多种微生物功能基因的预测和分析

摘要

微生物功能基因组学的功能分析无论对于微生物自身还是对于阐明高等生物的基因功能和进化特征都很重要。本课题通过对多种微生物的功能基因进行预测和分析,为微生物功能基因的预测和分析工作提供了新的思路和参考。本研究包括以下四个工作:
　　(1)酵母基因组具有生物学意义的开放阅读框(ORFs)的数目一直悬而未决。运用支持向量机LibSVM结合六个生物特征量建立黄金模型对酿酒酵母基因组蛋白质编码基因进行预测。该法的准确性通过十重交叉验证(>99.5％)以及历史回顾对照得到了检验。该工作提供了相应的网络服务并为其它物种功能基因的预测提供了可靠的方法。
　　(2)有研究发现基因的保守性与基因的功能性密不可分。本工作通过运用COG功能分类对DEG数据库中二十种原核生物的必需基因和高表达基因的功能分布进行分析,揭示了基因的功能性与其进化保守性之间的关联。
　　(3)基因的水平转移是促进物种多样性的重要进化因素。本工作通过对DEG数据库中二十种有水平转移基因数据的原核物种的必需性、表达水平与水平转移的重叠度和相关性进行分析,从基因水平转移(HGT)的角度揭示了必需基因和高表达基因的进化特异性。
　　(4)具有重要COG功能的保守基因和水平转移基因都具有复制链定位偏性,我们从该角度对微生物必需基因和高表达基因的进化保守性比较作了补充研究,发现从不同角度进行研究得出的结论也不同。另外对CAI使用局限性的讨论显示单纯用CAI来表示表达水平并不可靠。
　　通过对酿酒酵母基因组的重注释工作,我们提供了一种成功运用支持向量机预测蛋白质编码基因的新方法;从COG功能分类和基因水平转移角度对必需基因和高表达基因的进化研究也为功能基因进化学贡献了新的思路。鉴于在第一个工作中对酿酒酵母基因组重注释取得的良好效果,我们可以试图将这种方法扩展到其他基因的预测当中,如高表达基因、必需基因等,从而为这些基因的相关功能研究提供可靠保障。

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第一章 绪论

1.1 功能基因组学概述

1.2 生物信息学与功能基因组学

1.3 本课题主要工作

1.4 本论文的结构安排

第二章 基于LibSVM的酿酒酵母基因组重注释

2.1 背景

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

第三章 基于COG揭示基因的进化保守性

3.1 背景

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

第四章 基于HGT揭示基因的进化特异性

4.1 背景

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

第五章 基于COG和HGT关于基因进化的补充研究

5.1 材料与方法

5.2 对高表达和必需基因复制链定位偏性的研究

5.3 关于CAI使用局限性的讨论

第六章 总结与展望

附录

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果