拟南芥和水稻基因组中CCCH锌指蛋白家族分析

论文摘要

CCCH型锌指蛋白是锌指蛋白中的一大类,它包含一个或多个由三个半胱氨酸和一个组氨酸组成的,能与锌离子结合的基序。相比较而言,动物中CCCH蛋白研究的比较多,对其功能的了解也比较透彻,而植物中CCCH蛋白研究非常之少。迄今为止,对植物CCCH蛋白的研究只是局限于个别基因的鉴定与功能分析,没有任何研究从基因组水平对此基因家族进行分析。本研究中用两种方法检索了模式植物拟南芥和水稻的基因组,获得编码含有CCCH锌指的基因。一是以已知CCCH基因的序列作为检索条件,利用BLAST查找其同源序列。二是根据CCCH锌指结构的保守氨基酸序列编写正则表达式,用Perl语言操纵含有基因组数据的本地Mysql数据库。这两种方法得到的结果经过数据处理之后,再用SMART或者Pfam检测序列中的CCCH基序,最后从拟南芥和水稻基因组中分别鉴定到68个和67个CCCH基因。我们做了基因家族的分类、染色体的定位、组织表达模式分析、锌指立体结构预测等方面的研究。主要研究结果如下:1.利用BLAST同源检索和Perl语言编写的程序分别从模式植物拟南芥和水稻中鉴定到68个和67个CCCH基因。2.用neighbor-joining法分别构建拟南芥和水稻中CCCH基因家族的系统发生树,根据分支上的解靴带值将其分成若干亚家族。将拟南芥的CCCH家族分为11个亚家族,用罗马字母命名为I到XI,将水稻的CCCH家族分为8个亚家族,命名为I到VIII。从系统发生树上可以看出,CCCH基因家族是锌指蛋白的一个大的分类,亚家族才是有共同特征的基因家族。3.利用网络资源分别将拟南芥和水稻中的CCCH基因在染色体上进行了定位。通过对复制区域的CCCH基因的分析发现,基因组加倍事件对CCCH基因家族的形成有重大影响。4.用相同的方法在苔藓植物、裸子植物和被子植物的EST数据库中分别鉴定到CCCH基因的存在。5.对135个CCCH蛋白中302个CCCH基序的序列比对发现,拟南芥中共有42个成员含有C-X7-C-X5-C-X3-H,44个成员含有C-X8-C-X5-C-X3-H;水稻中共有35个成员含有C-X7-C-X5-C-X3-H,36个成员含有C-X8-C-X5-C-X3-H。75%以上的CCCH基序含有甘氨酸和苯丙氨酸残基。通过序列分析给出了CCCH基因的新定义:CCCH基因编码的蛋白包含1到6个CCCH类型的锌指基序,其基序的特征是富含甘氨酸和苯丙氨酸残基的C-X4–15-C-X4–6-C-X3-H。6.利用MPSS和EST的公共数据库资源统计了拟南芥和水稻中CCCH基因的组织表达模式。根据表达模式的差异可以将CCCH基因分为三类,第一类的基因在所有四种检测的组织有都有表达,这类基因在拟南芥中有33个,在水稻中有36个;第二类包括拟南芥中的18个基因和水稻中的12个基因,这些基因只是在部分组织而不是在全部组织中表达;第三类的基因是组织特异表达的基因,包括17个CCCH基因。7.对拟南芥亚家族IX和水稻亚家族I中20个基因进行了详细的分析。序列分析表明它们都含有C-X5-C-X4-C-X3-H基序和保守的CHCH （C-X5-H-X4-C-X3-H）基序。利用DBSubLoc预测这20个基因都定位与细胞核内,用Perl语言编写的程序检索拟南芥基因组表明,拟南芥亚家族IX的所有基因都含有NES序列核输出信号,暗示了这些基因编码的蛋白有可能通过穿梭细胞核起作用。8.通过Genevestigator上的芯片数据分析和RT-PCR实验表明拟南芥亚家族IX的基因在胁迫处理条件下表达发生变化。9.利用SWISS-MODEL工具模拟了拟南芥中一个基因CCCH锌指的三维立体结构,并得到了其与RNA结合的构象图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 生物信息学的概况
• 1.1.1 生物信息学的定义
• 1.1.2 生物信息学所用的方法和技术
• 1.2 进化树
• 1.3 Perl语言在生物数据处理中的应用
• 1.3.1 Perl 语言的简介
• 1.3.2 Perl 语言的优点
• 1.3.3 Perl 语言在处理生物数据过程中的优点
• 1.4 基因家族的研究
• 1.5 锌指蛋白研究进展
• 1.5.1 锌指蛋白的结构
• 1.5.2 锌指蛋白分类
• 1.5.3 锌指蛋白的作用方式
• 1.6 CCCH 型锌指蛋白的研究进展
• 1.7 本研究的目的意义
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 生化试剂
• 2.1.3 实验引物
• 2.1.4 软件和网络资源
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 Clustal 的使用
• 2.2.2 Phylip 系统发育树
• 2.2.3 Mega3.1 构建系统发生树的方法
• 2.2.4 本地BLAST 方法
• 2.2.5 蛋白质三维结构预测
• 3 结果与分析
• 3.1 拟南芥中CCCH 基因的鉴定
• 3.1.1 BLAST 程序鉴定CCCH 基因
• 3.1.2 利用Perl 的正则表达式检索CCCH 基因
• 3.2 拟南芥中CCCH 基因家族的系统发生分析
• 3.3 基因结构及蛋白质基序分析
• 3.4 拟南芥中CCCH 基因的分布
• 3.5 其它物种中CCCH 基因的鉴定
• 3.5.1 苔藓中的CCCH 基因家族
• 3.5.2 裸子植物及被子植物中的CCCH 基因家族
• 3.6 水稻中CCCH 基因的鉴定
• 3.7 拟南芥和水稻中CCCH 基因家族的比较分析
• 3.8 拟南芥和水稻中CCCH 基因的表达模式
• 3.8.1 网络资源统计CCCH 基因的表达模式
• 3.8.2 姊妹基因的表达模式的对比
• 3.9 拟南芥亚家族IX 和水稻亚家族I 中基因的特征分析
• 3.10 CCCH 蛋白与RNA 的结合
• 4 讨论
• 4.1 CCCH 家族是锌指蛋白家族的一大类
• 4.2 CCCH 锌指基序的定义
• 4.3 CCCH 基因的功能分析
• 4.3.1 CCCH 基因在逆境胁迫中的作用
• 4.3.2 CCCH 锌指蛋白做为RNA 结合蛋白起作用
• 4.3.3 CCCH 锌指蛋白可能是在核质之间穿梭的蛋白
• 4.4 研究多基因家族的方法
• 4.4.1 以已知的基因检索其同源基因
• 4.4.2 利用Perl 语言的正则表达式分析基因家族
• 5 结论
• 参考文献
• 入学以来已发表的论文及成果
• 致谢