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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2006年
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螺旋藻基因组结构分析和藻胆蛋白的适应性进化

赵方庆  
【摘要】:螺旋藻(spirulina,或称节旋藻Arthrospira)是一类丝状不形成异型胞的蓝藻,常分布于湖泊、池塘和半咸水中。作为目前利用最广泛的经济微藻,螺旋藻的规模培养、生理生化以及分子遗传等都受到了广泛的关注。但由于缺乏足够的基因组信息,影响了螺旋藻的品种改良以及进一步的基因功能产品的开发。 本研究从挑取单藻丝开始,建立了钝顶螺旋藻(spirulina platensis)的纯培养体系,并构建插入片段分别为1-2Kb和4-6Kb的基因组文库,利用鸟枪法进行全基因组测序,共得到具有8倍覆盖度的7.4Mb拼接后的基因组数据。在该草图中,预测有7795个开放读码框(ORFs),其中包括长度小于120个氨基酸的ORFs和非全长ORFs。在所有蛋白编码序列中,约有39%的基因是螺旋藻特有的,此外,还有389个基因相对于其他蓝藻,与非蓝藻基因有着更高的相似性。通过Pfam结构域聚类分析发现,螺旋藻含有特有的结构域,如Peptidase_MA、DMT、OB、ATP-grasp、Flavokinase等。 由于目前尚未有成熟的螺旋藻遗传转化系统,而其体内复杂的限制性内切酶系可能是妨碍外源基因顺利导入和整合的关键因素。在此草图的基础上,我们利用比较基因组学和分子进化的手段,深入分析了螺旋藻及其他蓝藻的限制修饰系统(Restrietion-modifieation system),为建立螺旋藻的遗传转化技术,并实现后续的螺旋藻基因功能验证模式奠定了基础。 螺旋藻及其他蓝藻的基因组计划提供了大量基因组序列和结构信息,有助于我们深入了解光合微生物基因的结构、功能和进化,以及环境因子或特定突变是如何塑造其基因组的。本文以藻胆蛋白为例,利用分子进化和群体遗传学理论,描绘出一幅藻胆蛋白进化的动态图景,并分析了环境-结构-功能之间的相互联系,为藻类捕光色素进化机制理论提供了科学依据。 本研究结果发现低光适应型原绿球藻和海洋聚球藻的藻红蛋白中正选择位点分布有着显著差异,提示二者的藻红蛋白基因有不同的进化模式;正选择作用位点多集中在藻胆蛋白的色基结合区域及XY发卡结构处,这些结构域主要与藻胆蛋白的光能捕获、能量传递和结构组装有关。该研究结果不仅揭示了正选择作用的重要性,而且提示光质、光强和能量传递压等可能是潜在的正选择压力。此
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:Q943;Q941

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 梁成伟;蓝藻与绿藻类胡萝卜素合成酶基因的比较基因组学及代谢调控研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
2 关翔宇;藻蓝蛋白组合生物合成及蓝藻连接多肽生物进化研究[D];中国海洋大学;2008年
3 王金锋;基于核酸序列的海藻生物地理和光适应性进化研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 杨雨;光学活性重组别藻蓝蛋白的初步研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
2 郝梅珍;丝状蓝藻的系统发育关系研究[D];苏州大学;2007年
3 田李;螺旋藻丝氨酸/苏氨酸激酶基因家族的克隆与表达分析[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前4条
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4 励建荣;于平;;螺旋藻基因工程研究进展[A];2004年全国生物技术学术研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 崔玉琳;亚心型扁藻细胞核与叶绿体稳定转化系统的构建[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
2 陈英杰;基于磁性纳米颗粒的荧光藻胆蛋白制备分离及载负应用研究探索[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
3 梁文裕;发菜(Nostoc flagelliforme)不同生长状态差异蛋白质组学研究[D];福建农林大学;2011年
4 田恩静;中国球盖菇科几个属的分类与分子系统学研究[D];吉林农业大学;2011年
5 张静;海带线粒体及部分核基因组结构特征研究[D];中国海洋大学;2011年
6 孙林;乙型肝炎病毒全基因组序列变异性的空间遗传结构研究[D];山东大学;2009年
7 智丽;百合属(Lilium)植物亲缘关系及通江百合(L.sargentiae)遗传多样性研究[D];西南大学;2011年
8 杨华;金柑抗冻性及其抗冻DNA结合蛋白的研究[D];湖南农业大学;2011年
9 梁燕;胡萝卜(Daucus carota L.)茄红素代谢的基因调控及其影响因子研究[D];西北农林科技大学;2002年
