比較分析大腸桿菌K-12中的必要基因與非必要基因.pdf

1、一個(gè)物種的基因組中包含許多基因，目前發(fā)現(xiàn)的最小的基因組中也有482個(gè)基因。這些基因不僅功能各異，而且對(duì)生物個(gè)體的生存和繁殖的貢獻(xiàn)大小也不同，即必要性不同。根據(jù)基因?qū)畹纳锏谋匾钥蓪⒒騽澐譃楸匾蚝头潜匾?。?duì)必要基因的研究具有非常重大的生物學(xué)意義，看助于探討生命起源之迷和為抗菌藥物設(shè)計(jì)提供一些理論支持。 三十年前Wilson等人提出，基因?qū)ι飩€(gè)體的必要性不同，那么它們的進(jìn)化速率也就不同，必要基因比非必要基因進(jìn)化的慢

2、。這也就是最近提出的所謂的“Knockout—rate”假說(shuō)。至此，越來(lái)越多生物學(xué)家關(guān)注于這個(gè)預(yù)測(cè)的驗(yàn)證以及對(duì)基因的重要性和進(jìn)化速率之間的關(guān)系的研究。盡管大多數(shù)的研究結(jié)果表明基因越重要進(jìn)化速率越慢，但是一些證據(jù)還存在著一些爭(zhēng)議，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。進(jìn)化速率與基因重要性的相關(guān)性很弱，不能作為判斷基因重要性的標(biāo)準(zhǔn)，也不能去區(qū)分必要基因和非必要基因。所以，為了更全面的理解必要基因的進(jìn)化機(jī)制，本研究調(diào)查了必要基因和非必要基因的一些特征，進(jìn)而也為從

3、分子進(jìn)化上區(qū)分必要基因和非必要基因提供了基礎(chǔ)。大腸桿菌是一種首選的模式生物，被廣泛地進(jìn)行研究，它還為遺傳學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及分子進(jìn)化等方面提供了一個(gè)很好的研究平臺(tái)。本研究通過(guò)分析大腸桿菌的必要基因和非必要基因之間的進(jìn)化保守性、蛋白質(zhì)長(zhǎng)度分布、氨基酸偏好性以及功能，獲得了以下一些結(jié)論和新的見(jiàn)解： (1)在細(xì)菌界中，必要基因比非必要基因在進(jìn)化過(guò)程中更加保守，驗(yàn)證了前人提出的所謂的“Knockout-rate”假說(shuō)。

4、 (2)大腸桿菌的必要基因在短的蛋白質(zhì)序列區(qū)域(<139個(gè)氨基酸)和長(zhǎng)的蛋白質(zhì)序列區(qū)域(>534個(gè)氨基酸)的分布比率比非必要基因的高；而非必要基因在中等長(zhǎng)度的蛋白質(zhì)序列區(qū)域分布比率較必要基因的高。 (3)在大腸桿菌的必要基因和非必要基因中，氨基酸偏好性的總體趨勢(shì)很相似，但是依然存在著顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。 (4) 16種氨基酸在必要基因和非必要基因中的使用頻率存在顯著的差異，其中5種——天門冬氨酸(D)、谷氨酸(E)、

5、賴氨酸(K)、精氨酸(R)和纈氨酸(V)更加偏向于必要基因，而且這5種氨基酸大多數(shù)在兩類基因中均為偏好氨基酸(頻率>5％)。 (5)除纈氨酸(v)外，其他四種更加偏向于必要基因的氨基酸均為帶電荷氨基酸；反過(guò)來(lái)，除了組氨酸(H)外，其他所有的帶電荷氨基酸均偏向于必要基因，而且都是偏好氨基酸。 (6)芳香族氨基酸——苯丙氨酸(F)、色氨酸(w)和酪氨酸(Y)在必要基因和非必要基因中的頻率都偏低(<5％)，但在兩類基因中存