螺旋藻基因组结构分析和藻胆蛋白的适应性进化

IOCAS-IR > 海洋环流与波动重点实验室

	螺旋藻基因组结构分析和藻胆蛋白的适应性进化
	赵方庆
学位类型	博士
	2006-05-18
学位授予单位	中国科学院海洋研究所
学位授予地点	海洋研究所
关键词	蓝藻螺旋藻藻胆蛋白基因组适应性进化
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 (Restriction-modification 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。此外，又深入研究了高光和低光适应型两个生态群体的原绿球藻藻红蛋白基因系统发育、种内多态性和种间变异度，以此揭示环境因子对藻胆蛋白进化的影响。本研究首次对螺旋藻全基因组进行测序，并以藻胆蛋白为例，从分子进化角度揭示其结构和功能的关系，并首次提出正选择压力可能是促使藻胆蛋白功能分化的主要原因，并认为原绿球藻中藻红蛋白的进化呈现出不同的模式，新的捕光色素的出现以及其所处的海洋环境可能使藻红蛋白获得了新的功能。
页数	211
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/1443
专题	海洋环流与波动重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	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]. 海洋研究所. 中国科学院海洋研究所,2006.

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10001_20041800681200（4504KB）			限制开放	--	浏览