基于文昌鱼（Branchiostoma floridae）ESTs的转录组比较分析及EST数据库构建

摘要

文昌鱼是现存的与脊椎动物最接近的非脊椎动物，长期以来文昌鱼一直作为研究动物进化和胚胎发育的模式生物，被称为“活化石”。近来分子系统学的研究结果对文昌鱼的进化地位提出了挑战，因此本论文在文昌鱼基因组计划尚未完成之前，对文昌鱼EST序列的转录组比较分析以及EST数据库分析平台的建立，为更进一步地注释文昌鱼的基因功能、揭示其进化地位以及比较基因组学的研究都具有十分重要的理论与实践意义。 本论文利用生物信息学的理论与方法对公共数据库中文昌鱼(Branchiostomafloridae)的五个不同发育阶段的EST序列进行了聚类拼接、基因注释、功能分类、核酸序列分析以及MicroRNA的靶标预测和比较研究。并利用EST分析得出的文昌鱼基因表达谱和功能表达谱与尾索动物海鞘、棘皮动物海胆以及脊椎动物的代表动物进行转录组比较分析。同时在获得文昌鱼EST分析和转录组分析结果数据的基础上，更进一步地运用Apache、Php、MySQL技术搭建了Widows平台的数据库。数据库提供了非常友好的用户界面，该库的建立为文昌鱼的比较基因组和功能基因组学研究提供了坚实的基础。 本论文获得的主要研究结果如下： 1.对文昌鱼277539条EST进行聚类得到15778 clusters，拼接得到19875 contigs和18414 singlets。其中，81.9％的序列与uniprot数据库中序列有同源匹配，并获得功能注释。206条序列在已知的核酸库中没有找到同源性序列，预测这206条基因中含有未知基因或未知功能的基因。 2.文昌鱼EST序列的GO功能注释表明：基因产物中39％表达为分子功能活性相关，37％表达为参与生物过程，24％表达为与细胞组分相关。 3.利用Mirnada和Targetscan软件对3’UTR区进行microRNA靶标预测，得到1736304个靶标，各发育阶段的靶标类型基本相同，约为2625种，属于902个microRNA家族。幼体期高表达的靶标种类与其它发育阶段有较大的差异，并且靶标的表达量与EST的表达量基本成正相关，但幼体期明显是个例外。 4.在文昌鱼五个不同的发育阶段中，神经胚时期的基因表达量最高，但其可注释的序列最少，可注释序列最多的是在成体期。此外，平均每个contig的EST组成密度是随着发育的进程越来越大。 5.文昌鱼的五个发育阶段中，在不同的发育阶段，其C、P、F各类功能的阶段特异性表达量大于各类的持续表达量。与细胞组件相关的功能特异性表达量与持续表达量差异不显著，而分子功能活性相关的和参与生物学过程的功能特异性表达量则远高于该两类功能在各发育阶段的持续表达量。 6.在特定C、P、F功能的不同发育阶段，其阶段持续性表达水平大小依次为C、F、P，而阶段特异性表达水平大小则为F、P、C，但在成体期其表达水平为C、F、P表达量依次增高。进一步分析发现：在与细胞组件相关的功能特异性表达方面，幼体期的特异性表达量最高；在与分子功能活性相关的功能特异性表达中，神经胚时期的特异性表达量最高；而参与生物过程的功能特异性表达方面，神经胚时期的特异性表达量则最高。 7.不同物种间转录组分析显示尾索动物海鞘的转录组与棘皮动物海胆的最接近，其相关系数为0.896，而海胆与文昌鱼的相关系数只有0.682，结果表明在进化上文昌鱼可能与脊椎动物更接近。 8.运用Apache、php、MySQL技术搭建了Widows平台的文昌鱼EST分析数据库。数据库中收录了原始的277538条EST数据，收录了文昌鱼转录层次各方面的数据和结果(http：//amphioxus.lnnu.edu.ch/homepage.php)。 上述研究结果为更深入地注释文昌鱼基因组的功能、理解文昌鱼的进化地位以及揭示脊椎动物基因组的进化机制提供了重要的理论基础，对更进一步地研究文昌鱼功能基因组学具有重要的理论意义和实践价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

文献综述

引言

文昌鱼EST分析和转录组比较

1材料与方法

1.1材料序列的搜集

1.2分析方法

2结果与分析

2.1文昌鱼(Branchiostoma floridae)EST分析结果

2.2文昌鱼各发育阶段转录组的比较

2.3文昌鱼与海鞘、海胆转录组的比较

3讨论

文昌鱼EST数据库分析平台的搭建

1数据来源与方法

1.1序列的搜集

1.2方法

2结果与分析

3讨论

结 论

参考文献

致 谢

个人介绍

发表论文