生物信息学在进化分析中的应用——以辐鳍鱼类部分类群的系统发育基因组学、广杆属线虫反转座基因和后口动物单外显子基因的进化分析为例

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xivi1848
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现存有将近一半的脊椎动物都为辐鳍鱼类,它们对于人类的生存和发展有着重要的意义。一直以来,关于辐鳍鱼类各主要类群之间的系统发育关系始终没有得到解决。随着测序技术的发展,基于多基因分析的系统发育基因组学被广泛应用,而且通常都能得到较好的结果。基于我们用第二代测序技术获得的转录组数据和公共数据库中的数据,我们得到在科学上或者经济上非常重要的27个辐鳍鱼类的274个直系同源基因的对位。这27个物种分属于辐鳍鱼纲44个目中的17个目。利用这些对位以及概率统计的方法,我们比较确定的得到了它们之间的系统发育关系。同时,利用松散分子钟的方法,我们还估算了它们的分歧时间,并得到与前人相同或者相近的结论。利用系统发育基因组学的方法,我们成功的解决了辐鳍鱼类部分物种之间的系统发育关系和分歧时间估算的问题,这说明即使面临取样不完整和数据缺失严重等问题,整合不同来源的表达数据对于解决辐鳍鱼类系统发育仍是一种经济适用并且可靠的方法。基于RNA的基因重复(反转座基因)在许多生理学过程中发挥着重要的作用。随着基因组测序的完成,许多脊椎动物、果蝇和植物基因组中的反转座基因都得到了系统的鉴定。然而,有关广杆属线虫中的反转座基因的研究还没有报道。在C.brenneri,C.briggsae,C.elegans,C.japonica,和C.remanei的基因组中,我们分别鉴定到141,90,82,365,和134个反转座基因,其中分别有24,21,30,49,和24个反转座基因与插入位置周围序列形成了嵌合基因。在过去两千万年间,广杆属线虫中反转座基因的产生速率大概为每百万年0.59~3.69个(C.japonica中为17.4),而嵌合基因的速率则为每百万年0.11~0.29个(C.japonica中为2)。反转座基因以至少11种方式形成嵌合基因,最常见的方式则是同时征募到氨基端和羧基端。不同方面的证据表明这些物种中,许多反转座基因和几乎所有的嵌合基因可能具有功能。每个物种中都有大概一半的反转座序列能够在其他物种中找到对等的序列,而且我们认为近缘物种中的反转座序列对鉴定某一特定物种中的反转座序列可能有帮助。由于广杆属线虫本身的一些生物学特征(比如繁殖方式、与其它动物的关系等)和基因组特征(如反转座元件的活性,高突变和删除速率,以及大部分基因都受到反式剪切),我们推测它们基因组中的反转座序列和嵌合基因的进化模式可能与之相关。   单外显子基因是原核生物的一个重要特征,然而,真核生物中也有一部分这样的基因。研究这些基因可能有助于我们了解相关基因和基因组的进化模式。在我们所研究的海胆、海鞘、斑马鱼、鸡、鸭嘴兽和人这6种后口动物中,都有一部分基因是没有内含子的。通过考察每个单外显子基因在古细菌、真细菌、真菌、植物、后口动物和其他真核生物中的保守性,我们发现古老的单外显子基因在分化时间较早的物种中比分化时间较晚的物种要高。在这些物种中,单外显子基因分别具有不同的功能,有些功能还非常重要。每个物种中都有一部分单外显子基因起源于其他的单外显子基因,或者多外显子基因。这些单外显子基因是以后详细的进行功能或者进化研究的好材料。
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