10 王盛;珊瑚藻藻红蛋白的分离纯化与相关特性[D];福建农林大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万珊;柑橘粉虱对柑橘叶片挥发物的行为反应及其遗传分化研究[D];华中农业大学;2010年
2 魏成湘;中国蜈蚣藻属红藻的分子系统学研究[D];辽宁师范大学;2010年
3 王承芳;安徽和山东耳霉物种多样性与分子系统学研究[D];安徽农业大学;2010年
4 谭扬;钝顶节旋藻(Arthrospira platensis AGB-AP02)全基因组测序及特性分析[D];中国海洋大学;2010年
5 张茜;蓝藻hox1基因和pcyA基因的克隆、序列分析及表达载体的构建[D];中国海洋大学;2010年
6 衣俊杰;螺旋藻藻蓝蛋白的自催化重组及藻蓝胆素裂合酶功能比较研究[D];中国海洋大学;2010年
7 鄢彦杰;5种粘孢子虫基于HSP70基因的系统分类学研究[D];重庆师范大学;2011年
8 唐优良;基于16S rRNA基因序列的中国鲽形目鱼类分子系统学研究[D];暨南大学;2011年
9 周博;内蒙古螺旋藻热激蛋白基因的克隆及转化体系的初步研究[D];北京林业大学;2011年
10 刘西永;云南高原湖泊T4类浮游病毒遗传多样性研究[D];华中师范大学;2011年
【同被引文献】
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1 汤朝晖,蒋加伦;钝顶螺旋藻藻胆蛋白的提取及其特性初报[J];东海海洋;1993年04期
2 庄惠如,卢海声,陈文列,陈必链,陈莲云,钟秀容;雨生红球藻(Haematococcus pluvia lis Flotow)在胁迫条件下积累虾青素过程的超微结构研究[J];电子显微学报;2000年02期
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6 秦松,于道展,姜鹏,滕长英,曾呈奎;β-半乳糖苷酶基因(lacZ)在海藻裙带菜中的稳定表达[J];高技术通讯;2003年07期
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 苏乔;我国几类大型海藻的分子系统学研究[D];东北林业大学;2002年
2 滕长英;雨生红球藻控制虾青素合成的关键酶基因的转录调控元件[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2003年
3 唐志红;镭普克(rAPC)关键工艺的建立及抗肿瘤活性的研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2004年
4 孟春晓;雨生红球藻中虾青素合成关键酶基因的顺式作用元件研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2005年
5 隋正红;龙须菜藻红蛋白基因的研究[D];中国海洋大学;2001年
6 卢永忠;钝顶节旋藻cpcB基因上游序列结构功能的研究[D];中国海洋大学;2005年
7 葛保胜;抗肿瘤新药重组别藻蓝蛋白(雷普克)的药学研究及抗肿瘤机理探索[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2005年
8 韩丹翔;蓝藻念珠藻属系统发育和分子进化研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 吴红艳;蓝澡液泡的诱导形成[D];华中师范大学;2001年
2 冯武;蓝藻原生质球液泡的研究[D];华中师范大学;2003年
3 林凡;一种新型重组别藻蓝蛋白及其活性的初步研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2004年
4 魏炜;雨生红球藻中虾青素合成相关酶基因的转录调控序列分析[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2006年
5 韩璐;六种重组别藻蓝蛋白的抗氧化活性研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2006年
6 杨雨;光学活性重组别藻蓝蛋白的初步研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 衣俊杰;臧晓南;张学成;袁定阳;赵炳然;唐俐;;具荧光活性的节旋藻藻蓝蛋白α亚基在大肠杆菌中的重组表达[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2011年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈英杰;基于磁性纳米颗粒的荧光藻胆蛋白制备分离及载负应用研究探索[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
2 关翔宇;藻蓝蛋白组合生物合成及蓝藻连接多肽生物进化研究[D];中国海洋大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 衣俊杰;螺旋藻藻蓝蛋白的自催化重组及藻蓝胆素裂合酶功能比较研究[D];中国海洋大学;2010年
2 穆新武;黄海南部海域绿潮物种的生物学特性及分子地理学调查研究[D];南京师范大学;2011年
3 张青;不同生长基质中叶状地衣及其共生藻的分子鉴定和系统发育分析[D];苏州大学;2011年
