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水稻的密码子用法及起始和终止密码子侧翼序列对基因表达的影响

作　者: 刘庆坡
导　师: 薛庆中
学　校: 浙江大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 水稻 叶绿体 线粒体 密码子偏好性 基因功能 起始密码子 终止密码子 侧翼序列模式 基因表达水平 通读基因
分类号: S511
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 242次
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内容摘要


水稻是重要的粮食作物,全世界约半数人口以此为生。2002年,水稻基因组草图和精细图的绘制完成,为解决世界粮食问题带来了新的契机和突破口。本研究以全基因组序列数据为材料,结合现阶段基因组研究的热点,对水稻核和细胞器基因组的密码子用法以及翻译起始和终止密码子侧翼序列模式对基因的表达水平和蛋白翻译有效终止的影响等方面进行了详细分析。这对于研究物种的分子进化、指导转基因及对基因进行特定分子改造、探讨蛋白高效起始、终止翻译及产生通读的内在分子机理,对于基因预测软件的完善和基因组注释等均具有重要的参考价值。本文的主要结论如下: 1、水稻密码子的偏好性是核苷酸组成偏好、基因表达水平、CDS长度、蛋白的疏亲水性等多种因素共同作用的结果。其中核苷酸的组成偏好是影响核基因组的首要因素,而粳稻叶绿体和线粒体则主要受到基因表达水平的影响。同时确定了水稻核、叶绿体和线粒体基因组的主要偏爱密码子。 2、核基因组与叶绿体基因组的密码子使用模式明显不同。与宿主的基因组环境无关,4种植物的叶绿体基因组均偏好A或U结尾的密码子,且基因间的异质性较低。从中性分布分析的结果推测,叶绿体基因组在进化过程中发生了较低水平的突变或GC含量高度保守。与此相反,核基因组在进化过程中发生了很大的分歧。故推测在进化关系上叶绿体可能要早于单双子叶植物的分化。 3、核基因组的基因功能与密码子的偏好性高度相关。不同功能类型的基因对偏好密码子的选择及选择强度差异显著。 4、水稻基因翻译起始的有效性与基因的mRNA丰度和密码子的偏好性相关不明显,但却受到起始密码子AUG侧翼序列GC含量的显著影响。AUG侧翼区高度保守的-1、-2、-3、-5、-6、+4、+5和+6等8个位点可能参与翻译的起始。-18、-16、-15、-9、-7、-1和+6等7个位点碱基的保守程度可明显影响到高表达基

