酵母基因上游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分布的統(tǒng)計(jì)分析.pdf

1、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控一直是生物學(xué)研究的重要內(nèi)容，實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)錄因子與其在基因組序列中對(duì)應(yīng)的短的DNA序列(5-25bp)結(jié)合，調(diào)控靶基因的表達(dá)。前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)多分布在基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游區(qū)域。因此，本研究利用生物信息學(xué)的手段，從啤酒酵母基因組中轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)、靶基因的功能、結(jié)合序列的保守性出發(fā)，研究轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)在基因上游的分布特征。 本研究首先將啤酒酵母基因組中基因上游0-2000 bp分為長(zhǎng)為100 bp的區(qū)間，統(tǒng)

2、計(jì)基礎(chǔ)域結(jié)構(gòu)和B支架結(jié)構(gòu)兩種超類轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)在不同區(qū)間的頻數(shù)，并按照轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行聚類，分析結(jié)構(gòu)差異不同的轉(zhuǎn)錄因子間結(jié)合位點(diǎn)分布的差異；再按轉(zhuǎn)錄因子所調(diào)節(jié)基因的不同功能，從生物過程、分子功能、細(xì)胞構(gòu)建、主要功能四個(gè)層次對(duì)基因進(jìn)行聚類，并分析了結(jié)合位點(diǎn)在不同組間的分布差異；最后本研究又綜合了位置權(quán)重打分矩陣和位點(diǎn)保守性參量，分析了轉(zhuǎn)錄因子在不同區(qū)域這些參量的變化。 研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)集中分布在轉(zhuǎn)錄起始位

3、點(diǎn)上游100-500 bp(61％)；結(jié)構(gòu)相似的轉(zhuǎn)錄因子(家族內(nèi))間結(jié)合位點(diǎn)的分布無顯著性差異，結(jié)構(gòu)差異較大的轉(zhuǎn)錄因子(家族以上層次)的結(jié)合位點(diǎn)分布差異顯著(P<0.01)；大多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子(19/22)在不同功能基因間結(jié)合位點(diǎn)分布差異不顯著(P>0.05)，僅在分子功能層次有部分轉(zhuǎn)錄因子在所調(diào)控基因上游的結(jié)合位點(diǎn)分布有顯著差異。這說明轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分布受轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)影響較大，與所調(diào)控基因的功能相關(guān)性較小，而與基因參與的生物過程和所在

4、的細(xì)胞位置幾乎無關(guān)。 基于轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)序列通常比較短且保守的性質(zhì)，本研究將堿基保守性參數(shù)引入矩陣模型描述轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的特性。分析調(diào)控基因數(shù)目最多的四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)果顯示：(1)轉(zhuǎn)錄因子所結(jié)合的各個(gè)位點(diǎn)間保守性差異很大，這種差異在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游不同區(qū)域有不規(guī)則的變化，但某些保守性極強(qiáng)的位點(diǎn)的保守性的變化極小，受結(jié)合位置影響較弱；(2)一致性序列保守性在不同區(qū)域變化很復(fù)雜，在某些區(qū)域雖具有很高的得分，但仍沒有明顯的規(guī)律；(3

5、)四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子間一致性序列保守性分布有顯著性差異。因此，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)保守性與所結(jié)合的區(qū)域相關(guān)性較小，而主要由其轉(zhuǎn)錄因子本身的性質(zhì)，主要是由DNA結(jié)合域結(jié)構(gòu)決定。 以往的研究只表明同一家族轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)在序列上有保守性，但本研究的結(jié)果揭示了同一家族的轉(zhuǎn)錄因子其結(jié)合位點(diǎn)，在所調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游具有特異的分布。并且發(fā)現(xiàn)某些轉(zhuǎn)錄因子一致性序列保守性在各個(gè)區(qū)間都極高，其結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)合位點(diǎn)序列的保守性要求嚴(yán)格。這有助于確定調(diào)控信息