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拟南芥SPO11基因的生物信息学分析

谢冰心  
【摘要】:减数分裂是有性生殖生物进行细胞分裂时具有的一种特殊的分裂方式,在减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体之间个别片段发生交换(基因重组),这不仅增加了基因的遗传多样性,而且为自然选择提供了更多的原材料。减数分裂是有性生殖的物种进行世代交替的转折点,而同源重组是减数分裂过程的关键。 SPO11是Ⅱ型拓扑异构酶的同源蛋白,能够催化DNA双链缺口的形成,从而起始减数分裂重组的发生。在拟南芥中spo11含有三个同源基因分别是spo11-1、spo11-2和spo11-3,与其他物种中SPO11蛋白序列有20%到30%的相似性。三个基因分别在两个途径中发挥作用:spo11-1和spo11-2基因主要在减数分裂重组中发挥作用,且二者存在相互作用;spo11-3主要在DNA修复过程中发挥作用,三者都是减数分裂特异性蛋白,也是DSB形成所必须的蛋白。spo11基因在很多物种中均存在,说明该基因是保守的。主要研究结果如下: 1、利用生物信息学的方法对spo11基因及其编码的蛋白进行分析 通过对spo11基因进行开放阅读框、编码氨基酸序列、基因的基本理化性质等分析;编码蛋白的疏水性位点、跨膜区域、信号肽、蛋白质结构位点等进行分析,可以使我们更加清楚的了解减数分裂重组的调控机制。 2、电子克隆基因的获得 由于玉米和油菜EST数据库很丰富,但关于spo11基因方面的研究很少,本研究的电子克隆选取在玉米和油菜数据库中进行。分别以拟南芥中的spo11-1、spo11-2、spo11-3基因为探针序列,采用BLAST检索工具获得若干相似性序列,利用CAP拼接程序进行拼接,获得了在玉米和油菜中的克隆序列。 3、不同物种中SPO11蛋白的生物信息学分析 利用生物信息学方法对氨基酸序列进行相关分析如保守氨基酸位点、保守结构域及蛋白质超家族等。分析可知,SPO11蛋白在不同物种中有五个保守区域及四个保守氨基酸,表明SPO11蛋白在不同物种中有一定的保守性。SPO11蛋白除了玉米SPO11-1蛋白外均含有TORPIM_TOPOIIB_SPO结构域,另外除了油菜的三个spo11同源基因外均含有TP6A结构域。三个物种的spo11基因分属于两个不同的超家族TORPIM和TP6A。电子克隆的出现,使得在较短的时间内克隆一个新的基因成为了可能。


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