水稻芯片和系統(tǒng)基因組數據庫開發(fā)與應用.pdf

1、闡明所有基因的功能是水稻生物學研究的最終目標,然而水稻基因的功能鑒定研究卻進展緩慢,盡管水稻已經體現出了作為遺傳學研究模式生物的重要性。本篇博士論文主要開發(fā)了兩個水稻生物信息學數據庫來促進水稻中的基因功能鑒定:水稻芯片數據庫(Rice Oligo Array Dambase,ROAD)和水稻系統(tǒng)基因組數據庫(Rice PhylogenomicDambase)。水稻芯片數據庫可以提供水稻所有基因的基因表達譜和共表達關系；水稻系統(tǒng)基因組數據

2、庫可以在系統(tǒng)發(fā)育樹的環(huán)境中整合分析多種基因組數據來研究基因家族中的基因冗余,目前已覆蓋了蛋白激酶(Rice Kinase Dambase,RKD)和糖基轉移酶(Rice GT Database,RGTD)基因家族?；赗OAD和RGTD數據庫,鑒定出33個水稻特異的并且在地上營養(yǎng)組織高表達的GT基因,這些基因可作為下一步水稻細胞壁相關功能驗證的目標基因。
　　 論文共分四章。
　　 第一章綜述了目前水稻和水稻基因組、水稻

3、芯片、系統(tǒng)基因組學、細胞壁和糖基轉移酶的研究進展。
　　 第二章介紹了水稻芯片數據庫ROAD,整合了已經公開的來自6種不同芯片平臺的1867張水稻芯片數據。ROAD具有用戶友好的界面和多種圖形化展示工具,可以使用戶很容易的基于基因和探針I(yè)D來獲取基因表達譜數據。Meta-analysis工具可以分析基因在不同組織和發(fā)育階段的表達情況,因此可以對用戶感興趣的基因提供在何時何地表達的信息。共表達分析工具可以提供基因在常規(guī)、非生物脅迫

4、和生物脅迫等條件下的共調節(jié)信息。功能分析工具包括GO和KO富集分析,可以在芯片數據產生的差異表達基因列表中鑒定出有意義的生物學功能。實例分析中應用meta-analysis工具分析了最近研究中鑒定的胚乳偏好基因,并且構建了相應的基因功能網絡來解釋水稻中的胚乳發(fā)育過程。作為一個公開的基因表達參考數據庫,ROAD將能夠促進水稻產量相關關鍵基因的功能發(fā)掘和新實驗的設計。
　　 第三章開發(fā)了兩個水稻系統(tǒng)基因組數據庫,Rice Kinas

5、e Database(RKD)和Rice GTDatabase(RGTD)。當研究大的基因家族時基因功能的確定非常困難,這是因為基因家族中基因功能的冗余限制了通過實驗來驗證單個基因功能的能力。通過RKD和RGTD,包括突變體信息和基因表達數據在內的多種功能基因組數據可以在一種系統(tǒng)發(fā)育樹的環(huán)境中展示出來,有利于基因家族之間和之內的比較分析。這種展示方式(系統(tǒng)基因組學)至少可以在一定程度上幫助生物學家解決大基因家族研究中基因功能冗余的限制。

6、目前為止已有超過1000張的芯片數據整合進RKD和RGTD中,并且有超過250條蛋白-蛋白互作信息整合進RKD中。為了展示如何使用這兩個數據庫,本章以RKD為例介紹了水稻系統(tǒng)基因組數據庫在水稻蛋白激酶基因家族中單個基因功能鑒定方面的兩個應用:(ⅰ)多種環(huán)境脅迫下共表達的有絲分裂原相關蛋白激酶信號通路(MAPK-MAPKK-MAPKKK)的鑒定；(ⅱ)整合表達譜和蛋白.蛋白互作鑒定光誘導蛋白激酶的五個功能互作物。
　　 第四章展示

7、了如何結合ROAD和RGTD數據庫鑒定出33個水稻特異的并且在地上營養(yǎng)組織高表達的GT。基因。GT基因對植物細胞壁的合成非常重要,并且具有其他多種生物學功能?；贑AZy數據庫和序列相似性分析,在RGTD數據庫中鑒定出609個水稻GT基因位點,對應于769個轉錄物?；赗OAD數據庫的基因表達譜分析表明大部分GT基因(～80％)在水稻中是表達的。使用Inparanoid直系同源物分析工具掃描已經完成測序的4種雙子葉植物基因組(擬南芥、白