利用高通量測(cè)序技術(shù)研究基因組復(fù)制與關(guān)系以及可變剪切.pdf

1、快速準(zhǔn)確地獲取生物體的遺傳信息對(duì)于生命科學(xué)的研究具有重要的意義。對(duì)于每一個(gè)生物體而言，遺傳信息的載體是基因組（包括核基因組和細(xì)胞器基因組）。而測(cè)序技術(shù)能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映基因組上的遺傳信息，進(jìn)而比較全面地揭示基因組的復(fù)雜性和多樣性及其規(guī)律，因此基因組的測(cè)序在生命科學(xué)研究中起著十分重要的作用。
　　二代測(cè)序技術(shù)(Next Generation Sequencing，NGS)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在基因組，轉(zhuǎn)錄組，甲基化組，環(huán)境基因組以及系統(tǒng)分

2、類組等研究領(lǐng)域。在本研究中，利用這一技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)分析了被子植物中全基因組多倍化的情況，了解到多倍化在已經(jīng)有全基因組測(cè)序物種和沒有基因組測(cè)序的物種中的分布都非常普遍，而且在代表大小物種類群的物種中都發(fā)現(xiàn)有基因組多倍化的痕跡，暗示多倍化本身并不會(huì)直接導(dǎo)致物種類群的擴(kuò)散和擴(kuò)增。而通過對(duì)多倍化后保留基因的功能分析，我們發(fā)現(xiàn)編碼轉(zhuǎn)錄因子，激酶，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等的基因容易在基因組加倍以后中保留，這與之前多個(gè)研究的結(jié)果一致。除此之外，一些與發(fā)育和環(huán)境應(yīng)答

3、相關(guān)的基因也容易保留下來，這從基因的水平上暗示了多倍化對(duì)于物種適應(yīng)環(huán)境、自身進(jìn)化具有重要的作用。
　　和基因組多倍化相比，可變剪切在對(duì)基因功能的多樣化貢獻(xiàn)以及蛋白質(zhì)組的貢獻(xiàn)具有一定的類似作用。在植物中的可變剪切研究相比動(dòng)物還處在一個(gè)剛起步的階段，就目前研究最為清楚的模式生物擬南芥而言，對(duì)于可變剪切的研究將會(huì)對(duì)其他非模式植物具有重要的參考價(jià)值。為此，我們利用第二代測(cè)序技術(shù)中的RNA-Seq研究擬南芥花發(fā)育過程中的可變剪切?；òl(fā)育作為

4、植物有性生殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)植物的繁衍和進(jìn)化具有重要的意義，也是植物發(fā)育過程中研究最多的過程之一。通過對(duì)三個(gè)發(fā)育時(shí)期的比較，我們發(fā)現(xiàn)了眾多基因被時(shí)期調(diào)控的可變剪切，并且發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)之前注釋或研究中所沒發(fā)現(xiàn)的新轉(zhuǎn)錄區(qū)域。這些結(jié)果為日后植物可變剪切的研究提供了重要的參考信息。
　　顯然二代測(cè)序的發(fā)展在基因組多倍化還是可變剪切研究中都起到了巨大的推進(jìn)作用，而對(duì)于環(huán)境基因組學(xué)而言，這種推進(jìn)作用是史無前例的。對(duì)環(huán)境樣本中的微生物的直接測(cè)序克服

5、了大多數(shù)微生物不能夠在實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)培養(yǎng)的缺點(diǎn)，使科學(xué)家可以從整體上研究環(huán)境樣本中微生物的種類和微生物間的相互作用，是微生物學(xué)家研究方法上的重要突破。而隨著樣本和數(shù)據(jù)量的增加，人們?cè)絹碓叫枰锌焖俚纳镄畔⒎椒?，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)高效地處理大量環(huán)境基因組的測(cè)序數(shù)據(jù)。為此我和另一位博士生合作建立了一種叫MetaCV的算法，意在有效、快速、準(zhǔn)確的處理各種環(huán)境基因組數(shù)據(jù)，并提供方便的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展示。MetaCV的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)原始的測(cè)序數(shù)據(jù)不進(jìn)行

6、拼裝，而直接用測(cè)序數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)含有幾個(gè)氨基酸殘基的“詞”，并用這些詞進(jìn)行物種分類和豐度估計(jì)，這在理念上有別于傳統(tǒng)的拼裝和序列比對(duì)的方法，極大地提升了計(jì)算速度。同時(shí)通過采用了組分矢量的方法，可以盡可能地保留了物種間的分類信息，使最后的分類結(jié)果準(zhǔn)確可靠。分析結(jié)果顯示在分析模擬數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，MetaCV都要比現(xiàn)有的其他算法更快、更準(zhǔn)確。
　　總之，借助于二代測(cè)序技術(shù)，我揭示了全基因組多倍化事件在被子植物中的普遍性，了解了擬南芥花發(fā)育過程