哺乳动物KAP基因家族与TSPEAR基因的分子进化

摘要

在研究哺乳动物角蛋白关联蛋白（KAP）进化的过程中，发现在人21q22.3染色体区域中有两个角蛋白关联蛋白家族（KAP10和KAP12）基因存在于TSPEAR基因的内含子中。本研究应用生物信息学构建了八种不同进化阶段的哺乳动物KAP10和KAP12家族基因在TSPEAR基因染色体上的位置图谱，发现随着物种进化，哺乳动物KAP10和KAP12家族基因不仅与TSPEAR基因在同一条染色体上，而且它们之间的距离在逐渐缩小，有进入到TSPEAR基因内含子中的趋势。鸭嘴兽、负鼠和大鼠的KAP基因簇和TSPEAR基因在染色体上是相邻的，小鼠的KAP10-11和KAP10-12已经进入到TSPEAR基因的第一个内含子中，而狗只有KAP10—2、KAP10—3、KAP10—4、KAP10—5进入到第10个内含子中，马只有的KAP10—2、KAP10—3、KAP10—4位于TSPEAR基因第14个内含子中，人和牛的KAP10和KAP12家族基因全部进入到TSPEAR基因的第11和第12个内含子中。 哺乳动物KAP10家族成员的数量变化比KAP12家族成员的数量变化要大，说明KAP10基因要有足够的基因数量才能够满足哺乳动物毛发生长的需要，而KAP12家族在进化中成员数量发生了很大的变化，尤其在鸭嘴兽中已经完全退化了。哺乳动物KAP10和KAP12家族成员的半胱氨酸含量都在16～30％之间，因此这两个家族都属于高半胱氨酸/超高半胱氨酸家族。哺乳动物KAP10家族成员GC％含量的变化没有KAP12家族成员大，说明KAP12家族基因受环境或其它因素影响较大。 从进化树分析中发现：KAP10家族基因分成三个大的分支：人、大鼠和小鼠形成一个分支；狗、马和牛形成一个分支；负鼠是一个独立的分支。虽然本实验做的进化树属于无根树，但仍然能很清楚的显示出鸭嘴兽KAP10基因在哺乳动物KAP10基因中位于古老的地位。在KAP10家族基因进化树中，物种之间没有明显相互交叉的现象，说明这个基因家族的进化发生在物种进化之后，是一个年轻的基因家族。KAP12家族基因的进化树显示狗、马、人和负鼠之间有许多的交叉，说明这个基因家族在物种进化之前就已经开始分化了。从TSPEAR基因氨基酸进化树中可以很明显的看到它的进化顺序与物种的进化顺序十分相似。 通过分析哺乳动物KAP10和KAP12家族基因插入TSPEAR基因内含子的位置，发现插入外来基因的TSPEAR基因内含子的3’端外显子和5’端外显子中有很保守的序列，而且TSPEAR基因内含子与插入的第一个KAP基因连接位置的序列也很保守：5’端为AG，3’端为—GT，这与以往我们所知的内含子剪接位点正好相反，说明TSPEAR基因的内含子将这段插入的KAP基因簇视为它本身内含子中的内含子来进行剪接表达，而且表达机理不完全相同。哺乳动物KAP基因家族与TSPEAR基因的分子进化研究可以为揭示哺乳动物内含子的进化及毛发结构基因的进化提供新的证据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录，缩略语表

声明

1引言

1.1 角蛋白与角蛋白关联蛋白

1.1.1 角蛋白的种类

1.1.2角蛋白关联蛋白的种类

1.2 TSPEAR基因

1.3生物进化

1.4内含子

1.5基因重组

1.6生物信息学概述

1.7研究目的和意义

2方法

3结果

3.1 哺乳动物KAP10、KAP12家族基因在TSPEAR基因染色体上的位置图谱分析

3.2哺乳动物KAP10、KAP12家族基因和TSPEAR基因的特征分析

3.2.1哺乳动物KAP10和KAP12家族成员的数量分析

3.2.2哺乳动物KAP10和KAP12家族成员的氨基酸含量分析

3.3哺乳动物进化树分析

3.3.1哺乳动物KAP10家族基因的氨基酸进化树

3.3.2哺乳动物KAP12家族的氨基酸进化树

3.3.3哺乳动物TSPEAR基因氨基酸进化树

3.4哺乳动物基因GC％含量分析

3.4.1哺乳动物KAP10和KAP12家族基因GC％含量分析

3.4.2哺乳动物TSPEAR基因GC％含量分析

3.5哺乳动物KAP10与KAP12家族基因的重组分析

3.6哺乳动物KAP10、KAP12家族基因与TSPEAR基因核酸序列的分析

3.6.1哺乳动物KAP基因插入TSPEAR基因的内含子3’端外显子序列的分析

3.6.2哺乳动物KAP基因插入TSPEAR基因的内含子5’端外显子序列的分析

3.6.3哺乳动物KAP基因插入TSPEAR基因的内含子5’端序列的分析

3.6.4哺乳动物KAP基因插入TSPEAR基因的内含子3’端序列的分析

3.7 TSPEAR基因相邻哺乳动物KAP基因的起始密码子上游启动子序列分析

3.7.1 TSPEAR基因相邻哺乳动物KAP基因的起始密码子上游启动子核苷酸序列分析

3.7.2与TSPEAR基因相邻哺乳动物KAP基因转录方向和转录起始结合序列的分析

3.7.3与TSPEAR基因相邻哺乳动物KAP基因的起始密码子上游启动子序列结合蛋白的分析

3.8讨论

4结论

致 谢

参考文献

附 录

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