全文目录


中文摘要  10-12
英文摘要  12-15
第1章 遗传密码子研究概述  15-29
  1．1 遗传密码的破译  15-16
  1．2 密码子的通用性与特殊性  16-17
  1．3 无义密码子的重新诊释和新氨基酸的发现  17-19
  1．4 遗传密码子的多态性研究  19-20
  1．5 遗传密码子的起源与进化  20-21
  1．6 遗传密码的“扩张”  21
  1．7 密码子研究的应用  21-23
    1．7．1 研究生命的起源和进化  21-22
    1．7．2 获得具有新属性的蛋白或生物体  22
    1．7．3 研究蛋白质的结构和功能  22-23
    1．7．4 对目标基因进行改造，提高特定蛋白的表达量  23
  参考文献  23-29
第2章 水稻基因组研究概况  29-50
  2．1 水稻基因组测序及研究意义  29-32
  2．2 水稻功能基因组学研究  32-37
    2．2．1 发掘新基因  32-33
    2．2．2 基因功能的研究  33-37
      2．2．2．1 反向遗传学研究  34-36
      2．2．2．2 大规模基因功能表达谱分析  36-37
    2．2．3 蛋白质组研究  37
  2．3 基因组的生物信息学研究热点  37-38
  2．4 本研究的目的和意义  38-39
  参考文献  39-50
第3章 水稻密码子用法的研究  50-69
  3．1 材料与方法  51-52
    3．1．1 序列数据  51
    3．1．2 统计分析  51
    3．1．3 衡量密码子偏好性的指标  51-52
    3．1．4 对应分析  52
    3．1．5 主要偏爱密码子的确定  52
  3．2 结果与分析  52-61
    3．2．1 水稻核基因组的密码子用法分析  53-55
      3．2．1．1 影响核基因组密码子偏好性使用的因素  53-54
      3．2．1．2 核基因组的密码子用法  54-55
    3．2．2 粳稻叶绿体基因组的密码子用法分析  55-59
      3．2．2．1 基因的表达水平对密码子用法的影响  56
      3．2．2．2 基因编码区的碱基组成对密码子用法的影响  56
      3．2．2．3 CDS长度与基因表达水平、密码子偏好性的关系  56-57
      3．2．2．4 DNA双链与密码子用法的关系  57
      3．2．2．5 密码子的使用模式及主要偏爱密码子的确定  57-59
    3．2．3 粳稻线粒体基因组的密码子用法分析  59-61
      3．2．3．1 影响密码子偏好性使用的因素  59-60
      3．2．3．2 线粒体基因组的主要偏爱密码子  60-61
  3．3 讨论  61-64
  参考文献  64-69
第4章 4种植物叶绿体与核基因组密码子用法的比较研究  69-82
  4．1 材料与方法  69-70
    4．1．1 序列数据  70
    4．1．2 密码子偏好性指标  70
    4．1．3 对应分析  70
  4．2 结果与讨论  70-77
    4．2．1 碱基组成分析  70-72
    4．2．2 密码子用法的变异  72-74
    4．2．3 密码子用法分析  74-77
  参考文献  77-82
第5章 水稻的密码子用法与基因功能的研究  82-92
  5．1 材料与方法  83-84
    5．1．1 序列数据  83
    5．1．2 基因的功能分类  83-84
    5．1．3 密码子偏好性指标  84
    5．1．4 统计分析  84
  5．2 结果与分析  84-86
    5．2．1 密码子偏好性与基因功能类型的关系  85-86
    5．2．2 密码子用法的变异  86
  5．3 讨论  86-89
  参考文献  89-92
第6章 起始密码子 AUG侧翼序列对水稻基因表达水平的影响  92-102
  6．1 材料与方法  92-94
    6．1．1 序列数据  92-93
    6．1．2 基因表达数据的获得  93
    6．1．3 序列分析  93-94
      6．1．3．1 翻译起始效应与密码子偏好性的衡量  93
      6．1．3．2 “AUG侧翼区”各位点与密码子偏好性及基因表达水平的关系  93-94
      6．1．3．3 定点突变的计算机模拟  94
      6．1．3．4 “AUG侧翼区”的特征分析  94
  6．2 结果与分析  94-97
    6．2．1 AUG侧翼序列与基因密码子偏好性的关系  94-95
    6．2．2 AUG侧翼序列与基因表达水平的关系  95-96
    6．2．3 高表达基因AUG侧冀序列特殊位点的定点突变  96
    6．2．4 “AUG侧翼区”的特征分析  96-97
  6．3 讨论  97-99
  参考文献  99-102
第7章 水稻终止密码子侧翼序列模式分析  102-114
  7．1 材料与方法  103-104
    7．1．1 序列数据  103
    7．1．2 偏好性估算  103
      7．1．2．1 G测验  103
      7．1．2．2 信息含量的计算  103
    7．1．3 终止密码子侧翼核普酸的特征分析  103-104
    7．1．4 基因表达水平的确定  104
  7．2 结果与分析  104-108
    7．2．1 紧挨终止密码子上下游的密码子高度偏置  104-105
    7．2．2 UAA、UAG和 UGA3组基因碱基的偏好性差异巨大  105-107
    7．2．3 高表达基因的侧翼序列更保守  107-108
  7．3 讨论  108-110
  参考文献  110-114
第8章 水稻终止密码子通读基因的计算鉴定和序列分析  114-124
  8．1 材料与方法  115-116
    8．1．1 序列数据  115
    8．1．2 提取通读候选基因的步骤  115
    8．1．3 终止密码子侧翼碱基偏好性分析  115
    8．1．4 通读候选基因蛋白质的二级结构分析  115-116
  8．2 结果与分析  116-118
    8．2．1 通读候选基因的计算鉴定  116-117
    8．2．2 候选与非候选基因终止密码子侧翼核普酸偏好存在巨大差异  117-118
    8．2．3 “渗漏型”终止密码子常位于β-拐角的亲水区域  118
  8．3 讨论  118-120
  参考文献  120-124
附录A 发表论文清单  124-126
附录B 插图目录  126-128
附录C 表格目录  128-129
附录D 常用网址  129

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 稻
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