天蓝色链霉菌和阿维链霉菌的基因组比较及系统发育分析

摘要

链霉菌在抗生素和次级代谢物的生产上起着不可替代的作用，而其代表种天蓝色链霉菌和阿维链霉菌的全基因组测序的完成，为我们揭示分子进化事件，从基因进化的角度研究基因序列与功能的关系，从而进一步研究抗生素提供了契机。本文利用MUMmer与Mauve软件对天蓝色链霉菌和阿维链霉菌进行了全基因组比较，并用MUMmer两菌自身的基因组也分别进行了比较。比较发现两链霉菌之间在DNA序列水平上同源性很高，呈现高度的线性关系（synteny同线性），且两者之间存在着很多的DNA倒位和重复。另外，在两菌各自内部也均有相当数量的DNA重复。分析两链霉菌之间DNA倒位的序列数目及大小分布发现，大多数DNA倒位的长度在1-5kb，表明该长度的倒位更容易适应外界环境的变化，在漫长的进化中保留下来。本文还对大片段的倒位区域进行了分析，这为进一步研究基因倒位的翻转位点及翻转模式提供了线索。同样分析DNA重复的序列数目及大小分布发现，阿维链霉菌中的DNA重复比天蓝色链霉菌中的多，表明DNA重复很可能是阿维链霉菌基因组大于天蓝色链霉菌基因组的一部分原因。另外，天蓝色链霉菌内部较高比例的小DNA重复（20-25bp）表明，天蓝色链霉菌内部的大多数DNA重复发生在两种间重复之前；而其内部大的DNA（>200bp）重复表明，在天蓝色链霉菌和阿维链霉菌之间发生DNA重复后，天蓝色链霉菌内部又发生了大片段的DNA重复。为了进一步了解DNA重复的进化史，本文随机考察了天蓝色链霉菌中的34个重复基因，分析了其与直系同源基因的相似度。系统进化发育分析表明，77％的重复基因呈现A型进化树，此结论说明天蓝色链霉菌内部的大部分基因重复远远发生在菌种间重复之前，即大量的基因重复发生在天蓝色链霉菌与阿维链霉菌分化之前。另外，该分析还表明，在天蓝色链霉菌和阿维链霉菌，以及放线菌的其他物种中，A型基因的数目随着天蓝色链霉菌与其他物种遗传距离的增大而降低。

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前言

第一章文献综述

1.1概述

1.1.1链霉菌简介

1.1.2天蓝色链霉菌简介

1.1.3阿维链霉菌简介

1.2细菌的基因组进化策略

1.2.1概述

1.2.2进化策略

1.3比较基因组学概述

1.3.1比较基因组学定义

1.3.2比较基因组学的应用

1.3.3基因组比较的分析工具

1.4系统发育分析方法概述

1.4.1系统发育树构建方法

1.4.2常用系统发育分析软件

1.5本课题的研究意义

第二章基于DNA序列的全基因组比较

2.1概述

2.2材料与方法

2.2.1 DNA序列的获得

2.2.2 DNA序列的比对方法

2.3结果与讨论

2.3.1天蓝色链霉菌和阿维链霉菌间有很强的同线性

2.3.2天蓝色链霉菌和阿维链霉菌之间存在很多的DNA倒位

2.3.3 DNA倒位分析

2.4小结

第三章DNA重复分析

3.1概述

3.1.1 DNA重复(duplication)简介

3.2材料与方法

3.2.1 DNA重复序列的获得

3.2.2大的DNA重复区域的获得

3.3结果与讨论

3.3.1 DNA重复的数目及大小分析

3.3.2 DNA重复区域分析

3.4小结

第四章基因重复的系统发育分析

4.1概述

4.1.1基因重复与系统进化

4.1.2同源基因简介及分类

4.2材料与方法

4.2.1数据来源

4.2.2系统进化树的构建方法

4.3结果与讨论

4.3.1基因重复发生的时间分析

4.3.2重复基因的进化树类型在各物种中的分布

4.4小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2前景与展望

参考文献

致 谢