4 雷海燕;蓝藻型地衣及其共生念珠藻的分子鉴定和系统发育分析[D];苏州大学;2009年
5 于海鹏;螺旋藻藻蓝蛋白裂合酶cpcE-F基因的克隆、表达及进化分析[D];青岛科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 励建荣;于平;;螺旋藻基因工程研究进展[A];2004年全国生物技术学术研讨会论文集[C];2004年
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4 赵开弘;;藻胆蛋白连接/异构酶和藻胆蛋白生物合成[A];第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集[C];2002年
5 李玉成;;巢湖蓝藻生烃热模拟研究及应用[A];安徽省古生物学会2010年学术研讨会论文汇编[C];2010年
6 林国斌;陈小萍;赵道辉;;毛细管柱气相色谱法测定螺旋藻中的γ-亚麻酸[A];中国营养学会第五次营养资源与保健食品学术会议论文摘要汇编[C];1999年
7 罗通;陈广平;;螺旋藻治疗贫血的研究[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
8 余松敏;井芹宁;蔡耀宗;手岛秀司;朱守一;;喷射撞击式蓝藻处理装置的原理及其应用[A];首届中国湖泊论坛论文集[C];2011年
9 部音利;冯亚非;;螺旋藻中生物活性物质的药理作用研究进展[A];2008年中国药学会学术年会暨第八届中国药师周论文集[C];2008年
10 李仁辉;;蓝藻分类学的新知识和新信息[A];中国海洋湖沼学会藻类学分会第七届会员大会暨第十四次学术讨论会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 记者姜虹;螺旋藻产业成健康推手[N];中华工商时报;2009年
3 记者 杨立娟;绿A再折“优质螺旋藻”标识桂冠[N];中国食品质量报;2008年
4 记者 柏彬 通讯员 王红;香港市场看好海南螺旋藻[N];海南日报;2010年
5 大连医科大学附属第二医院营养科 王兴国;螺旋藻真有那么好吗[N];中国中医药报;2010年
6 本报记者 王卓铭;整合国内螺旋藻产业 绿A欲创业板上市[N];21世纪经济报道;2010年
7 本报记者 颜菊阳;政企联姻 丽江螺旋藻意谋“产业自救”[N];中国商报;2010年
8 王飞;云南丽江 做强做大螺旋藻产业[N];中国中医药报;2010年
9 晓莉;绿A:树立中国螺旋藻产品品质标杆[N];科技日报;2008年
10 本报记者 张永红;人类健康的护航者——螺旋藻[N];中国食品质量报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵方庆;螺旋藻基因组结构分析和藻胆蛋白的适应性进化[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2006年
2 邓勇;蓝藻NAD(P)H脱氢酶复合体的结构与生理功能研究[D];中国科学院研究生院(上海生命科学研究院);2003年
3 关翔宇;藻蓝蛋白组合生物合成及蓝藻连接多肽生物进化研究[D];中国海洋大学;2008年
4 刘金姐;节旋藻藻蓝蛋白操纵子、Rubisco基因及节旋藻和螺旋藻分子系统学研究[D];中国海洋大学;2003年
5 陈英杰;基于磁性纳米颗粒的荧光藻胆蛋白制备分离及载负应用研究探索[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
6 马增岭;阳光辐射变化对经济蓝藻螺旋藻形态、光合作用及生长的影响[D];汕头大学;2008年
7 张少斌;豌豆肌动蛋白异型体(PEAc1)的原核表达及其藻荧光探针的研制[D];中国农业大学;2004年
8 张晓辉;双向氢化酶基因的克隆、分析及其在节旋藻和螺旋藻分子系统学中的应用[D];中国海洋大学;2004年
9 张青;UASB-磁化—生物复合系统处理生活污水试验研究[D];武汉大学;2005年
10 邓中洋;葛仙米、地木耳的大量培养及葛仙米形态生理特征研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵琳;螺旋藻藻胆蛋白的提取及其对太阳能电池光阳极的敏化研究[D];燕山大学;2009年
2 史成颖;影响钝顶螺旋藻生长的理化因子的研究[D];安徽农业大学;2003年
3 张莹;钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)藻蓝蛋白的酶解及酶解产物的生物活性研究[D];山东大学;2006年
4 张奕婷;微重力环境对螺旋藻生长影响的研究[D];贵州大学;2008年
5 杨心宁;碘对螺旋藻的生理生化效应及富碘螺旋藻的培养研究[D];厦门大学;2002年
6 贺鸿志;Se、Te胁迫对极大和钝顶两种螺旋藻生长的影响[D];暨南大学;2003年
7 赵杰;螺旋藻激酶对损伤内皮细胞的影响[D];广西医科大学;2012年
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9 马美萍;螺旋藻高产多糖种质与生产条件优化研究及分子机理初探[D];浙江大学;2003年
10 巩东辉;螺旋藻光合速率对主要环境因子响应规律的研究[D];内蒙古农业大学;2004年
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