

第三章 bHLH成员的序列特征分析

3．1 材料与方法

3．1．1 绿蜥蜴bHLH基序序列特征分析

3．1．2 绿蜥蜴bHLH成员结构域分布预测

3．1．3 绿蜥蜴bHLH基序编码区域基因结构分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 绿蜥蜴bHLH中重要氨基酸残基位点高度保守

3．2．2 绿蜥蜴bHLH蛋白序列及其保守结构域

3．2．3 bHLH基序编码区域的内含子／外显子结构

3．3 本章小结

第四章 动物bHLH转录因子进化分析

4．1 方法与材料

4．2 结果与讨论

4．2．1 动物bHLH家族成员进化分析

4．2．2 bHLHZ家族成员分析

4．2．3 Hey和H／E(spl)家族成员的扩增

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表论文

附录