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《西北农林科技大学》 2010年
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重复基因在分子互作网络中的分歧进化及相互作用网络构建

赵振华  
【摘要】: 基因重复长久以来都被认为是新基因产生和系统复杂化的重要动力。尤其是全基因组重复,对于基因组的进化具有突出的作用。基因重复的最主要贡献是在进化过程中为基因突变和正向选择提供遗传材料,为基因的进化提供可能性。近年来,由于高通量检测技术的发展,基因重复现象被发现普遍存在于各个物种的进化历程中,对于基因重复现象的产生机理及进化规律的研究正受到越来越多的关注。 研究者们提出了基因重复的一些预测模型来反映这一重要的进化历程。首先,基因重复以后会发生少量中性或近似中性的突变,这些突变为子代基因创造新的但较弱的功能。随后,正向选择会固定有益突变,加强新产生的功能。这一模型被普遍接受,并且有大量的实验研究支持。然而在全基因组层面,重复基因的保留和分歧机制在很大程度上仍然未被揭示。在基因重复以后,重复基因的进化受到多种因素的影响,包括基因在生物网络中的位置,基因的适合度,基因的重要性,基因的表达水平等。并且,基因不是孤立存在的,是通过与其紧密关联的组分相互作用行使其生物学功能。那么在全基因组层面,基因重复以后其保留和分歧机制是否受到生物网络的影响? 为了探讨这种作用机制,我们分析了全基因组规模上重复基因在分子互作网络中的分歧过程。本文的研究对象是酵母中的重复基因,所选取的材料全部源自一次全基因组重复,即所选用的重复基因的进化年代是相同的。同时我们收集了酵母中最新的高通量相互作用数据,并对这些互作数据进行了精度处理。主要结论如下: 1.结合高精度的相互作用数据和重复基因数据,分析了酵母全基因组重复后网络结构对重复基因进化的影响。结果显示,重复基因两拷贝间的连接度差异符合power law,并且这种差异与其祖先基因在网络中的连接水平呈显著的正相关。 2.通过进化分析发现,重复基因两拷贝间的进化距离与其祖先基因在网络中的连接水平呈显著的负相关,这表明网络系统在保持核心稳定的同时使外围组分发生更大的变化。 3.分析还发现,重复基因拷贝间的连接度差异虽然符合power law特征,但这种特征并不能体现在重复基因的进化分歧上。 4.按照重复基因的网络连接分歧程度的不同进行分类发现,拷贝间连接度差异达到极限后,其进化距离比连接度差异未达到极限的重复基因显著高出30.2%,这表明重复基因在网络结构改变的前期为基因组提供功能冗余,但在网络结构差别较大后,显著增加的突变更有利于基因新功能的产生。 5.通过对重复基因中必要基因的功能分析,发现与必要基因对应的重复基因多为非必要基因,而且必要基因的网络连接要显著的高于其它基因,这说明基因组是拒绝功能冗余的,并且网络通过保留必要基因的高连接来维持重要的功能基因。 在酵母全基因组重复后,这些机制使得基因组在保持遗传稳定性的前提下快速进化。 在蛋白质相互作用网络构建的研究中,我们依据同源比对的方法构建了鸡的蛋白质相互作用网络,该网络包含294个蛋白质间的1210条蛋白质相互作用,为实验分析提供了研究参考。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q78

【共引文献】
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